一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法和裝置的製作方法
2023-07-07 11:17:16 1
專利名稱：一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及材料加工工程領域，具體是指實現擠壓、彎曲和淬火的科學結合，通過 一道工序由擠壓坯料生產出合格的彎曲型材的方法和裝置。
背景技術：
長久以來，鋁合金型材主要以民用建築型材為主，而民用建築型材在擠壓矯直後 便可直接使用，不需要後續彎曲加工。隨著汽車工業的發展，以及隨之帶來的能耗，排放、 環保和安全等問題，鋁框架結構車身因具有重量輕、抗撞擊性能好等優點，日益受到汽車制 造廠商的重視。由於車身造型的需要，車身框架用往往要進行彎曲加工後使用。因此，近 二十年來型材彎曲逐漸成為材料加工領域的研究熱點。國外研究集中在挪威科技大學、美 國德克薩斯州大學、德國埃爾蘭根大學以及法國雷諾、德國柏林工業大學、德國奧迪汽車、 美國通用等大型汽車公司；近年來國內在這方面也做了不少工作，燕山大學、北京航空航天 大學、西北工業大學和東南大學等在型材彎曲成形設備、試驗方法、數值模擬等方面做出了 許多的成果。在實際生產中應用的彎曲型材，普遍是通過多道工序加工而成。一般工序是先將 坯料擠壓成所需要斷面形狀的直型材，然後採用拉彎或滾彎等方式彎曲成形。彎曲階段是 整個成形過程的關鍵，因為彎曲過程完成後會產生回彈，而且回彈量的大小難以精確控制， 從而影響了擠壓型材一次性精確成形的難度，而且擠壓型材的橫截面各不相同，冷彎時會 造成型材截面畸變，而無法達到原擠壓型材的截面尺寸要求。需要加芯杆或填料後再進行 彎曲，之後再取出芯杆和填料，因而這種多道工序生產彎曲狀態的擠壓型材的方法生產效 率低，工藝複雜，需要大型設備，生產成本昂貴，使得彎曲狀態的擠壓型材的應用受到了很 大的限制。經對現有技術的文獻檢索發現有以下幾種相關專利一種用於生產彎曲擠壓型材的方法和設備申請的美國發明專利(專利申請號 US6634200， Method and device for the production of curved extruded profiles，名 稱擠壓型材彎曲方法及設備)，該方法將模具與擠壓方向成一定角度，型材出模後將向一 側彎曲，通過該方法可以加工曲率較小的彎曲工件。一種擠壓彎曲成形工藝及設備申請的美國發明專利(專利申請號US5305626， Extrusion Method and Extrusion Apparatus, ^^ -MBTj^&^BI^ ), i^^feiSil 調整模具工作帶來獲得非均勻的材料流動，使型材一側的材料流速大於另一側，以達到彎 曲成形的目的。同時該專利為保證成形精度，增加了一種帶有輥輪的引導裝置。該方法一 套模具僅能生產一種彎曲弧度的工具。—種用於製作汽車車架彎曲件的工藝及設備申請的歐洲發明專利(專利申請號 EP0706843B1，Method and device for the production of curved workpieces，名禾爾彎 曲件的製作方法及設備)，該方法是擠出的型材直接受具有一定運動軌跡的導引輪作用， 型材的前端隨導引輪一起運動，型材末端在擠壓模具出料口邊緣的約束下，形成彎曲件。
3以上幾種方法由於彎曲變形主要發生在擠壓模具出口處，因此模具的磨損十分嚴重，另外， 由於彎曲變形時應變速率大，對於薄壁空腔類的型材，很難保證彎曲件截面的形狀不發生畸變。一種用於擠壓彎曲成形的設備(專利申請號US6634200，ExtrusionApparatus, 名稱擠壓設備)，該方法在模具出口增加引導裝置，該引導裝置在型材外形的一側施加偏 轉作用力，使型材彎曲成形。該裝置包含兩塊獨立的引導圓盤，並建議為獲得最好的加工效 果，在熱彎曲過程中應避免多餘的加工變形，同時應該使彎曲成形從工作帶處開始。一種用於生產彎曲型材的直接擠壓彎曲成形工藝申請的日本發明專利(專利申 請號JP2137612，Extrusion Machine，名稱擠壓機)，該方法通過在傳統擠壓模具出口處 放置一個可以移動的金屬引導板來調整型材的彎曲弧度。