本發(fā)明涉及一種成型方法，具體涉及一種變形鋁合金結(jié)構(gòu)件成型方法，屬于變形鋁合金成型領(lǐng)域技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁合金密度低，但比強(qiáng)度高，塑性好，在一定溫度、速度條件下，施加各種形式外力，可加工成各種型材，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗蝕性，工業(yè)上廣泛使用，使用量?jī)H次于鋼。變形鋁合金結(jié)構(gòu)件在航空、航天、軍工、汽車、機(jī)械制造、船舶及電氣、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域已大量應(yīng)用。目前，變形鋁合金結(jié)構(gòu)件主要采用板材焊接、棒材或厚板鍛造或（和）機(jī)械加工等方法。

通過(guò)板材焊接得到的鋁合金結(jié)構(gòu)件存在焊縫質(zhì)量難以控制、受焊縫熱影響強(qiáng)度低40~70%、成品率低及變形難控制等問(wèn)題；通過(guò)棒材或厚板鍛造或（和）機(jī)械加工制成的結(jié)構(gòu)件存在原材料利用率低于15%、加工周期長(zhǎng)。兩種結(jié)構(gòu)件成型方法制得的結(jié)構(gòu)件都存在內(nèi)部組織不均勻，晶粒沿著加工方向變形等問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件組織和強(qiáng)度各向異性，嚴(yán)重影響鋁合金結(jié)構(gòu)件的整體性能，使安定性下降。因此，有必要急需開(kāi)發(fā)一種新的變形鋁合金結(jié)構(gòu)件成型方法。電弧熔絲增材制造是基于離散堆積的成形原理，將構(gòu)件分解到點(diǎn)、線、面，然后由電弧將金屬絲材熔化，按既定的成形路徑堆積成形每一薄層，層層堆積最終形成三維實(shí)體零件的先進(jìn)制造技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種變形鋁合金結(jié)構(gòu)件成型方法，該技術(shù)方案克服現(xiàn)有變形鋁合金成型技術(shù)存在的缺陷，提高變形鋁合金結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度，使結(jié)構(gòu)件內(nèi)部組織均勻，晶粒細(xì)小，無(wú)氣孔和夾雜，并提高原材料利用率和成品率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種變形鋁合金結(jié)構(gòu)件成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步驟：1）變形鋁合金絲材制備；2）結(jié)構(gòu)件分層；3）結(jié)構(gòu)件成型。通過(guò)本方法制造的結(jié)構(gòu)件，具有原材料利用率高、成品率高、加工余量小、組織均勻、晶粒細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異且各向均勻、無(wú)氣孔及夾雜缺陷等優(yōu)點(diǎn)，該發(fā)明可以滿足“三航”、軍工及高端鋁制品領(lǐng)域?qū)ψ冃武X合金結(jié)構(gòu)件的要求，縮短了加工周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了變形鋁合金結(jié)構(gòu)件的安定性。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟1）中變形鋁合金絲材制備具體如下：11）鍛造，將直徑為Φ8~12mm的變形鋁合金盤條進(jìn)行3道快速鍛造，各道次的線徑為Φ6.0~8.0mm、、Φ4.8~6.0mm及Φ2.0~2.4mm，各道次的減徑率為40~75%；

12）退火，在以上鍛造道次間及鍛造結(jié)束要分別進(jìn)行退火處理，以釋放加工應(yīng)力，退火溫度以能夠使鋁合金盤條充分軟化，又不發(fā)生再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大為宜；其中退火的溫度為350℃—400℃，退火時(shí)間為1.5—2.5小時(shí)；

13）連拉，將鍛造成型的直徑為φ2.4mm~2.0mm的變形鋁合金絲材用拉絲機(jī)進(jìn)行連拉，各拉絲模具間的變形量一致，最后將絲材穿過(guò)1個(gè)高聚晶定徑模進(jìn)行定徑處理，得到直徑為φ1.26-1.30mm的鋁合金絲材，有選為φ1.27mm。

14）刮削，將定徑后的變形鋁合金絲材依次穿過(guò)一個(gè)定位模、兩個(gè)刮削模具、一個(gè)壓光模具，進(jìn)行表面處理，得到直徑為φ1.18mm的變形鋁合金絲材；

