CN112091552A - 铝合金板材组合加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了铝合金板材组合加工方法。包括步骤S1:通过卷铝放料,然后将放料后的铝板在模具上进行冲压;即在模具上单独冲压成型第一块铝合金板材,以及在模具单独上冲压成型第二块铝合金板材。第一块铝合金板材和第二块铝合金板材经过模具的冲压后已经完成塑性变形。步骤S2:将第一块铝合金板材与第二块铝合金板材对接,然后在第一块铝合金板材与第二块铝合金板材的对接处进行搅拌摩擦焊接,从而形成半成品。步骤S3:对半成品进行修边处理,从而形成产品。其不仅可以提高铝合金板材FSW连接部位强度的强度、避免产品因冷冲压成型而破裂,以降低冷冲压成型报废率;而且,可以降低对冷冲压模具的精度和稳定性要求。
Description
技术领域
本发明涉及板材组合加工技术领域,尤其涉及铝合金板材组合加工方法。
背景技术
近年来,世界性能源问题变得越来越严重,这使得减轻汽车自重、降低油耗成了各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。据有关数据介绍,汽车重量每减少50kg,每升燃油行驶的距离可增加2km;汽车重量每减轻1%,燃油消耗下降0.6%~1%。铝具有密度小、耐蚀性好等特点,且铝合金的塑性优良,铸、锻、冲压工艺均适用。有资料表明,用铝合金结构代替传统钢结构,可使汽车质量减轻30%~40%,铝合金已成为汽车生产不可缺少的重要材料。采用铝合金是汽车轻量化及环保、节能、提速和运输高效的重要途径之一。因此,研究开发铝合金汽车目前显得十分必要。
目前汽车车身结构件领域使用铝合金材料的比例在逐年增加,针对铝材连接性能的研究也进一步深入,为未来汽车全铝车身的发展应用奠定了技术基础。据统计,在车身骨架领域,主要使用5000系(AI-Mg系)及(如:T4、T6、T8)的6000系(AI-Mg-Si系)冷成型铝合金板材,5000系与6000系铝合金板材共性加工工艺:熔炼→热轧→冷轧→热处理,区别点:6000系铝材是在共性工艺基础上增加时效处理工艺。两种系列铝合金板材都适用于断面先FSW连接及后冷冲压成型(其中,FSW全称为Friction Stir Welding,中文名称为:搅拌摩擦焊),能够很好的满足汽车对壳体的要求。本技术方案主要适用于以上提及的两个系列铝合金板材组合加工工艺。
在车身壳体领域,铝合金板材加工已经不是单一工艺连接,其中FSW连接与铝合金板材冲压成型混合应用普遍存在。先铝合金板材FSW连接后冲压成型,可以有效吸收FSW连接变形量,从而有效控制成品成型过程型面回弹量,质量保证能力提高。但是,现有的技术难题是:1、FSW连接部位强度弱于薄板抗拉强度,连接部位延展性弱于组合品中材料延展性最小的材料,冷冲压成型破裂及冷冲压成型报废率较高,这是批量生产难以承受之痛。2、该工艺方案对冲压模具(成型凸凹模具间隙,尤其是FSW连接部位上下模具间隙)的精度及稳定性要求比较高。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供铝合金板材组合加工方法,其不仅可以提高铝合金板材FSW连接部位强度的强度、避免产品因冷冲压成型而破裂,以降低冷冲压成型报废率;而且,可以降低对冷冲压模具的精度和稳定性要求。
本发明的目的采用如下技术方案实现:
铝合金板材组合加工方法,包括以下步骤:
S1:在模具上单独冲压成型第一块铝合金板材,以及在模具单独上冲压成型第二块铝合金板材;
S2:将第一块铝合金板材与第二块铝合金板材对接,然后在第一块铝合金板材与第二块铝合金板材的对接处进行搅拌摩擦焊接,从而形成半成品;
S3:对半成品进行修边处理,从而形成产品。
进一步地,在S1步骤中,通过卷铝放料,然后将放料后的铝板在模具上进行冲压。
进一步地,第一块铝合金板材的厚度与第二块铝合金板材的厚度相同或不同,第一块铝合金板材和第二块铝合金板材分别在不同的模具上冲压得到。
进一步地,在S1步骤中,第一块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第一待焊接面,第二块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第二待焊接面;并且,第一待焊接面通过刀块一刀切边而形成,第二待焊接面通过刀块一刀切边而形成;在S2步骤中,第一块铝合金板材的第一待焊接面与第二块铝合金板材的第二待焊接面对接。
进一步地,第一待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边;
第二待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边。
进一步地,定义第一块铝合金板上与第一待焊接面垂直衔接的底面为第一支撑面,定义第二块铝合金板上与第二焊接面垂直衔接的底面为第二支撑面;
在S1步骤中,控制模具成型第一支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第一支撑面的平面度段差为0-0.3mm;控制模具成型第二支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第二支撑面的平面度段差为0-0.3mm。
进一步地,第一块铝合金板材在第一待焊接面的相对两侧均设有第一焊接余留边,第二块铝合金板材在第二待焊接面的相对两侧均设有第二焊接余留边;第一焊接余留边和第二焊接余留边用于作为搅拌摩擦焊的起始位置或结束位置。
进一步地,S3步骤中,将第一焊接余留边和第二焊接余留边切除。
