CN105583271B - 车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车身铝合金管件固溶‑弯曲‑时效成形装置及方法，该装置包括加热机构和弯曲机构；加热机构包括感应线圈和高频电源，感应线圈套设在管件弯曲部的外周，感应线圈与高频电源连接；弯曲机构包括弯曲模、静夹块、防皱块、动夹块和钢/柔性芯模，管件的弯曲部放置在弯曲模上，管件的一端由静夹块和防皱块夹在弯曲模上,管件的另一端由动夹块夹紧，钢/柔性芯模设置在管件内，其中静夹块、防皱块以及动夹块为分体式设计，弯曲模为镶块式设计，利于加工水道，便于磨损后更换，弯曲模、静夹块、防皱块和动夹块内均开设有用于通冷却水的蛇形通道。本发明可显著提高铝合金管材的强度、硬度以及成形精度，有效解决管材弯曲淬火后的回弹问题。

Description

车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置及方法

技术领域

本发明涉及一种金属热处理加工成形方法，具体涉及一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置及方法。

背景技术

现代汽车向着轻量化、智能化、高性能化发展，也对材料提出了新的要求，而汽车铝合金化是汽车轻量化的重要途径，汽车轻量化后可以有效地节约能源和减少环境污染。铝合金及其加工材料具有一系列优良特性，诸如密度小、比强度和比刚度高、弹性好、抗冲击性能好、耐腐蚀、耐磨、高导热、良好的加工成型性以及高的回收再生性等。

管材的弯曲加工，在金属机构、工程机械、动力机械以及汽车工业、石油化工、航空航天等工业部门，占有十分重要的地位。随着轻量化、高性能以及低成本的发展趋势，对弯管件的要求也越来越高，需要径厚比(直径D和壁厚t的比值)更大，弯曲半径(管件弯曲中性层的半径R0与管材直径D的比值)更小和成形精度更高。采用超薄小曲率半径管件，不仅可以减重，实现轻量化，还可使管道***布置结构紧凑，节约成本。然而采用常规的弯管成形工艺对管材弯曲加工时，由于几何变形的特殊性和复杂性，容易发生外侧变薄、内侧起皱、横截面畸变以及回弹等缺陷，影响弯管质量。

加热弯管是一种加热、弯曲及冷却连续进行的弯管过程，是防治管材截面形状畸变与壁厚不均匀的一种新的工艺方法。加热弯管成形时依靠感应电流，将管坯局部加热到所需温度，随即对加热部分进行弯曲，并在弯曲后紧接着进行淬火处理，从而获得所需的弯管件。与传统的加热设备相比，感应加热具有许多优点：采用非接触式的加热方式，且加热温度高，安全高效。加热速度快，温度容易控制，产品质量稳定。对加热工件的条件限制少，容易实现自动化控制。

目前加热弯管的方法一般是将管材感应加热弯曲后，对管材喷水冷却进行淬火处理从而获得所需的弯管件。然而，采用喷水冷却时往往会因为喷水压力不够高、喷水时间不够长或喷水孔布置不当、喷射角度不一致以及喷射孔堵塞等原因，造成因冷却不足而产生软点；同时，由于冷却速度太快，管材内部易产生较大的内应力导致淬火变形或裂纹出现，影响管材成形质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，该装置包括加热机构和弯曲机构；其中，

所述加热机构包括感应线圈和高频电源，所述感应线圈套设在管件弯曲部的外周，所述感应线圈与高频电源连接，所述高频电源用于将管件弯曲部加热至固溶温度；

所述弯曲机构包括弯曲模、静夹块、防皱块、动夹块、支撑芯模和弯曲辅推机构，所述管件的弯曲部放置在弯曲模上，所述管件的一端由静夹块和防皱块夹在弯曲模上，所述弯曲辅推机构设置在管件的一端端面处，用于推动管件向另一端移动，所述管件的另一端由动夹块夹紧，所述支撑芯模设置在管件内用于支撑管件的弯曲部，所述弯曲模、静夹块、防皱块和动夹块内均开设有用于通冷却水的蛇形通道。