15）超聲波清洗，將表面處理后的變形鋁合金絲材進(jìn)行單絲超聲波清洗；超聲波清洗的溫度為40-90℃，時(shí)間為5-20秒；

16）表面光亮化鈍化，將清洗后的變形鋁合金絲材依次通過(guò)光亮化溶液和鈍化溶液，進(jìn)行表面光亮化、鈍化處理，并通過(guò)烘干處理，在絲材表現(xiàn)形成一層均勻的致密氧化層，防止不均勻氧化，以提高變形鋁合金絲材表面的光潔度，確保使用時(shí)送絲穩(wěn)定；其中鈍化后的溫度為40-60℃，時(shí)間為10-20秒；烘干溫度為80-100℃，時(shí)間為2-3秒；

17）分盤和包裝，將經(jīng)過(guò)光亮化和鈍化后的變形鋁合金絲材按照6~7kg/盤進(jìn)行分盤，并進(jìn)行真空包裝，備用。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟2）中結(jié)構(gòu)件分層具體如下：

21）利用計(jì)算機(jī)軟件（Solidworks、Pro-E、CAD、UG等）將三維數(shù)模分解到點(diǎn)、線、面；

22）根據(jù)分解后的數(shù)模及結(jié)構(gòu)件型式，進(jìn)行溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)模擬，平行度小于等于5mm以內(nèi)的變形來(lái)確定成型路徑及優(yōu)化成型工藝參數(shù)；

23）將成型路徑及優(yōu)化的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成機(jī)器語(yǔ)言，并傳輸至機(jī)器人及焊接電源。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3）結(jié)構(gòu)件成型具體如下，在純氬氣（99.9999%）或者氬氣（70~90%）-氦氣（30~10%）混合氣或氬氣-氫氣（0.1~0.3%）混合氣等氣氛的保護(hù)下，焊接電源采用優(yōu)化的工藝參數(shù)將步驟1）制得的變形鋁合金絲材連續(xù)熔化，機(jī)器人按步驟2）確定的成型路徑帶動(dòng)焊槍，配合連續(xù)送絲裝置，逐層堆積形成變形鋁合金構(gòu)件。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3）中，在每堆積一層或多層時(shí)，在堆積的上表面及兩側(cè)面進(jìn)行切削、納米化及拋光等處理；該技術(shù)方案可以保證上述成型方法制備的結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量及尺寸要求。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3）中，每堆積一層或多層時(shí)，在堆積的上表面及兩側(cè)面進(jìn)行軋制及鍛造等處理；該技術(shù)方案提高結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能及消除內(nèi)部微氣孔等缺陷。

作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述步驟3）中，在每堆積一層或多層時(shí)，進(jìn)行局部或整體加熱及冷卻處理。該技術(shù)方案可以防止制備的結(jié)構(gòu)件內(nèi)部晶粒長(zhǎng)大及局部應(yīng)力過(guò)大。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：1）本發(fā)明可使變形鋁合金的快速成型，并實(shí)現(xiàn)邊成型邊加工，成品結(jié)構(gòu)件可以經(jīng)過(guò)少量加工后或不經(jīng)加工直接裝機(jī)應(yīng)用；2）電弧熔絲增材制造直接制成變形鋁合金結(jié)構(gòu)件，合金強(qiáng)度提高了15%，屈強(qiáng)比提高了5%，延伸率提高了150%，為鋁合金結(jié)構(gòu)件減薄、減輕提供了可能，成品率大于90%，加工余量小于0.08mm，原材料利用率達(dá)95%以上，成型效率高，4）與傳統(tǒng)鑄造比，電弧熔絲增材制造制成的變形鋁合金結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部組織均勻、無(wú)氣孔、夾雜和疏松等鑄造缺陷，極大提高了結(jié)構(gòu)件的安全性，該方法適用于各類鋁合金材料。

附圖說(shuō)明

圖1為2219電弧熔絲增材制造結(jié)金相組織圖；

圖2為墻型結(jié)構(gòu)行走路徑確定示意圖。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解和認(rèn)識(shí)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說(shuō)明和介紹。

