[發(fā)明專(zhuān)利]一種金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811539300.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109500223B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張艷苓;趙冰;韓玉杰;侯紅亮;王衛(wèi)兵;王耀奇
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): B21D31/00
• 分類(lèi)號(hào): B21D31/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法。該方法包括：將金屬板材的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)成形位置與工裝模具上異型的模型腔相對(duì)應(yīng)；將加工頭通過(guò)主軸安裝架安裝在金屬板材的上方；在金屬板材上設(shè)置正極電刷和負(fù)極電刷，并在兩極電刷之間連接脈沖電源，通電時(shí)，使兩極電刷、電源和金屬板材之間形成閉合回路；加工頭在主軸安裝座的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)金屬板材施加法向壓力，同時(shí)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)，金屬板材的材料軟化后流入模型腔內(nèi)，成形出加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)；在金屬板材上設(shè)置補(bǔ)料板材，與兩極電刷連接，補(bǔ)料板材上的材料軟化后流入加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的凹槽區(qū)，凹槽區(qū)被填滿(mǎn)后，機(jī)加工除去多余材料，獲得完整異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬成形技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法。

背景技術(shù)

在航天航空、汽車(chē)、船舶等領(lǐng)域，為了提高金屬結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度，通常需要采用局部或整體的帶筋加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同需要，加強(qiáng)筋由整體加強(qiáng)和局部加強(qiáng)，加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，具有L型、T型、Z字型等異型結(jié)構(gòu)筋條。對(duì)于形狀復(fù)雜的異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，目前異型加強(qiáng)筋整體結(jié)構(gòu)常用的制造方法主要有整體數(shù)控加工、鉚接、焊接、流動(dòng)摩擦近凈成形。

整體數(shù)控加工的方法主要是采用厚板毛坯，利用數(shù)控銑削的方法去除掉多余的材料，加工出所需形狀的異型筋條，最終獲得帶異型加強(qiáng)筋的整體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

鉚接方法制造金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要是先采用機(jī)械加工或擠壓成形的方法，成形或加工出L型、T型等異型加強(qiáng)筋，然后采用鉚釘將加強(qiáng)筋與金屬平板板材連接，形成異型加強(qiáng)的整體結(jié)構(gòu)。

焊接方法制造異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)機(jī)械加工或擠壓成形的方法，成形或加工出L型、T型等異型加強(qiáng)筋，然后采用激光焊、攪拌摩擦焊接等手段將異型加強(qiáng)筋焊接在金屬板材上，形成帶異型加強(qiáng)筋的整體結(jié)構(gòu)。

流動(dòng)摩擦近凈成形是將金屬板材放置在成形模具上，通過(guò)端面帶有一定凹槽的加工頭對(duì)金屬板材的上表面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)摩擦加工，在摩擦熱和外力共同作用下加工頭作用區(qū)域材料發(fā)生塑化，在法向壓力和旋轉(zhuǎn)摩擦力共同作用下，塑化金屬發(fā)生三維定向流動(dòng)，流入到模具型腔，成形出所需形狀。

現(xiàn)有金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的制造和加工方法存在一定的不足，整體數(shù)控加工的方法，材料去除量較大，材料利用率低，而且對(duì)于復(fù)雜的異型結(jié)構(gòu)很難加工到凈尺寸；鉚接的方法獲得的金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體重量大，連接接頭強(qiáng)度低，密封性差，連接效率低；利用焊接的方法制造的金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，焊接過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的氣孔、夾雜等缺陷導(dǎo)致焊縫強(qiáng)度降低，影響結(jié)構(gòu)的使用性能。流動(dòng)摩擦近凈成形后板料與加工頭接觸側(cè)區(qū)域材料有一定的去除量，導(dǎo)致成型加強(qiáng)筋的背面出現(xiàn)凹槽缺陷，而且對(duì)于高強(qiáng)鋁合金、鎂合金等難變形材料，需要的攪拌力和擠壓力很大，對(duì)設(shè)備和加工頭材料提出更高的要求。

因此，發(fā)明人提供了一種金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法，解決了現(xiàn)有流動(dòng)摩擦近凈成形技術(shù)制造整體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)時(shí)存在的高強(qiáng)度、難變形材料難以成形、成形后加強(qiáng)筋背面出現(xiàn)凹槽缺陷這一實(shí)際問(wèn)題。

本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種金屬異型加強(qiáng)結(jié)構(gòu)流動(dòng)摩擦近凈成形方法，該方法包括：

放置金屬板材，將待加工的金屬板材放置在工裝模具上，使金屬板材的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)成形位置與工裝模具上異型的模型腔相對(duì)應(yīng)；

安裝加工頭，將加工頭通過(guò)主軸安裝架安裝在所述金屬板材的上方，所述主軸安裝架可帶動(dòng)所述加工頭水平運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

安裝電刷，在所述金屬板材的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別設(shè)置正極電刷和負(fù)極電刷，并在兩極電刷之間連接脈沖電源，在通電時(shí)，使兩極電刷、電源和金屬板材之間形成閉合回路，在脈沖電流的電塑性效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)下，能使金屬板材上材料軟化；