带筋结构的塑流摩擦热成形方法技术

本发明专利技术提供了一种带筋结构的塑流摩擦热成形方法，所述带筋结构的塑流摩擦热成形方法包括：步骤A：将金属板材放置在带凹槽的模具上面；步骤B：使塑流挤压加工头在金属板材上转动，并使塑流挤压加工头对金属板材施加压力，使金属板材与带凹槽的模具之间产生热摩擦，从而使金属板材经过塑性流动挤压进入模具的凹槽中，从而加工出具有带筋的金属板材；所述塑流挤压加工头包括：夹持柄和连接夹持柄的加工端面，所述夹持柄连接搅拌摩擦焊设备。本发明专利技术经过塑性变形和挤压变形，性能好、效率高、成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种金属部件的加工方法，具体一种。
技术介绍
在航天航空、汽车、能源、铁路等领域，为了提高结构的整体强度、刚度，往往需要在板材的表面加工出带筋条的结构，其中筋条结构有单向筋条、十字筋条以及其它形状的筋条结构。现有常用的带筋条结构的制备方法有以下几种:铸造、数控加工、数控加工后的喷丸成形、数控加工后时效成形、化铣成形、增材制造的方法。铸造的方法是将金属熔炼后浇注入具有一定型腔的型模中，冷却后将其取出，从而可以近净成形出带筋条的金属结构。数控加工后喷丸成形的方法是将挤压成形、轧制成形后的厚板材，对其表面进行数控加工，去除没有筋条部位的材料，然后按照一定的路径，对带筋条结构的背面、正面进行喷丸成形，从而无模成形出具有复杂形状的带筋结构。数控加工后时效成形的方法是将挤压成形、轧制成形后的厚板材，对其表面进行数控加工，去除没有筋条部位的材料，然后将加工后的板材放入到时效成形模具上，包覆真空袋，抽真空后放入到热压罐中，升温、升压到一定参数，并保温一段时间，将真空袋取出后去除，带筋结构会发生回弹，并形成具有一定形状的带筋结构。化铣成形的方法是将挤压成形、轧制成形后的厚板材，对其表面进行覆膜，然后放入化学溶液中进行化铣，去除其中没有筋条的部分，化铣后成形出带筋条的金属结构。增材制造的方法可以是在挤压成形、轧制成形后的板材上逐层成形出带筋的金属结构，也可以是直接在基板上通过逐层成形出带筋的金属结构。现有的制造方法在加工成形带筋结构，特别是带十字筋条等具有复杂形状筋条的结构时存在一定的不足。铸造的方法可以成形具有各种复杂形状筋条的结构，但是其成形后的组织主要是铸态组织，其性能受到限制，难于应用于高性能的关键结构件；数控加工后喷丸成形或时效成形的方法均需要首先大量去除板材表面的材料，特别是对于一些筋条较高的结构，其材料利用率很低，甚至低于5 %，加工周期长，成本高，而其中时效成形还需要大型的时效成形模具和热压罐；化铣成形的方法一般适用于筋条较低的带筋结构，筋条较高时其效率较低，材料利用率也较低；增材制造的方法虽然可以用于成形具有各种复杂形状的带筋结构，但是其组织一般是快速凝固组织，性能不能满足多功能的需求，同时其效率也较低，特别是在制备大尺寸带筋条结构时，目前尚不能满足工业化生产的需求。综上所述，现有技术中存在以下问题:在金属部件上加工成形带筋结构的过程中，成形结构的性能差、效率低、成本高。
技术实现思路
本专利技术提供一种，以解决在金属部件上加工成形带筋结构的过程中，成形结构的性能差、效率低、成本高的问题。为此，本专利技术提出一种，所述包括:步骤A:将金属板材放置在带凹槽的模具上面；步骤B:使塑流挤压加工头在金属板材上转动，并使塑流挤压加工头对金属板材施加压力，使金属板材与带凹槽的模具之间产生热摩擦，从而使金属板材经过塑性流动挤压进入模具的凹槽中，从而加工出具有带筋的金属板材；所述塑流挤压加工头包括:夹持柄和连接夹持柄的加工端面，所述夹持柄连接搅拌摩擦焊设备。进一步地，所述还包括:步骤C:塑流挤压加工头在金属板材上转动一段时间，加工完一定面积的金属板材后，使塑流挤压加工头平移至为未加工的金属板材处，然后重复步骤B直至所述加工端面的轨迹覆盖所述金属板材的表面。进一步地，所述塑流挤压加工头转动的轴线与所述金属板材的夹角为大于85度，小于90度。进一步地，所述塑流挤压加工头的转动速度为1000?2000转/分。进一步地，所述塑流挤压加工头的平移速度为100?1500毫米/分。进一步地，所述塑流挤压加工头对金属板材施加法向压力为10?100KN。进一步地，所述凹槽为交叉的网格状或相互分隔的凹坑。进一步地，所述加工端面的外缘为圆形，所述加工端面上设有圆滑的塑性流动导向槽。