基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺
阅读说明：本技术 基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺 (Ultrahigh-strength aluminum alloy plate based on automobile thermal forming and preparation process thereof ) 是由 冯毅 黄光杰 黄利 宋磊峰 周毅 于 2021-08-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺,包括上层铝合金板和下层铝合金板,上层铝合金板和下层铝合金板的中间水平线位置上设置有中心衔接条,中心衔接条的两侧呈对称分布设置有配合衔接条,配合衔接条沿上层铝合金板和下层铝合金板的设置长度方向呈均匀分布,上层铝合金板和下层铝合金板中间位置沿中心衔接条和配合衔接条的轮廓线外侧设置有填充料。本发明采用摩擦焊接的方式组合两种特性的铝合金板以形成铝合金板材,结合其中的衔接条结构,提高整体稳定性,也降低了铝合金板材在热成型过程中的厚度损耗的问题,提高硬度的同时也提高了整体热塑性。(The invention discloses an ultrahigh-strength aluminum alloy plate based on automobile thermal forming and a preparation process thereof. The invention combines the aluminum alloy plates with two characteristics by adopting a friction welding mode to form the aluminum alloy plate, combines the connecting strip structure therein, improves the integral stability, also reduces the problem of thickness loss of the aluminum alloy plate in the hot forming process, improves the hardness and simultaneously improves the integral thermoplasticity.)
技术领域
本发明涉及热成型工艺技术领域，尤其涉及基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺。
背景技术
热成型是一种将具有一定热塑性的材料加工为较为特殊外形的生产工艺方法，传统上主要针对塑料加工的方式，但是也会体现在汽车外壳冲压成型的加工方式中。
目前为了降低汽车废气排放量，其中要求的一点就是汽车的轻量化，因此在汽车外壳上就具有一定的要求，目前所使用的大多为铝合金板材，铝合金板材具有如下的优点：密度小、强度高、导电导热性好、耐蚀性好、易加工等，所以可以取代传统汽车外壳所使用的材料。
在铝合金冲压热成型的过程中，因为铝合金材料具有不同程度的塑性，所以在热成型完成之后，加工后的产品会发生一定程度上的回弹形变量，例如产品上的某一位置的弯曲角度会发生改变，就会造成之后的整车装配过程中出现缝隙、无法匹配等影响组装的问题，此外，一整块铝合金板材在完成热成型后，产品的厚度会因为热成型过程中的弯折状况，厚度会发生一定程度上的缩水，就会存在影响硬度的问题，特别是对于车体上非常复杂的结构件，弯折面非常多，因此，为解决此类问题，我们提出基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
基于汽车热成型的超高强铝合金板材，包括上层铝合金板和下层铝合金板，所述上层铝合金板和下层铝合金板的中间水平线位置上设置有中心衔接条，所述中心衔接条的两侧呈对称分布设置有配合衔接条，所述配合衔接条沿上层铝合金板和下层铝合金板的设置长度方向呈均匀分布；
所述上层铝合金板和下层铝合金板中间位置沿中心衔接条和配合衔接条的轮廓线外侧设置有填充料，所述填充料为高纯铝金属粉末和混合添加粉末的组合物；
每个所述配合衔接条末端均开设有铆钉位，每个所述铆钉位上均设置有铆钉，每个所述铆钉依次贯穿下层铝合金板、配合衔接条、填充料和上层铝合金板；
所述下层铝合金板、配合衔接条、填充料和上层铝合金板之间相互接触且通过摩擦焊工艺形成超高强铝合金板材。
优选的，所述配合衔接条沿中心衔接条形状的设置方式包含有：X型两向交叉设置、单向位置靠近设置、单向位置远离设置以及单向位置相向设置。
优选的，所述上层铝合金板和下层铝合金板材沿竖直方向的设置方式分为如下部分：
A：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的外侧时，所述上层铝合金板的横截面积大于下层铝合金板的横截面积；
B：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的内侧时，所述上层铝合金板的横截面积小于下层铝合金板的横截面积。