一種用於生產汽車結構件、保險槓、側圍等類似彎曲工件的鋁合金擠壓彎曲工藝 申請的日本發明專利(專利申請號 JP2179313，Manufacture of aluminumextruded/bent products as automobile frame, bumper, side seal, and the like，名稱一禾中用於生產 擠壓彎曲工件如汽車結構件、保險槓、側圍等的方法)該方法通過在傳統擠壓機出口處放 置兩塊可以移動的金屬引導板來調整型材的彎曲弧度。第一塊金屬引導板正對擠壓中心， 第二塊金屬引導板可以自由運動，以調整彎曲弧度。鎂合金型材擠壓彎曲一體化成形方法申請的中國發明專利(專利申請號 200710171857. X，名稱鎂合金型材擠壓彎曲一體化成形方法)，該方法通過在原有臥式擠 壓機的出料口附近布置一套三輪輥彎裝置，鎂合金錠坯經過熱擠壓形成型材，型材在冷卻 之前直接進入輥彎機構，由同一平面內的三個滾輪對型材施加彎矩，實現彎曲成形，控制輥 輪的運動及位置得到所需彎曲角度與彎曲半徑。以上幾種方法由於彎曲變形在擠壓出口很高溫度條件下進行，型材強度和硬度較 低，在外力作用下型材截面容易壓塌變形，表面容易產生劃傷。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對現有技術存在的缺陷，包括傳統型材彎曲生產 效率低、產品尺寸難以保證，以及已有的擠壓彎曲一體化成形中存在的截面變形和表面劃 傷等問題，提出一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法和裝置；它通過將型材 的擠壓、彎曲和淬火有機結合，通過一道工序便可以由擠壓坯料生產出合格的彎曲擠壓型 材，通過在線淬火裝置使型材彎曲變形溫度控制在中等水平，既有較好的成形性，又能減少 回彈、截面變形和表面劃傷等缺陷，同時還完成在線淬火；由此提高生產效率和產品成品 率，降低生產成本。本發明的技術方案之一是，所述結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法 為，在由擠壓機實施擠壓生產型材過程中，擠出型材在擠壓出口出來後進入彎曲變形區，其 技術特點是設置在線淬火區且所述彎曲變形區位於在線淬火區域內，使擠出型材的彎曲和淬 火在線進行；通過對不同加工過程的數值仿真結合實驗驗證而獲得所述在線淬火區與彎曲變 形區之間的相對位置，以及淬火介質的的種類和流量；
通過調整以下因素中的至少一種來控制擠壓型材在進入彎曲變形區時的溫度及 控制彎曲變形區的溫度分布，以保證型材的良好彎曲成形性，減少回彈，又保證其在彎曲過 程中不發生截面塌陷和表面劃傷，同時還要保證型材彎曲變形後能夠充分淬透a.在線淬火區與彎曲變形區之間的相對位置；所述在線淬火區與彎曲變形區之間的相對位置用線淬火區起始端與彎曲變形區 起始端之間的距離D表示(參見圖1)；b.淬火介質的種類和流量；淬火介質的種類可以是空氣、水霧和水柱。所述通過對不同加工過程的數值仿真結合實驗驗證而獲得所述在線淬火區與彎 曲變形區之間的相對位置，以及淬火介質的的種類和流量，其步驟如下(1)通過實驗方法結合反求技術，獲取材料在不同變形條件下的本構、摩擦和熱邊 界條件；(2)將步驟(1)獲得的材料變形本構和邊界條件以及實際成形工藝引入商業有限 元軟體，對整個成形過程進行仿真，從而獲得型材出模口後的溫度分布；(3)調整在線淬火區與彎曲變形區的相對位置、淬火介質的流量或種類，來控制擠 壓型材在進入彎曲變形區時的溫度及控制彎曲變形區的溫度分布，使其達到預期分布。由在線淬火區與彎曲變形區出來的彎曲型材進入卸料臺，飛鋸根據測量儀反饋的 信息對型材進行定長裁切，運送到輥道後由卸料機械手將其運走。本發明方法在實際的擠壓生產過程中，擠出型材在擠壓出口處受外力作用發生彎 曲，通過調整淬火區與彎曲變形區之間的相對位置(D)和淬火介質的種類和流量來合理控 制擠壓型材在進入彎曲變形區的溫度，使其具有足夠高的彎曲變形溫度，保證良好的彎曲 性能，避免彎曲回彈；同時又可防止由於型材溫度過高而使其在彎曲過程中發生截面塌陷 和表面劃傷。本發明的技術方案之二是，所述結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工裝置 為，它由在常規擠壓機模口後直接添加在線淬火裝置、彎曲裝置而組成，包括依次排列的常 規擠壓機、彎曲裝置、在線測量剪切裝置，其結構特點是，在所述彎曲裝置所在位置設有在 線淬火裝置，且所述彎曲裝置位於在線淬火裝置中。