CN109048221B - 一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，包括：S1、提供一冲压模具，冲压模具包括凸模和凹模以及加热组件；S2、提供两块叠放的金属板材，在两块金属板材之间均匀分布发泡剂和稳定剂，采用搅拌摩擦焊对叠放的两块金属板进行多道次焊接处理，获得泡沫铝预制体；S3、提供一加热机构或者采用冲压模具的加热组件对S2中的泡沫铝预制体进行加热并保温；S4、将加热后的泡沫铝预制体转移到冲压模具，闭模，将泡沫铝预制体进行冲压成型，开模，移动凸模使其距离凹模一定距离，启动加热组件对泡沫铝预制体进行加热，使其完成剩余发泡动作，得复杂曲面泡沫铝件。本发明不仅可以成型出任何想要的曲面成型件，而且整个流程持续时间短、成本低。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，它将搅拌摩擦焊作为固相连接来制备复杂曲面泡沫铝件。
背景技术
随着如今汽车轻量化发展愈来愈广，泡沫铝逐渐成为各种轻量化材料中极具独特自身优点的一种。泡沫铝因具备其他轻量化材料不具备的独特孔隙结构，且具有相对密度小、比强度大、力学相应优异和能量回收能力好的诸多优点，从而可以被应用在车辆的各处易遭受撞击的部位。
简单的泡沫铝夹芯平板并不能满足日常汽车的使用要求，必须通过成型技术来得到满足要求的各种复杂曲面板件。目前制备复杂曲面板件的方法不是很多，基本上都是使用传统的冲压成型生产线来获得理想制品，但通过传统冲压加工得到的不同板件存在内部泡孔差别和力学参数差异，从而产生不可控制的各种力学缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，它采用搅拌摩擦焊制备复杂曲面泡沫铝件，不仅可以成型出任何想要的曲面成型件，而且整个流程持续时间短，耗用设备简单，消耗原材料较少，整体操作容易，可显著提高生产复杂曲面件的效率并有效降低成本。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，包括以下步骤：
S1、提供一冲压模具，所述冲压模具包括相对设置的凸模和凹模以及加热组件；
S2、提供两块叠放的金属板材，在两块金属板材之间均匀分布发泡剂和稳定剂的混合粉末，采用搅拌摩擦焊对叠放的两块金属板进行多道次焊接处理，获得泡沫铝预制体；
S3、提供一加热机构或者采用冲压模具的加热组件对S2中的泡沫铝预制体进行加热并保温；
S4、将S3中加热后的泡沫铝预制体转移到冲压模具，闭模，将泡沫铝预制体进行冲压成型，开模，移动凸模使其距离凹模一定距离，启动加热组件对泡沫铝预制体进行加热，使其完成剩余发泡动作，得复杂曲面泡沫铝件。
优选的，所述加热机构为加热炉。
优选的，还包括步骤S5、在加热泡沫铝预制体发泡完成后，加热组件对复杂曲面泡沫铝件继续加热并保温，保温结束后向冲压模具通冷却水对复杂曲面泡沫铝件进行保压定型，保证所得复杂曲面泡沫铝件的泡孔紧密。
优选的，步骤S5中加热组件的保温温度为600～800℃，保温时间为10～20min。
优选的，步骤S3中加热温度为450～550℃，保温时间为1～15min。
优选的，步骤S3中若采用加热机构进行加热，则在保温完成后迅速将加热后的泡沫铝预制体转移至冲压模具内，转移时间不超过10秒。
优选的，步骤S4中移动凸模后其与凹模之间的距离为5～10mm，以使泡沫铝预制体具备足够的发泡空间。
本发明产生的有益效果是：本发明采用两块实体金属板材结合微量的发泡粉末通过搅拌摩擦焊制备成泡沫铝预制体，这样添加的发泡粉量不仅比传统粉末冶金法少很多，而且在后续加热时可实现较高的塑性，传统粉末冶金方法制备的预制体不具有塑性，无法用于塑性成形；
再将泡沫铝预制体进行加热-成型-发泡，本发明将泡沫铝预制体置于冲压模具中进行加热冲压成形，然后进行模内发泡淬火，先加热再发泡可以使板材在高温态整体具备较好的热塑性，从而决定了成品高的成形性，不仅能够成形复杂曲面构件，实现复杂曲面泡沫金属构件的一体化成型，解决了传统泡沫金属无法塑性成形为复杂曲面的难题，同时模具内保温保压发泡可获得孔隙率好、泡孔分布适宜、无泡沫组织缺陷的复杂曲面构件，精度效率高，成本低，适用于批量生产。
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是本发明实施例中对金属板进行搅拌摩擦焊的示意图；
图2是本发明实施例中冲压模具的结构示意图。
图中：1-金属板材，2-泡沫铝预制体，3-凸模，5-受热预制体，4-上部水道，6-下部水道，7-凹模。
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。
如图1、图2所示，一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，包括以下步骤：
S1、提供一冲压模具，所述冲压模具包括相对设置的凸模3和凹模7以及加热组件；
S2、提供两块叠放的金属板材1，在两块金属板材1之间均匀分布发泡剂和稳定剂的混合粉末，采用搅拌摩擦焊对叠放的两块金属板进行多道次焊接处理，获得泡沫铝预制体2；
S3、提供一加热机构或者采用冲压模具的加热组件对S2中的泡沫铝预制体进行加热并保温；
