一种变形铝合金结构件成型方法

摘要

本发明公开了一种变形铝合金结构件成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：1）变形铝合金丝材制备；2）结构件分层；3）结构件成型；该技术方案克服现有变形铝合金成型技术存在的缺陷，提高变形铝合金结构件的力学性能，使结构件内部组织均匀，晶粒细小，无缺陷，并提高原材料利用率和成品率，该方案可用于各种大中小型变形铝合金结构件的制备，也适用于各种铝合金材料的直接成型，并缩短了加工周期，降低了生产成本。

权利要求

1.一种变形铝合金结构件成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：1）变形铝合金丝材制备；2）结构件分层；3）结构件成型；

所述步骤1）中变形铝合金丝材制备具体如下：11）锻造，将直径为Φ8 12mm的变形铝合~金盘条进行3道快速锻造，各道次的线径为Φ6.0 8.0mm、Φ4.8 6.0mm及Φ2.0 2.4mm，各道~ ~ ~次的减径率为40 75%；

~

12）退火，在以上锻造道次间及锻造结束要分别进行退火处理，以释放加工应力，退火温度以能够使铝合金盘条充分软化，又不发生再结晶晶粒长大为宜；其中退火的温度为350℃—400℃ ，退火时间为1.5—2.5小时；

13）连拉，将锻造成型的直径为φ2.0mm 2.4mm的变形铝合金丝材用拉丝机进行连拉，~各拉丝模具间的变形量一致，最后将丝材穿过1个高聚晶定径模进行定径处理，得到直径为φ1.26-1.30mm的铝合金丝材；

14）刮削，将定径后的变形铝合金丝材依次穿过一个定位模、两个刮削模具、一个压光模具，进行表面处理，得到直径为φ1.18mm的变形铝合金丝材；

15）超声波清洗，将表面处理后的变形铝合金丝材进行单丝超声波清洗；超声波清洗的温度为40-90℃，时间为5-20秒；

16）表面光亮化钝化，将清洗后的变形铝合金丝材依次通过光亮化溶液和钝化溶液，进行表面光亮化、钝化处理，并通过烘干处理，在丝材表现形成一层均匀的致密氧化层，防止不均匀氧化，以提高变形铝合金丝材表面的光洁度，确保使用时送丝稳定；其中钝化后的温度为40-60℃，时间为10-20秒；烘干温度为80-100℃，时间为2-3秒；

17）分盘和包装，将经过光亮化和钝化后的变形铝合金丝材按照6 7kg/盘进行分盘，并~进行真空包装，备用；

所述步骤2）中结构件分层具体如下：

21）利用计算机软件将三维数模分解到点、线、面；

22）根据分解后的数模及结构件型式，进行温度场和应力场模拟，平行度小于等于5mm的变形来确定成型路径及优化成型工艺参数；

23）将成型路径及优化的工艺参数转化成机器语言，并传输至机器人及焊接电源；

所述步骤3）结构件成型具体如下，在纯氩气99.9999%或者氩气70 90%、氦气30 10%混~ ~合气或氩气-氢气0.1 0.3%混合气气氛的保护下，焊接电源采用优化的工艺参数将步骤1）~制得的变形铝合金丝材连续熔化，机器人按步骤2）确定的成型路径带动焊枪，配合连续送丝装置，逐层堆积形成变形铝合金构件；

所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行切削、纳米化及抛光处理；

所述步骤3）中，每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行轧制及锻造处理；

所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，进行局部或整体加热及冷却处理。

说明书

一种变形铝合金结构件成型方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种成型方法，具体涉及一种变形铝合金结构件成型方法，属于变形铝合金成型领域技术领域。

背景技术

[0002] 铝合金密度低，但比强度高，塑性好，在一定温度、速度条件下，施加各种形式外力，可加工成各种型材，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性，工业上广泛使用，使用量仅次于钢。变形铝合金结构件在航空、航天、军工、汽车、机械制造、船舶及电气、化学工业等领域已大量应用。目前，变形铝合金结构件主要采用板材焊接、棒材或厚板锻造或（和）机械加工等方法。