參見圖2，所述在線淬火裝置的結構是，由多節裝有頂蓋的小淬火槽依次鉸接組成 長條形大淬火槽，每節小淬火槽內腔的上、下和兩個側面都設有冷卻介質噴射系統，其流量 都可以獨立控制；如果淬火介質是水，槽底部還設有淬火介質(水)收集槽。在線淬火裝置 的位置還可沿型材移動方向(即相對彎曲裝置)進行調節。通過調整各節小淬火槽之間的角度可形成一個圓弧狀的所述大淬火槽，大淬火槽 的曲率可隨型材彎曲曲率變化而變化，因此可以適合於不同曲率彎曲型材的在線淬火。同 時，所述在線淬火裝置的位置還可沿型材移動方向調節，即通過調整淬火區與彎曲變形區 之間的相對位置(D)，來控制型材進入彎曲變形區時的溫度。在線淬火裝置使用的淬火介質 可以是空氣、水霧和水柱，通過調整淬火裝置中淬火介質的的種類和流量可以控制淬火冷 卻速率，從而調節型材在彎曲變形區的溫度。圖1所示裝置中的彎曲裝置8所在區域即為所述彎曲變形區，在線淬火裝置9所 在區域即為所述在線淬火區。
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由以上可知，本發明為一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法和裝 置；它通過將型材的擠壓、彎曲和淬火合理結合，通過一道工序便可以由擠壓坯料生產出合 格的彎曲擠壓型材，通過在線淬火裝置使型材彎曲變形溫度控制在中等水平，既有較好的 成形性，又能減少回彈、截面變形和表面劃傷等缺陷，同時還完成在線淬火；由此提高了生 產效率和產品成品率，降低了生產成本。
圖1為在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工裝置的一種實施例(俯視)結構示意 圖；圖2為圖1中I-I向，即一節小淬火槽的一種實施例斷面結構示意圖；圖3為6063鋁合金「目」字型材結構示意圖，三段圓弧曲率半徑依次為538mm， 1966mm,538mm ；圖4是圖3所示型材的斷面結構圖；圖5為6061鋁合金「目」字型材結構示意圖，兩段圓弧曲率半徑依次為160mm， 160mm，其餘為直線段；圖6為圖5所示型材的斷面結構圖；圖7為6061鋁合金異型「目，，字型材結構示意圖，三段圓弧曲率半徑依次為 1083mm,3384mm,1083mm ；圖8為圖7所示型材的斷面結構圖。在圖中1-擠壓機液壓缸，2-擠壓杆，4-擠壓坯料，5-擠壓模具，7-裝料裝置，8-彎曲裝置，10-飛鋸，11-測量儀，13-輥道，14-卸料裝置，16-氈輥，17-頂蓋，
3_擠壓筒， 6_擠壓機前梁， 9-在線淬火裝置， 12-擠壓型材， 15-水箱， 18-噴嘴；
具體實施例方式實施例1 用本發明的方法，在2750T擠壓機的出模口位置安裝所述結合在線淬火 控溫的彎曲型材短流程加工裝置(參見圖1和圖2)，擠壓6063鋁合金「目」字型材，擠壓 坯料直徑203mm，長度為300mm。坯料初始擠壓溫度500°C，擠壓模具溫度初始溫度450°C， 擠壓筒和擠壓墊初始溫度為420°C，擠壓速度為4mm/s，淬火介質為水霧；在線淬火區起始 端與彎曲變形區起始端之間的相對距離(D)為0.6m，「目」字型材三段圓弧曲率半徑依次為 538mm, 1966mm, 538mm,成形後三段圓弧曲率半徑依次為540mm，1970mm, 540mm,能滿足裝配 要求，成形後的型材表面無劃傷，無開裂，無起皺。實施例2 用本發明的方法，在2750T擠壓機的出模口位置安裝所述結合在線淬火 控溫的彎曲型材短流程加工裝置(參見圖1和圖2)，擠壓6061鋁合金「目」字型材，擠壓坯 料直徑203mm，長度為300mm。坯料初始擠壓溫度500°C，擠壓模具溫度初始溫度450°C，擠 壓筒和擠壓墊初始溫度為420°C，擠壓速度為4mm/s，淬火介質為水柱噴射，在線淬火區起始端與彎曲變形區起始端之間的相對距離(D)為0. 2m，彎曲6061鋁合金「目」字型材兩段 圓弧曲率半徑依次為160mm，160mm，其餘為直線，成形後兩段圓弧曲率半徑依次為157mm， 156mm,能滿足裝配要求，成形後的型材表面無劃傷，無開裂，無起皺，。
