一种高性能变截面复杂GLARE管件复合成形工艺的制作方法

一种高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺
技术领域
1.本发明涉及管材塑性成形技术领域，特别是涉及一种高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺。


背景技术：

2.glare管件又称为玻璃纤维-铝合金层状复合管，由内层金属管、中层玻璃纤维管和外层金属管组成，因为材料密度小、外层金属的抗冲击性能以及中层纤维的单向高抗拉强度特点，可用于飞行器的着陆缓冲、飞机耐撞结构、汽车车身的撞击防护和空投物资的防护等。现有成形glare复合管的方法主要是内旋压技术和液压胀接技术，其中，内旋压技术效率低，容易造成纤维层排布和内外管壁厚分布不均匀，影响复合产品的使用性能。液压胀接工艺成形复杂截面复合管时，两端推头沿管材周向进给，因为金属管材与纤维层材料流动性差异，容易造成纤维层的堆叠，影响金属层与纤维层的界面结合强度，无法保证最终产品的使用要求。
3.目前，随着产品使用环境和综合使用性能要求的日趋苛刻，结构更加复杂，质量要求更加轻便的复合材料管件的设计和制造变得尤为重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺，以解决上述现有技术存在的问题，得到界面结合质量好、性能均匀一致的复杂结构复合管件。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺，包括：
6.制备第一管件：对铝合金管实施液压胀接工艺，得到变截面结构的变形铝合金管，对所述变形铝合金管进行热处理工艺，得到第一管件；
7.制备纤维内层复合金属管：将处理后的玻璃纤维丝缠绕在所述第一管件表面，得到纤维内层复合金属管；
8.制备第二管件：将铝合金板材卷成筒状，对筒状的所述铝合金板材实施液压胀接工艺，得到变截面结构的半开式铝合金管，对半开式铝合金管分别进行切割和热处理工艺，得到第二管件；
9.制备复合管件：将所述纤维内层复合金属管与所述第二管件组合并进行固接，得到复合管件；
10.将所述复合管件进行热处理工艺，得到成品金属-纤维-金属三层复合管件。
11.优选的，所述制备第一管件中，将铝合金管放入液压胀接模具中，使用推头在所述铝合金管两侧沿所述铝合金管轴线向所述液压胀接模具内推动。
12.优选的，设置所述推头移动速度为v1,设置液压胀接模具液压室的压力为p1，速度v1的范围为1～10mm/s，压力p1的范围为100～150mpa。
13.优选的，所述制备第一管件中，对所述变形铝合金管实施的所述热处理工艺为固
溶处理、快速淬火和人工时效，所述固溶处理温度设置为t1，所述t1为480℃，时间设置为t1，所述t1为30分钟，所述快速淬火的淬火速度为v2，所述v2为50℃/s，所述人工时效的温度为t2，所述t2为120℃，时间为t2，所述t2为24小时，得到所述第一管件，所述第一管件为内层铝合金管。
14.优选的，将处理后的所述玻璃纤维丝按照与所述内层铝合金管轴线方向呈
±
45
°
的方向进行缠绕和铺层，形成所述纤维内层复合金属管。
15.优选的，所述制备第二管件中，将所述铝合金板材卷成筒状时，在所述铝合金板材内部铺设橡胶垫，并将所述铝合金板材预留搭边量。
16.优选的，所述制备第二管件中，对筒状的所述铝合金板材实施的所述液压胀接工艺为使用推头在筒状的所述铝合金板材两侧向所述液压胀接模具内推动，所述推头移动速度为v3,v3范围为1～10mm/s，所述液压胀接模具的所述液室压力为p2，p2范围为100～150mpa。
17.优选的，所述制备第二管件中，对所述半开式铝合金管实施的所述热处理工艺为固溶处理、快速淬火和人工失效，所述固溶处理的固溶温度设置为t1，所述t1为480℃，时间设置为t1，所述t1为30分钟，所述快速淬火的淬火速度为v2，所述v2为50℃/s，所述人工失效的温度为t2，所述t2为120℃，时间为t2，所述t2为24小时，所述第二管件为外层铝合金管。
18.优选的，所述制备复合管件中，将所述第二管件展开，将所述纤维内层复合金属管放入所述第二管件内，采用电弧焊焊接的方式，将所述第二管件的轴向开口焊合。
19.优选的，对所述复合管件实施的所述热处理工艺为将所述复合管件放置在真空固化炉内，并进行抽真空和热固化的同步操作，抽真空压力为p3,所述p3为0pa，固化温度为t3，所述t3为180℃，固化时间为t3，所述t3为180分钟，抽真空的同时按照设定的温度曲线对所述复合管件进行升温、保温和降温。