[0003] 通过板材焊接得到的铝合金结构件存在焊缝质量难以控制、受焊缝热影响强度低40 70%、成品率低及变形难控制等问题；通过棒材或厚板锻造或（和）机械加工制成的结构~
件存在原材料利用率低于15%、加工周期长。两种结构件成型方法制得的结构件都存在内部组织不均匀，晶粒沿着加工方向变形等问题，导致结构件组织和强度各向异性，严重影响铝合金结构件的整体性能，使安定性下降。因此，有必要急需开发一种新的变形铝合金结构件成型方法。电弧熔丝增材制造是基于离散堆积的成形原理，将构件分解到点、线、面，然后由电弧将金属丝材熔化，按既定的成形路径堆积成形每一薄层，层层堆积最终形成三维实体零件的先进制造技术，具有广泛的应用前景。

发明内容

[0004] 为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种变形铝合金结构件成型方法，该技术方案克服现有变形铝合金成型技术存在的缺陷，提高变形铝合金结构件的强度，使结构件内部组织均匀，晶粒细小，无气孔和夹杂，并提高原材料利用率和成品率。

[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种变形铝合金结构件成型方法，其特征在于，所述成型方法包括以下步骤：1）变形铝合金丝材制备；2）结构件分层；3）结构件成型。通过本方法制造的结构件，具有原材料利用率高、成品率高、加工余量小、组织均匀、晶粒细小、力学性能优异且各向均匀、无气孔及夹杂缺陷等优点，该发明可以满足“三航”、军工及高端铝制品领域对变形铝合金结构件的要求，缩短了加工周期，降低了生产成本，提高了变形铝合金结构件的安定性。

[0006] 作为本发明的一种改进，所述步骤1）中变形铝合金丝材制备具体如下：11）锻造，将直径为Φ8 12mm的变形铝合金盘条进行3道快速锻造，各道次的线径为Φ6.0 8.0mm、、Φ~ ~4.8 6.0mm及Φ2.0 2.4mm，各道次的减径率为40 75%；
~ ~ ~

[0007] 12）退火，在以上锻造道次间及锻造结束要分别进行退火处理，以释放加工应力，退火温度以能够使铝合金盘条充分软化，又不发生再结晶晶粒长大为宜；其中退火的温度为350℃—400℃ ，退火时间为1.5—2.5小时；

[0008] 13）连拉，将锻造成型的直径为φ2.4mm 2.0mm的变形铝合金丝材用拉丝机进行连~拉，各拉丝模具间的变形量一致，最后将丝材穿过1个高聚晶定径模进行定径处理，得到直径为φ1.26-1.30mm的铝合金丝材，有选为φ1.27mm。

[0009] 14）刮削，将定径后的变形铝合金丝材依次穿过一个定位模、两个刮削模具、一个压光模具，进行表面处理，得到直径为φ1.18mm的变形铝合金丝材；

[0010] 15）超声波清洗，将表面处理后的变形铝合金丝材进行单丝超声波清洗；超声波清洗的温度为40-90℃，时间为5-20秒；

[0011] 16）表面光亮化钝化，将清洗后的变形铝合金丝材依次通过光亮化溶液和钝化溶液，进行表面光亮化、钝化处理，并通过烘干处理，在丝材表现形成一层均匀的致密氧化层，防止不均匀氧化，以提高变形铝合金丝材表面的光洁度，确保使用时送丝稳定；其中钝化后的温度为40-60℃，时间为10-20秒；烘干温度为80-100℃，时间为2-3秒；

[0012] 17）分盘和包装，将经过光亮化和钝化后的变形铝合金丝材按照6 7kg/盘进行分~盘，并进行真空包装，备用。

[0013] 作为本发明的一种改进，所述步骤2）中结构件分层具体如下：

[0014] 21）利用计算机软件（Solidworks、Pro-E、CAD、UG等）将三维数模分解到点、线、面；

[0015] 22）根据分解后的数模及结构件型式，进行温度场和应力场模拟，平行度小于等于5mm以内的变形来确定成型路径及优化成型工艺参数；

[0016] 23）将成型路径及优化的工艺参数转化成机器语言，并传输至机器人及焊接电源。

[0017] 作为本发明的一种改进，所述步骤3）结构件成型具体如下，在纯氩气（99.9999%）或者氩气（70 90%）-氦气（30 10%）混合气或氩气-氢气（0.1 0.3%）混合气等气氛的保护下，~ ~ ~焊接电源采用优化的工艺参数将步骤1）制得的变形铝合金丝材连续熔化，机器人按步骤2）确定的成型路径带动焊枪，配合连续送丝装置，逐层堆积形成变形铝合金构件。