按上述技术方案，所述支撑芯模为芯棒，所述芯棒包括芯轴以及与所述芯轴铰接连接的芯球，所述芯轴与芯球的外径相等。

按上述技术方案，所述芯球的数量为1～3个，相邻芯球之间通过铰链串联连接。

按上述技术方案，所述支撑芯模为填充满管件内腔的、不同数量不同尺寸的钢球，所述管件的两端均设置有封口。

按上述技术方案，所述钢球的直径≤4mm。

按上述技术方案，所述弯曲模为镶块式结构，其包括固定件以及镶嵌在所述固定件上用于支撑管件弯曲部的弯曲件，所述弯曲件上设有用于通冷却水的蛇形通道。

按上述技术方案，所述静夹块、防皱块和动夹块均为分体式结构，其均包括两个紧密贴合在一起的内弧形管柱和外弧形管柱，所述内、外弧形管柱相接触的面上开设有相对应的半圆形蛇形通道，两个半圆形蛇形通道合成一个完整的蛇形通道。

相应的，本发明提供一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，包括如下步骤：

S1、将管件的弯曲部放置在弯曲模上，管件的一端通过静夹块和防皱块夹紧，另一端通过动夹块夹紧，支撑芯模放置在管件的弯曲部内，在管件弯曲部的外周套设感应线圈；

S2、调整高频电源的高频功率，利用高频电源通过感应线圈将管件的弯曲部加热至固溶温度；

S3、通过动夹块向管件的另一端轴向加压，同时，弯曲辅推机构推动管件向另一端移动，使管件加热固溶后的弯曲部绕着弯曲模进行弯曲成形，在成形过程中弯曲模保持静止；

S4、管件弯曲部弯曲成形后，向静夹块、动夹块、防皱块和弯曲模内蛇形通道通冷却水，以实现对管件的淬火处理；

S5、对淬火后的管件进行时效处理。

按上述技术方案，所述管件的径厚比大于50。

按上述技术方案，所述管件弯曲部的弯曲半径小于管件外径的1.5倍。

本发明产生的有益效果是：本发明先通过高频电源和感应线圈对管内置有支撑芯模的管件进行感应加热，一方面可以将管件加热至固溶温度便于弯曲成型，另一方面可以使支撑芯模起到良好的蓄热作用，可以有效减缓管件的降温速度，提高成形质量；再通过弯曲机构对加热固溶后的管材进行同步数控弯曲，可提高铝合金管件弯曲形状的复杂性、减少管材外侧壁厚的减薄量以及有效缓解弯曲时管材内层的失稳起皱缺陷；然后通过在模具内对管材进行淬火、人工时效处理，可显著提高铝合金管材的强度、硬度以及成形精度，有效解决管材弯曲淬火后的回弹问题，实现对车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形一体化处理，可缩短成形工序，提高成形效率，降低成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，其中静夹块、防皱块以及动夹块模具结构类似，下文中以夹块模具代称，附图中：

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第一实施例中在管件内放入芯棒的结构示意图；

图3是本发明第一实施例中对放入芯棒的管件进行感应加热的结构示意图；

图4a是本发明第一实施例中静夹块的结构示意图；

图4b是图4a中外弧形管柱的结构示意图；

图4c是图4a中内弧形管柱的结构示意图；

图5a是本发明第一实施例中弯曲模的结构示意图；

图5b是本发明第一实施例中弯曲模的弯曲件的结构示意图；

图6是本发明第二实施例的结构示意图；

图7是本发明第二实施例中在管件内填充钢球的结构示意图；

图8是本发明第二实施例中对填充钢球后的管件进行感应加热的结构示意图。

图中：1-静夹块、101-外弧形管柱、102-内弧形管柱、2-芯棒、201-芯轴、202-芯球、203-铰链、3-管件、4-动夹块、5-弯曲模、501-固定件、502-弯曲件、6-防皱块、7-蛇形通道、8-封口、9-钢球、10-钢丝绳、11-感应线圈。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，该装置包括加热机构和弯曲机构；其中，

如图3、图8所示，加热机构包括感应线圈11和高频电源，感应线圈11套设在管件弯曲部的外周，感应线圈11与高频电源连接，高频电源用于将管件3弯曲部加热至固溶温度；

如图1、图6所示，弯曲机构包括弯曲模5、静夹块1、防皱块6、动夹块4、支撑芯模和弯曲辅推机构(图中未标示)，管件的弯曲部放置在弯曲模5上，管件的一端由静夹块1和防皱块6夹在弯曲模5上，弯曲辅推机构设置在管件的一端端面处，用于推动管件向另一端移动，管件的另一端由动夹块4夹紧，柔性芯模设置在管件内用于支撑管件的弯曲部，弯曲模、静夹块、防皱块和动夹块内均开设有用于通冷却水的蛇形通道7。

