一种高强铝合金管材构件的制备方法及其装置与流程

本发明涉及压力成型技术领域，特别是涉及一种高强铝合金管材构件的制备方法及其装置。

背景技术：

在飞机、航天器和汽车等领域，减轻重量以及节约材料和运行中的能量是人们长期追求的目标，也是现代先进制造技术发展的趋势之一。特别是在汽车工业中，由于燃料和原料的成本原因，使汽车结构的轻量化显得日益重要。除了采用轻体材料外，减轻重量的另一个主要途径就是在结构上采用“以空代实”和变截面等强构件。采用空心结构既可以减轻重量节约材料，又可以充分利用材料的强度和刚度。

铝合金材料具有密度低、比强度高、耐热、耐磨、耐蚀等优质特性，被广泛应用于航空航天、汽车工业和石油化工等领域。高强铝合金材料主要包括6xxx铝合金和7xxx铝合金材料，且这两种系列的铝合金均为可热处理强化铝合金材料。但高强铝合金管件室温变形能力较差，无法成形复杂形状零件，极大地限制了其应用范围。同时，使用传统刚性模内高压法成形的高强铝合金构件，容易受到模具尺寸限制和铝合金材料回弹的影响，成形零件的尺寸精度普遍较低，而且传统一次成形工艺(冲压、拉深等)加工制得的零件成形极限相对偏低。因此，需要开发一种更易于成型的高强铝合金材料空心轻体构件的制造工艺。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高强铝合金管材构件的制备方法及其装置，以解决上述现有技术存在的问题，使高强铝合金管更易于贴模成型，并提高高强铝合金管材构件的尺寸精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种高强铝合金管材构件的制备方法，包括如下步骤：

s1：将高强铝合金管材预弯曲后放入下模中；

s2：中间滑块和介质压头下压，直至上模座和承料筒与所述下模和所述高强铝合金管材合模，将预热后的颗粒介质通过颗粒介质填装管装入所述高强铝合金管材和所述承料筒中，填装完成后缩回所述颗粒介质填装管；

s3：使用红外测温装置检测所述高强铝合金管材的外表面温度，在所述高强铝合金管材的外表面温度达到胀压温度后，介质压头下压，使所述高强铝合金管材变形至预胀形形状后保持恒定压力；

s4：滑动模架驱动滑动模向预胀形后的所述高强铝合金管材移动并合模，使预胀形后的所述高强铝合金管材在所述滑动模和所述介质压头的共同作用下变形至目标形状，保压一定时间后介质压头退回，即可开模取出高强铝合金管材构件。

优选地，所述热态颗粒介质的预热温度为400℃～600℃。

优选地，所述胀压温度为250℃～400℃。

优选地，预胀形后的所述高强铝合金管材变形至目标形状后保压1min～2min。

优选地，所述颗粒介质为氮化硅陶瓷球。

优选地，所述氮化硅陶瓷球的直径为0.4mm～3.0mm，抗弯强度为900mpa～1200mpa，断裂韧性范围为5mpa～6mpa，硬度不小于1380hv。

优选地，所述氮化硅陶瓷球的直径为0.5mm～0.8mm。

优选地，开模时，所述滑动模架先驱动所述滑动模向远离所述高强铝合金管材构件的方向移动，然后所述中间滑块带动上模座和承料筒向远离所述下模和所述高强铝合金管材构件的方向移动。

本发明还提供了一种高强铝合金管材构件的制备装置，包括下模和上模，所述下模设置在固定模座上，所述固定模座固设于模架上，所述下模用于放置高强铝合金管材，所述高强铝合金管材的两侧分别设有一滑动模，所述滑动模能够由滑动模架驱动相对所述高强铝合金管材移动；

所述上模设置在上模座下侧，所述上模座固设于中间滑块上，所述上模座上设有承料筒，所述承料筒与滑动设置于中间滑块上的介质压头对齐，所述中间滑块与颗粒介质填装管滑动连接，所述颗粒介质填装管能够向所述承料筒和所述高强铝合金管材中填装颗粒介质；

所述固定模座、所述滑动模和所述上模上均设有用于探测所述高强铝合金管材表面温度的红外测温装置。

优选地，所述滑动模架通过滑动导杆与固设于所述固定模板上的固定模块滑动连接，所述下模与所述固定模块通过螺栓连接；所述固定模座、所述下模、所述滑动模和所述上模内部均设有冷却管路。