[0018] 作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行切削、纳米化及抛光等处理；该技术方案可以保证上述成型方法制备的结构件的表面质量及尺寸要求。

[0019] 作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行轧制及锻造等处理；该技术方案提高结构件的力学性能及消除内部微气孔等缺陷。

[0020] 作为本发明的一种改进，所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，进行局部或整体加热及冷却处理。该技术方案可以防止制备的结构件内部晶粒长大及局部应力过大。

[0021] 相对于现有技术，本发明的优点如下：1）本发明可使变形铝合金的快速成型，并实现边成型边加工，成品结构件可以经过少量加工后或不经加工直接装机应用；2）电弧熔丝增材制造直接制成变形铝合金结构件，合金强度提高了15%，屈强比提高了5%，延伸率提高了150%，为铝合金结构件减薄、减轻提供了可能，成品率大于90%，加工余量小于0.08mm，原材料利用率达95%以上，成型效率高，4）与传统铸造比，电弧熔丝增材制造制成的变形铝合金结构件的内部组织均匀、无气孔、夹杂和疏松等铸造缺陷，极大提高了结构件的安全性，该方法适用于各类铝合金材料。

附图说明

[0022] 图1为2219电弧熔丝增材制造结金相组织图；

[0023] 图2为墙型结构行走路径确定示意图。

具体实施方式

[0024] 为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明和介绍。

[0025] 实施例1：一种变形铝合金结构件成型方法，所述成型方法包括以下步骤：1）变形铝合金丝材制备；2）结构件分层；3）结构件成型，通过本方法制造的结构件，具有原材料利用率高、成品率高、加工余量小、组织均匀、晶粒细小、力学性能优异且各向均匀、无气孔及夹杂缺陷等优点，该发明可以满足“三航”、军工及高端铝制品领域对变形铝合金结构件的要求，缩短了加工周期，降低了生产成本，提高了变形铝合金结构件的安定性；

[0026] 所述步骤1）中变形铝合金丝材制备具体如下：11）锻造，将直径为Φ8 12mm的变形~铝合金盘条进行3道快速锻造，各道次的线径为Φ6.0 8.0mm、、Φ4.8 6.0mm及Φ2.0~ ~ ~
2.4mm，各道次的减径率为40 75%；
~

[0027] 12）退火，在以上锻造道次间及锻造结束要分别进行退火处理，以释放加工应力，退火温度以能够使铝合金盘条充分软化，又不发生再结晶晶粒长大为宜；其中退火的温度为350℃—400℃ ，退火时间为1.5—2.5小时；

[0028] 13）连拉，将锻造成型的直径为φ2.4mm 2.0mm的变形铝合金丝材用拉丝机进行连~拉，各拉丝模具间的变形量一致，最后将丝材穿过1个高聚晶定径模进行定径处理，得到直径为φ1.27mm的铝合金丝材；

[0029] 14）刮削，将定径后的变形铝合金丝材依次穿过一个定位模、两个刮削模具、一个压光模具，进行表面处理，得到直径为φ1.18mm的变形铝合金丝材；

[0030] 15）超声波清洗，将表面处理后的变形铝合金丝材进行单丝超声波清洗；超声波清洗的温度为40-90℃，时间为5-20秒；

[0031] 16）表面光亮化钝化，将清洗后的变形铝合金丝材依次通过光亮化溶液和钝化溶液，进行表面光亮化、钝化处理，并通过烘干处理，在丝材表现形成一层均匀的致密氧化层，防止不均匀氧化，以提高变形铝合金丝材表面的光洁度，确保使用时送丝稳定；其中钝化后的温度为40-60℃，时间为10-20秒；烘干温度为80-100℃，时间为2-3秒；

[0032] 17）分盘和包装，将经过光亮化和钝化后的变形铝合金丝材按照6 7kg/盘进行分~盘，并进行真空包装，备用。

[0033] 所述步骤2）中结构件分层具体如下：

[0034] 21）利用计算机软件（Solidworks、Pro-E、CAD、UG等）将三维数模分解到点、线、面；

[0035] 22）根据分解后的数模及结构件型式，进行温度场和应力场模拟，平行度小于等于5mm以内的变形来确定成型路径及优化成型工艺参数；

[0036] 23）将成型路径及优化的工艺参数转化成机器语言，并传输至机器人及焊接电源。

[0037] 所述步骤3）结构件成型具体如下，在纯氩气（99.9999%）或者氩气（70 90%）-氦气~（30 10%）混合气或氩气-氢气（0.1 0.3%）混合气等气氛的保护下，焊接电源采用优化的工~ ~
艺参数将步骤1）制得的变形铝合金丝材连续熔化，机器人按步骤2）确定的成型路径带动焊枪，配合连续送丝装置，逐层堆积形成变形铝合金构件。

