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一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置
申请号	CN202410221164.0	申请日	2024-02-28	公开(公告)号	CN117802294A	公开(公告)日	2024-04-02
申请人	大连理工大学;			发明人	郑凯伦; 邱友权; 石佳瑷; 赵磊;
摘要	本发明公开了一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，涉及铝合金钣金成形制造技术领域，包括夹持装置和冷却喷嘴装置，所述夹持装置设置在铝合金薄壁件的外轮廓边缘，所述夹持装置的夹持间隙基于工件的厚度进行调整，调整范围为1~10mm，所述夹持装置的夹持力范围为0~1000kN，所述夹持装置的两侧设置有可调温的加热元件，所述加热元件的温度值通过温度传感器测得；所述冷却喷嘴装置包括多个冷却喷嘴，多个所述冷却喷嘴均匀设置在铝合金薄壁件的两侧。本发明采用上述的一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，解决了复杂铝合金薄壁件冷成形和固溶处理后淬火时冷却不均匀导致形状畸变的技术问题，并且不会产生废液和烟气排放，实现清洁热处理。
权利要求	1.一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却装置，其特征在于：包括夹持装置和冷却喷嘴装置，所述夹持装置设置在铝合金薄壁件的外轮廓边缘，所述夹持装置的夹持间隙基于工件的厚度进行调整，调整范围为1 10mm，所述夹持装置的夹持力范围为0 1000kN，所述夹持~ ~ 装置的两侧设置有可调温的加热元件，所述加热元件的温度值通过温度传感器测得；所述冷却喷嘴装置包括多个冷却喷嘴，多个所述冷却喷嘴均匀设置在铝合金薄壁件的两侧。 2.根据权利要求1所述的一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却装置，其特征在于：多个所述冷却喷嘴基于工件的位置和尺寸形状进行柔性阵列；多个所述冷却喷嘴根据淬火过程所需的冷却速度设置喷水或喷气量，所述冷却喷嘴上设置有开关。 3.根据权利要求2所述的一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却装置，其特征在于：所述夹持装置设置在热处理炉内，所述冷却喷嘴装置设置在水雾冷却系统内，所述水雾冷却系统通过管道与水泵连接，所述水泵的另一端通过管道与水箱连接，所述水泵与所述水箱之间设置有风机。 4.一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法，其特征在于，具体过程如下： S1：将完成冷冲压成形的铝合金薄壁件放入加热炉中进行固溶处理； S2：固溶处理温度和时间基于铝合金的种类设定； S3：将夹持装置加热，加热至固溶温度+30℃的状态进行保温，使用夹持装置夹持完成固溶处理的铝合金薄壁件，将其从加热炉中取出，并转移至冷却喷嘴装置； S4：冷却喷嘴装置中的冷却喷嘴根据铝合金薄壁件的位置和尺寸形状进行柔性阵列； S5：冷却喷嘴装置中冷却喷嘴的喷水或喷气量根据铝合金薄壁件的尺寸形状和淬火过程中所需的冷却速度进行动态设定，启动冷却喷嘴装置的开关，冷却喷嘴开始工作并喷水或喷气，完成铝合金薄壁件的快速气液淬火。
说明书全文	一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置技术领域 [0001] 本发明涉及铝合金钣金成形制造技术领域，尤其是涉及一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置。背景技术 [0002] 铝合金具有重量轻，比强度高，耐腐蚀性好等优点，是航空航天工业装备及武器系统领域追求轻量化的首选结构材料。复杂铝合金薄壁件是飞机和火箭等装备的一大类结构，在保证强度的同时，铝合金薄壁件的尺寸精度是满足装配要求的重要指标。当前复杂铝合金薄壁件常采用冷成形+固溶处理+淬火的工艺路线。其中，淬火过程对铝合金薄壁件的尺寸精度影响较大。传统的淬火方式是将工件垂直或者斜向下投浸入冷却池中。在淬火过程中，工件的各部分不可避免地非同时冷却，导致其冷却速度产生时空差异，使得铝合金薄壁件各部分的尺寸形状变化不均匀，产生局部变形和残余应力，导致工件的废品率提高。 [0003] 因此，有必要提供一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，来解决上述问题。