S4、将S3中加热后的泡沫铝预制体转移到冲压模具，闭模，将泡沫铝预制体进行冲压成型至理想形状，在模具迅速闭模后再迅速开模，移动凸模使其距离凹模一定距离，启动加热组件对泡沫铝预制体进行加热，使其完成剩余发泡动作，得复杂曲面泡沫铝件。
优选的，加热机构为加热炉，其设置在冲压模具外。若采用加热机构对泡沫铝预制体进行加热，则在保温完成后迅速将加热后的泡沫铝预制体转移至冲压模具内进行定位夹紧，转移时间不超过10秒。若预制体在冲压模具内加热，则需继续在模具内进行后续操作即可。
优选的，本发明还包括步骤S5，在加热泡沫铝预制体发泡完成后，加热组件对复杂曲面泡沫铝件继续加热并保温，保温结束后向冲压模具通冷却水对复杂曲面泡沫铝件进行保压定型，来对不稳定的热传导进行阻截，让冲压最后的制件保压阶段更加稳定，确保一次模内成型，保证所得复杂曲面泡沫铝件的泡孔紧密，而且将模内发泡成型与冷却保压一体化可以确保整个流程精度好，效率高与成本低。其中，该步骤中加热组件的保温温度为600～800℃，保温时间为10～20min。冲压模具内设有用于通冷却水的上部水道4和下部水道6。
优选的，步骤S3中加热温度为450～550℃，保温时间为1～15min。
优选的，步骤S4中移动凸模后其与凹模之间的距离为5～10mm，以使泡沫铝预制体具备足够的发泡空间。
实施例一
S1、搅拌摩擦焊阶段：采用金属板材1在搅拌摩擦焊工作台上进行搅拌摩擦加工得到泡沫铝预制体2；
S2、冲压前准备阶段：将S1中制备好的泡沫铝预制体放于加热炉内进行加热至500℃并保温10min，加热结束将受热预制体迅速转移至凸模3和凹模7内进行定位夹紧，转移耗时保持在10s左右；
S3、冲压变型阶段：迅速闭合模具的凸模3和凹模7来冲压预制体至理想形状；
S4、发泡阶段：在模具迅速合模进行冲压后上移凸模5mm以给受热预制体5发泡空间，来让已变型的预制体完成剩余发泡操作；
S5、保温阶段：对模具继续加热在模具内完成已变型的预制体的剩余发泡动作，加热到一定温度并保温一段时间，保温温度为660℃，保温时间为15min；
S6、冷却定型阶段：在S5中保温发泡结束后，为防止泡沫件出现类似传统方法中空气中直冷所出现的泡孔缺陷及力学性能问题，对泡沫件进行模具内冷却，往模具内两条水道通冷却水来对制件保压冷却，来对不稳定的热传导进行阻截，让冲压最后的制件保压阶段更加稳定，确保一次模内成型，使得发泡制件泡孔紧密。
实施例一中最终得到的泡沫铝成品孔隙率大概为50%左右。
实施例二
具体方法同实施例一，不同的工艺条件为：初此发泡加热时，是直接将泡沫铝预制体置于模具内加热，省去了将预制体从加热炉转移至模具过程中浪费的时间，后续保温温度保压时间均一样。
实施例二中最终得到的泡沫铝成品孔隙率大概为70%左右。
本发明不仅可以成型出几乎任意想要的曲面的成型件，而且整个流程持续时间不长，耗用设备简单，整体操作容易，可以大大提高生产复杂曲面件的效率并有效降低成本。
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。
Claims (6)
1.一种复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供一冲压模具，所述冲压模具包括相对设置的凸模和凹模以及加热组件；
S2、提供两块叠放的金属板材，在两块金属板材之间均匀分布发泡剂和稳定剂的混合粉末，采用搅拌摩擦焊对叠放的两块金属板进行多道次焊接处理，获得泡沫铝预制体；
S3、提供一加热机构或者采用冲压模具的加热组件对S2中的泡沫铝预制体进行加热并保温；
S4、将S3中加热后的泡沫铝预制体转移到冲压模具，闭模，将泡沫铝预制体进行冲压成型，开模，移动凸模使其距离凹模一定距离，启动加热组件对泡沫铝预制体进行加热，使其完成剩余发泡动作，得复杂曲面泡沫铝件；
S5、在加热泡沫铝预制体发泡完成后，加热组件对复杂曲面泡沫铝件继续加热并保温，保温结束后向冲压模具通冷却水对复杂曲面泡沫铝件进行保压定型，保证所得复杂曲面泡沫铝件的泡孔紧密。
2.根据权利要求1所述的复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，所述加热机构为加热炉。
3.根据权利要求1所述的复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，步骤S5中加热组件的保温温度为600～800℃，保温时间为10～20min。
4.根据权利要求1所述的复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，步骤S3中加热温度为450～550℃，保温时间为1～15min。
5.根据权利要求1所述的复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，步骤S3中若采用加热机构进行加热，则在保温完成后迅速将加热后的泡沫铝预制体转移至冲压模具内，转移时间不超过10秒。
6.根据权利要求1所述的复杂曲面泡沫铝件的成型方法，其特征在于，步骤S4中移动凸模后其与凹模之间的距离为5～10mm，以使泡沫铝预制体具备足够的发泡空间。
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