优选地，所述颗粒介质为氮化硅陶瓷球。

优选地，所述氮化硅陶瓷球的直径为0.4mm～3.0mm，抗弯强度为900mpa～1200mpa，断裂韧性范围为5mpa～6mpa，硬度不小于1380hv。

优选地，所述氮化硅陶瓷球的直径为0.5mm～0.8mm。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

基于高强铝合金管材随成形温度的升高，其成形性能会显著提高的原理，本发明提供了一种高强铝合金管材构件的制备方法及其装置。本发明通过向管材内部通入热态的颗粒介质，当管材温度达到成形温度时对高强铝合金管材进行颗粒介质胀形，并结合滑动模对包含温热的颗粒介质内压的预成形管坯进行外部加载，最终得到目标管件成品。

本发明将高强铝合金管材的固体颗粒压力温热成形与滑动模压力成形相结合，改进了现有的管件内高压成形的单纯的胀形变形模式，实现了模具主动运动贴模的塑形方法，能够极大的改善高强铝合金管件成形过程的贴模性能，从而解决原有内高压成形仅依靠超高压强制管坯胀形不易贴模的问题，使利用较低压精确成形管件的局部特征成为可能，降低了生产工艺对外部设备和密封系统的要求。另外，利用颗粒介质在高温条件下稳定的机械和化学性能以及高强铝合金材料良好的导热性能，将加热后的颗粒介质填装至高强铝合金管材，通过颗粒介质和高强铝合金管材之间的热传导将高强铝合金管材加热至温成形所需的温度，节约了能耗，提高了生产效率。

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为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第一工作状态的主视结构示意图；

图2为图1中a-a的剖视结构示意图；

图3为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第二工作状态的主视结构示意图；

图4为图3中a-a的剖视结构示意图；

图5为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第三工作状态的主视结构示意图；

图6为图5中a-a的剖视结构示意图；

图7为图5中b-b的剖视结构示意图；

图8为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第四工作状态的主视结构示意图；

图9为图8中a-a的剖视结构示意图；

图10为图8中b-b的剖视结构示意图；

图11为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第五工作状态的主视结构示意图；

图12为图11中a-a的剖视结构示意图；

图13为图11中b-b的剖视结构示意图；

图14为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第六工作状态的主视结构示意图；

图15为图14中a-a的剖视结构示意图；

图16为图14中b-b的剖视结构示意图；

图17为本发明高强铝合金管材构件的制备装置在第七工作状态的主视结构示意图；

图18为图17中a-a的剖视结构示意图；

其中：1-下模，2-上模，3-固定模座，4-模架，5-滑动模，6-滑动模架，7-上模座，8-中间滑块，9-承料筒，10-介质压头，11-颗粒介质填装管，12-红外测温装置，13-滑动导杆，14-固定模块，15-冷却管路，16-颗粒介质。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种高强铝合金管材构件的制备方法及其装置，以解决上述现有技术存在的问题，使高强铝合金管更易于贴模成型，并提高高强铝合金管材构件的尺寸精度。

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。

如图1-18所示：本实施例提供了一种高强铝合金管材构件的制备装置，包括下模1和上模2，下模1通过螺栓与固定模座3和固定模块14连接，所述固定模座3固设于模架4上，所述下模1用于放置高强铝合金管材。所述高强铝合金管材的两侧分别设有一滑动模5，所述滑动模5能够由滑动模架6驱动相对所述高强铝合金管材移动，滑动模架6由滑动油缸的缸杆驱动，滑动油缸的缸体与模架4固连，所述滑动模架6通过滑动导杆13与固设于所述固定模板上的固定模块14滑动连接，滑动导杆13能够在固定模块14的导杆孔中滑动，以确保两个滑动模5可以准确合模。

所述上模2设置在上模座7下侧，所述上模座7固设于中间滑块8上，所述上模座7上设有承料筒9，所述承料筒9与滑动设置于中间滑块8上的介质压头10对齐，中间滑块8和介质压头10可由液压机或其他压力机械驱动上下移动。所述中间滑块8与颗粒介质填装管11滑动连接，颗粒介质填装管11连通有颗粒介质储运罐，颗粒介质储运罐具有加热保温功能，能够加热颗粒介质16。所述颗粒介质填装管11能够向所述承料筒9和所述高强铝合金管材中填装颗粒介质16。所述颗粒介质16为氮化硅陶瓷球，所述氮化硅陶瓷球的直径优选为0.4mm～3.0mm，更优选为0.5mm～0.8mm，抗弯强度为900mpa～1200mpa，断裂韧性范围为5mpa～6mpa，硬度不小于1380hv。