进一步地,第一块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系;第二块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
1、现有技术中,先搅拌摩擦焊接再进行冲压成型,则导致铝板经搅拌摩擦焊接的位置处发生严重的流动塑性变形,工件面积越大,当变形量达到材料塑性本身极限或者接近极限时,材料越容易发生变薄(变薄则导致强度不足)或者破裂的现象,即导致产品报废。并且,由于经过搅拌摩擦焊的位置处是铝合金板强度最薄弱的位置,开裂现象往往从该部位优先发生;即便没有发生开裂现象,由于成型过程内应力的作用,一般也会在搅拌摩擦焊接位置处产生微小裂纹,直接造成铝合金薄板成型后该部位的抗拉强度不足(一般低于第一块铝合金板材和第二块铝合金板材两者中抗拉强度最低者的80%),因而不能够满足强度设计要求。据统计,通过现有技术的冲压工艺完成产品制造的过程中,废品率一般维持在10%~15%之间,造成极大资源浪费。而本发明中,加工过程为先对铝板进行冲压塑形,然后再将第一块铝合金板材和第二块铝合金板材通过搅拌摩擦焊的方式固定起来。相比现有技术,本发明的加工方法在冲压过程不会对搅拌摩擦焊的位置进行模压,因而不会导致经过搅拌摩擦焊的位置受挤压而变薄或破裂。
2、并且,在现有技术中,为了保证搅拌摩擦焊接的位置处的质量,对模具的精度要求非常高,而本发明中,由于冲压工序在搅拌摩擦焊接工序之前,因而降低了冲压模具的精度要求和冲压模具的稳定性。
具体实施方式
下面,结合具体实施方式,对本发明做进一步描述,需要说明的是,在不相冲突的前提下,以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上,或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能存在居中元件。本文所使用的“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不代表是唯一的实施方式。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一较佳实施例的铝合金板材组合加工方法,包括以下步骤:
S1:通过卷铝放料,然后将放料后的铝板在模具上进行冲压;即在模具上单独冲压成型第一块铝合金板材,以及在模具单独上冲压成型第二块铝合金板材。需要说明的是,第一块铝合金板材和第二块铝合金板材经过模具的冲压后已经完成塑性变形。
S2:将第一块铝合金板材与第二块铝合金板材对接,然后在第一块铝合金板材与第二块铝合金板材的对接处进行搅拌摩擦焊接,从而形成半成品。
S3:对半成品进行修边处理,从而形成产品。
其中,第一块铝合金板材的厚度与第二块铝合金板材的厚度相同或不同,一般而言,基于第一块铝合金板材与第二块铝合金板材形状、结构和厚度均不同,一般需要将第一块铝合金板材和第二块铝合金板材分别在不同的模具上冲压得到。
现有技术中,先搅拌摩擦焊接再进行冲压,则导致铝板经搅拌摩擦焊接的位置处发生严重的流动塑性变形,工件面积越大,当变形量达到材料塑性本身极限或者接近极限时,材料越容易发生变薄(变薄则导致强度不足)或者破裂的现象,即导致产品报废。并且,由于经过搅拌摩擦焊接的位置处是铝合金板强度最薄弱的位置,开裂现象往往从该部位优先发生;即便没有发生开裂现象,由于成型过程内应力的作用,一般也会在搅拌摩擦焊接的位置处产生微小裂纹,直接造成铝合金薄板成型后该部位的抗拉强度不足(一般低于第一块铝合金板材和第二块铝合金板材两者中抗拉强度最低者的80%),因而不能够满足强度设计要求。据统计,通过现有技术的冲压工艺完成产品制造的过程中,废品率一般维持在10%~15%之间,造成极大资源浪费。而本发明中,加工过程为先对铝板进行冲压塑形,然后再将第一块铝合金板材和第二块铝合金板材通过搅拌摩擦焊的方式固定起来。相比现有技术,本发明的加工方法在冲压过程不会对搅拌摩擦焊的位置进行模压,因而不会导致经过搅拌摩擦焊的位置受挤压而变薄或破裂。并且,在现有技术中,为了保证搅拌摩擦焊接的位置处的质量,对模具的精度要求非常高,而本发明中,由于冲压工序在搅拌摩擦焊接工序之前,而降低了冲压模具的精度要求和冲压模具的稳定性。
作为进一步优选地实施方式:在S1步骤中,第一块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第一待焊接面,第二块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第二待焊接面。并且,第一待焊接面通过刀块一刀切边而形成,从而保证第一待焊接面的待加工边的直线度,第二待焊接面通过刀块一刀切边而形成,从而保证第二待焊接面的待加工边的直线度。在S2步骤中,第一块铝合金板材的第一待焊接面与第二块铝合金板材的第二待焊接面对接。如此,可以提高搅拌摩擦焊接的位置处的焊接质量。需要说明的是,如果在第一待焊接面设计切边交刀(即两次切割才能完成一个面的一次加工),则目前的最小误差只能控制在0.5mm(特别是材料为卷铝的情形下),而该误差会导致搅拌摩擦焊接的过程出现焊缝质量较差的现象,容易导致产品报废。
作为进一步优选地实施方式:加工以形成第一待焊接面时,第一待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边;同理,加工以形成第二待焊接面时,第二待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边。如此,即通过精加工的第一待焊接面与第二待焊接面进行对接,可以进一步提供经过搅拌摩擦焊接的位置处的质量。
