CN109570417A - 一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，属于等温挤压技术领域，该精密成形方法包括：将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯；将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件；所述预制坯的中部至端部以坡面过渡，坡角为10～35°。本发明通过对坯料的形状进行改进，使得在挤压过程中，锻件各部位可流动的金属体积大致分布均匀，使金属同时向锻件各部位进行充填，得到的铝合金薄壁曲面筋锻件，成形效果良好，无充填不满的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及等温挤压技术领域，尤其涉及一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法。
背景技术
随着航空航天工业的发展，对于质轻高强精密锻件，尤其是大型精密锻件的要求日益增加。其中大型精密锻件由于设备吨位和材料塑性限制难以采用冷成形工艺生产，因此，等温精密成形方法得到广泛应用。
大型精密锻件一般内部结构复杂，很多为复杂曲面薄壁结构，目前通常采用厚度均匀分布的坯料(如图1所示)进行等温挤压成形。但由于复杂曲面薄壁结构存在大量的薄腹板和高筋条，模具型腔内金属流动复杂，采用厚度均匀分布的坯料进行等温挤压，会导致型腔内金属流动不均匀，产生充填不满的缺陷，使得锻件难以满足精度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，解决锻件充填不满的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，包括：
将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯；将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件；
所述预制坯的上表面中部至端部以坡面过渡，坡角为10～25°。
优选的，所述弧形铝合金坯料为U形铝合金坯料。
优选的，所述预制坯的端部厚度比所述铝合金薄壁曲面筋锻件的高度低20～30mm，所述预制坯的中部厚度比所述铝合金薄壁曲面筋锻件的高度低31～50mm。
优选的，所述铝合金薄壁曲面筋锻件的长度和宽度之比为1.5～2.5：1；所述铝合金薄壁曲面筋锻件含有高筋条，所述高筋条的高度和宽度之比为8～15：1。
优选的，在将所述预制坯放入下模模膛之前，还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。
优选的，对所述预制坯加热的温度为420～460℃，加热的时间为2.5～3.5h。
优选的，对所述预制坯加热前还包括对预制坯进行预热，在预热后的预制坯表面添加润滑剂；所述预热的温度为160～180℃。
优选的，所述模具的加热温度为380～450℃。
优选的，所述挤压的温度为400～500℃。
优选的，所述挤压时，向上模施加的压力为2500～5000吨，上模下行速度为0.8～3.0mm/s。
本发明提供了一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，包括：将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯；将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件；所述预制坯的中部至端部以坡面过渡，坡角为10～25°。本发明将弧形铝合金坯料的上表面加工至中部低，端部高，中部至端部以坡面过渡，坡角为10～25°，得到预制坯再进行挤压，使得在挤压过程中，锻件各部位可流动的金属体积大致分布均匀，使金属同时向锻件各部位进行充填，从而解决了锻件充填不满的问题。实施例结果表明，采用本发明的成形精密成形方法得到的铝合金薄壁曲面筋锻件，成形效果良好，无充填不满的缺陷。
附图说明
图1为铝合金薄壁曲面筋锻件传统平板坯料示意图；
图2为实施例1加工得到的预制坯形状示意图；
图3为实施例1的铝合金薄腹曲面筋锻件照片；
图4为实施例2加工得到的预制坯形状示意图；
图5为实施例2的铝合金薄腹格栅筋锻件照片。
具体实施方式
本发明提供了一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，包括：
将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯；将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件；
所述预制坯的上表面中部至端部以坡面过渡，坡角为10～25°。