发明内容 [0004] 本发明的目的是提供一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，解决了复杂铝合金薄壁件冷成形和固溶处理后淬火时冷却不均匀导致形状畸变的技术问题，并且不会产生废液和烟气排放，实现清洁热处理。 [0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却装置，包括夹持装置和冷却喷嘴装置，所述夹持装置设置在铝合金薄壁件的外轮廓边缘，所述夹持装置的夹持间隙基于工件的厚度进行调整，调整范围为1 10mm，所述夹持装置的夹持力范围~为0 1000kN，所述夹持装置的两侧设置有可调温的加热元件，所述加热元件的温度值通过~ 温度传感器测得；所述冷却喷嘴装置包括多个冷却喷嘴，多个所述冷却喷嘴均匀设置在铝合金薄壁件的两侧。 [0006] 优选的，多个所述冷却喷嘴基于工件的位置和尺寸形状进行柔性阵列；多个所述冷却喷嘴根据淬火过程所需的冷却速度设置喷水或喷气量，所述冷却喷嘴上设置有开关。 [0007] 优选的，所述夹持装置设置在热处理炉内，所述冷却喷嘴装置设置在水雾冷却系统内，所述水雾冷却系统通过管道与水泵连接，所述水泵的另一端通过管道与水箱连接，所述水泵与所述水箱之间设置有风机。 [0008] 一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法，具体过程如下：S1：将完成冷冲压成形的铝合金薄壁件放入加热炉中进行固溶处理； S2：固溶处理温度和时间基于铝合金的种类设定； S3：将夹持装置加热，加热至固溶温度+30℃的状态进行保温，使用夹持装置夹持完成固溶处理的铝合金薄壁件，将其从加热炉中取出，并转移至冷却喷嘴装置； S4：冷却喷嘴装置中的冷却喷嘴根据铝合金薄壁件的位置和尺寸形状进行柔性阵列； S5：冷却喷嘴装置中冷却喷嘴的喷水或喷气量根据铝合金薄壁件的尺寸形状和淬火过程中所需的冷却速度进行动态设定，启动冷却喷嘴装置的开关，冷却喷嘴开始工作并喷水或喷气，完成铝合金薄壁件的快速气液淬火。 [0009] 因此，本发明采用上述一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，具备以下有益效果：（1）本发明冷却速率可控且均匀，尺寸精度得到保障：通过设计夹持装置和冷却喷嘴装置，控制冷却喷嘴装置各个喷嘴的喷水或喷气量，实现铝合金薄壁件的冷却速率可控，并在其各个部分保持均匀，避免局部变形和产生残余应力，从而保证铝合金薄壁件的尺寸精度。 [0010] （2）本发明柔性布置喷嘴，可适应性强：冷却喷嘴装置中的各个冷却喷嘴的位置能够基于不同尺寸形状的铝合金薄壁件进行柔性调整，一套装置可以实现不同尺寸形状的铝合金薄壁件的冷却处理。 [0011] （3）本发明清洁热处理，改善作业环境：冷却过程采用水或空气作为介质，避免污染，改善生产作业环境。 [0012] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明 [0013] 图1是本发明一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法的流程图；图2是本发明一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法的工艺流程示意图；图3是本发明非封闭复杂形状铝合金薄壁件冷却方法的温度‑时间曲线图；图4是本发明非封闭复杂形状铝合金薄壁件冷却装置示意图；图5是本发明冷却过程中夹具夹持铝合金薄壁件的示意图； [0014] 附图标注1、铝合金薄壁件；2、热处理炉；3、夹持装置；4、冷却喷嘴；5、压机；6、水雾冷却系统；7、水泵；8、风机；9、水箱。具体实施方式 [0015] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 [0016] 除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。 [0017] 本发明中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其它要素的可能。术语“内”、“外”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“附着”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0018] 如图4所示，本发明提供了一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却装置，包括夹持装置和冷却喷嘴装置，夹持装置设置在铝合金薄壁件的外轮廓边缘，并且可以根据工件的形状进行设计。