一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法与流程

本发明涉及金属表面加工技术领域，更具体地说，涉及一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法。

背景技术：

铝合金板是一种工业建材，根据材质的不同用于各个行业。铝合金板材根据需要通过深冲加工可制得深冲件。

金属深冲过程中板材与凸模边沿直接接触的背面部分受到强烈拉应力作用，此处为深冲时的应力最集中处，冲压减薄率高，极易萌生裂纹导致深冲开裂。

深冲开裂的原因有很多，板材的晶体取向、晶粒度等内部组织结构均对其产生影响。目前铝合金板材主要通过同步轧制的热轧-冷轧生产，主要形成以β类织构，经过热处理后形成以立方织构为主的再结晶织构。上述两类织构的塑性应变比低，减薄效应明显，是造成铝合金板材深冲开裂的主要原因。另一方面，板材晶粒粗大时其塑性差，裂纹容易萌生、扩展，同样会导致板材深冲失稳。

综上所述，如何有效地解决铝合金板材深冲性能较差易起皱、减薄、开裂等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法，该加工方法可以有效地解决铝合金板材深冲性能较差易起皱、减薄、开裂的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法，包括步骤：

以深冲时与铝合金板材接触的凸模的外缘轮廓为加工路径，对所述铝合金板材的背面进行搅拌摩擦加工；

利用所述凸模对所述铝合金板材进行深冲，且控制搅拌摩擦加工区域与所述凸模的外缘对准。

优选地，上述提高铝合金板材深冲性能的加工方法中，所述对所述铝合金板材的背面进行搅拌摩擦加工，具体包括：

对所述铝合金板材的背面进行以所述加工路径为中线、预设宽度值为环宽的搅拌摩擦加工。

优选地，上述提高铝合金板材深冲性能的加工方法中，所述预设宽度值大于所述凸模的外缘处倒圆角的弧长。

优选地，上述提高铝合金板材深冲性能的加工方法中，所述凸模的外缘为圆形、正方形或五角形。

优选地，上述提高铝合金板材深冲性能的加工方法中，其特征在于，所述进行搅拌摩擦加工，具体包括：

采用具有搅拌针及轴肩的搅拌头进行搅拌摩擦加工，且所述轴肩的搅拌面呈圆形。

优选地，上述提高铝合金板材深冲性能的加工方法中，所述轴肩的直径大于所述凸模的外缘处倒圆角的弧长。

应用本发明提供的提高铝合金板材深冲性能的加工方法，以深冲时与铝合金板材接触的凸模的外缘为加工路径，对铝合金板材的背面进行搅拌摩擦加工；再利用上述凸模对铝合金板材进行深冲，且控制搅拌摩擦加工区域与凸模的外缘对准。也就是对在凸模外缘直接作用的板材背面进行局部加工，形成一个封闭的搅拌摩擦加工区域，该区域内由于搅拌头所引入的强剪切形变促使板材形成强{111}面织构，{111}晶面为铝合金晶体的密排面，具有各向同性及高塑性应变比等优良成形性能。研究表明当该晶面平行于板材轧面时能够有效改善铝合金板材在冲压过程中发生厚度减薄，从而防止深冲开裂。同时，搅拌头促使加工区产生的剧烈塑性变形能够使板材超细晶化，形成超细的等轴晶粒。因而，通过搅拌摩擦加工能够有效抵抗冲压过程中的减薄效应及裂纹萌生，以局部加工的方式对深冲过程中板材的应力最集中处进行改性，提高铝合金板材单道次深冲量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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为本发明一个具体实施例的提高铝合金板材深冲性能的加工方法的流程示意图；

图2为凸模的深冲结构示意图；

图3为铝合金板材背面的一种搅拌摩擦加工区域的示意图；

图4为铝合金板材背面的另一种搅拌摩擦加工区域的示意图；

图5为常规铝合金板材111极图；

图6为经搅拌摩擦处理铝合金板材111极图。

附图中标记如下：

凸模1，铝合金板材2，搅拌摩擦加工区域21。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法，以提高铝合金板材深冲性能，避免其起皱、减薄、开裂。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图4，图1为本发明一个具体实施例的提高铝合金板材深冲性能的加工方法的流程示意图；图2为凸模的深冲结构示意图；图3为铝合金板材背面的一种搅拌摩擦加工区域的示意图；图4为铝合金板材背面的另一种搅拌摩擦加工区域的示意图。

在一个具体实施例中，本发明提供了一种提高铝合金板材深冲性能的加工方法，包括以下步骤：

s1：以深冲时与铝合金板材2接触的凸模1的外缘轮廓为加工路径，对铝合金板材2的背面进行搅拌摩擦加工；

根据铝合金板材2需成型的冲压制品选择合适的凸模1，以凸模1的外缘轮廓为搅拌摩擦加工的加工路径，也就是以冲压制品的边缘轮廓为加工路径，对铝合金板材2的背面进行搅拌摩擦加工。具体的，凸模1的外缘可以为圆形、正方形或五角形等形状，相应的能够冲压出内外轮廓呈圆形、正方形或五角形的铝合金件，则加工路径对应的分别为尺寸一致的圆形、正方形及五角形，通过搅拌摩擦加工出圆环形的搅拌摩擦加工区域21、四方状环形的搅拌摩擦加工区域21，或者五角形状环形的搅拌摩擦加工区域21。

s2：利用凸模1对铝合金板材2进行深冲，且控制搅拌摩擦加工区域21与凸模1的外缘对准。

也即是将凸模1的外缘对准搅拌摩擦加工区域21进行深冲，如凸模1的外缘轮廓为圆形时，则对应搅拌摩擦加工区域21为圆环形，将凸模1边缘对准圆环形区域进行深冲。与凸模1边沿直接接触的背面部分虽受到强烈拉应力作用，但由于其经过搅拌摩擦加工，搅拌头所引入的强剪切形变促使板材形成强{111}面织构以及超细的等轴晶粒，因而不易在深冲时产生裂纹。

