帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種金屬部件的加工方法，具體一種帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天航空、汽車、能源、鐵路等領(lǐng)域，為了提高結(jié)構(gòu)的整體強度、剛度，往往需要在板材的表面加工出帶筋條的結(jié)構(gòu)，其中筋條結(jié)構(gòu)有單向筋條、十字筋條以及其它形狀的筋條結(jié)構(gòu)。現(xiàn)有常用的帶筋條結(jié)構(gòu)的制備方法有以下幾種:鑄造、數(shù)控加工、數(shù)控加工后的噴丸成形、數(shù)控加工后時效成形、化銑成形、增材制造的方法。
[0003]鑄造的方法是將金屬熔煉后澆注入具有一定型腔的型模中，冷卻后將其取出，從而可以近凈成形出帶筋條的金屬結(jié)構(gòu)。
[0004]數(shù)控加工后噴丸成形的方法是將擠壓成形、軋制成形后的厚板材，對其表面進(jìn)行數(shù)控加工，去除沒有筋條部位的材料，然后按照一定的路徑，對帶筋條結(jié)構(gòu)的背面、正面進(jìn)行噴丸成形，從而無模成形出具有復(fù)雜形狀的帶筋結(jié)構(gòu)。
[0005]數(shù)控加工后時效成形的方法是將擠壓成形、軋制成形后的厚板材，對其表面進(jìn)行數(shù)控加工，去除沒有筋條部位的材料，然后將加工后的板材放入到時效成形模具上，包覆真空袋，抽真空后放入到熱壓罐中，升溫、升壓到一定參數(shù)，并保溫一段時間，將真空袋取出后去除，帶筋結(jié)構(gòu)會發(fā)生回彈，并形成具有一定形狀的帶筋結(jié)構(gòu)。
[0006]化銑成形的方法是將擠壓成形、軋制成形后的厚板材，對其表面進(jìn)行覆膜，然后放入化學(xué)溶液中進(jìn)行化銑，去除其中沒有筋條的部分，化銑后成形出帶筋條的金屬結(jié)構(gòu)。
[0007]增材制造的方法可以是在擠壓成形、軋制成形后的板材上逐層成形出帶筋的金屬結(jié)構(gòu)，也可以是直接在基板上通過逐層成形出帶筋的金屬結(jié)構(gòu)。
[0008]現(xiàn)有的制造方法在加工成形帶筋結(jié)構(gòu)，特別是帶十字筋條等具有復(fù)雜形狀筋條的結(jié)構(gòu)時存在一定的不足。鑄造的方法可以成形具有各種復(fù)雜形狀筋條的結(jié)構(gòu)，但是其成形后的組織主要是鑄態(tài)組織，其性能受到限制，難于應(yīng)用于高性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件；數(shù)控加工后噴丸成形或時效成形的方法均需要首先大量去除板材表面的材料，特別是對于一些筋條較高的結(jié)構(gòu)，其材料利用率很低，甚至低于5 %，加工周期長，成本高，而其中時效成形還需要大型的時效成形模具和熱壓罐；化銑成形的方法一般適用于筋條較低的帶筋結(jié)構(gòu)，筋條較高時其效率較低，材料利用率也較低；增材制造的方法雖然可以用于成形具有各種復(fù)雜形狀的帶筋結(jié)構(gòu)，但是其組織一般是快速凝固組織，性能不能滿足多功能的需求，同時其效率也較低，特別是在制備大尺寸帶筋條結(jié)構(gòu)時，目前尚不能滿足工業(yè)化生產(chǎn)的需求。
[0009]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中存在以下問題:在金屬部件上加工成形帶筋結(jié)構(gòu)的過程中，成形結(jié)構(gòu)的性能差、效率低、成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明提供一種帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法，以解決在金屬部件上加工成形帶筋結(jié)構(gòu)的過程中，成形結(jié)構(gòu)的性能差、效率低、成本高的問題。