所述固定模座3、所述滑动模5和所述上模2上均设有用于探测所述高强铝合金管材表面温度的红外测温装置12。所述固定模座3、所述下模1、所述滑动模5和所述上模2内部均设有冷却管路15，以便加快高强铝合金管材和颗粒介质16的冷却速度。

本实施例还提供了一种高强铝合金管材构件的制备方法，包括如下步骤：

s1：将高强铝合金管材预弯曲后放入下模1中，如图1-2所示；

s2：中间滑块8和介质压头10下压，直至上模座7和承料筒9与所述下模1和所述高强铝合金管材合模，将预热后的颗粒介质16通过颗粒介质填装管11装入所述高强铝合金管材和所述承料筒9中，填装完成后缩回所述颗粒介质填装管11；所述热态颗粒介质16的预热温度优选为400℃～600℃，如图3-7所示；

s3：使用红外测温装置12检测所述高强铝合金管材的外表面温度，在所述高强铝合金管材的外表面温度达到胀压温度后，介质压头10下压，使所述高强铝合金管材变形至预胀形形状后保持恒定压力；所述胀压温度优选为250℃～400℃，如图8-10所示；

s4：滑动模架6驱动滑动模5向预胀形后的所述高强铝合金管材移动并合模，使预胀形后的所述高强铝合金管材在所述滑动模5和所述介质压头10的共同作用下变形至目标形状，保压一定时间后介质压头10退回，即可开模取出高强铝合金管材构件，保压时间优选为1min～2min，如图11-13所示。

其中，开模的具体步骤为：所述滑动模架6先驱动所述滑动模5向远离所述高强铝合金管材构件的方向移动，直至滑动模5复位，如图14-16所示，然后所述中间滑块8带动上模座7和承料筒9向远离所述下模1和所述高强铝合金管材构件的方向移动，直至上模2复位，如图17-18所示。

下面以加工壁厚为2.0mm的高强铝合金管材为例具体说明各参数的设置要求。

当高强铝合金管材为6系铝合金时，如aa6061，颗粒介质16的预热温度优选为500℃～580℃，最优选为550℃；胀压温度优选为385℃，介质压头10下压的压力优选为35mpa，保压时间优选为1min。

当高强铝合金管材为7系铝合金时，如aa7075，颗粒介质16的预热温度优选为420℃～490℃，最优选为430℃。胀压温度优选为275℃，介质压头10下压的压力优选为45mpa，保压时间优选为2min。

需要说明的是：本实施例对高强铝合金管材的种类和来源没有特殊要求，主要针对6系列、7系列高强铝合金管材，主要针对厚度在3mm以下的管材，且本实施例对预弯曲中所用的成形方法没有特殊要求，常规的压力成形均可，压力大小优选30～50mpa。高强铝合金管材预弯曲放入成形模具中，本实施例对预弯曲形状没有特殊要求，一般可根据目标零件尺寸形状来确定预弯曲形状。本实施例对预胀形形状没有特殊要求，可根据目标管件形状设计确定。

本实施例相对于现有技术获得了以下技术效果：

1、改变现有管件内高压成形的单纯的胀形变形模式，通过颗粒介质16胀形与压力成形工艺二者相结合，提高了管件的贴模性能，可在较小的成形压力下成形复杂形状异形截面管件，成产成本低廉，产品设计灵活、尺寸精度高。

2、采用先预胀形，后保持管坯内压的同时外压加载成形，此种方式可成形管件局部截面特征小于原始管坯的直径，这使得此工艺能够适应更为复杂截面形状的管状构件。

3、氮化硅陶瓷球密度小、强度高、耐磨耐蚀，在800℃的高温下，强度、硬度不变，具有自润滑性，保证成形工件具有良好的表面质量，可以循环利用，绿色环保无污染，可以克服油液、气体介质在高温条件下难密封和加载的问题。

4、利用高强铝合金良好的导热性能，将预热后的颗粒介质16填装至管坯中，通过颗粒介质16和管坯之间的热传导将管坯加热至温成形温度，相当于将管坯加热工序与成形工序的一部分合并处理，以节约能耗，提高生产效率。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。