高強鋁合金電致增塑連續擠壓成形加工方法
2023-05-06 10:08:46
專利名稱：高強鋁合金電致增塑連續擠壓成形加工方法
技術領域：
本發明涉及有色金屬的塑性加工，尤其是高強鋁合金電致增塑的連續擠壓成形加工方法。
背景技術：
目前，高速鐵路、航空航天等交通運輸領域對提高速度和節約能源都提出了越來越高的要求。高速列車、飛機等運輸工具都通過減輕自重來提高速度、降低能耗。因此，高強鋁合金等輕金屬越來越受到重視。與碳鋼、不鏽鋼等傳統部件相比，一是其重量可減輕1/4 1/3，有效提高速度、降低能耗；二是其防鏽、防腐可長達20年，可省略部件的除鏽等生產工序，降低了部件生產與使用維護成本，提高了部件整體質量水平；三是型材製造的部件易回收，可循環再利用。因此，各種高強鋁合金型材，板材和棒材等都具 有重要的應用。高強鋁合金常用的成形方法主要有衝壓成形、熱成形、液壓成形和超塑成形以及同步冷卻熱成形等。但高強鋁合金室溫成形性較差，並且回彈大，用傳統的冷衝壓方法難以加工成形高強鋁合金。而熱成形又降低了其強度。室溫下液壓成形難以成形高強鋁合金，於是又產生了熱液壓成形。熱液壓成形就是通過加熱和冷卻裝置將模具和液體加熱到一定的溫度對其進行成形。但這種方法也存在著熱成形的不足，並且設備複雜。超塑成形可以成形一些其他方法不能成形的高強鋁合金，但超塑成形使零件強度下降，且生產效率較低。同步冷卻熱成形工藝是利用金屬在高溫狀態下，其塑性和延展性迅速增加，屈服強度迅速下降的特點使板料成形的工藝。應用此工藝，是將高強鋁合金加熱保溫一段時間，使其組織均勻化，然後將板料移入模具對其進行成形，模具保持室溫，且內部一直通冷卻水，正是模具與板料之間的傳熱使板料快速冷卻，以實現成形和淬火同步。此工藝降低了高強鋁合金成形時的成形應力，極大地改善了其成形性，又使其成形後達到很高的強度，成形後不必增加額外的淬火工序，大大降低了加工周期和生產成本。此成形工藝既解決了高強鋁合金冷成形時成形性差的問題，又解決了普通熱成形使強度降低的問題，但這種方法成形工藝複雜，成本高，效率低。連續擠壓成形也是高強鋁合金成形加工的重要方法，但由於高強鋁合金塑性低，必須採用熱連續擠壓的方法，這不僅無法克服高強鋁合金熱成形的不足，而一般工模具材料均不允許在高溫下長時間連續工作。而冷態加工會帶來擠壓負荷大和擋料塊溫度偏高，造成腔體過早損壞，降低了腔體的使用壽命，使得生產成本上升。
發明內容
本發明的目的是克服上述不足問題，為了實現這一目的，可在連續擠壓的變形區通入短時的高密度脈衝電流，利用短時高密度脈衝電流所產生的「電子風」效應，促進位錯的運動，從而增大塑性(簡稱「電致增塑」)、降低抗力的特性，加工出表面質量高、綜合力學性能好的型材、棒材和板材等，方法簡單，簡化工藝，提高效率，產品性能優異，且能避免擠壓載荷增加和擋料塊溫度偏高，提高腔體的使用壽命，降低成本。