在本发明的优选实施例中，如图1-图3所示，支撑芯模为芯棒2，芯棒2包括芯轴201以及与芯轴201铰接连接的芯球202，芯轴201与芯球202的外径相等。

在本发明的优选实施例中，如图1-图3所示，芯球202的数量为1-3个，具体为3个，相邻芯球202之间通过铰链203串联连接。

在本发明的优选实施例中，如图6-图8所示，支撑芯模为填充满管件内腔的、不同数量不同尺寸的钢球9，管件的两端均设置有封口8。

在本发明的优选实施例中，如图6-图8所示，钢球9的直径≤4mm。

在本发明的优选实施例中，如图5a、5b所示，弯曲模5包括固定件501以及镶嵌在固定件501上用于支撑管件弯曲部的弯曲件502，弯曲件502上设有用于通冷却水的蛇形通道7。弯曲模采用镶块式设计，便于磨损后及时更换，在管件弯曲过程中弯曲模保持静止不动。

在本发明的优选实施例中，如图4a、4b、4c所示，静夹块、防皱块和动夹块均为分体式结构，以静夹块为例，其均包括两个紧密贴合在一起的内弧形管柱102和外弧形管柱101，内、外弧形管柱相接触的面上开设有相对应的半圆形蛇形通道，两个半圆形蛇形通道合成一个完整的蛇形通道。静夹块、防皱块和动夹块采用分体式设计，便于磨损后更换其中某个部件。

一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，包括如下步骤：

S1、将管件的弯曲部放置在弯曲模上，管件的一端通过静夹块和防皱块夹紧，另一端通过动夹块夹紧，支撑芯模放置在管件的弯曲部内，在管件弯曲部的外周套设感应线圈；

S2、调整高频电源的高频功率，利用高频电源通过感应线圈将管件的弯曲部加热至固溶温度；

S3、通过动夹块向管件的另一端轴向加压，同时，弯曲辅推机构推动管件向另一端移动，使管件加热固溶后的弯曲部绕着弯曲模进行弯曲成形，在成形过程中弯曲模保持静止；

S4、管件弯曲部弯曲成形后，向静夹块、动夹块、防皱块和弯曲模内蛇形通道通冷却水，以实现对管件的淬火处理；

S5、对淬火后的管件进行时效处理。

在本发明的优选实施例中，管件的径厚比大于50。

在本发明的优选实施例中，管件弯曲部的弯曲半径小于管件外径的1.5倍。

以下就两种实施例对本发明进行具体说明。

实施例1中支撑芯模为刚性芯棒。

如图1-图3所示，一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，包括如下步骤：

S1、铝合金管件材料为2A12，管件直径为80mm，厚度为1mm(即径厚比为80)，长度为500mm，弯曲部的弯曲半径为120mm，芯轴和芯球的外径均为78mm，芯球的布置形式是通过铰链串联在芯轴上，将芯棒放入管件内，在管件待弯曲部分的外周套上感应线圈；

S2、根据管件规格、壁厚等要求调整好高频电源的高频功率，利用高频电源通过感应线圈对管件弯曲部进行圆周加热，将管件加热到500±5℃时撤回感应线圈；

S3、使用弯曲机构对加热固溶后的管件进行数控弯曲成形，即采用静夹块和防皱块，以及动夹块和弯曲模对管件实施数控弯曲成形，弯曲辅推机构推动管件向另一端移动(以减小管件弯曲部分的减薄量)，在成形过程中弯曲模保持静止；

S4、弯曲成形结束后，向静夹块、动夹块、防皱块以及弯曲模弯曲件内的蛇形通道通水以实现对管件的淬火处理；

S5、对淬火后的铝合金管件进行时效处理，最终得到的超薄铝合金管件内侧光滑未见起皱现象，外侧也未见破裂等缺陷。

实施例2中支撑芯模为刚性钢球。

如图6-图8所示，一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，包括如下步骤：

S1、铝合金管件材料为2A12，管件直径为80mm，厚度为1mm(即径厚比为80)，长度为500mm，弯曲部的弯曲半径为120mm，将不同数量、不同尺寸的细小钢球填充入管件内(钢球直径≤4mm),通过钢丝绳10将管件两端封口，在管件待弯曲部分的外周套上感应线圈；