进一步地，所述塑性流动导向槽的形状为:以所述加工端面的圆心为中心的一个或多个涡状线。进一步地，所述塑性流动导向槽的形状为:均匀分布在所述加工端面上的三条螺旋线，三条螺旋线相交于所述加工端面的圆心。本专利技术使塑流挤压加工头在金属板材上转动，并使塑流挤压加工头对金属板材施加压力，使金属板材与带凹槽的模具之间产生热摩擦，从而使金属板材经过塑性流动挤压进入模具的凹槽中，从而加工出具有带筋的金属板材。在加工过程中，由于塑流挤压加工头对金属板材施加压力，使金属板材与带凹槽的模具之间产生热摩擦，从而达到了塑性流动所需要的加工温度，通过在模具上设置凹槽，能使金属板材经过塑性流动挤压进入模具的凹槽中，由于塑流挤压加工头在金属板材上转动，可以达到较快的加工效率，因此，本专利技术经过塑性变形和挤压变形,性能好、效率高、成本低。另外，本专利技术将塑流挤压加工头连接在搅拌摩擦焊设备上，搅拌摩擦焊设备已经是成熟技术，可以通过计算机控制，不需要人工操作，只需要设定程序，就能够保持连续移动，因而，塑流挤压加工头的移动可控，自动化程度高。【附图说明】图1为本专利技术的中第一实施例所使用的模具的结构示意图；图2为本专利技术的中第一实施例的金属板材放置在模具上的工作原理示意图；图3为本专利技术的中第一实施例的塑流挤压加工头转动的工作原理示意图；图4为本专利技术的中第一实施例获得的带筋的金属板材；图5为本专利技术的中第二实施例所使用的模具的结构示意图；图6为本专利技术的中第二实施例的金属板材放置在模具上的工作原理示意图；图7为本专利技术的中第二实施例的塑流挤压加工头转动的工作原理示意图；图8为本专利技术的中第二实施例获得的带筋的金属板材；图9为本专利技术的中所使用的塑流挤压加工头的结构；图10为本专利技术的塑流挤压加工头的端面的第一种结构；图11为本专利技术的塑流挤压加工头的端面的第二种结构；图12为本专利技术的塑流挤压加工头的端面的第三种结构；图13为本专利技术的塑流挤压加工头的端面的第四种结构。附图标号说明:I模具2凹槽3金属板材4塑流挤压加工头5凸筋6夹持柄7加工端面71塑性流动导向槽【具体实施方式】为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【附图说明】本专利技术。如图2所示，本专利技术的基本原理是将金属板材3 (原始板材或被加工工件)放置在塑流挤压加工模具I的上面，如图1所示，在塑流挤压加工模具I上有凹槽2，如图3所示，通过塑流挤压加工头4对金属板材3 (原始板材)的上表面进行加工，在塑流挤压加工头对金属板材施加压力的作用下，使得原始板材下表面的材料被挤压进入模具I的凹槽2中，如图4所示，将加工成形后的凸筋5从模具I中取出。为了制造具有各种复杂形状筋条的零件，可以通过改变塑流挤压加工头4的轨迹来实现。本专利技术可以用于成形铝合金、钛合金、铜合金、不锈钢等材料的具有单向筋条、十字筋条以及各种复杂形状筋条的带筋结构，具有成形结构的性能好、效率高、成本低，对设备要求低等特点。塑流挤压成形方法可以用于制备各种铝合金、钛合金、高温合金、铜合金、镁合金等结构件。如图9所示，塑流挤压加工头包括:夹持柄6和连接夹持柄的圆柱体或圆锥台，力口工端面7位于圆柱体或圆锥台的端面上，所述夹持柄6连接搅拌摩擦焊设备，搅拌摩擦焊设备类似于铣床，可以通过计算机控制，不需要人工操作，只需要设定程序，就能够保持连续移动，因而，塑流挤压加工头的移动可控，自动化程度高。进而，加工端面7的外缘为圆形，所述加工端面上设有圆滑的塑性流动导向槽71，以便加强塑流挤压加工头7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带筋结构的塑流摩擦热成形方法，其特征在于，所述带筋结构的塑流摩擦热成形方法包括：步骤A：将金属板材放置在带凹槽的模具上面；步骤B：使塑流挤压加工头在金属板材上转动，并使塑流挤压加工头对金属板材施加压力，使金属板材与带凹槽的模具之间产生热摩擦，从而使金属板材经过塑性流动挤压进入模具的凹槽中，从而加工出具有带筋的金属板材；所述塑流挤压加工头包括：夹持柄和连接夹持柄的加工端面，所述夹持柄连接搅拌摩擦焊设备。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫兵，李志强，张坤，栾国红，佟建华，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11