[發明專利]一種變形鋁合金復雜殼體件半固態觸變擠壓裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201711154586.7
• 申請日: 2017-11-17
• 公開（公告）號: CN107931434B
• 公開（公告）日: 2019-05-31
• 發明（設計）人: 姜巨福;郭曉琳;王迎;王志敏;肖冠菲;東棟;劉英澤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: B21D37/10
• 分類號: B21D37/10;B21D22/02;B21D37/16;B21D37/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

1.一種變形鋁合金復雜殼體件半固態觸變擠壓裝置，其特征在于變形鋁合金復雜殼體件半固態觸變擠壓裝置是由螺栓(1)、下模板(2)、凹模(3)、頂桿(4)、上模板(5)、凸模(6)、凸模固定套(8)和環形加熱器(7)組成；

所述的下模板(2)為一個長方形板，所述的長方形板中面積較大的面的中心處設置一個長方形的通孔(2-2)，在長方形的通孔(2-2)的兩個較長邊的外側沿著與兩個較長邊平行的方向分別均勻布置5個圓形通孔(2-3)；所述的長方形板中面積較大的面上在兩個較長邊上各設置2個U形通孔(2-1)；

所述的上模板(5)為一個長方形板，所述的長方形板中面積較大的面上在兩個較長邊上各設置2個U形通孔(5-1)；在長方形板中面積較大的面上靠近四個邊各設置一個圓形通孔(5-2)；

環形加熱器(7)是一個中間空心的圓環形狀加熱器；

凸模固定套(8)是一個臺階式的環形板，臺階的下層(8-2)在環形板的內部，臺階的上層(8-1)的上表面上均勻布置4個通孔(8-3)；

頂桿(4)由大端(4-1)和小端(4-2)組成；所述的大端(4-1)是底面為長方形的棱臺且四個側棱長度相等，所述的小端(4-2)是一個長方體；所述的長方形的棱臺中面積較小的底面的中心與小端(4-2)的一個面重合固定；所述的大端(4-1)中面積較大的底面的粗糙度為0.8；所述的大端(4-1)的四個側面與豎直方向的夾角為10度；所述的大端(4-1)的內圓角半徑為5mm，外圓角半徑為2mm；

所述的凸模(6)由上部的固定部分(6-1)、中部的過度部分(6-2)和下部的主體部分(6-3)組成；上部的固定部分(6-1)由兩個圓柱體組成，兩個圓柱體的端面直徑不相等，圓柱體的一個端面與另一個圓柱體的一個端面重合且同軸固定組成兩級臺階式圓柱體；所述的中部的過度部分(6-2)的拔模斜度為1度，粗糙度為0.8；所述的下部的主體部分(6-3)的拔模斜度為3度，內圓角半徑為1.5mm，外圓角半徑為1mm，粗糙度為0.8；

所述的凹模(3)的外形是一個長方體，型腔位于長方體的中心部分且打通長方體的上下表面，型腔由上部的與凸模(6)配合部分(3-2)、中部的成形部分(3-4)、下部的與頂桿大端(4-1)配合部分(3-3)和底部的與頂桿小端(4-2)配合部分(3-5)組成；在型腔的較長邊的兩側沿水平方向各設置3個圓形通孔(3-1)，3個圓形通孔(3-1)沿豎直方向依次排列，6個圓形通孔(3-1)中放置電阻絲和瓷管；所述的上部的與凸模(6)配合部分(3-2)的拔模斜度為1度，粗糙度為0.8；所述的中部的成形部分(3-4)的拔模斜度為3度，粗糙度為0.8；凹模(3)的底面上均勻布置10個螺紋孔(3-6)；

凸模(6)由上部的固定部分(6-1)的兩級臺階中的上層臺階與凸模固定套(8)的下層(8-2)臺階扣在一起，螺栓(1)穿過凸模固定套(8)的4個通孔(8-3)和上模板(5)上的4個圓形通孔(5-2)把凸模(6)和上模板(5)固定在一起，凸模(6)與凸模固定套(8)配合間隙為單邊0.04mm，凸模(6)由上部的固定部分(6-1)的上表面與上模板(5)的下表面壓緊，上模板(5)的下表面高出凸模固定套(8)的上表面0.6mm；環形加熱器(7)的內壁與凸模固定套(8)的外壁固定；

