用于改进铸件热处理的方法技术

用于改进铸件热处理的方法，其包括：获得给定设计的多个未经处理铸件；采集未经处理铸件的三维表面测量值以确定基准形状；获得具有第一支撑轮廓的第一支撑夹具，该第一支撑轮廓构造成在热处理期间支撑铸件；并且实施热处理方案到支撑在第一支撑夹具上的第一铸件。该方法还包括：采集第一铸件的三维表面测量值以确定其处理后的形状；将基准形状与第一铸件的处理后的形状进行比较；并且识别作为在热处理期间的不充分的支撑或定位的结果的尺寸变形。该方法继续获得具有与第一支撑轮廓不同的第二支撑轮廓的第二支撑夹具，实施热处理方案到支撑在第二支撑夹具上的第二铸件，采集第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的形状，将基准形状与第二铸件的处理后的形状进行比较，然后识别尺寸变形的减小，以验证尺寸变形至少部分地是由于在热处理方案期间的不充分的支撑或定位而造成的。

Method for improving heat treatment of castings

Methods for improving heat treatment of castings include: obtaining a plurality of untreated castings of a given design; collecting three-dimensional surface measurements of untreated castings to determine a reference shape; obtaining a first support clamp with a first support profile configured to support the castings during heat treatment; and realizing The heat treatment scheme is applied to the first casting supported on the first supporting fixture. The method also includes: collecting three-dimensional surface measurements of the first casting to determine the shape after treatment; comparing the reference shape with the shape after treatment of the first casting; and identifying the dimensional deformation as a result of insufficient support or positioning during heat treatment. The method continues to obtain a second support clamp with a second support profile different from the first support profile, implements heat treatment scheme to support the second casting on the second support clamp, collects three-dimensional surface measurements of the second casting to determine the shape after treatment, and then the reference shape and the shape after treatment of the second casting. Comparisons are then made to identify the reduction in dimensional deformation to verify that dimensional deformation is at least partially due to insufficient support or positioning during heat treatment schemes.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进铸件热处理的方法
本专利技术总体涉及用于改进铸件在热处理周期(诸如固溶热处理、淬火和老化处理)期间的热处理的方法，并且特别涉及用于改进以HPDC过程形成的铸件的热处理的方法。
技术介绍
历史上，对于已经以高压压铸(highpressurediecast，简写成HPDC)过程形成以提高其在高需求应用中的冶金性能和性能的薄壁铝合金铸件，其热处理存在难题并且通常导致缺陷部件和高废品率。例如，这些类型的铸件通常具有复杂的形状、表面特征、孔隙以及其横截面厚度方面的变化，这使得难以在典型的大批量生产过程期间以统一的方式对铸件施加热处理。已经发现，在热处理期间，不平等地施加的热处理通常会在合金材料的整个厚度上或在横跨广阔区域产生很大的温度梯度，其导致在热处理完成并且铸件已经冷却到环境平衡温度后在铸件材料内保持设定的尺寸变形。另外，如果在诸如固溶热处理周期之类的热处理期间不能适当地支撑铸件，则该铸件也会特别容易变形，这会使其温度升高到较高的水平，使合金材料软化并允许薄壁部分在其自重下下垂或在较重的重叠部分的重量下挠曲或屈曲。无论由温度梯度还是由下垂或屈曲引起热处理后铸件的尺寸变形，只要该热处理后铸件的尺寸变形超过预定公差，该铸件通常就会被报废。