基于汽车热成型的超高强铝合金板材的制备工艺，包括所述超高强铝合金板材在制备过程中沿上层铝合金板或下层铝合金板的设置长度依次设置有摩擦焊接工位、铆节定位工位以及入料工位，且所述超高强铝合金板材制备过程中的行进方向沿从入料工位到摩擦焊接工位的方向；
所述超高强铝合金板材的制备工艺中包含有板材型号类别以及填充料的选择、摩擦焊接工位的温度控制以及铆节定位工位的选择三个部分。
在板材型号类别以及填充料的选择部分中，按照设置方式A或设置方式B首先进行板材型号类别的选择，具体如下：
A1：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的外侧时，上层铝合金板的形变量大于内侧的下层铝合金板，所选的上层铝合金板的热塑性和厚度均大于下层铝合金板；
B1：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的内侧时，上层铝合金板的形变量小于外侧的下层铝合金板，所选的上层铝合金板的热塑性和厚度均小于于下层铝合金板。
所述摩擦焊接工位的温度控制部分中，摩擦焊接工位的温度不高于下层铝合金板或下层铝合金板的熔点温度，且所述摩擦焊接工位的温度按照设置方式A或设置方式B分为如下部分：
A2：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的外侧时，上层铝合金板的熔点大于下层铝合金板的熔点，此时的摩擦焊接工位的最大临界温度为下层铝合金板的熔点温度；
B2：在上层铝合金板位于超高强铝合金板材的内侧时，上层铝合金板的熔点小于下层铝合金板的熔点，此时的摩擦焊接工位的最大临界温度为上层铝合金板的熔点温度。
优选的，在A2和B2部分中，上层铝合金板与下层铝合金板的熔点之差的绝对值范围为：50-100度。
优选的，所述铆节定位工位的选择以配合衔接条设置方式：X型两向交叉设置、单向位置靠近设置、单向位置远离设置以及单向位置相向设置四种方式进行铆接位置选择，通过铆钉加固上层铝合金板和下层铝合金板。
所述超高强铝合金板的制备工艺的步骤包括如下部分：
Z1：确认上层铝合金板和下层铝合金板的设置位置，并在上层铝合金板和下层铝合金板设置好中心衔接条和配合衔接条，并确认好配合衔接条的设置方式；
Z2：将上层铝合金板和下层铝合金板一端固定在牵引装置中，并使上层铝合金板和下层铝合金板分别穿过摩擦焊机的活动工位处和铆接机的活动工位处，并且在上层铝合金板和下层铝合金板的入料工位添加填充料；
Z3：在牵引机的作用，带动上层铝合金板和下层铝合金板同时沿向摩擦焊接工位处移动，直至移动到对应位置后，牵引机停止运动，而摩擦焊机对摩擦焊接工位处的上层铝合金板和下层铝合金板同时摩擦升温，使填充料完全融化，使下层铝合金板、配合衔接条、填充料和上层铝合金板相熔合；
Z4：在Z3步骤进行的同时，铆接机对铆节定位工位进行铆钉铆接，再次按照Z2和Z3步骤循环进行。
本发明提出的基于汽车热成型的超高强铝合金板材及其制备工艺，有益效果在于：
1、该发明中涉及到一种超高强合金板材用于汽车热成型，与传统铝合金板材相比较，本发明中的超高强合金板由两个铝合金板通过摩擦焊接的方式融合组成，并在两个铝合金板的中间位置设置好衔接条，起到了加固铝合金内部的结构，具有较高的热塑性和强度；
2、在选择铝合金种类、填充料种类以及衔接条的种类过程中，结合摩擦焊接过程中的温度变化，使铝合金的熔点大于摩擦焊接的温度，而使填充料和衔接条与摩擦焊接的温度相互匹配，从而是两个铝合金板、填充料和衔接条可以更好的熔合接触，使其成为一个完整的铝合金板材；
3、此外，结合超高强铝合金板材的使用用途，预设好铝合金板的设置位置、设置面积，以其中一个铝合金板作为主要形变量结构，另外一个铝合金板为次要形变量结构，在成型过程中，可以减少形变过程中的厚度损失和硬度损失，并可以大幅度降低成型之后的形变回弹量。
附图说明
图1为本发明提出的基于汽车热成型的超高强铝合金板材的结构示意图；
图2为本发明提出的基于汽车热成型的超高强铝合金板材的剖切图；
图3为本发明提出的基于汽车热成型的超高强铝合金板材的制备工艺的工位行进图。
图中：1、上层铝合金板；2、下层铝合金板；3、铆钉；401、中心衔接条；402、配合衔接条；5、填充料；6、摩擦焊接工位；7、铆节定位工位；8、入料工位；9、铆钉位。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1
参照图1和图2，基于汽车热成型的超高强铝合金板材，包括上层铝合金板1和下层铝合金板2，上层铝合金板1和下层铝合金板2的中间水平线位置上设置有中心衔接条401，中心衔接条401的两侧呈对称分布设置有配合衔接条402，配合衔接条402沿上层铝合金板1和下层铝合金板2的设置长度方向呈均匀分布；
上层铝合金板1和下层铝合金板2中间位置沿中心衔接条401和配合衔接条402的轮廓线外侧设置有填充料5，填充料5为高纯铝金属粉末和混合添加粉末的组合物；
每个配合衔接条402末端均开设有铆钉位9，每个铆钉位9上均设置有铆钉3，每个铆钉3依次贯穿下层铝合金板2、配合衔接条402、填充料5和上层铝合金板1；
下层铝合金板2、配合衔接条402、填充料5和上层铝合金板1之间相互接触且通过摩擦焊工艺形成超高强铝合金板材。
