CN116060492A - 一种航空铝合金温热成形自动化生产线及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种航空铝合金温热成形自动化生产线及其生产工艺，包括固溶处理炉、转运装置、热压压机、冲压模具和时效处理炉，固溶处理炉的出料端通过转运装置将经过加热的板料传输至热压压机内，热压压机靠近固溶处理炉的一侧通过机械手横梁安装有机械手，机械手在固溶处理炉、转运装置、热压压机和时效处理炉之间来回运动，并将板料输送至冲压模具的模具型腔内；转运装置包括移送板料的转运架、端拾器和安装在端拾器上的保温壳。本发明通过具有保温功能的转运装置，解决了铝合金转运过程中温度骤降的问题，实现了铝合金的温热成形，相比热成形和W成形生产线，省去了铝合金的时效处理工序，极大提高了生产效率。

Description

一种航空铝合金温热成形自动化生产线及其生产工艺

技术领域

本发明主要涉及大型航空构件的铝合金热成形技术领域，具体涉及航空铝合金温热冲压成形的自动化生产线及其生产工艺。

背景技术

随着国内航空技术的逐渐成熟，发动机唇口等大型、薄壁航空结构件的国产化势在必行。然而，由于航空铝合金强度高、弹性模量小，采用室温成形，材料的塑性较低，难以实现复杂构件成形。近年来，人们提出温成形，将材料加热到200-300℃，提高材料的位错迁移能力，降低材料的变形抗力，最终实现复杂构件成形。但是，在实际生产中，由于板料降温不均匀，产生的热应力和回弹大，造成铝合金温热成形在工业上并未实现。

已公开中国发明专利，申请号CN105834268A，专利名称：铝合金板材热冲压成型生产线，申请日：20160328，采用带有滚动式机构的箱式炉对板料两面直接进行喷火加热，加热炉结构较为复杂，且板料加热温度不均匀，难以在工业上批量化生产。此外，对于大型航空构件，本材料无法在工业上真正应用。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种航空铝合金温热成形自动化生产线，包括固溶处理炉7、转运装置、热压压机8、冲压模具9和时效处理炉，所述固溶处理炉7的出料端通过转运装置将经过加热的板料传输至热压压机8内，所述热压压机8靠近固溶处理炉7 的一侧通过机械手横梁5安装有机械手10，所述机械手10在固溶处理炉7、转运装置、热压压机8和时效处理炉之间来回运动，并将板料输送至冲压模具9的模具型腔内；

所述转运装置包括移送板料的转运架11、端拾器和安装在端拾器上的保温壳13，所述端拾器包括连接板6、纵梁4、铝管2、夹钳 1，所述连接板6的顶部安装在机械手10上，底部固定在一对平行的纵梁4上，所述铝管2垂直且穿设于纵梁4并通过铝管固定座3固定，所述铝管2的两端还安装有夹设板材的夹钳1。

优选的，铝管2设置有两种，长铝杆和短铝杆，通过安装在长铝杆两端的夹钳1夹设板材的外周圈，通过安装在短铝杆两端的夹钳1 夹设板材的内周圈。

优选的，长铝杆等间距设置有三个，短铝杆等间距设置有两个，长铝杆和短铝杆间隔设置。

优选的，保温壳13安装在纵梁4和横梁5的底部，且内部通过多个圆棒固定，所述保温壳13温度控制在200-300摄氏度，保温壳 13内侧涂有热障涂层，并安装有温度传感器进行多点测温。

优选的，冲压模具9内设置有冷却系统，所述冷却系统包括设置在下模12内的冷却管，所述冷却管的两端穿设过下模12且分别通过水阀控制进出水的量。

优选的，固溶处理炉7采用辊式加热炉或箱式加热炉，且装有循环风机，升温速率为25-200℃/min，最高加热温度为400-700℃。

优选的，端拾器采用铝镁合金或碳纤维复合材料。

一种航空铝合金温热成形自动化生产线的生产工艺，包括以下工序步骤：

步骤S1：固溶热处理：

板料在500-550℃的固溶加热炉内进行加热，保温10-50min，同时转运装置靠近固溶加热炉；

步骤S2：板料夹取：

经过步骤S1热处理后的板材，结合移动至炉口的转运装置，启动机械手，下降端拾器夹取板材，在0-10s内将板料夹起并投入保温壳；

步骤S3：板料转运并送入模具型腔：

经过步骤S2后板料通过转运装置在1-20s内运动到冲压模具处，此时，机械夹手在0-5s内将铝合金板料转移至模具型腔中，转运装置从热压压机处退出，转运结束温度为450-500℃；