先前用于通过改进型铸件支撑系统控制在固溶热处理期间产生的下垂、挠曲或屈曲的尝试包括未示出但是本领域技术人员已知的全位置夹具，其在紧接在将铸件从压模中取出之后紧紧地或以严格的公差围绕该铸件夹紧，然后在整个热处理期间与铸件一起行进，以刚性地支撑并约束铸件，来减少可能使金属部件脱离尺寸公差的下垂和其他变形。然而，随着铸件复杂性和变化增加，全位置夹具变得更加难以制造，并且由于它们的存在而通常会阻碍或阻止热流体流向铸件材料的各个部分，从而加大部件内的温度梯度。这会导致内部应力的形成，从而引起铸件在热处理完成后将全位置夹具取出时弯曲变形。另外，以下的先前尝试也取得了有限的成功：该尝试用于在热处理(其将大的和/或快速的温度变化施加到部件(例如固溶热处理和淬火))期间控制热流体(诸如热空气、冷却空气、水、油、乙二醇等)向铸件的施加，以减少或避免在部件内和整个部件上产生大的温度梯度。
技术实现思路
简而言之，本公开的一个实施例包括一种用于改进铸件(特别是大批量生产铸件)的热处理以增强冶金性能的方法。该方法包括以下步骤：获得给定铸件设计的多个未经处理铸件；然后采集未经处理铸件的三维表面测量值以确定铸件的基准三维形状。该方法还包括：获得具有第一支撑轮廓的第一支撑夹具，该第一支撑轮廓被构造成支撑一个或多个热处理区域内的铸件；并且然后将热处理方案实施到支撑在一个或多个热处理区域内的第一支撑夹具上的第一铸件。该方法还包括：采集第一铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将基准形状与第一铸件的处理后的形状进行比较；并且然后识别作为热处理方案期间支撑或定位不足的结果的第一铸件中的一个或多个可校正尺寸变形。然后，该方法继续执行以下步骤：获得第二支撑夹具，该第二支撑夹具被构造成用不同于第一支撑轮廓的第二支撑轮廓来支撑铸件；将热处理方案实施到支撑在第二支撑夹具上的第二铸件。该方法还包括以下步骤：采集第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将基准形状与第二铸件的处理后的形状进行比较；并且然后识别尺寸变形的减小，以验证尺寸变形至少部分是由于在热处理方案期间支撑或定位不足而造成的。本公开的另一个实施例包括用于改进铸件热处理以增强冶金性能的方法，其包括以下步骤：获得给定铸件设计的多个未经处理铸件；随后采集铸件的三维表面测量值以确定铸件的基准三维形状。该方法还包括：获得支撑夹具，其具有开放式格架结构，该开放式格架结构具有多个顶部边缘，这些顶部边缘共同限定与铸件的下侧表面基本互补的开放式支撑表面，并且该支撑夹具被构造成松弛地将铸件支撑在格架顶上并将铸件定位在支撑夹具上方的空间中。该方法还包括：对支撑在支撑夹具上的第一铸件实施热处理方案；采集第一铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将基准形状与第一铸件的处理后的形状；并且然后识别第一铸件中的尺寸变形。当第一铸件中的可校正尺寸变形是热处理方案期间支撑或定位不足的结果时，该方法可以继续执行以下步骤：获得第二支撑夹具，该第二支撑夹具包括开放式格架，该开放式格架具有多个顶部边缘，这些顶部边缘共同限定不同于第一支撑夹具的第二开放式支撑表面；将热处理方案实施到支撑在第二支撑夹具上的第二铸件；采集第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；比较具有处理后的形状的第二铸件的基准形状；并且识别第二铸件中尺寸变形的减小，以验证尺寸变形至少部分是由于在热处理方案期间支撑或定位不足而造成的。可选地，当第一铸件中的可校正尺寸变形是合金材料中高气体含量的结果时，该方法可以继续执行以下步骤：将第二热处理方案实施到支撑在支撑夹具上的第二铸件；采集第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将第二铸件的基准形状与处理后的形状进行比较；并且识别第二铸件中的尺寸变形的减小，以验证尺寸变形至少部分由于合金材料中的高气体含量而造成的。在一个方面，第二热处理方案还包括减少第二铸件经历高于合金材料的预定硅固溶温度的温度的时间段。本公开的方法的这些和其他方面、特征和优点对于本领域技术人员在阅读下面结合附图进行的详细描述时将变得显而易见，这些附图简要描述如下。附图说明图1是本领域已知的薄壁铝合金铸件的透视图。图2是本领域已知的扁平铸件支撑托盘的顶视图。图3是可应用本公开的各种热处理方法或实施例的代表性HPDC铝合金铸件的透视图。图4是根据本公开的代表性实施例的支撑在铸件支撑系统顶上的图3的多个铸件的透视图。图5是根据另一代表性实施例的铸件支撑系统和以轮廓示出的铸件的透视图。图6是从剖面线A-A观察到的图5的铸件支撑系统和铸件的横截面侧视图。图7是从相对侧观察到的图5的铸件支撑系统的透视图。图8是图6的横截面侧视图的一端的特写。图9是根据另一代表性实施例的铸件支撑系统的俯视图。图10是从剖面线B-B观察到的图9的铸件支撑系统的示意性横截面侧视图。图11是从剖面线C-C观察到的图9的铸件支撑系统的示意性横截面侧视图。图12是根据本公开的另一个代表性实施例的在热处理方案期间由铝合金铸件经受的温度的温度-时间曲线图。图13是在通过热处理方案之后的图3的铸件的侧视图，其中尺寸位移等值线图重叠在外表面上以指示各种热处理引起的尺寸变形的位置和程度。图14是在通过热处理方案之后的图13的铸件的剖面侧视图，其中尺寸位移图重叠在内表面上以指示各种热处理引起的尺寸变形的位置和程度。图15是根据本公开的另一个代表性实施例的用于实施图12的热处理方案的一部分的热处理系统的示意图。图16是根据本公开的另一个代表性实施例的用于实现图12的热处理方案的一部分的另一热处理系统的示意图。