[0011]為此，本發(fā)明提出一種帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法，所述帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法包括:
[0012]步驟A:將金屬板材放置在帶凹槽的模具上面；
[0013]步驟B:使塑流擠壓加工頭在金屬板材上轉(zhuǎn)動，并使塑流擠壓加工頭對金屬板材施加壓力，使金屬板材與帶凹槽的模具之間產(chǎn)生熱摩擦，從而使金屬板材經(jīng)過塑性流動擠壓進(jìn)入模具的凹槽中，從而加工出具有帶筋的金屬板材；
[0014]所述塑流擠壓加工頭包括:夾持柄和連接夾持柄的加工端面，所述夾持柄連接攪拌摩擦焊設(shè)備。
[0015]進(jìn)一步地，所述帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法還包括:步驟C:塑流擠壓加工頭在金屬板材上轉(zhuǎn)動一段時間，加工完一定面積的金屬板材后，使塑流擠壓加工頭平移至為未加工的金屬板材處，然后重復(fù)步驟B直至所述加工端面的軌跡覆蓋所述金屬板材的表面。
[0016]進(jìn)一步地，所述塑流擠壓加工頭轉(zhuǎn)動的軸線與所述金屬板材的夾角為大于85度，小于90度。
[0017]進(jìn)一步地，所述塑流擠壓加工頭的轉(zhuǎn)動速度為1000?2000轉(zhuǎn)/分。
[0018]進(jìn)一步地，所述塑流擠壓加工頭的平移速度為100?1500毫米/分。
[0019]進(jìn)一步地，所述塑流擠壓加工頭對金屬板材施加法向壓力為10?100KN。
[0020]進(jìn)一步地，所述凹槽為交叉的網(wǎng)格狀或相互分隔的凹坑。
[0021]進(jìn)一步地，所述加工端面的外緣為圓形，所述加工端面上設(shè)有圓滑的塑性流動導(dǎo)向槽。
[0022]進(jìn)一步地，所述塑性流動導(dǎo)向槽的形狀為:以所述加工端面的圓心為中心的一個或多個渦狀線。
[0023]進(jìn)一步地，所述塑性流動導(dǎo)向槽的形狀為:均勻分布在所述加工端面上的三條螺旋線，三條螺旋線相交于所述加工端面的圓心。
[0024]本發(fā)明使塑流擠壓加工頭在金屬板材上轉(zhuǎn)動，并使塑流擠壓加工頭對金屬板材施加壓力，使金屬板材與帶凹槽的模具之間產(chǎn)生熱摩擦，從而使金屬板材經(jīng)過塑性流動擠壓進(jìn)入模具的凹槽中，從而加工出具有帶筋的金屬板材。在加工過程中，由于塑流擠壓加工頭對金屬板材施加壓力，使金屬板材與帶凹槽的模具之間產(chǎn)生熱摩擦，從而達(dá)到了塑性流動所需要的加工溫度，通過在模具上設(shè)置凹槽，能使金屬板材經(jīng)過塑性流動擠壓進(jìn)入模具的凹槽中，由于塑流擠壓加工頭在金屬板材上轉(zhuǎn)動，可以達(dá)到較快的加工效率，因此，本發(fā)明經(jīng)過塑性變形和擠壓變形,性能好、效率高、成本低。
[0025]另外，本發(fā)明將塑流擠壓加工頭連接在攪拌摩擦焊設(shè)備上，攪拌摩擦焊設(shè)備已經(jīng)是成熟技術(shù)，可以通過計算機(jī)控制，不需要人工操作，只需要設(shè)定程序，就能夠保持連續(xù)移動，因而，塑流擠壓加工頭的移動可控，自動化程度高。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第一實施例所使用的模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第一實施例的金屬板材放置在模具上的工作原理示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第一實施例的塑流擠壓加工頭轉(zhuǎn)動的工作原理示意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第一實施例獲得的帶筋的金屬板材；
