本發(fā)明涉及金屬表面加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種提高鋁合金板材深沖性能的加工方法。

背景技術(shù)：

鋁合金板是一種工業(yè)建材，根據(jù)材質(zhì)的不同用于各個(gè)行業(yè)。鋁合金板材根據(jù)需要通過(guò)深沖加工可制得深沖件。

金屬深沖過(guò)程中板材與凸模邊沿直接接觸的背面部分受到強(qiáng)烈拉應(yīng)力作用，此處為深沖時(shí)的應(yīng)力最集中處，沖壓減薄率高，極易萌生裂紋導(dǎo)致深沖開(kāi)裂。

深沖開(kāi)裂的原因有很多，板材的晶體取向、晶粒度等內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)均對(duì)其產(chǎn)生影響。目前鋁合金板材主要通過(guò)同步軋制的熱軋-冷軋生產(chǎn)，主要形成以β類(lèi)織構(gòu)，經(jīng)過(guò)熱處理后形成以立方織構(gòu)為主的再結(jié)晶織構(gòu)。上述兩類(lèi)織構(gòu)的塑性應(yīng)變比低，減薄效應(yīng)明顯，是造成鋁合金板材深沖開(kāi)裂的主要原因。另一方面，板材晶粒粗大時(shí)其塑性差，裂紋容易萌生、擴(kuò)展，同樣會(huì)導(dǎo)致板材深沖失穩(wěn)。

綜上所述，如何有效地解決鋁合金板材深沖性能較差易起皺、減薄、開(kāi)裂等問(wèn)題，是目前本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，該加工方法可以有效地解決鋁合金板材深沖性能較差易起皺、減薄、開(kāi)裂的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，包括步驟：

以深沖時(shí)與鋁合金板材接觸的凸模的外緣輪廓為加工路徑，對(duì)所述鋁合金板材的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工；

利用所述凸模對(duì)所述鋁合金板材進(jìn)行深沖，且控制攪拌摩擦加工區(qū)域與所述凸模的外緣對(duì)準(zhǔn)。

優(yōu)選地，上述提高鋁合金板材深沖性能的加工方法中，所述對(duì)所述鋁合金板材的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工，具體包括：

對(duì)所述鋁合金板材的背面進(jìn)行以所述加工路徑為中線、預(yù)設(shè)寬度值為環(huán)寬的攪拌摩擦加工。

優(yōu)選地，上述提高鋁合金板材深沖性能的加工方法中，所述預(yù)設(shè)寬度值大于所述凸模的外緣處倒圓角的弧長(zhǎng)。

優(yōu)選地，上述提高鋁合金板材深沖性能的加工方法中，所述凸模的外緣為圓形、正方形或五角形。

優(yōu)選地，上述提高鋁合金板材深沖性能的加工方法中，其特征在于，所述進(jìn)行攪拌摩擦加工，具體包括：

采用具有攪拌針及軸肩的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦加工，且所述軸肩的攪拌面呈圓形。

優(yōu)選地，上述提高鋁合金板材深沖性能的加工方法中，所述軸肩的直徑大于所述凸模的外緣處倒圓角的弧長(zhǎng)。

應(yīng)用本發(fā)明提供的提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，以深沖時(shí)與鋁合金板材接觸的凸模的外緣為加工路徑，對(duì)鋁合金板材的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工；再利用上述凸模對(duì)鋁合金板材進(jìn)行深沖，且控制攪拌摩擦加工區(qū)域與凸模的外緣對(duì)準(zhǔn)。也就是對(duì)在凸模外緣直接作用的板材背面進(jìn)行局部加工，形成一個(gè)封閉的攪拌摩擦加工區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)由于攪拌頭所引入的強(qiáng)剪切形變促使板材形成強(qiáng){111}面織構(gòu)，{111}晶面為鋁合金晶體的密排面，具有各向同性及高塑性應(yīng)變比等優(yōu)良成形性能。研究表明當(dāng)該晶面平行于板材軋面時(shí)能夠有效改善鋁合金板材在沖壓過(guò)程中發(fā)生厚度減薄，從而防止深沖開(kāi)裂。同時(shí)，攪拌頭促使加工區(qū)產(chǎn)生的劇烈塑性變形能夠使板材超細(xì)晶化，形成超細(xì)的等軸晶粒。因而，通過(guò)攪拌摩擦加工能夠有效抵抗沖壓過(guò)程中的減薄效應(yīng)及裂紋萌生，以局部加工的方式對(duì)深沖過(guò)程中板材的應(yīng)力最集中處進(jìn)行改性，提高鋁合金板材單道次深沖量。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的提高鋁合金板材深沖性能的加工方法的流程示意圖；

圖2為凸模的深沖結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為鋁合金板材背面的一種攪拌摩擦加工區(qū)域的示意圖；