實施例3 用本發明的方法，在2750T擠壓機的出模口位置安裝所述結合在線淬火 控溫的彎曲型材短流程加工裝置，擠壓6061鋁合金異型「目」字型材，擠壓坯料直徑198mm， 長度為500_。坯料初始擠壓溫度500°C，擠壓模具溫度初始溫度460°C，擠壓筒和擠壓墊初 始溫度為430°C，擠壓速度為4mm/s，淬火介質為水柱噴射，在線淬火區起始端與彎曲變形 區起始端之間的相對距離⑶為0. 15m，彎曲6061鋁合金異型「目」字型材，三段圓弧曲率 半徑依次為1083mm，3384mm，1083mm，成形後三段圓弧曲率半徑依次為為1078mm，3380mm， 1079mm,能滿足裝配要求，成形後的型材表面無劃傷，無開裂，無起皺。
權利要求
一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法，在由擠壓機實施擠壓生產型材過程中，擠出型材在擠壓出口出來後進入彎曲變形區，其特徵是設置在線淬火區且所述彎曲變形區位於在線淬火區域內，擠出型材的彎曲和淬火在線進行；通過對不同加工過程的數值仿真結合實驗驗證而獲得在線淬火區與彎曲變形區之間的相對位置，以及淬火介質的種類和流量；通過調整以下因素中的至少一種來控制擠壓型材在進入彎曲變形區時的溫度及在彎曲變形區的溫度分布a.在線淬火區與彎曲變形區之間的相對位置；所述在線淬火區與彎曲變形區之間的相對位置用在線淬火區起始端與彎曲變形區起始端之間的距離D表示；b.淬火介質的種類和流量；淬火介質的種類可以是空氣、水霧或水柱。
2.根據權利要求1所述結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法，其特徵是，所 述通過對不同加工過程的數值仿真結合實驗驗證而獲得在線淬火區與彎曲變形區之間的 相對位置，以及淬火介質的的種類和流量，其步驟如下(1)通過實驗方法結合反求技術，獲取材料在不同變形條件下的本構、摩擦和熱邊界條件；(2)將步驟(1)獲得的材料變形本構和邊界條件以及實際成形工藝引入商業有限元軟 件，對整個成形過程進行仿真，從而獲得型材出模口後的溫度分布；(3)調整在線淬火區與彎曲變形區的相對位置、淬火介質的流量或種類，來控制擠壓型 材在進入彎曲變形區時的溫度及在彎曲變形區的溫度分布。
3.根據權利要求1所述結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法，其特徵是，由 在線淬火區與彎曲變形區出來的彎曲型材進入卸料臺，飛鋸根據測量儀反饋的信息對型材 進行定長裁切，運送到輥道後由卸料機械手將其運走。
4.一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工裝置，其特徵在於，它包括依次排列 的常規擠壓機、彎曲裝置、在線測量剪切裝置，其結構特點是，在所述彎曲裝置所在位置設 有在線淬火裝置，且所述彎曲裝置位於在線淬火裝置中；在線淬火裝置的位置可沿型材移 動方向進行調節。
5.根據權利要求4所述結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工裝置，其特徵在於， 所述在線淬火裝置由多節裝有頂蓋的小淬火槽依次鉸接組成長條形大淬火槽，每節小淬火 槽內腔的上、下和兩個側面都設有冷卻介質噴射系統。
全文摘要
本發明提供一種結合在線淬火控溫的彎曲型材短流程加工方法和裝置。它將型材的擠壓、彎曲和淬火有機結合，通過一道次加工即可製備出合格的彎曲型材。金屬坯料在通過擠壓模具後擠壓成不同斷面的型材，其在擠壓出口處受外力作用發生彎曲；同時，在擠壓機出口處還安裝有在線淬火裝置，通過調整在線淬火裝置與彎曲變形區之間的相對位置和淬火介質的種類及流量來控制擠壓型材在進入彎曲變形區的溫度，使其具有足夠高的彎曲變形溫度，保證良好的彎曲性能，避免彎曲回彈；同時又可防止由於型材溫度過高而使其在彎曲過程中發生截面塌陷和表面劃傷，提高生產效率和產品成品率，降低生產成本。
文檔編號C21D1/18GK101905249SQ201010240628
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者周佳, 李落星, 王冠 申請人:長沙仲騰金屬材料科技有限公司