图17是根据本公开的另一个代表性实施例的用于实施图12的热处理方案的一部分的另一热处理系统的示意图。图18是根据本公开的另一代表性实施例的用于实施热处理方案的一部分的多级淬火系统的示意图。图19是表示整个图18的多级淬火过程中铸件的温度变化的温度-时间曲线图。图20是根据本公开的另一代表性实施例的用于实施热处理方案的一部分的另一多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于改进铸件热处理以增强冶金性能的方法，该方法包括：获得给定铸件设计的多个未经处理铸件；采集铸件的三维表面测量值以确定铸件的基准三维形状；获得第一支撑夹具，所述第一支撑夹具构造成利用第一支撑轮廓将所述铸件支撑在至少一个热处理区域内；对支撑在所述第一支撑夹具上的第一铸件实施热处理方案；采集所述第一铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将所述基准形状与所述第一铸件的处理后的形状进行比较；识别由于在所述热处理方案期间的不充分的支撑或定位造成的所述第一铸件中的至少一种尺寸变形；获得第二支撑夹具，所述第二支撑夹具构造成利用不同于所述第一支撑轮廓的第二支撑轮廓支撑所述铸件；将所述热处理方案实施到支撑在所述第二支撑夹具上的第二铸件；采集所述第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将所述基准形状与所述第二铸件的处理后的形状进行比较；和识别尺寸变形的减小以验证所述尺寸变形至少部分地是由于在所述热处理方案期间的不充分的支撑或定位而造成的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.05 US 62/251,1391.一种用于改进铸件热处理以增强冶金性能的方法，该方法包括：获得给定铸件设计的多个未经处理铸件；采集铸件的三维表面测量值以确定铸件的基准三维形状；获得第一支撑夹具，所述第一支撑夹具构造成利用第一支撑轮廓将所述铸件支撑在至少一个热处理区域内；对支撑在所述第一支撑夹具上的第一铸件实施热处理方案；采集所述第一铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将所述基准形状与所述第一铸件的处理后的形状进行比较；识别由于在所述热处理方案期间的不充分的支撑或定位造成的所述第一铸件中的至少一种尺寸变形；获得第二支撑夹具，所述第二支撑夹具构造成利用不同于所述第一支撑轮廓的第二支撑轮廓支撑所述铸件；将所述热处理方案实施到支撑在所述第二支撑夹具上的第二铸件；采集所述第二铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将所述基准形状与所述第二铸件的处理后的形状进行比较；和识别尺寸变形的减小以验证所述尺寸变形至少部分地是由于在所述热处理方案期间的不充分的支撑或定位而造成的。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一支撑夹具和所述第二支撑夹具都还包括开放式格架，其具有多个顶部边缘，所述顶部边缘分别共同限定所述第一支撑轮廓和所述第二支撑轮廓，所述第一支撑轮廓和所述第二支撑轮廓与所述铸件的下侧表面基本上互补并且被构造成松弛地将所述铸件支撑在所述格架顶上并将所述铸件定位在所述第一支撑夹具上方的空间中。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一支撑轮廓和所述第二支撑轮廓还包括通过用于将所述顶部边缘与所述铸件的下侧表面间隔开的间隙分开的多个离散接触位置。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二支撑轮廓的多个离散接触点不同于所述第一支撑轮廓的多个离散接触点。5.根据权利要求1所述的方法，其中铸件在所述第二支撑轮廓中的位置和定向不同于铸件在所述第一支撑轮廓中的位置和定向。6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述热处理方案实施到所述第二铸件还包括改变指向所述至少一种尺寸变形的位置的热流体流。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述热流体流还包括淬火过程中的冷却流体。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述未经处理铸件是预生产原型铸件。9.根据权利要求1所述的方法，还包括比较每个未经处理铸件的三维表面测量值以识别所述铸造过程中的不一致性。10.根据权利要求1所述的方法，还包括识别在所述热处理方案期间由所述第一铸件的合金材料中的高气体含量产生的至少一种尺寸变形。11.根据权利要求10所述的方法，其中识别由高气体含量产生的所述至少一种尺寸变形还包括检查所述第一铸件的靠近所述至少一种尺寸变形的表面，以识别与所述合金材料中的高气体含量相关的表面孔隙率。12.根据权利要求10所述的方法，其中识别由高气体含量产生的所述至少一种尺寸变形还包括靠近所述至少一种尺寸变形剖分所述第一铸件以识别与所述合金材料中的高气体含量相关的内部孔隙率。13.根据权利要求10所述的方法，还包括：将改变的热处理方案实施到支撑在所述第二支撑夹具上的第三铸件；采集所述第三铸件的三维表面测量值以确定其处理后的三维形状；将所述基准形状与所述第三铸件的处理后的形状进行比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·P·克拉夫顿，
申请(专利权)人：联合工程公司，
类型：发明
国别省市：美国,US