螺栓(1)通過凹模(3)的10個螺紋孔(3-6)和下模板(2)上的10個圓形通孔(2-3)把凹模(3)和下模板(2)固定在一起；凹模(3)的下部的與頂桿大端(4-1)配合部分(3-3)中放入頂桿大端(4-1)，頂桿(4)的小端(4-2)從凹模(3)的底部的與頂桿小端(4-2)配合部分(3-5)和下模板(2)的長方形的通孔(2-2)中穿出；頂桿大端(4-1)與凹模(3)的單邊間隙為0.15mm；

凸模(6)與凹模(3)合模配合時，凸模(6)中部的過度部分(6-2)深入凹模(3)的深度為30mm，凸模(6)與凹模(3)的單邊間隙為0.15mm；

所述的變形鋁合金復雜殼體件半固態觸變擠壓裝置的使用方法是按照以下步驟進行的：

步驟一：將熱軋板材定量分割成坯料；所述的坯料的體積是欲成形變形鋁合金殼體件的1.11倍；所述的坯料是在長方體的一個平面上的兩個相對的邊上各去掉一個三棱柱得到的物體；所述的坯料中的長和寬均比欲成形變形鋁合金殼體件相對應位置的長和寬小2mm～3mm；

步驟二：將上模板(5)的4個U形通孔(5-1)利用T型螺栓與5000kN的液壓機活動橫梁固定安裝，將下模板(2)的4個U形通孔(2-1)與5000kN的液壓機活動下梁固定安裝，將頂桿(4)放入凹模(3)的型腔中；

步驟三：利用液壓機將凸模(6)深入到凹模(3)內25mm～30mm，利用凹模(3)的圓形通孔(3-1)中的電阻絲和瓷管以及環形加熱器(7)分別加熱凹模(3)和凸模(6)至110℃～150℃，然后利用噴槍將混有石墨的水溶液潤滑劑均勻地噴涂在凸模(6)、凹模(3)和頂桿(4)組成的型腔表面，然后分別將凹模(3)和凸模(6)加熱至430℃～460℃和360℃～370℃；所述的石墨的水溶液潤滑劑是由石墨粉和水混合而成，石墨粉的質量分數為3％～5％；

步驟四：將功率為5kW的電阻爐升溫至欲成形半固態觸變擠壓復雜殼體件所需的半固態溫度保溫30min～40min，然后利用夾鉗將步驟一的坯料放在鋼板上一起放入電阻爐中進行加熱至半固態溫度，得到半固態坯料(9)；

步驟五：利用壓力機將凸模(6)與凹模(3)分離300mm～350mm，然后利用夾鉗夾持鋼板將半固態坯料(9)運輸至凹模(3)的型腔內；

步驟六：利用壓力機帶動凸模(6)下行，與凹模(3)合模實施半固態觸變成形，壓力控制在為192MPa，保壓時間為36s，凹模(3)和凸模(6)的加熱溫度分別為430℃～460℃和360℃～370℃；

步驟七：壓力機帶動凸模(6)回程300mm～360mm，進行在線水淬；所述的在線水淬為：將室溫水澆至凹模(3)中的半固態觸變擠壓的變形鋁合金殼體件上降溫冷卻收縮；所述的室溫水的體積與步驟一的坯料的體積比為2:1；

步驟八：壓力機頂出頂桿(4)將半固態觸變擠壓的變形鋁合金件頂出，取出后空冷至室溫；

步驟九：將電阻爐升溫至470℃并保溫20min，將室溫的半固態觸變擠壓的變形鋁合金殼體件放置在電阻爐中在470℃保溫2h后水淬后取出，室溫自然時效72小時。