圖4為鋁合金板材背面的另一種攪拌摩擦加工區(qū)域的示意圖；

圖5為常規(guī)鋁合金板材111極圖；

圖6為經(jīng)攪拌摩擦處理鋁合金板材111極圖。

附圖中標(biāo)記如下：

凸模1，鋁合金板材2，攪拌摩擦加工區(qū)域21。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，以提高鋁合金板材深沖性能，避免其起皺、減薄、開(kāi)裂。

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-圖4，圖1為本發(fā)明一個(gè)具體實(shí)施例的提高鋁合金板材深沖性能的加工方法的流程示意圖；圖2為凸模的深沖結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為鋁合金板材背面的一種攪拌摩擦加工區(qū)域的示意圖；圖4為鋁合金板材背面的另一種攪拌摩擦加工區(qū)域的示意圖。

在一個(gè)具體實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，包括以下步驟：

s1：以深沖時(shí)與鋁合金板材2接觸的凸模1的外緣輪廓為加工路徑，對(duì)鋁合金板材2的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工；

根據(jù)鋁合金板材2需成型的沖壓制品選擇合適的凸模1，以凸模1的外緣輪廓為攪拌摩擦加工的加工路徑，也就是以沖壓制品的邊緣輪廓為加工路徑，對(duì)鋁合金板材2的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工。具體的，凸模1的外緣可以為圓形、正方形或五角形等形狀，相應(yīng)的能夠沖壓出內(nèi)外輪廓呈圓形、正方形或五角形的鋁合金件，則加工路徑對(duì)應(yīng)的分別為尺寸一致的圓形、正方形及五角形，通過(guò)攪拌摩擦加工出圓環(huán)形的攪拌摩擦加工區(qū)域21、四方狀環(huán)形的攪拌摩擦加工區(qū)域21，或者五角形狀環(huán)形的攪拌摩擦加工區(qū)域21。

s2：利用凸模1對(duì)鋁合金板材2進(jìn)行深沖，且控制攪拌摩擦加工區(qū)域21與凸模1的外緣對(duì)準(zhǔn)。

也即是將凸模1的外緣對(duì)準(zhǔn)攪拌摩擦加工區(qū)域21進(jìn)行深沖，如凸模1的外緣輪廓為圓形時(shí)，則對(duì)應(yīng)攪拌摩擦加工區(qū)域21為圓環(huán)形，將凸模1邊緣對(duì)準(zhǔn)圓環(huán)形區(qū)域進(jìn)行深沖。與凸模1邊沿直接接觸的背面部分雖受到強(qiáng)烈拉應(yīng)力作用，但由于其經(jīng)過(guò)攪拌摩擦加工，攪拌頭所引入的強(qiáng)剪切形變促使板材形成強(qiáng){111}面織構(gòu)以及超細(xì)的等軸晶粒，因而不易在深沖時(shí)產(chǎn)生裂紋。

應(yīng)用本發(fā)明提供的提高鋁合金板材深沖性能的加工方法，以深沖時(shí)與鋁合金板材2接觸的凸模1的外緣為加工路徑，對(duì)鋁合金板材2的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工；再利用上述凸模1對(duì)鋁合金板材2進(jìn)行深沖，且控制攪拌摩擦加工區(qū)域21與凸模1的外緣對(duì)準(zhǔn)。也就是對(duì)在凸模1外緣直接作用的板材背面進(jìn)行局部加工，形成一個(gè)封閉的攪拌摩擦加工區(qū)域21，該區(qū)域內(nèi)由于攪拌頭所引入的強(qiáng)剪切形變促使板材形成強(qiáng){111}面織構(gòu)，{111}晶面為鋁合金晶體的密排面，具有各向同性及高塑性應(yīng)變比等優(yōu)良成形性能。研究表明當(dāng)該晶面平行于板材軋面時(shí)能夠有效改善鋁合金板材2在沖壓過(guò)程中發(fā)生厚度減薄，從而防止深沖開(kāi)裂。同時(shí)，攪拌頭促使加工區(qū)產(chǎn)生的劇烈塑性變形能夠使板材超細(xì)晶化，形成超細(xì)的等軸晶粒。因而，通過(guò)攪拌摩擦加工能夠有效抵抗沖壓過(guò)程中的減薄效應(yīng)及裂紋萌生，以局部加工的方式對(duì)深沖過(guò)程中板材的應(yīng)力最集中處進(jìn)行改性，提高鋁合金板材2單道次深沖量。

