CN111299347B - 一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，所述挤压成形方法包括：采用喷射成形技术制备预设圆锭坯料，对预设圆锭坯料进行车削去除氧化皮后进行均匀化处理；将均匀化处理后的预设圆锭坯料冷却至挤压要求温度，并分别对模具和挤压筒进行加热升温到各自的指定温度；将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中进行合模挤压，以使从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板；将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行时效及保温处理后，进行风冷降温至室温后，再次进行时效及保温处理后。通过本发明方法制备的宽幅带筋薄壁板，提高了材料的利用率、缩短了制造周期、降低了加工成本，有利于航空结构件的精确成形加工。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金塑性变形技术领域，特别是涉及一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法。
背景技术
随着武器装备跨越式的发展，其对轻量化结构的要求也越来越高，采用整体化结构和高性能铝合金是实现轻量化的两大途径。与传统的铆接组合式壁板结构相比，带筋整体壁板结构可以实现减重7％，如果整体结构采用600MPa级铝合金，则减重效益将更加显著。目前带筋壁板结构主要采用预拉伸板进行机械加工的方式，此方法生产效率低，原材料浪费严重，且生产的零件力学性能受限于原材料本身，特别是对于一些高筋带筋壁板结构，由于受到原材料淬透性的限制，无法采用该方法制造，大大限制了超高强铝合金的应用。
挤压技术作为一种高效、优质、低消耗的少无切屑加工工艺，在机械、汽车、宇航、航空、军工、电器等部门已成为金属塑性成形加工极其重要的一种手段。目前，国内6000系铝合金在挤压成形方面获得了快速发展，突破合金挤压成形工艺、模具设计加工以及挤压型材组织性能检测表征等全方位控制技术，使得6000系铝合金挤压型材广泛应用于汽车、高铁等行业。然而，在航空用超高强7055和7034铝合金挤压成形方面，尤其是宽幅薄壁复杂截面型材挤压成形，国内虽然有个别单位进行过尝试，仍未有成功的先例。因此，国内主要通过厚板机加工方式制备7055高强铝合金构件，造成材料的极大浪费，不利于降低制造成本。
目前限制超高强铝合金挤压成形技术应用主要有两大技术难题：第一是大直径超高强铝合金挤压圆锭制备难；第二是宽幅薄壁件残余应力难消减，极易变形，后续矫直难。
发明内容
本发明实施例提供了一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，通过均匀化处理、快速降温、挤压成形及时效及保温处理等工艺来制备宽幅带筋薄壁板，提高了材料的利用率、缩短了制造周期、降低了加工成本，有利于航空结构件的精确成形加工。
一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，该宽幅带筋薄壁板采用超高强铝合金材料挤压制成，所述挤压成形方法包括：
步骤S10，采用喷射成形技术制备预设圆锭坯料，对预设圆锭坯料进行车削去除氧化皮后进行均匀化处理；
步骤S11，将均匀化处理后的预设圆锭坯料冷却至挤压要求温度，并分别对模具和挤压筒进行加热升温到各自的指定温度；
步骤S12，将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中进行合模挤压，以使从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板，并通过风冷将型材快速冷却至室温；
步骤S13，将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行时效及保温处理后，进行风冷降温至室温后，再次进行时效及保温处理后。
进一步地，所述步骤S12具体包括：
将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中；
设定挤压筒的挤压速度，并利用挤压筒中的推杆将预设圆锭坯料在模具内墩粗；
增加挤压筒的挤压力，以使墩粗后的预设圆锭坯料先充满模具、再从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板。
进一步地，在所述步骤S12之后，所述挤压成形方法还包括：
将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行三次时效及保温处理。
进一步地，所述预设圆锭坯料的直径不小于600mm、长度不小于1200mm。
进一步地，所述预设圆锭坯料的组成成分包括组分1：Al、Zn、Mg、Cu和Zr，其中，Zn的重量比为8.2％，Mg的重量比为2.1％，Cu的重量比为1.9％，Zr的重量比为0.15％。
进一步地，在步骤S10中，均匀化处理的温度为450-470℃，保温时间为8h。
进一步地，挤压要求温度为380-450℃，模具的指定温度为330-380℃，挤压筒的指定温度为350-380℃。
进一步地，挤压筒的挤压速度为0.3-0.5mm/s。
进一步地，首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为8h-24h，降至室温地时间不超过3min，再次进行时效及保温处理的时效温度为110-160℃、保温时间为24h-36h。
进一步地，首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为12-24h，再次进行时效及保温处理的时效温度为170-190℃、保温时间为10min-60min，最后进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃，保温时间12-24h。