[0030]圖5為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第二實施例所使用的模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖6為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第二實施例的金屬板材放置在模具上的工作原理示意圖；
[0032]圖7為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第二實施例的塑流擠壓加工頭轉(zhuǎn)動的工作原理示意圖；
[0033]圖8為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中第二實施例獲得的帶筋的金屬板材；
[0034]圖9為本發(fā)明的帶筋結(jié)構(gòu)的塑流摩擦熱成形方法中所使用的塑流擠壓加工頭的結(jié)構(gòu)；
[0035]圖10為本發(fā)明的塑流擠壓加工頭的端面的第一種結(jié)構(gòu)；
[0036]圖11為本發(fā)明的塑流擠壓加工頭的端面的第二種結(jié)構(gòu)；
[0037]圖12為本發(fā)明的塑流擠壓加工頭的端面的第三種結(jié)構(gòu)；
[0038]圖13為本發(fā)明的塑流擠壓加工頭的端面的第四種結(jié)構(gòu)。
[0039]附圖標(biāo)號說明:
[0040]I模具2凹槽3金屬板材4塑流擠壓加工頭5凸筋6夾持柄7加工端面71塑性流動導(dǎo)向槽
【具體實施方式】
[0041]為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對照【附圖說明】本發(fā)明。
[0042]如圖2所示，本發(fā)明的基本原理是將金屬板材3 (原始板材或被加工工件)放置在塑流擠壓加工模具I的上面，如圖1所示，在塑流擠壓加工模具I上有凹槽2，如圖3所示，通過塑流擠壓加工頭4對金屬板材3 (原始板材)的上表面進(jìn)行加工，在塑流擠壓加工頭對金屬板材施加壓力的作用下，使得原始板材下表面的材料被擠壓進(jìn)入模具I的凹槽2中，如圖4所示，將加工成形后的凸筋5從模具I中取出。為了制造具有各種復(fù)雜形狀筋條的零件，可以通過改變塑流擠壓加工頭4的軌跡來實現(xiàn)。
[0043]本發(fā)明可以用于成形鋁合金、鈦合金、銅合金、不銹鋼等材料的具有單向筋條、十字筋條以及各種復(fù)雜形狀筋條的帶筋結(jié)構(gòu)，具有成形結(jié)構(gòu)的性能好、效率高、成本低，對設(shè)備要求低等特點。塑流擠壓成形方法可以用于制備各種鋁合金、鈦合金、高溫合金、銅合金、鎂合金等結(jié)構(gòu)件。
[0044]如圖9所示，塑流擠壓加工頭包括:夾持柄6和連接夾持柄的圓柱體或圓錐臺，力口工端面7位于圓柱體或圓錐臺的端面上，所述夾持柄6連接攪拌摩擦焊設(shè)備，攪拌摩擦焊設(shè)備類似于銑床，可以通過計算機(jī)控制，不需要人工操作，只需要設(shè)定程序，就能夠保持連續(xù)移動，因而，塑流擠壓加工頭的移動可控，自動化程度高。
[0045]進(jìn)而，加工端面7的外緣為圓形，所述加工端面上設(shè)有圓滑的塑性流動導(dǎo)向槽71，以便加強塑流擠壓加工頭7在金屬板材轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生熱摩擦的過程中，能夠通過塑性流動導(dǎo)向槽71對金屬板材的塑性流動進(jìn)行導(dǎo)向，減少塑性流動的阻力。如圖10所示，塑性流動導(dǎo)向槽71的形狀為:以所述加工端面的圓心為中心的一個渦狀線，以便金屬材料的發(fā)散性流動；如圖11所示，塑性流動導(dǎo)向槽71的形狀為:以所述加工端面的圓心為中心的兩個渦狀線，兩個渦狀線對稱設(shè)置，以便金屬材料的雙向發(fā)散性流動；如圖12所示，塑性流動導(dǎo)向槽71的形狀為:均勻分布在所述加工端面上的三個渦狀線，三個渦狀線的起點相交于加工端面的圓心，以便金屬材料的三向發(fā)散性流動；如圖13所示，塑性流動導(dǎo)向槽71的形狀為:均勻分布在所述加工端面上