實(shí)施例1：一種變形鋁合金結(jié)構(gòu)件成型方法，所述成型方法包括以下步驟：1）變形鋁合金絲材制備；2）結(jié)構(gòu)件分層；3）結(jié)構(gòu)件成型，通過(guò)本方法制造的結(jié)構(gòu)件，具有原材料利用率高、成品率高、加工余量小、組織均勻、晶粒細(xì)小、力學(xué)性能優(yōu)異且各向均勻、無(wú)氣孔及夾雜缺陷等優(yōu)點(diǎn)，該發(fā)明可以滿足“三航”、軍工及高端鋁制品領(lǐng)域?qū)ψ冃武X合金結(jié)構(gòu)件的要求，縮短了加工周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了變形鋁合金結(jié)構(gòu)件的安定性；

所述步驟1）中變形鋁合金絲材制備具體如下：11）鍛造，將直徑為Φ8~12mm的變形鋁合金盤條進(jìn)行3道快速鍛造，各道次的線徑為Φ6.0~8.0mm、、Φ4.8~6.0mm及Φ2.0~2.4mm，各道次的減徑率為40~75%；

12）退火，在以上鍛造道次間及鍛造結(jié)束要分別進(jìn)行退火處理，以釋放加工應(yīng)力，退火溫度以能夠使鋁合金盤條充分軟化，又不發(fā)生再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大為宜；其中退火的溫度為350℃—400℃，退火時(shí)間為1.5—2.5小時(shí)；

13）連拉，將鍛造成型的直徑為φ2.4mm~2.0mm的變形鋁合金絲材用拉絲機(jī)進(jìn)行連拉，各拉絲模具間的變形量一致，最后將絲材穿過(guò)1個(gè)高聚晶定徑模進(jìn)行定徑處理，得到直徑為φ1.27mm的鋁合金絲材；

14）刮削，將定徑后的變形鋁合金絲材依次穿過(guò)一個(gè)定位模、兩個(gè)刮削模具、一個(gè)壓光模具，進(jìn)行表面處理，得到直徑為φ1.18mm的變形鋁合金絲材；

15）超聲波清洗，將表面處理后的變形鋁合金絲材進(jìn)行單絲超聲波清洗；超聲波清洗的溫度為40-90℃，時(shí)間為5-20秒；

16）表面光亮化鈍化，將清洗后的變形鋁合金絲材依次通過(guò)光亮化溶液和鈍化溶液，進(jìn)行表面光亮化、鈍化處理，并通過(guò)烘干處理，在絲材表現(xiàn)形成一層均勻的致密氧化層，防止不均勻氧化，以提高變形鋁合金絲材表面的光潔度，確保使用時(shí)送絲穩(wěn)定；其中鈍化后的溫度為40-60℃，時(shí)間為10-20秒；烘干溫度為80-100℃，時(shí)間為2-3秒；

17）分盤和包裝，將經(jīng)過(guò)光亮化和鈍化后的變形鋁合金絲材按照6~7kg/盤進(jìn)行分盤，并進(jìn)行真空包裝，備用。

所述步驟2）中結(jié)構(gòu)件分層具體如下：

21）利用計(jì)算機(jī)軟件（Solidworks、Pro-E、CAD、UG等）將三維數(shù)模分解到點(diǎn)、線、面；

22）根據(jù)分解后的數(shù)模及結(jié)構(gòu)件型式，進(jìn)行溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)模擬，平行度小于等于5mm以內(nèi)的變形來(lái)確定成型路徑及優(yōu)化成型工藝參數(shù)；

23）將成型路徑及優(yōu)化的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成機(jī)器語(yǔ)言，并傳輸至機(jī)器人及焊接電源。

所述步驟3）結(jié)構(gòu)件成型具體如下，在純氬氣（99.9999%）或者氬氣（70~90%）-氦氣（30~10%）混合氣或氬氣-氫氣（0.1~0.3%）混合氣等氣氛的保護(hù)下，焊接電源采用優(yōu)化的工藝參數(shù)將步驟1）制得的變形鋁合金絲材連續(xù)熔化，機(jī)器人按步驟2）確定的成型路徑帶動(dòng)焊槍，配合連續(xù)送絲裝置，逐層堆積形成變形鋁合金構(gòu)件。

所述步驟3）中，在每堆積一層或多層時(shí)，在堆積的上表面及兩側(cè)面進(jìn)行切削、納米化及拋光等處理；該技術(shù)方案可以保證上述成型方法制備的結(jié)構(gòu)件的表面質(zhì)量及尺寸要求。