综上，本发明先通过喷射成形技术制备预设圆锭坯料，使得预设圆锭坯料的直径不小于600mm，且预设圆锭坯料的微观组织呈细小等轴晶，具有极高的可塑性，再通过均匀化处理、快速降温、挤压成形及时效及保温处理等工艺来制备宽幅带筋薄壁板，避免了薄壁件由于淬火受热不均带来的大变形问题，同时通过大挤压比的挤压成形技术消除预设圆锭坯料中的缩松缺陷，从而提高了材料的利用率、缩短了制造周期、降低了加工成本，有利于航空结构件的精确成形加工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法的流程图。
图2是本发明中另一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参阅图1，本发明提供了一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，该宽幅带筋薄壁板采用超高强铝合金材料挤压制成，所述挤压成形方法包括：
步骤S10，采用喷射成形技术制备预设圆锭坯料，对预设圆锭坯料进行车削去除氧化皮后进行均匀化处理。
具体的，本步骤中，均匀化处理的温度为450-470℃，保温时间为8h。
需要说明的是，本发明中，由于采用的喷射成形技术是基于快速凝固原理，所以制备的所述预设圆锭坯料的直径可以不小于600mm、长度不小于1200mm。制备的所述预设圆锭坯料微观组织呈细小等轴晶，具有极高的可塑性，虽然存在一定的缩松缺陷，但是本发明采用大挤压比，挤压变形后型材的横截面积远小于变形前，锭坯中的孔洞缺陷得到有效的消除。
步骤S11，将均匀化处理后的预设圆锭坯料冷却至挤压要求温度，并分别对模具和挤压筒进行加热升温到各自的指定温度。
具体的，本步骤中，为了便于均匀化处理的进行，挤压要求温度为380-450℃，模具的指定温度为330-380℃，挤压筒的指定温度为350-380℃。
步骤S12，将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中进行合模挤压，以使从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板。
需要说明的是，所述步骤S12具体包括：
步骤S121，将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中；
步骤S122，设定挤压筒的挤压速度，并利用挤压筒中的推杆将预设圆锭坯料在模具内墩粗；
具体的，本步骤中，为保证变形均匀发生，挤压筒的挤压速度为0.3-0.5mm/s。
步骤S123，增加挤压筒的挤压力，以使墩粗后的预设圆锭坯料先充满模具、再从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板，并通过风冷将型材快速冷却至室温。
步骤S13，将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行时效及保温处理后，进行风冷降温至室温后，再次进行时效及保温处理后。
需要说明的是，本步骤中，采用双级的过时效工艺，保证材料具有良好的综合性能，具体的：首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为8h-24h，降至室温地时间不超过3min，再次进行时效及保温处理的时效温度为120-160℃、保温时间为24h-36h。
请参阅图2，本发明提供了另一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，该宽幅带筋薄壁板采用超高强铝合金材料挤压制成，所述挤压成形方法包括：
步骤S20，采用喷射成形技术制备预设圆锭坯料，对预设圆锭坯料进行车削去除氧化皮后进行均匀化处理；
步骤S21，将均匀化处理后的预设圆锭坯料冷却至挤压要求温度，并分别对模具和挤压筒进行加热升温到各自的指定温度；
步骤S22，将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中进行合模挤压，以使从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板，挤出的壁板通过风冷将型材快速冷却至室温；
步骤S23，将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行三次时效及保温处理。
需要说明的是，本步骤中，采用多级的回归再时效工艺，提高综合性能，具体工艺为：首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为12-24h，再次进行时效及保温处理的时效温度为170-190℃、保温时间为10min-60min，最后进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃，保温时间12-24h。
本发明中，进一步地需要明确的是，所述预设圆锭坯料的组成成分包括组分1：Al、Zn、Mg、Cu和Zr，其中，Zn的重量比为8.2％，Mg的重量比为2.1％，Cu的重量比为1.9％，Zr的重量比为0.15％。
综上，本发明先通过喷射成形技术制备预设圆锭坯料，使得预设圆锭坯料的直径不小于600mm，且预设圆锭坯料的微观组织呈细小等轴晶，具有极高的可塑性，再通过均匀化处理、快速降温、挤压成形及时效及保温处理等工艺来制备宽幅带筋薄壁板，避免了薄壁件由于淬火受热不均带来的大变形问题，同时通过大挤压比的挤压成形技术消除预设圆锭坯料中的缩松缺陷，从而提高了材料的利用率、缩短了制造周期、降低了加工成本，有利于航空结构件的精确成形加工。
下面以具体的实施例进行说明：
实施例1：
试验材料：选用喷射成形制备名义成分Al-8.2Zn-2.1Mg-1.9Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。初始铸锭直径为600mm、长度大于1200mm，表面经车削去掉氧化皮，试验中的关键工艺装备是挤压模具。
具体实施步骤如下：
步骤一、对喷射成形圆锭进行均匀化处理450-470℃，保温时间为8h；
步骤二、使锭坯温度快速下降到380-450℃，模具温度330-380℃，挤压筒温度350-380℃，将坯料与模具装入挤压筒中；
步骤三、合模，设定挤压速度为0.3-0.5mm/s，利用推杆将坯料在模具内墩粗；
步骤四、进一步的增加压力，让铝合金充满模具，并从模具内挤出，获得高强铝合金带筋壁板，挤出的壁板通过风冷将型材快速冷却至室温。