本发明将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯。在本发明中，所述预制坯的上表面中部至端部以坡面过渡连接，坡角为10～25°，进一步优选为14～20°。本发明对所述弧形铝合金坯料的成分没有特殊要求，针对任意成分的铝合金坯料均适用。本发明所述弧形铝合金坯料优选为U形铝合金坯料。本发明对所述弧形铝合金坯料的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的弧形铝合金坯料即可。在本发明中，所述预制坯的端部厚度优选比所述铝合金薄壁曲面筋锻件高度低20～30mm，进一步优选为24～29mm，所述预制坯的中部厚度优选比所述铝合金薄壁曲面筋锻件高度低31～50mm，进一步优选为35～50mm。在本发明中，所述预制坯的中部和端部的顶面优选为平面；本发明所述预制坯的坡面的具***置，即坡面连接端部与中部的具***置，根据锻件体积加上飞边体积总体积不变原则，并依据坡角、预制坯端部厚度、预制坯中部厚度以及预制坯长度计算得到。所述预制坯的长度优选为铝合金薄壁曲面筋锻件的长度，所述铝合金薄壁曲面筋锻件的长度以该锻件的最大直线长度计。本发明将弧形铝合金坯料加工成中部低、端部高的预制坯，并控制中部至端部之间坡面的倾斜角度，使得锻件各部位可流动的金属体积大致分布均匀，使金属同时向锻件各部位进行充填，从而避免了锻件充填不满。图2为本发明的弧形铝合金坯料为U形时加工得到的预制坯形状示意图，其中，1为端部，2为中部，3为连接中部至端部的坡面；本发明所述中部指的是所述弧形铝合金坯料弧形段的中间部分，所述中部的外凸的弧形曲面长度优选为整个弧形铝合金坯料外凸弧形长度的1/2；所述中部的外凸弧形的中心与整个弧形铝合金坯料外凸弧形的中心重合。
得到预制坯后，本发明将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件。
本发明在将所述预制坯放入下模模膛之前，优选还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。本发明对所述预制坯加热的温度优选为420～460℃，进一步优选为430～450℃；所述加热的时间优选为2.5～3.5h，进一步优选为3h，所述加热的时间指的是预制坯达到加热温度后的保温时间。本发明所述模具的加热温度优选为380～450℃，进一步优选为420～440℃。本发明对所述预制坯和模具的加热方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的加热方式即可。在本发明中，所述挤压的温度优选为400～500℃，进一步优选为410～440℃，由于本发明采用等温精密成形，模具的温度与锻件温度相同，因此所述挤压的温度指的是模具与锻件的温度。
在本发明中，所述预制坯加热前，优选还包括对所述预制坯进行预热，在预热后的坯料表面添加润滑剂。在本发明中，所述预热的温度优选为160～180℃，进一步优选为170～180℃；所述润滑剂优选为石墨乳水溶液，所述石墨乳水溶液的质量百分浓度优选为15～20％。本发明对所述石墨乳水溶液的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本发明所述预热温度有利于石墨乳水溶液完整均匀的附着于坯料上。本发明对所述预热的方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的预热方式即可。本发明对所述润滑剂的添加方式没有特殊要求，具体的可采用喷涂的方式。本发明对所述润滑剂的用量没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的用量即可。
本发明将所述预制坯放入下模模膛后，预制坯部分露于下模外侧，上模覆盖于该预制坯的上部，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件。本发明在挤压过程中，对上模施加压力，迫使坯料发生形变，当上模和下模完全闭合时，停止挤压。在本发明中，所述挤压成形时，向上模施加的压力优选为2500～5000吨，进一步优选为3500～4000吨；上模下行速度优选为0.8～3.0mm/s，进一步优选为1.5～2.0mm/s。本发明通过对上模施加一定的压力，使上模在下行时，挤压金属变形，金属的变形在模腔内进行，获得所需形状。在本发明中，所述上模和下模的模腔形状与规格根据目标锻件的形状和规格确定。
挤压完成后，本发明优选还包括采用顶出装置将铝合金薄壁曲面筋锻件取出，进行空冷。本发明对所述顶出装置的结构没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的顶出装置即可。锻件冷却后，本发明优选还包括对冷却后的锻件进行酸洗，去除表面金属氧化皮，清理表面石墨，得到表面处理的铝合金薄壁曲面筋锻件。本发明对所述酸洗的实施方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的酸洗方式即可。
在本发明中，所述铝合金薄壁曲面筋锻件长度和宽度之比优选为1.5～2.5：1，进一步优选为2.0～2.5:1；所述铝合金薄壁曲面筋锻件的长度和宽度以该锻件的最大直线长度和直线宽度计；所述铝合金薄壁曲面筋锻件优选含有高筋条，所述高筋条的高度和宽度之比优选为8～15:1，进一步优选为10～15:1。在本发明中，所述铝合金薄壁曲面筋锻件的壁厚优选为5～20mm。
下面结合实施例对本发明提供的薄壁曲面筋锻件的精密成形方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