[0038] 所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行切削、纳米化及抛光等处理；该技术方案可以保证上述成型方法制备的结构件的表面质量及尺寸要求。

[0039] 所述步骤3）中，每堆积一层或多层时，在堆积的上表面及两侧面进行轧制及锻造等处理；该技术方案提高结构件的力学性能及消除内部微气孔等缺陷。

[0040] 所述步骤3）中，在每堆积一层或多层时，进行局部或整体加热及冷却处理。该技术方案可以防止制备的结构件内部晶粒长大及局部应力过大。

[0041] 该技术方案变形铝合金材料通过电弧熔丝增材制造直接制成结构件，合金强度提高了10%，屈强比提高了5 10%，延伸率提高了100%，为铝合金结构件减薄、减轻提供了可能，~电弧熔丝增材制造制成的变形铝合金结构件的内部组织均匀、无气孔、夹杂和疏松等铸造缺陷，极大提高了结构件的安全性。

[0042] 应用实施例1：

[0043] 以2219铝合金为例

[0044] 1）2219丝材的制备：

[0045] 11）．将直径为Φ12mm的2219盘条锻造成直径为Φ4.8mm的丝材；

[0046] 12）．对Φ4.8mm的2219丝材进行去应力退火，退火制度为400℃保温1个小时，冷却方式为空冷；

[0047] 将直径为Φ4.8mm的2219丝材进一步锻造成直径为Φ2.4mm的丝材；

[0048] 对Φ2.4mm的2219丝材进行去应力退火，退火制度为400℃保温1个小时，冷却方式为空冷；

[0049] 13）使用拉丝机进行连拉，依次通过等变形量的拉丝模具6个，最后通过一个内径Φ1.27mm的高聚晶定径模具，制成Φ1.27mm的2219铝合金丝材；

[0050] 14）Φ1.27mm的丝材依次通过定径模具Φ1.25mm-刮削模具Φ1.23mm-刮削模具Φ1.21mm-压光模具Φ1.18mm，制成Φ1.18mm的2219丝材；

[0051] 15）超声波清洗，将表面处理后的变形铝合金丝材进行单丝超声波清洗；超声波清洗的温度为40-90℃，时间为5-20秒；

[0052] 16）将上述Φ1.18mm的2219丝材，依次通过清洗槽、光亮化溶液槽、钝化溶液槽及烘干筒，并分成7kg/盘，真空包装后备用；

[0053] 2）将长度L=500mm、高度H=500mm、厚度δ=25mm的墙型结构通过计算机进行分解，确定如下行走路径：参见图2，

[0054] 依次进行如下操作：①-②-③-提高2mm-④-⑤-⑥-提高2mm -①-②-③-提高2mm -④-⑤-⑥-提高2mm ……；

[0055] 工艺参数确定为：单层增长高度2mm、成型速度0.6 0.7m/min，送丝速度6 9m/s，电~ ~流80 120A；
~

[0056] 3）在99.9999%氩气保护下，气体流量为20 25Nm3/h，机器人按照上述成型路径，焊~接电源按照上述工艺参数，进行逐层堆积；

[0057] 4）每当堆积10层（即约20mm）时，对侧壁表面进行切削处理，使其厚度保证δ=25±0.1mm，最终制成长度L=500±0.5mm，高度H=500±0.5mm，厚度δ=25±0.1mm的2219堆积墙体；

[0058] 5）对墙体进行热处理，热处理制度参考形变铝合金2219…T6制度，将热处理后的墙体与轧制板材性能进行比较，如表1。

[0059]

[0060] 电弧熔丝增材制造制成结构件的金相组织如图1示，可以看出组织均匀，晶粒细小，α-Al固溶体+θ-Al2Cu共晶析出物均匀分布。

[0061] 需要说明的是上述实施例，仅仅是本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述方法的基础上所作出的等同变换均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。