S2、根据管件规格、壁厚等要求调整好高频功率，利用高频电源通过感应线圈对管件待弯曲区域进行圆周加热，将管件加热到500±5℃时撤回感应线圈；

S3、使使用弯曲机构对加热固溶后的管件进行数控弯曲成形，即采用静夹块和防皱块，以及动夹块和弯曲模对管件实施数控弯曲成形，弯曲辅推机构推动管件向另一端移动，使在成形过程中弯曲模保持静止；

S4、弯曲成形结束后，向静夹块、动夹块、防皱块以及弯曲模弯曲件内的蛇形通道通水以实现对管件的淬火处理；

S5、对淬火后的铝合金管件进行时效处理；

S6、打开管件两端的封口，将钢球倒出回收，循环使用。

本发明中感应加热频率的选择根据热处理及加热深度的要求而定，频率越高加热的深度越浅，例如：a.高频(10KHZ以上)加热的深度为0.5-2.5mm，一般用于中小型零件的加热。；b.中频(1-10KHZ)加热深度为2-10mm，一般用于直径大的轴类和大中模数的齿轮加热；c.工频(50HZ)加热淬硬层深度为10-20mm，一般用于较大尺寸零件的透热，大直径零件的表面淬火。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，该装置包括加热机构和弯曲机构；其中，

所述加热机构包括感应线圈和高频电源，所述感应线圈套设在管件弯曲部的外周，所述感应线圈与高频电源连接，所述高频电源用于将管件弯曲部加热至固溶温度；

所述弯曲机构包括弯曲模、静夹块、防皱块、动夹块、支撑芯模和弯曲辅推机构，所述管件的弯曲部放置在弯曲模上，所述管件的一端由静夹块和防皱块夹在弯曲模上，所述弯曲辅推机构设置在管件的一端端面处，用于推动管件向另一端移动，所述管件的另一端由动夹块夹紧，所述支撑芯模设置在管件内用于支撑管件的弯曲部，所述弯曲模、静夹块、防皱块和动夹块内均开设有用于通冷却水的蛇形通道，所述弯曲模为镶块式结构，其包括固定件以及镶嵌在所述固定件上用于支撑管件弯曲部的弯曲件，所述弯曲件上设有用于通冷却水的蛇形通道。

2.根据权利要求1所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，所述支撑芯模为芯棒，所述芯棒包括芯轴以及与所述芯轴铰接连接的芯球，所述芯轴与芯球的外径相等。

3.根据权利要求2所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，所述芯球的数量为1～3个，相邻芯球之间通过铰链串联连接。

4.根据权利要求1所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，所述支撑芯模为填充满管件内腔的不同尺寸的钢球，所述管件的两端均设置有封口。

5.根据权利要求4所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，所述钢球的直径≤4mm。

6.根据权利要求1所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置，其特征在于，所述静夹块、防皱块和动夹块均为分体式结构，其均包括两个紧密贴合在一起的内弧形管柱和外弧形管柱，所述内弧形管柱、外弧形管柱相接触的面上开设有相对应的半圆形蛇形通道，两个半圆形蛇形通道合成一个完整的蛇形通道。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形装置的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将管件的弯曲部放置在弯曲模上，管件的一端通过静夹块和防皱块夹紧，另一端通过动夹块夹紧，支撑芯模放置在管件的弯曲部内，在管件弯曲部的外周套设感应线圈；

S2、调整高频电源的高频功率，利用高频电源通过感应线圈将管件的弯曲部加热至固溶温度；

S3、通过动夹块向管件的另一端轴向加压，同时，弯曲辅推机构推动管件向另一端移动，使管件加热固溶后的弯曲部绕着弯曲模进行弯曲成形，在成形过程中弯曲模保持静止；

S4、管件弯曲部弯曲成形后，向静夹块、动夹块、防皱块和弯曲模内蛇形通道通冷却水，以实现对管件的淬火处理；

S5、对淬火后的管件进行时效处理。

8.根据权利要求7所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，其特征在于，所述管件的径厚比大于50。

9.根据权利要求7所述的车身铝合金管件固溶-弯曲-时效成形方法，其特征在于，所述管件弯曲部的弯曲半径小于管件外径的1.5倍。