(1)制坯：将5A06铝合金厚板进行机械加工，得到弧形不等厚的铝合金预制坯，如图2所示，1为端部，2为中部，3为连接中部至端部的坡面，图2中，预制坯的中部高度低于两端，预制坯的端部厚度比所述铝合金薄腹曲面筋锻件高度低21mm，预制坯的中部厚度为比所述铝合金薄腹曲面筋锻件高度低50mm，具体的：预制坯中间厚度为63mm，两端的厚度为92mm，高度差是29mm，中部至端部坡面的坡角为15°；
(2)将预制坯放入箱式电阻炉中加热，加热到160℃时取出，并在预制坯的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式电阻炉中，加热到440℃并保温2h，最后将模具加热到420℃，将加热好的预制坯放入下模的模膛内，采用上模和下模进行挤压，在压力机作用下向上模施加3800吨的压力，上模下行速度为1.0mm/s，挤压温度为420℃，当上模和下模完全闭合后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件；
(3)冷却：将步骤(2)制得的锻件用顶出装置取出，空冷至室温；
(4)酸洗：将冷却后的锻件进行酸洗，去除表面金属氧化皮，清理表面石墨，得到表面处理的铝合金薄腹曲面筋锻件。
对实施例1得到的铝合金薄腹曲面筋锻件进行观察，锻件照片如图3所示，图3显示，实施例1的铝合金薄腹曲面筋锻件成形良好，无充填不满的缺陷。
实施例2
(1)制坯：将5A06铝合金厚板进行机械加工，得到弧形不等厚的铝合金预制坯，如图4所示，1为端部，2为中部，3为连接中部至端部的坡面，4为中部的底部。图4中，预制坯的中部高度低于两端，预制坯的端部厚度比所述铝合金薄腹格栅筋锻件高度低28mm，预制坯的中部厚度为比所述铝合金薄腹格栅筋锻件高度低36mm，具体的：预制坯中部的顶部厚度为42mm，中部厚度为80mm，两端的厚度为88mm，中部和两端厚度差是8mm，中部至端部坡面的坡角为14°；
(2)将预制坯放入箱式电阻炉中加热，加热到160℃时取出，并在预制坯的表面均匀地喷涂石墨乳水溶液，将喷好石墨乳水溶液的坯件放入箱式电阻炉中，加热到440℃并保温2h，最后将模具加热到420℃，将加热好的预制坯放入下模的模膛内，采用上模和下模进行挤压，在压力机作用下向上模施加3800吨的压力，上模下行速度为1.0mm/s，挤压温度为420℃，当上模和下模完全闭合后，压力机停止运行，成形完毕制得锻件；
(3)冷却：将步骤(2)指的的锻件用顶出装置取出，空冷至室温；
(4)酸洗：将冷却后的锻件进行酸洗，去除表面金属氧化皮，清理表面石墨，得到表面处理的铝合金薄腹格栅筋锻件。
对实施例2得到的铝合金薄腹格栅筋锻件进行观察，锻件照片如图5所示，图5显示，实施例2的铝合金薄腹格栅筋锻件成形良好，无充填不满的缺陷。
由以上实施例可知，本发明提供了一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，采用该精密成形方法生产铝合金薄壁曲面筋锻件可有效避免锻件充填不满的缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种铝合金薄壁曲面筋锻件的精密成形方法，包括：
将弧形铝合金坯料的上表面加工成中部低、端部高，得到预制坯；将所述预制坯按照中部低、端部高的一面朝上放入下模模膛内，采用上模和下模进行挤压，得到铝合金薄壁曲面筋锻件；
所述预制坯的中部至端部以坡面过渡，坡角为10～35°。
2.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述弧形铝合金坯料为U形铝合金坯料。
3.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述预制坯的端部厚度比所述铝合金薄壁曲面筋锻件的高度低20～30mm，所述预制坯的中部厚度比所述铝合金薄壁曲面筋锻件的高度低31～50mm。
4.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述铝合金薄壁曲面筋锻件的长度和宽度之比为1.5～2.5：1；所述铝合金薄壁曲面筋锻件含有高筋条，所述高筋条的高度和宽度之比为8～15：1。
5.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，在将所述预制坯放入下模模膛之前，还包括将所述预制坯和模具分别进行加热。
6.根据权利要求5所述的精密成形方法，其特征在于，对所述预制坯加热的温度为420～460℃，加热的时间为2.5～3.5h。
7.根据权利要求5或6所述的精密成形方法，其特征在于，对所述预制坯加热前还包括对预制坯进行预热，在预热后的预制坯表面添加润滑剂；所述预热的温度为160～180℃。
8.根据权利要求5所述的精密成形方法，其特征在于，所述模具的加热温度为380～450℃。
9.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述挤压的温度为400～500℃。
10.根据权利要求1所述的精密成形方法，其特征在于，所述挤压时，向上模施加的压力为2500～5000吨，上模下行速度为0.8～3.0mm/s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190405 |
|
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