由於脈衝電流可以直接作用於位錯組織，促進位錯運動，因此高強鋁合金脈衝電流處理增塑的連續擠壓成形方法，既降低了鋁合金殘餘應力和加工硬化的影響，又提高了製品的表面質量，還免去了退火等熱處理工序。而且，電致增塑的連續擠壓成形加工方法對原始坯料的要求很低，甚至可以是粉體材料。而現有另一種成形方法——電塑拉拔，則要求坯料必須具有一定的強度和韌性，不可以處理粉末體或鑄態材料。同時，連續擠壓可以成形出多種型面的的製品。與普通的連續擠壓相比，節省動力(降低了變形抗力)，節能，環保，溫升低、變形力低，提高了模具使用壽命，同時提高製品的使用性能。又由於這種方法能提高塑性，降低抗力，減小對模具的損耗，因此，可以擴大產品範圍，提高產品生產效率(這兩條在大批量、市場應用競爭中具有重要意義)。轉輪把熱量隨時帶走、脈衝時間短焦耳熱效應不顯著，因此可有效抑制溫升(同時提高塑性和可加工性)，不氧化。此外，脈衝電流特性不同於普通的感應加熱和電阻加熱，後者是利用了電流的普通熱效應來加熱坯料，來達到軟化材料，節省變形動力的目的，而本發明所應用的短時高密度脈衝電流具有「非熱」效應，即通過電子風效應直接作用於位錯，促進材料的變形。
圖I高強鋁合金電致增塑連續擠壓成形加工示意圖I靴座，2壓實輪，3坯料，4擋料塊，5電源，6靴座，7腔體，8擠壓輪
具體實施例方式如圖I所示，擠壓輪8在動力的驅動下沿箭頭方向做圓周旋轉運動，在擠壓輪的圓周中間有一近似U型溝槽，在靴座I裡面，沿著擠壓輪的圓周表面上有密封塊、腔體7、擋料塊4，腔體7表面加工成同擠壓輪8有相同弧度的表面，於是在擠壓輪的溝槽裡就構成了密封區。坯料3經壓實輪2壓緊在擠壓輪8的溝槽裡，在摩擦力的作用下被連續送到由擠壓輪8和靴座I裡的工具構成的擠壓腔7，在加工過程中，在坯料3進入腔體7和到達擋料塊4之間發生塑性變形這一區間，通過導線將脈衝電流通入坯料3中，坯料3在做圓周運動的時候，由於受到擋料塊4的阻擋，發生塑性變形進入變形模腔裡，然後通過模具擠壓成想要得到的產品。根據生產產品的需要，通過加工出不同模具模腔，可以連續擠壓成形出多種型面的的製品，如圓柱形的棒材，平板型的板材等。
權利要求
1.高強鋁合金電致增塑連續擠壓成形加工方法，其特徵是通過向變形區通入一個脈衝電流，促進高強鋁合金塑性的提高，降低其變形抗力。
2.根據權利要求I所述的ー種高強鋁合金電致增塑連續擠壓成形加工方法，其特徵在於所應用的是ー種短時高密度脈衝電流脈衝電流的最大電流密度為7. 6 X IO3AAim2時，單個脈衝電流周期為10-1000 μ S，脈衝電流處理的總持續時間不超過8000 μ S。
全文摘要
本發明涉及一種高強鋁合金成形加工的新方法，屬於塑性加工領域。本方法通過在高強鋁合金擠壓過程中，通過向變形區通入脈衝電流，促進高強鋁合金塑性的提高，降低其變形抗力，使難變形的高強鋁合金能在常溫下變形，從而省去了加熱裝置和退火等熱處理工序。由於脈衝電流可以直接作用於位錯組織，促進位錯運動，因此在脈衝電流作用下，降低了殘餘應力和加工硬化的影響，因此提高製品的表面質量，並免去退火工序。變形抗力的降低，還可以有效減少作用在模具上的負荷和降低腔體擋料塊的溫度，大幅度提高模具的使用壽命和生產效率。因此降低了生產的成本。由於脈衝電流提高了製件的表面質量和力學性能，滿足了航空太空飛行器、高速列車等因工作環境的惡劣對高強鋁合金性能的苛刻要求。
文檔編號B21C23/00GK102814349SQ20121005262
公開日2012年12月12日 申請日期2012年2月22日 優先權日2012年2月22日
發明者陶豔 申請人:陶豔