步骤五、对挤出成型形的带筋壁板进行时效处理，时效温度为110-120℃，保温时间24h立即进行风冷降温，降至室温地时间不超过3min。
步骤六、对带筋壁板进行时效处理，时效温度为110-160℃，保温时间24h。
实施例2：
试验材料：选用喷射成形制备名义成分Al-8.2Zn-2.1Mg-1.9Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。初始铸锭直径为600mm、长度大于1200mm，表面经车削去掉氧化皮，试验中的关键工艺装备是挤压模具。
步骤二中，设定挤压速度为0.2-0.4mm/s，其余的与实施例1相同。
实施例3：
试验材料：选用喷射成形制备名义成分Al-8.2Zn-2.1Mg-1.9Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。初始铸锭直径为600mm、长度大于1200mm，表面经车削去掉氧化皮，试验中的关键工艺装备是挤压模具。
步骤五六中，对带筋壁板进行时效处理，首先温度为110-120℃，保温时间12-24h；其次温度为170-190℃，保温时间为10min-60min，最后温度为110-120℃，保温时间12-24h。其余的与实施例1相同。
实施例4：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-11.5Zn-2.5Mg-1.1Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例1。
实施例5：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-11.5Zn-2.5Mg-1.1Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例2。
实施例6：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-11.5Zn-2.5Mg-1.1Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例3。
实施例7：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-9.5Zn-2.2Mg-1.4Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例1。
实施例8：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-9.5Zn-2.2Mg-1.4Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例2。
实施例9：
试验材料选用喷射成形制备名义成分Al-9.5Zn-2.2Mg-1.4Cu-0.15Zr(wt.％)铝合金。其余步骤同实施例3。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于方法的实施例而言，相关之处可参见设备实施例的部分说明。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。
Claims (2)
1.一种宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，其特征在于，该宽幅带筋薄壁板采用超高强铝合金材料挤压制成，所述挤压成形方法包括：
步骤S10，采用喷射成形技术制备直径不小于600mm、长度不小于1200mm的7055铝合金预设圆锭坯料，对预设圆锭坯料进行车削去除氧化皮后进行均匀化处理，所述均匀化处理的温度为450-470℃，保温时间为8h；所述预设圆锭坯料微观组织呈细小等轴晶；所述预设圆锭坯料的组成成分包括组分：Al、Zn、Mg、Cu和Zr，其中，Zn的重量比为8.2%，Mg的重量比为2.1%，Cu的重量比为1.9%，Zr的重量比为0.15%；
步骤S11，将均匀化处理后的预设圆锭坯料冷却至挤压要求温度，并分别对模具和挤压筒进行加热升温到各自的指定温度，所述挤压要求温度为380-450℃，模具的指定温度为330-380℃，挤压筒的指定温度为350-380℃；
步骤S12，将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中进行合模挤压，以使从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板；
步骤S12具体包括：
将冷却后的预设圆锭坯料和升温后的模具装入升温后的挤压筒中；
设定挤压筒的挤压速度，并利用挤压筒中的推杆将预设圆锭坯料在模具内墩粗；
增加挤压筒的挤压力，以使墩粗后的预设圆锭坯料先充满模具、再从模具内挤出形成宽幅带筋薄壁板
步骤S13，将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行时效及保温处理后，进行风冷降温至室温后，再次进行时效及保温处理；首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为8h-24h，降至室温地时间不超过3min，再次进行时效及保温处理的时效温度为120-160℃、保温时间为24h-36h；
或者，步骤S13，将宽幅带筋薄壁板送入时效炉中进行三级时效及保温处理后，进行风冷降温至室温，首次进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃、保温时间为12-24h，再次进行时效及保温处理的时效温度为170-190℃、保温时间为10min-60min，最后进行时效及保温处理的时效温度为110-120℃，保温时间12-24h。
2.根据权利要求1所述的宽幅带筋薄壁板的挤压成形方法，其特征在于，挤压筒的挤压速度为0.3-0.5mm/s。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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