步骤S4：热冲压成型：

经过步骤S3之后，热压机下行，模具在2-10s完成闭合，随后进行保压冷却；

其中第一段压机下行速度为250-500mm/s，第二段压机下行速度为50-100mm/s，其目的是通过控制成形速率，调控铝合金构件在成形过程中的动态回复和再结晶行为，并实现材料成形过程中的性能最优化；

步骤S5：模具保压冷却：

保压压力为2-15Mpa，保压时间为5-30s；

步骤S6：时效处理：

将板料转移至时效处理炉，加热温度为120-200℃，保温时间为 2-20，升温速率为5-15℃/min，降温速率为5-15℃/min；其目的是减少大型构件在升温和降温过程中发生变形。

本发明的有益效果：通过具有保温功能的转运装置，解决了铝合金转运过程中温度骤降的问题，实现了铝合金的温热成形，相比热成形和W成形生产线，省去了铝合金的时效处理工序，极大提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的结构图，其中保温壳、时效处理炉与固溶处理炉结构一致并未画出；

图2为本发明中关于端拾器的结构图；

图3为本发明中关于端拾器和保温壳的装配图；

图4为本发明中关于冷却系统的结构图；

图中，

1、夹钳；2、铝管；3、铝管固定座；4、纵梁；5、横梁；6、连接板； 7、固溶处理炉；8、热压压机；9、冲压模具；10、机械手；11、转运架；12、下模；13、保温壳。

具体实施方式

为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

如图1-4所示可知，本发明包括有：固溶处理炉7、转运装置、热压压机8、冲压模具9和时效处理炉，所述固溶处理炉7的出料端通过转运装置将经过加热的板料传输至热压压机8内，所述热压压机 8靠近固溶处理炉7的一侧通过机械手横梁5安装有机械手10，所述机械手10在固溶处理炉7、转运装置、热压压机8和时效处理炉之间来回运动，并将板料输送至冲压模具9的模具型腔内；

所述转运装置包括移送板料的转运架11、端拾器和安装在端拾器上的保温壳13，所述端拾器包括连接板6、纵梁4、铝管2、夹钳 1，所述连接板6的顶部安装在机械手10上，底部固定在一对平行的纵梁4上，所述铝管2垂直且穿设于纵梁4并通过铝管固定座3固定，所述铝管2的两端还安装有夹设板材的夹钳1。

在本实施中优选的，铝管2设置有两种，长铝杆和短铝杆，通过安装在长铝杆两端的夹钳1夹设板材的外周圈，通过安装在短铝杆两端的夹钳1夹设板材的内周圈。

在本实施中优选的，长铝杆等间距设置有三个，短铝杆等间距设置有两个，长铝杆和短铝杆间隔设置。

设置上述结构，由于板材是一个圆环，在移动运输的过程中，不仅要保证平稳传递，还要防止变形，因此设置有两种不同长短的铝杆来达到目的。

在本实施中优选的，保温壳13安装在纵梁4和横梁5的底部，且内部通过多个圆棒固定，所述保温壳13温度控制在200-300摄氏度，保温壳13内侧涂有热障涂层，并安装有温度传感器进行多点测温。

设置上述结构，目的是减少向保温盒散热，减少保温盒的加热功率，通过控制加热装置的开合状态和功率大小，来维持板料在设定的温度，提高结构件性能的稳定性。

在本实施中优选的，冲压模具9内设置有冷却系统，所述冷却系统包括设置在下模12内的冷却管，所述冷却管的两端穿设过下模12 且分别通过水阀控制进出水的量。

设置上述结构，在模具内增设冷却系统，其中冷却水路的温度为 0-50摄氏度，也是为了防止在热压压机成型过程中，因为温度过高而产生热应力变形。

在本实施中优选的，固溶处理炉7采用辊式加热炉或箱式加热炉，且装有循环风机，升温速率为25-200℃/min，最高加热温度为 400-700℃。

设置上述结构，如果采用辊式连续炉便于实现工业化批量生产，采用多层箱式炉则便于进行小批量试制。

在本实施中优选的，端拾器采用铝镁合金或碳纤维复合材料。

设置上述结构，消除大型航空构件因尺寸过大引起的端拾器惯性较大而抖动，提高板料的投料精准性。通过端拾器将板料从加热炉中取出，快速移动至模具上进行冲压成形。

一种航空铝合金温热成形自动化生产线的生产工艺，包括以下工序步骤：

步骤S1：固溶热处理：

板料在500-550℃的固溶加热炉内进行加热，保温10-50min，同时转运装置靠近固溶加热炉；

步骤S2：板料夹取：

经过步骤S1热处理后的板材，结合移动至炉口的转运装置，启动机械手，下降端拾器夹取板材，在0-10s内将板料夹起并投入保温壳；

步骤S3：板料转运并送入模具型腔

经过步骤S2后板料通过转运装置在1-20s内运动到冲压模具处，此时，机械夹手在0-5s内将铝合金板料转移至模具型腔中，转运装置从热压压机处退出，转运结束温度为450-500℃；