所述步驟3）中，每堆積一層或多層時(shí)，在堆積的上表面及兩側(cè)面進(jìn)行軋制及鍛造等處理；該技術(shù)方案提高結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能及消除內(nèi)部微氣孔等缺陷。

所述步驟3）中，在每堆積一層或多層時(shí)，進(jìn)行局部或整體加熱及冷卻處理。該技術(shù)方案可以防止制備的結(jié)構(gòu)件內(nèi)部晶粒長(zhǎng)大及局部應(yīng)力過(guò)大。

該技術(shù)方案變形鋁合金材料通過(guò)電弧熔絲增材制造直接制成結(jié)構(gòu)件，合金強(qiáng)度提高了10%，屈強(qiáng)比提高了5~10%，延伸率提高了100%，為鋁合金結(jié)構(gòu)件減薄、減輕提供了可能，電弧熔絲增材制造制成的變形鋁合金結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部組織均勻、無(wú)氣孔、夾雜和疏松等鑄造缺陷，極大提高了結(jié)構(gòu)件的安全性。

應(yīng)用實(shí)施例1：

以2219鋁合金為例

1）2219絲材的制備：

11）．將直徑為Φ12mm的2219盤條鍛造成直徑為Φ4.8mm的絲材；

12）．對(duì)Φ4.8mm的2219絲材進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火制度為400℃保溫1個(gè)小時(shí)，冷卻方式為空冷；

將直徑為Φ4.8mm的2219絲材進(jìn)一步鍛造成直徑為Φ2.4mm的絲材；

對(duì)Φ2.4mm的2219絲材進(jìn)行去應(yīng)力退火，退火制度為400℃保溫1個(gè)小時(shí)，冷卻方式為空冷；

13）使用拉絲機(jī)進(jìn)行連拉，依次通過(guò)等變形量的拉絲模具6個(gè)，最后通過(guò)一個(gè)內(nèi)徑Φ1.27mm的高聚晶定徑模具，制成Φ1.27mm的2219鋁合金絲材；

14）Φ1.27mm的絲材依次通過(guò)定徑模具Φ1.25mm-刮削模具Φ1.23mm-刮削模具Φ1.21mm-壓光模具Φ1.18mm，制成Φ1.18mm的2219絲材；

15）超聲波清洗，將表面處理后的變形鋁合金絲材進(jìn)行單絲超聲波清洗；超聲波清洗的溫度為40-90℃，時(shí)間為5-20秒；

16）將上述Φ1.18mm的2219絲材，依次通過(guò)清洗槽、光亮化溶液槽、鈍化溶液槽及烘干筒，并分成7kg/盤，真空包裝后備用；

2）將長(zhǎng)度L=500mm、高度H=500mm、厚度δ=25mm的墻型結(jié)構(gòu)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行分解，確定如下行走路徑：參見(jiàn)圖2，

依次進(jìn)行如下操作：①-②-③-提高2mm-④-⑤-⑥-提高2mm -①-②-③-提高2mm -④-⑤-⑥-提高2mm ……；

工藝參數(shù)確定為：?jiǎn)螌釉鲩L(zhǎng)高度2mm、成型速度0.6~0.7m/min，送絲速度6~9m/s，電流80~120A；

3）在99.9999%氬氣保護(hù)下，氣體流量為20~25Nm³/h，機(jī)器人按照上述成型路徑，焊接電源按照上述工藝參數(shù)，進(jìn)行逐層堆積；

4）每當(dāng)堆積10層（即約20mm）時(shí)，對(duì)側(cè)壁表面進(jìn)行切削處理，使其厚度保證δ=25±0.1mm，最終制成長(zhǎng)度L=500±0.5mm，高度H=500±0.5mm，厚度δ=25±0.1mm的2219堆積墻體；

5）對(duì)墻體進(jìn)行熱處理，熱處理制度參考形變鋁合金2219…T6制度，將熱處理后的墻體與軋制板材性能進(jìn)行比較，如表1。

電弧熔絲增材制造制成結(jié)構(gòu)件的金相組織如圖1示，可以看出組織均勻，晶粒細(xì)小，α-Al固溶體+θ-Al2Cu共晶析出物均勻分布。

需要說(shuō)明的是上述實(shí)施例，僅僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，在上述方法的基礎(chǔ)上所作出的等同變換均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。