铝合金盘毂类零件搅拌摩擦冲挤成形方法与流程

本发明属于冲挤成形技术领域，具体涉及一种铝合金盘毂类零件搅拌摩擦冲挤成形方法。

背景技术：

盘毂类零件加工一般使用冲挤成形工艺，冲挤成形是对凹模内的金属坯料施加外力而获得所需形状和尺寸的一种塑性加工方法。摩擦是影响制品性能的重要因素，在冲挤过程中，摩擦起阻碍作用，在冲挤过程中容易产生流动缺陷，且消耗大量冲挤能，影响工件成形质量。传统改善冲挤成形过程中金属流动的办法是通过优化工艺参数，从而宏观改善金属的流动行为，但这并不能从根本上防止缺陷的产生；且坯料与模具件摩擦力消耗了大量的冲挤能，特别对于低塑性金属材料的成形，生产效率极低。

搅拌摩擦加工技术(Friction Stir Processing，简称FSP)是在搅拌摩擦焊(Friction Stir Welding，简称FSW)的基础上发展而来的。其基本思想是，利用搅拌头所造成加工区材料的剧烈塑性变形、混合、破碎和热暴露，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。采用该技术制备晶粒尺寸为纳米级的细晶铝合金，其强度和塑性都得到很大提高。FSP对材料的微观结构改性，包括细化基体晶粒、打碎枝晶和第二相、消除铸造孔洞缺陷等，从而提高材料的强度、显微硬度、疲劳性能和耐腐蚀性能。

技术实现要素：

基于将FSP应用于铝合金盘毂类零件冲挤成形的思想，本发明的目的在于提供一种铝合金盘毂类零件搅拌摩擦冲挤成形方法，它可以有效地改善金属的流动行为，使金属塑性提高并能细化金属晶粒，改善金属组织，使变形均匀并降低性能各向异性，提高金属性能以及成形质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种铝合金盘毂类零件搅拌摩擦冲挤成形方法，包括以下步骤：

S1、设计与铝合金盘毂类零件相适配的凹模和冲头，将凹模固定安装在工作台上，将冲头设置在凹模的上方，所述冲头与动力源连接，且可在动力源驱动下做轴向进给运动以及绕轴线做高速旋转运动，所述凹模的底部安装有用于顶出凹模内工件的顶杆；

S2、将制备好的铝合金坯料加热至固溶温度470～550℃，然后迅速转移至凹模模腔内；

S3、启动动力源，驱动冲头朝着铝合金坯料做进给运动以及高速旋转运动，从冲头接触铝合金坯料表面开始至冲头的进给深度为0.1mm-2mm时，停止进给运动，仅驱动冲头对铝合金坯料做高速旋转运动，对铝合金坯料进行摩擦搅拌加载，当铝合金坯料温度升高至350-450℃时，驱动冲头同时对铝合金坯料做进给运动和高速旋转运动，通过主动摩擦搅拌作用促使铝合金坯料产生轴向压缩和切向剪切变形，细化晶粒，同时产生大量摩擦热能，使铝合金坯料保持在350-450℃的最佳冲挤成形温度区间，提高铝合金塑性与成形性能，形成铝合金盘毂类工件；

S4、将工件置于水池进行淬火处理，对淬火后的工件切边整形，最后对其进行时效处理得到成形零件。

按上述技术方案，在步骤S3中，所述冲头的进给速度是0.1～10mm/s，其旋转速度为50～1200r/min。

按上述技术方案，所述冲头接触铝合金坯料后初始进给深度为0.1～2mm，旋转速度为300～1200r/min。

按上述技术方案，所述动力源为液压机，所述液压机的主轴与冲头连接。

本发明，具有以下有益效果：本发明通过动力源使冲头产生进给运动和旋转运动，一方面，可以在对坯料高度方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用促使变形体产生轴向压缩和切向剪切变形，将有害摩擦变成有益剪切作用，有效提高坯料内部静水压力，从而达到改变材料内部应力应变状态、产生较大切应变量、改善传统压力加工工艺条件的目的，不仅能够降低法向应力、改善密实件组织，而且还可以使材料产生较大塑性变形，改变材料内部结构与组织形态，获得超细晶材料或高致密材料；另一方面，因冲头高速旋转，与坯料表面剧烈摩擦而产生大量热能，使坯料软化，塑性提高，促进金属流动，从而提高成形质量，而且因坯料软化成形力减小，所需设备吨位减小，节约成本。此外，将固溶处理后的铝合金坯料进行冲挤成形，不仅可以提高铝合金成形性能，同时固溶与变形相结合极大的提高了后续工件时效后的强度及性能，并能缩短时效处理时间，提高生产效率，降低生产成本。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中将坯料放入凹模模腔的示意图；