具體的，上述步驟s1中對(duì)鋁合金板材2的背面進(jìn)行攪拌摩擦加工，具體包括：

對(duì)鋁合金板材2的背面進(jìn)行以加工路徑為中線、預(yù)設(shè)寬度值為環(huán)寬的攪拌摩擦加工。

如加工路徑為圓形，則以該圓形為中線，預(yù)設(shè)寬度值為環(huán)寬進(jìn)行攪拌摩擦加工，從而加工出以該圓形為中線，預(yù)設(shè)寬度為環(huán)寬的圓環(huán)形攪拌摩擦加工區(qū)域21。通過(guò)將加工路徑作為中線使得深沖過(guò)程中應(yīng)力最集中區(qū)域抗變形能力能夠有效被增強(qiáng)，防止裂紋萌生。當(dāng)然，根據(jù)需要也可以適度調(diào)整加工路徑兩側(cè)對(duì)應(yīng)的攪拌摩擦加工區(qū)域21的寬度。

進(jìn)一步地，上述預(yù)設(shè)寬度值大于凸模1的外緣處倒圓角的弧長(zhǎng)。通常凸模1的外緣處為倒圓角，預(yù)設(shè)寬度值大于倒圓角的弧長(zhǎng)，也就是攪拌摩擦加工區(qū)域21的寬度大于倒圓角的長(zhǎng)度，從而有效保證對(duì)應(yīng)倒圓角處鋁合金板材2被增強(qiáng)，以達(dá)到對(duì)深沖過(guò)程中應(yīng)力集中區(qū)成形性能的改進(jìn)。

凸模1的外緣處為倒圓角時(shí)，優(yōu)選的以倒圓角的對(duì)應(yīng)45°處的輪廓作為加工路徑，以大于其弧長(zhǎng)的寬度作為環(huán)寬進(jìn)行攪拌摩擦加工。

在上述各實(shí)施例中，步驟s1中的進(jìn)行攪拌摩擦加工，具體包括：

采用具有攪拌針及軸肩的攪拌頭進(jìn)行攪拌摩擦加工，且軸肩的攪拌面呈圓形。一般的，攪拌針位于攪拌面的圓心處。攪拌針的主要作用是使材料在過(guò)程中充分?jǐn)嚢?，同時(shí)控制攪拌工具周?chē)牧系牧鲃?dòng)方向。軸肩在過(guò)程中主要有兩個(gè)作用：一是與工件表面摩擦產(chǎn)生熱量；二是提供自封閉的環(huán)境，防止塑化的金屬?gòu)臄嚢鑵^(qū)溢出。軸肩的攪拌面呈圓形，也就是提供圓形范圍的自封閉環(huán)境，并與工件表面摩擦產(chǎn)生熱量。優(yōu)選的，預(yù)設(shè)加工寬度值為軸肩寬度。上述結(jié)構(gòu)的攪拌頭便于以與凸模1外緣輪廓為加工路徑進(jìn)行加工，形成對(duì)應(yīng)的強(qiáng)化區(qū)域。根據(jù)需要，也可以通過(guò)其他常規(guī)的攪拌摩擦裝置進(jìn)行加工。

進(jìn)一步地，軸肩的直徑大于凸模1的外緣處倒圓角的弧長(zhǎng)。從而當(dāng)攪拌針沿加工路徑移動(dòng)時(shí)，軸肩作用于鋁合金板材2的寬度大于倒圓角的弧長(zhǎng)，從而形成寬大大于倒圓角弧長(zhǎng)的攪拌摩擦加工區(qū)域21。根據(jù)需要也可以調(diào)整軸肩的直徑，以滿足不同的加工寬度的要求。或者也可以通過(guò)多次加工，以滿足對(duì)應(yīng)寬度攪拌摩擦加工區(qū)域21的要求。

請(qǐng)參閱圖2-圖3，圖2為凸模1的深沖結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為鋁合金板材2背面的一種攪拌摩擦加工區(qū)域21的示意圖；在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，凸模1形狀為圓形，根據(jù)凸模1形狀確定攪拌摩擦加工的加工路徑為圓形，利用攪拌摩擦加工機(jī)器沿著該加工路徑對(duì)鋁合金板材2背面進(jìn)行攪拌摩擦加工，再利用該凸模1對(duì)攪拌摩擦加工后的板材進(jìn)行深沖，其中凸模1外緣與攪拌摩擦加工路徑相對(duì)準(zhǔn)。凸模1形狀為方形，相應(yīng)的加工路徑為方形，進(jìn)行攪拌摩擦加工后攪拌摩擦加工區(qū)域21如圖4所示。

請(qǐng)參閱圖5及圖6，圖5為常規(guī)鋁合金板材111極圖；圖6為經(jīng)攪拌摩擦處理鋁合金板材111極圖。如圖所示，常規(guī)鋁合金板材幾乎不含有{111}面織構(gòu)(如圖5所示)，因此，鋁合金成形性能較低。而經(jīng)過(guò)本申請(qǐng)攪拌摩擦處理后鋁合金的{111}面織構(gòu)含量顯著提高(如圖6所示)，從而有利于提高鋁合金成形性能。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。