20.本发明公开了以下技术效果：本工艺通过液压胀接模具对铝合金管进行处理，得到变形铝合金管，并对变形铝合金管进行热处理，提升强度后得到内层铝合金管，将玻璃纤维丝缠绕在内层铝合金管上提高抗拉强度，得到纤维内层复合金属管，通过液压胀接模具将铝合金板材制作成半开式的外层铝合金管，将纤维内层复合金属管放入外层铝合金管内，将外层铝合金管的轴向开口闭合，得到复合管件，将复合管件进行热处理后，得到成品金属-纤维三层复合管材。本发明利用液压胀接工艺成形的内层铝合金管和外层铝合金管，能够有效抑制成形时的热变形和回弹，使用玻璃纤维丝提升抗拉强度，对复合管件进行热处理，提升复合管件的强度以及玻璃纤维丝的粘结性。
附图说明
21.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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺过程原理图；
23.图2为本发明内层铝合金管液压胀接工艺及连续热处理过程；
24.图3为本发明纤维预浸料与内层铝合金管的缠绕结合工艺过程；
25.图4为本发明半开式外层铝合金管的液压胀接工艺及连续热处理过程；
26.图5为本发明复合管件组装焊接工艺过程；
27.图6为本发明复合管件的抽真空和热固化工艺过程；
28.其中，1、铝合金管；2、液压胀接模具；3、推头；4、变形铝合金管；5、第一管件；6、玻璃纤维丝；7、导轨；8、树脂槽；9、挤压轮；10、纤维内层复合金属管；11、铝合金板材；12、电弧焊；13、第二管件；14、复合管件；15、金属-纤维三层复合管材。
具体实施方式
29.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。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.参照图1-6，本发明提供一种高性能变截面复杂glare管件复合成形工艺，包括：
32.制备第一管件：对铝合金管1实施液压胀接工艺，得到变截面结构的变形铝合金管4，对变形铝合金管4进行热处理工艺，得到第一管件5；利用液压胀接模具2对铝合金管1进行变形处理，得到变截面复杂结构的变形铝合金管4，对变形铝合金管4进行热处理可提高变形铝合金管4的高强度特性，从而得到强化的第一管件5。
33.制备纤维内层复合金属管：将处理后的玻璃纤维丝6缠绕在第一管件5表面，得到纤维内层复合金属管10；将玻璃纤维丝6缠绕在第一管件5上可以提高第一管件5的抗拉强度。
34.制备第二管件：将铝合金板材11卷成筒状，对筒状的铝合金板材11实施液压胀接工艺，得到变截面结构的半开式铝合金管，对半开式铝合金管分别进行切割和热处理工艺，得到第二管件13；将铝合金板料11沿着宽度方向卷起来，使用液压胀接模具2对筒状的铝合金板材11进行处理，得到半开式铝合金管，再对半开式铝合金管进行处理得到第二管件13,热处理工艺是为了强化相弥散析出，提高第二管件13的强度。
35.制备复合管件：将纤维内层复合金属管10与第二管件13组合并进行固接，得到复合管件14；将纤维内层复合金属管10放入第二管件13后，再将外层铝合金管13的轴向开口闭合，与使用单一材料相比，在第二管件13和第一管件5之间设置纤维层，可以提高管体的抗冲击性能和强度综合性能。
36.将复合管件14进行热处理工艺，得到成品金属-纤维-金属三层复合管件15；将复合管件14进行热处理，使复合管件14获得可靠的粘接性和综合使用性能，增强纤维预浸料的固化，使金属和纤维层能很好的粘接在一起，形成结构的完整性，最终得到金属-纤维三层复合管材15，本实施例中，铝合金管1和铝合金板材11是可热处理强化铝合金材料，玻璃纤维丝为热固性玻璃纤维预浸料。
37.进一步优化方案，制备第一管件中，将铝合金管1放入液压胀接模具2中，使用推头3在铝合金管1两侧沿铝合金管1轴线向液压胀接模具内推动；将铝合金管1放入液压胀接模具2后，使铝合金管1贴靠液压胀接模具2，在液压胀接模具2合模后，在铝合金管1两头使用
推头3沿着铝合金管1的轴线进给，使铝合金管1能够径向补料，随着推头的不断挤压，铝合金管1在液压胀接模具2内腔不断变形，最终完成塑性变形。
38.进一步优化方案，设置推头3移动速度为v1,设置液压胀接模具液压室的压力为p1，速度v1的范围为1～10mm/s，压力p1的范围为100～150mpa。