步骤S4：热冲压成型

经过步骤S3之后，热压机下行，模具在2-10s完成闭合，随后进行保压冷却；

其中第一段压机下行速度为250-500mm/s，第二段压机下行速度为50-100mm/s，其目的是通过控制成形速率，调控铝合金构件在成形过程中的动态回复和再结晶行为，并实现材料成形过程中的性能最优化；

步骤S5：模具保压冷却：

保压压力为2-15Mpa，保压时间为5-30s；

步骤S6：时效处理：

将板料转移至时效处理炉，加热温度为120-200℃，保温时间为 2-20，升温速率为5-15℃/min，降温速率为5-15℃/min；其目的是减少大型构件在升温和降温过程中发生变形。

上述实施例仅例示性说明本专利申请的原理及其功效，而非用于限制本专利申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本专利申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本专利申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本专利请的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于，包括固溶处理炉(7)、转运装置、热压压机(8)、冲压模具(9)和时效处理炉，所述固溶处理炉(7)的出料端通过转运装置将经过加热的板料传输至热压压机(8)内，所述热压压机(8)靠近固溶处理炉(7)的一侧通过机械手横梁(5)安装有机械手(10)，所述机械手(10)在固溶处理炉(7)、转运装置、热压压机(8)和时效处理炉之间来回运动，并将板料输送至冲压模具(9)的模具型腔内；

所述转运装置包括移送板料的转运架(11)、端拾器和安装在端拾器上的保温壳(13)，所述端拾器包括连接板(6)、纵梁(4)、铝管(2)、夹钳(1)，所述连接板(6)的顶部安装在机械手(10)上，底部固定在一对平行的纵梁(4)上，所述铝管(2)垂直且穿设于纵梁(4)并通过铝管固定座(3)固定，所述铝管(2)的两端还安装有夹设板材的夹钳(1)。

2.根据权利要求1所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述铝管(2)设置有两种，长铝杆和短铝杆，通过安装在长铝杆两端的夹钳(1)夹设板材的外周圈，通过安装在短铝杆两端的夹钳(1)夹设板材的内周圈。

3.根据权利要求2所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述长铝杆等间距设置有三个，短铝杆等间距设置有两个，长铝杆和短铝杆间隔设置。

4.根据权利要求3所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述保温壳(13)安装在纵梁(4)和横梁(5)的底部，且内部通过多个圆棒固定，所述保温壳(13)温度控制在200-300摄氏度，保温壳(13)内侧涂有热障涂层，并安装有温度传感器进行多点测温。

5.根据权利要求4所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述冲压模具(9)内设置有冷却系统，所述冷却系统包括设置在下模(12)内的冷却管，所述冷却管的两端穿设过下模(12)且分别通过水阀控制进出水的量。

6.根据权利要求5所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述固溶处理炉(7)采用辊式加热炉或箱式加热炉，且装有循环风机，升温速率为25-200℃/min，最高加热温度为400-700℃。

7.根据权利要求6所述的航空铝合金温热成形自动化生产线，其特征在于：所述端拾器采用铝镁合金或碳纤维复合材料。

8.一种航空铝合金温热成形自动化生产线的生产工艺，其特征在于，包括以下工序步骤：

步骤S1：固溶热处理：

板料在500-550℃的固溶加热炉内进行加热，保温10-50min，同时转运装置靠近固溶加热炉；

步骤S2：板料夹取：

经过步骤S1热处理后的板材，结合移动至炉口的转运装置，启动机械手，下降端拾器夹取板材，在0-10s内将板料夹起并投入保温壳；

步骤S3：板料转运并送入模具型腔：

经过步骤S2后板料通过转运装置在1-20s内运动到冲压模具处，此时，机械夹手在0-5s内将铝合金板料转移至模具型腔中，转运装置从热压压机处退出，转运结束温度为450-500℃；

步骤S4：热冲压成型：

经过步骤S3之后，热压机下行，模具在2-10s完成闭合，随后进行保压冷却；

其中第一段压机下行速度为250-500mm/s，第二段压机下行速度为50-100mm/s，其目的是通过控制成形速率，调控铝合金构件在成形过程中的动态回复和再结晶行为，并实现材料成形过程中的性能最优化；

步骤S5：模具保压冷却：

保压压力为2-15Mpa，保压时间为5-30s；

步骤S6：时效处理：

将板料转移至时效处理炉，加热温度为120-200℃，保温时间为2-20，升温速率为5-15℃/min，降温速率为5-15℃/min；其目的是减少大型构件在升温和降温过程中发生变形。

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