配合衔接条402沿中心衔接条401形状的设置方式包含有：X型两向交叉设置、单向位置靠近设置、单向位置远离设置以及单向位置相向设置。
上层铝合金板1和下层铝合金板材2沿竖直方向的设置方式分为如下部分：
A：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的外侧时，上层铝合金板1的横截面积大于下层铝合金板2的横截面积；
B：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的内侧时，上层铝合金板1的横截面积小于下层铝合金板2的横截面积。
实施例2
基本如图3所示，基于汽车热成型的超高强铝合金板材的制备工艺，超高强铝合金板材在制备过程中沿上层铝合金板1或下层铝合金板2的设置长度依次设置有摩擦焊接工位6、铆节定位工位7以及入料工位8，且超高强铝合金板材制备过程中的行进方向沿从入料工位8到摩擦焊接工位6的方向；
超高强铝合金板材的制备工艺中包含有板材型号类别以及填充料5的选择、摩擦焊接工位6的温度控制以及铆节定位工位7的选择三个部分。
在板材型号类别以及填充料5的选择部分中，按照设置方式A或设置方式B首先进行板材型号类别的选择，具体如下：
A1：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的外侧时，上层铝合金板1的形变量大于内侧的下层铝合金板2，所选的上层铝合金板1的热塑性和厚度均大于下层铝合金板2；
B1：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的内侧时，上层铝合金板1的形变量小于外侧的下层铝合金板2，所选的上层铝合金板1的热塑性和厚度均小于于下层铝合金板2。
摩擦焊接工位6的温度控制部分中，摩擦焊接工位6的温度不高于下层铝合金板2或下层铝合金板1的熔点温度，且摩擦焊接工位6的温度按照设置方式A或设置方式B分为如下部分：
A2：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的外侧时，上层铝合金板1的熔点大于下层铝合金板2的熔点，此时的摩擦焊接工位6的最大临界温度为下层铝合金板2的熔点温度；
B2：在上层铝合金板1位于超高强铝合金板材的内侧时，上层铝合金板1的熔点小于下层铝合金板2的熔点，此时的摩擦焊接工位6的最大临界温度为上层铝合金板1的熔点温度。
在A2和B2部分中，上层铝合金板1与下层铝合金板2的熔点之差的绝对值范围为：50-100度。
铆节定位工位7的选择以配合衔接条402设置方式：X型两向交叉设置、单向位置靠近设置、单向位置远离设置以及单向位置相向设置四种方式进行铆接位置选择，通过铆钉3加固上层铝合金板1和下层铝合金板2。
超高强铝合金板的制备工艺的步骤包括如下部分：
Z1：确认上层铝合金板1和下层铝合金板2的设置位置，并在上层铝合金板1和下层铝合金板2设置好中心衔接条401和配合衔接条402，并确认好配合衔接条402的设置方式；
Z2：将上层铝合金板1和下层铝合金板2一端固定在牵引装置中，并使上层铝合金板1和下层铝合金板2分别穿过摩擦焊机的活动工位处和铆接机的活动工位处，并且在上层铝合金板1和下层铝合金板2的入料工位8添加填充料5；
Z3：在牵引机的作用，带动上层铝合金板1和下层铝合金板2同时沿向摩擦焊接工位6处移动，直至移动到对应位置后，牵引机停止运动，而摩擦焊机对摩擦焊接工位6处的上层铝合金板1和下层铝合金板2同时摩擦升温，使填充料5完全融化，使下层铝合金板2、配合衔接条402、填充料5和上层铝合金板1相熔合；
Z4：在Z3步骤进行的同时，铆接机对铆节定位工位7进行铆钉3铆接，再次按照Z2和Z3步骤循环进行。
本发明中，首先预设好上层铝合金板1和下层铝合金板2的设置方式和设置面积，以确认上侧铝合金板1是作为外层结构使用还是内层结构使用；
在确认好设置方式后，将上层铝合金板1和下层铝合金板2分别穿过铆接机的铆接工位、摩擦焊接的焊接工位上，并使其一端设置在牵引机上；
然后根据所选择的上层铝合金板1和下层铝合金板2的熔点温度，再次确认好填充料5、中心衔接条401和配合衔接条402的熔点温度以及摩擦焊接工位6处的摩擦温度，使摩擦温度大于填充料5、中心衔接条401和配合衔接条402的熔点温度，且低于上层铝合金板1和下层铝合金板2的熔点温度；
以及确认好配合衔接条402的设置方式，并在入料工位8向上层铝合金板1和下层铝合金板2的中间位置注入填充料5；
最后启动牵引机、摩擦焊机和铆接机，在牵引机的作用下，带动上层铝合金板1和下层铝合金板2的同时移动，直至移动到摩擦焊机上的摩擦痕接工位6处，此时牵引机停止运行，而铆接机首先启动，对一端位置上的铆钉位9打入铆钉3进行铆接，完成对上层铝合金板1、中心衔接条401、配合衔接条402、下层铝合金板2的贴合；
在摩擦焊机的作用，随着摩擦运动，摩擦焊接工位7处的温度逐渐升高，使填充料5完全熔化，而上层铝合金板1和下层铝合金板2均处于半熔化状态，使上层铝合金板1、中心衔接条401、配合衔接条402、下层铝合金板2完全熔合，直至冷却后，形成新的铝合金板材。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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