作为进一步优选地实施方式:定义第一块铝合金板上与第一待焊接面垂直衔接的底面为第一支撑面,定义第二块铝合金板上与第二焊接面垂直衔接的底面为第二支撑面。搅拌摩擦焊接过程中,即通过第一支撑面和第二支撑面进行支撑(一般而言,第一支撑面与机床接触,第二支撑面业余机床接触),以保证第一焊接面与第二焊接面紧密贴合。在S1步骤中,控制模具成型第一支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第一支撑面的平面度段差为0-0.3mm;控制模具成型第二支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第二支撑面的平面度段差为0-0.3mm。如此,以保证搅拌摩擦焊接过程顺畅完成,即进一步提高了搅拌摩擦焊接位置处的质量。
作为进一步优选地实施方式:第一块铝合金板材在第一待焊接面的相对两侧均设有第一焊接余留边,第二块铝合金板材在第二待焊接面的相对两侧均设有第二焊接余留边;第一焊接余留边和第二焊接余留边用于作为搅拌摩擦焊的起始位置或结束位置。如此,即利于搅拌针焊接过程的起始与终止。
作为进一步优选地实施方式:S3步骤中,将第一焊接余留边和第二焊接余留边切除,从而避免在铝合金产品上留下焊接匙孔。其中,修边处理可以是普通的模具冲裁加工,也可以使用简单的压力气缸切刀加工等等。
其中,第一块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系;第二块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系。其中,根据公知常识,X为正整数或零,且各个X可以不同,例如为5000、6000、7000。显然,本发明中,工件类型显然更加适用于可冷冲压的铝合金板材。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式,不能以此来限定本发明保护的范围,本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (9)
1.铝合金板材组合加工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:在模具上单独冲压成型第一块铝合金板材,以及在模具单独上冲压成型第二块铝合金板材;
S2:将第一块铝合金板材与第二块铝合金板材对接,然后在第一块铝合金板材与第二块铝合金板材的对接处进行搅拌摩擦焊接,从而形成半成品;
S3:对半成品进行修边处理,从而形成产品。
2.如权利要求1所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:在S1步骤中,通过卷铝放料,然后将放料后的铝板在模具上进行冲压。
3.如权利要求1所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:第一块铝合金板材的厚度与第二块铝合金板材的厚度相同或不同,第一块铝合金板材和第二块铝合金板材分别在不同的模具上冲压得到。
4.如权利要求1所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:在S1步骤中,第一块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第一待焊接面,第二块铝合金板材在模具上冲压成型后形成第二待焊接面;并且,第一待焊接面通过刀块一刀切边而形成,第二待焊接面通过刀块一刀切边而形成;在S2步骤中,第一块铝合金板材的第一待焊接面与第二块铝合金板材的第二待焊接面对接。
5.如权利要求4所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:
第一待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边;
第二待焊接面通过刀块的至少两次独立的切边而形成,且每一次切边均为一刀完成切边动作,第二次切边为精切边。
6.如权利要求4所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:定义第一块铝合金板上与第一待焊接面垂直衔接的底面为第一支撑面,定义第二块铝合金板上与第二焊接面垂直衔接的底面为第二支撑面;
在S1步骤中,控制模具成型第一支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第一支撑面的平面度段差为0-0.3mm;控制模具成型第二支撑面处的凹模与凸模之间的间隙,使得第二支撑面的平面度段差为0-0.3mm。
7.如权利要求4所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:第一块铝合金板材在第一待焊接面的相对两侧均设有第一焊接余留边,第二块铝合金板材在第二待焊接面的相对两侧均设有第二焊接余留边;第一焊接余留边和第二焊接余留边用于作为搅拌摩擦焊的起始位置或结束位置。
8.如权利要求4所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:S3步骤中,将第一焊接余留边和第二焊接余留边切除。
9.如权利要求1所述的铝合金板材组合加工方法,其特征在于:第一块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系;第二块铝合金板材为5XXX系、6XXX系或7XXX系。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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