图2是本发明实施例中冲头对坯料加载的示意图；

图3是本发明实施例中冲头对坯料加载结束的示意图；

图4是本发明实施例中铝合金盘毂类零件的结构示意图。

图中：1-冲头、2-凹模、3-顶杆、4-铝合金坯料、5-铝合金盘毂类工件。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的较佳实施例中，如图1-图4所示，一种铝合金盘毂类零件搅拌摩擦冲挤成形方法，包括以下步骤：

S1、设计与铝合金盘毂类零件相适配的凹模2和冲头1，将凹模固2定安装在工作台上，将冲头1设置在凹模2的上方，冲头1与动力源连接，且可在动力源驱动下做轴向进给运动以及绕轴线做高速旋转运动，凹模2的底部安装有用于顶出凹模内工件的顶杆3；

S2、将制备好的铝合金坯料加热至固溶温度470～550℃，然后迅速转移至凹模模腔内；

S3、启动动力源，驱动冲头1朝着铝合金坯料4做进给运动以及高速旋转运动，对铝合金坯料4进行加载，从冲头1接触铝合金坯料4表面开始至冲头1进给深度为0.1～2mm时，停止进给运动，仅驱动冲头1对坯料4做高速旋转运动，对铝合金坯料进行摩擦搅拌加载，当坯料温度升高至350-450℃时，驱动冲头1同时对坯料4做进给运动以及高速旋转运动，冲头1在对铝合金坯料4高度方向施加压力的同时，通过主动摩擦作用促使铝合金坯料4产生轴向压缩和切向剪切变形，同时产生大量热能使铝合金坯料4软化，形成铝合金盘毂类工件5；

S4、将工件置于水池进行淬火处理，对淬火后的工件切边整形，最后对其进行时效处理得到成形零件。

在本发明的优选实施例中，在步骤S3中，冲头的进给速度是0.1～10mm/s，其旋转速度为50～1200r/min，优选的，冲头接触坯料后初始进给深度为0.1～2mm，旋转速度为300～1200r/min。其中，动力源为液压机，液压机的主轴与冲头连接。

本发明在具体应用时，先根据零件的形貌尺寸设计并加工出模具，模具主要组成有冲头、凹模、顶杆，然后综合考虑最终零件的变形量和形状尺寸等因素，确定出较合适的原料毛坯尺寸规格，如图所示，工件合金牌号为(6082和6061)铝合金，工件外径D＝88mm,高度H＝30mm，厚度d＝3mm，根据铝合金的工艺特性和工件的规格尺寸确定合适的坯料尺寸，再按以下步骤完成加工：

S1、提供铝合金坯料和模具，将凹模固定在工作台上；

S2、将制备好的铝合金坯料加热至固溶温度520±5℃，然后迅速转移至凹模模腔内；

S3、将冲头与液压机的主轴连接，通过主轴实现冲头的进给运动以及绕轴旋转运动；

S4、液压机上主轴以0.5mm/s的进给运动速度以及600r/min的绕轴旋转速度带动冲头对坯料进行加载，从冲头接触坯料表面开始，当冲头进给深度为1mm时，停止进给运动，仅驱动冲头对坯料做600r/min的高速旋转运动，当坯料温度升高至400℃时驱动冲头对坯料同时做进给运动及高速旋转运动，从冲头接触加载结束后，液压机上主轴停止旋转并向上直线运动，带动冲头与工件脱离；

S5、将工件置于水池进行淬火处理，对淬火后的工件切边整形，最后对其进行时效处理得到成形零件。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。