夹持装置的夹持间隙基于工件的厚度进行调整，调整范围为1 10mm，夹持装置~的夹持力范围为0 1000kN，在淬火过程中为铝合金薄壁件提供方向位于其几何面内的拉应~ 力以保持其形状。夹持装置的两侧设置有可调温的加热元件，如感应加热线圈，其具体温度值可以通过热电偶等温度传感器测得。冷却喷嘴装置包括多个冷却喷嘴，多个冷却喷嘴均匀设置在铝合金薄壁件的两侧。 [0019] 多个冷却喷嘴基于工件的位置和尺寸形状进行柔性阵列；多个冷却喷嘴根据淬火过程所需的冷却速度设置喷水或喷气量，冷却喷嘴上设置有开关。 [0020] 夹持装置设置在热处理炉内，冷却喷嘴装置设置在水雾冷却系统内，水雾冷却系统通过管道与水泵连接，水泵的另一端通过管道与水箱连接，水泵与水箱之间设置有风机。 [0021] 如图1‑图2所示，一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法，具体过程如下：S1：将完成冷冲压成形的铝合金薄壁件放入加热炉中进行固溶处理； S2：固溶处理温度和时间基于铝合金的种类设定； S3：将夹持装置加热，加热至固溶温度+30℃的状态进行保温，使用夹持装置夹持完成固溶处理的铝合金薄壁件，将其从加热炉中取出，并转移至冷却喷嘴装置，其中，夹持装置会施加一个拉力F，以便在淬火过程中为铝合金薄壁件提供方向位于其几何面内的拉应力来保持其形状； S4：冷却喷嘴装置中的冷却喷嘴根据铝合金薄壁件的位置和尺寸形状进行柔性阵列； S5：冷却喷嘴装置中冷却喷嘴的喷水或喷气量根据铝合金薄壁件的尺寸形状和淬火过程中所需的冷却速度进行动态设定，启动冷却喷嘴装置的开关，冷却喷嘴开始工作并喷水或喷气，完成铝合金薄壁件的快速气液淬火。 [0022] 如图3所示，铝合金板坯在冷成形为薄壁工件之后，在加热炉内加热至固溶处理温度。在使用夹持装置将铝合金薄壁件从加热炉内转移至冷却喷嘴装置的过程中，由于铝合金薄壁件和空气发生热交换，因此其温度会略有下降。然后，铝合金薄壁件在冷却喷嘴装置中快速气液淬火，温度快速下降至室温。在完成淬火后，铝合金薄壁件根据相应的需求进行后处理。 [0023] 实施例一非封闭复杂形状铝合金薄壁件冷却方法的装置，工作过程如下：步骤一：将在压机5上完成冷冲压成形的铝合金薄壁件1使用夹持装置3进行夹持，并从压机5上转移至热处理炉2内进行固溶处理；步骤二：将在热处理炉2内完成固溶处理的铝合金薄壁件1使用夹持装置3进行夹持，并从热处理炉2内转移至水雾冷却系统6中；步骤三：水雾冷却系统6开始工作，其中，冷却喷嘴装置中的各个冷却喷嘴4根据铝合金薄壁件1的位置和尺寸形状进行柔性阵列，同时，水泵7将水箱9中储存的水泵入到水雾冷却系统6中，风机8用于为水雾冷却系统6提供高压气体以实现水的雾化；步骤四：启动冷却喷嘴装置的开关，冷却喷嘴4开始工作，以一定的流速喷出带有水雾的气体，完成铝合金薄壁件1的快速气液淬火过程。 [0024] 如图5所示，夹持装置3布置在铝合金薄壁件1的外轮廓边缘。在夹持和转移过程中，夹持装置3夹持住铝合金薄壁件1的各个外轮廓边缘，将其从热处理炉2中取出，快速转移至冷却喷嘴装置。在淬火过程中，夹持装置3为铝合金薄壁件1提供方向位于其几何面内的拉应力以保持其形状。 [0025] 实施例二7075铝合金多突起盒形工件的固溶处理和快速气液淬火过程，固溶处理温度范围为460°C 490°C，夹持装置的加热温度范围为490°C 520°C； ~ ~ 具体过程如下：（1）将完成冷冲压成形的7075铝合金多突起盒形工件放入加热炉中，在465°C的温度下进行时长为30min的固溶处理；（2）使用夹持装置夹持完成固溶处理的7075铝合金多突起盒形工件，将其从加热炉中取出，并快速转移至冷却喷嘴装置；（3）冷却喷嘴装置中的各个冷却喷嘴根据7075铝合金多突起盒形工件的位置和尺寸形状进行柔性阵列；（4）启动冷却喷嘴的开关，冷却喷嘴开始工作并喷水或喷气，完成7075铝合金多突起盒形工件的快速气液淬火，其中，冷却喷嘴喷出的水或气需要保证工件的冷却速率不低于100°C/s，以避免析出相从基体中析出。 [0026] 因此，本发明采用上述一种非封闭复杂铝合金薄壁件的冷却方法和装置，解决了复杂铝合金薄壁件冷成形和固溶处理后淬火时冷却不均匀导致形状畸变的技术问题，并且不会产生废液和烟气排放，实现清洁热处理。 [0027] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。