39.进一步优化方案，制备第一管件中，对变形铝合金管4实施的热处理工艺为固溶处理、快速淬火和人工时效，固溶处理温度设置为t1，t1为480℃，时间设置为t1，t1为30分钟，快速淬火的淬火速度为v2，v2为50℃/s，人工时效的温度为t2，t2为120℃，时间为t2，t2为24小时，得到第一管件5，第一管件5为内层铝合金管；对变形铝合金管4进行固溶处理、快速淬火和人工时效连续热处理，本实施例中，固溶温度t1为480℃，固溶时间t1为30分钟，淬火速度v2为50℃/s，人工时效的温度t2为120℃，人工时效时间t2为24小时，通过弥散强化和析出强化，得到强度高，抗应力腐蚀能力强的内层铝合金管5。
40.进一步优化方案，将处理后的玻璃纤维丝6按照与内层铝合金管轴线方向呈
±
45
°
的方向进行缠绕和铺层，形成纤维内层复合金属管10；在缠绕前，使玻璃纤维丝坯料与热固性树脂充分混合，得到处理后的玻璃纤维丝6；将待浸渍的玻璃纤维丝坯料经过导轨7进入树脂槽8中与树脂结合，经过挤压轮9后得到玻璃纤维丝6，在缠绕玻璃纤维丝6时，可先按+45
°
方向缠绕，然后再按-45
°
方向缠绕，形成不同角度的玻璃纤维丝6铺层，使内层铝合金管的抗拉强度提升。
41.进一步优化方案，制备第二管件中，将铝合金板材11卷成筒状时，在铝合金板材11内部铺设橡胶垫，并将铝合金板材11预留搭边量；铝合金板材11内铺放橡胶垫起到密封作用，在将铝合金板材11卷成筒状时，留有一定的搭边量，搭边量为5～10mm，搭边量过小则最后成形的金属件无法闭合，搭边量过大则造成材料的浪费，最后利用激光切工艺去掉管件搭边处重叠的材料。
42.进一步优化方案，制备第二管件中，使用推头3在筒状的铝合金板材11两侧向液压胀接模具内推动，对筒状的铝合金板材实施的液压胀接工艺为推头3移动速度为v3,v3范围为1～10mm/s，液压胀接模具的液室压力为p2，p2范围为100～150mpa；推头3使铝合金板材11在液压胀接模具2内变形，得到半开式的外层铝合金管13，本实施例中，推头3移动速度v3为1～10mm/s，液压胀接模具2的液室压力p2范围为100～150mpa。
43.进一步优化方案，制备第二管件中，对半开式铝合金管进行固溶处理、快速淬火和人工失效，固溶处理的固溶温度设置为t1，t1为480℃，时间设置为t1，t1为30分钟，快速淬火的淬火速度为v2，v2为50℃/s，人工失效的温度为t2，t2为120℃，时间为t2，t2为24小时，第二管件13为外层铝合金管；本实施例中，固溶温度t1为480℃，固溶时间t1为30分钟，淬火速度v2为50℃/s，人工时效的温度为t2为120℃，人工时效时间t2为24小时，通过弥散强化和析出强化，得到强度高，抗应力腐蚀能力强的外层铝合金管。
44.进一步优化方案，制备复合管件中，将第二管件13展开，将纤维内层复合金属管10放入第二管件13内，采用电弧焊12焊接的方式，将第二管件13的轴向开口焊合；采用电弧焊12进行焊接，焊缝要达到光滑平整的要求。
45.进一步优化方案，对复合管件14实施的热处理工艺为将复合管件14放置在真空固化炉17内，并进行抽真空和热固化的同步操作，抽真空压力为p3,p3为0pa，固化温度为t3，t3为180℃，固化时间为t3，t3为180分钟，抽真空的同时按照设定的温度曲线对复合管件14进
行升温、保温和降温；；本实施例中，抽真空的压力p3为0pa，固化温度t3为180℃，固化时间t3为180分钟，在抽真空时，真空固化炉17内温度变化曲线设定为以1-2℃/min的升温速率升温至180℃，在180℃条件下保温180分钟，自然降温至60℃以下结束。
46.在本发明中，利用液压胀接工艺成形的内层铝合金管和外层铝合金管，因为是以液体为介质传递压力使工件受力均匀，能够有效抑制成形时铝合金管1和铝合金板材11的热变形和回弹，使最终成型的产品尺寸比较精确和稳定。对内层铝合金管和外层铝合金管进行固溶处理、快速淬火和人工时效的连续热处理，通过强化相的弥散析出达到内层铝合金管和外层铝合金管强度增加的效果。外层铝合金管利用板材卷筒及内置橡胶密封的结构形式，形成半开式管件，保证了三层管件高可靠性的组装和纤维金属之间的界面结合。复合管件14在抽真空以及热固化过程中，在热环境的影响下，热固性玻璃纤维预浸料发生固化，金属层管发生双级时效，材料性能得到提升；在抽真空压力下，保证了复合管件14的结构一致性，最终实现高性能复杂管件的精准成形。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。