应用本发明提供的提高铝合金板材深冲性能的加工方法，以深冲时与铝合金板材2接触的凸模1的外缘为加工路径，对铝合金板材2的背面进行搅拌摩擦加工；再利用上述凸模1对铝合金板材2进行深冲，且控制搅拌摩擦加工区域21与凸模1的外缘对准。也就是对在凸模1外缘直接作用的板材背面进行局部加工，形成一个封闭的搅拌摩擦加工区域21，该区域内由于搅拌头所引入的强剪切形变促使板材形成强{111}面织构，{111}晶面为铝合金晶体的密排面，具有各向同性及高塑性应变比等优良成形性能。研究表明当该晶面平行于板材轧面时能够有效改善铝合金板材2在冲压过程中发生厚度减薄，从而防止深冲开裂。同时，搅拌头促使加工区产生的剧烈塑性变形能够使板材超细晶化，形成超细的等轴晶粒。因而，通过搅拌摩擦加工能够有效抵抗冲压过程中的减薄效应及裂纹萌生，以局部加工的方式对深冲过程中板材的应力最集中处进行改性，提高铝合金板材2单道次深冲量。

具体的，上述步骤s1中对铝合金板材2的背面进行搅拌摩擦加工，具体包括：

对铝合金板材2的背面进行以加工路径为中线、预设宽度值为环宽的搅拌摩擦加工。

如加工路径为圆形，则以该圆形为中线，预设宽度值为环宽进行搅拌摩擦加工，从而加工出以该圆形为中线，预设宽度为环宽的圆环形搅拌摩擦加工区域21。通过将加工路径作为中线使得深冲过程中应力最集中区域抗变形能力能够有效被增强，防止裂纹萌生。当然，根据需要也可以适度调整加工路径两侧对应的搅拌摩擦加工区域21的宽度。

进一步地，上述预设宽度值大于凸模1的外缘处倒圆角的弧长。通常凸模1的外缘处为倒圆角，预设宽度值大于倒圆角的弧长，也就是搅拌摩擦加工区域21的宽度大于倒圆角的长度，从而有效保证对应倒圆角处铝合金板材2被增强，以达到对深冲过程中应力集中区成形性能的改进。

凸模1的外缘处为倒圆角时，优选的以倒圆角的对应45°处的轮廓作为加工路径，以大于其弧长的宽度作为环宽进行搅拌摩擦加工。

在上述各实施例中，步骤s1中的进行搅拌摩擦加工，具体包括：

采用具有搅拌针及轴肩的搅拌头进行搅拌摩擦加工，且轴肩的搅拌面呈圆形。一般的，搅拌针位于搅拌面的圆心处。搅拌针的主要作用是使材料在过程中充分搅拌，同时控制搅拌工具周围材料的流动方向。轴肩在过程中主要有两个作用：一是与工件表面摩擦产生热量；二是提供自封闭的环境，防止塑化的金属从搅拌区溢出。轴肩的搅拌面呈圆形，也就是提供圆形范围的自封闭环境，并与工件表面摩擦产生热量。优选的，预设加工宽度值为轴肩宽度。上述结构的搅拌头便于以与凸模1外缘轮廓为加工路径进行加工，形成对应的强化区域。根据需要，也可以通过其他常规的搅拌摩擦装置进行加工。

进一步地，轴肩的直径大于凸模1的外缘处倒圆角的弧长。从而当搅拌针沿加工路径移动时，轴肩作用于铝合金板材2的宽度大于倒圆角的弧长，从而形成宽大大于倒圆角弧长的搅拌摩擦加工区域21。根据需要也可以调整轴肩的直径，以满足不同的加工宽度的要求。或者也可以通过多次加工，以满足对应宽度搅拌摩擦加工区域21的要求。

请参阅图2-图3，图2为凸模1的深冲结构示意图；图3为铝合金板材2背面的一种搅拌摩擦加工区域21的示意图；在一个优选的实施例中，凸模1形状为圆形，根据凸模1形状确定搅拌摩擦加工的加工路径为圆形，利用搅拌摩擦加工机器沿着该加工路径对铝合金板材2背面进行搅拌摩擦加工，再利用该凸模1对搅拌摩擦加工后的板材进行深冲，其中凸模1外缘与搅拌摩擦加工路径相对准。凸模1形状为方形，相应的加工路径为方形，进行搅拌摩擦加工后搅拌摩擦加工区域21如图4所示。

请参阅图5及图6，图5为常规铝合金板材111极图；图6为经搅拌摩擦处理铝合金板材111极图。如图所示，常规铝合金板材几乎不含有{111}面织构(如图5所示)，因此，铝合金成形性能较低。而经过本申请搅拌摩擦处理后铝合金的{111}面织构含量显著提高(如图6所示)，从而有利于提高铝合金成形性能。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。