專利名稱：鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁合金加工的方法，特別是鋁合金中厚板預拉伸后鋸切區(qū)殘余應力的消減方法。
背景技術：
鋁合金厚板是一種用量較大，加工技術高度集中的新型關鍵性材料。鋁合金厚板大多應用于航天航空業(yè)。這主要是因為厚板的制造的關鍵設備熱軋機的昂貴，以及厚板后期處理難度較大。在幾年前，我國鮮有企業(yè)能夠生產鋁合金厚板，大多數(shù)厚板都依賴進口。 這導致了厚板在我國發(fā)展應用緩慢。但是，近幾年，隨著企業(yè)不斷發(fā)展壯大，特別是熱軋機， 拉伸機的國產化，使得我們的厚板生產蓬勃發(fā)展。鋁合金厚板的價格不斷下降。推動了鋁合金厚板在交通、輕工業(yè)等眾多工業(yè)部門廣泛應用。例如鋁合金厚板廣泛的應用在汽車方面，有效的降低了整車重量，使汽車向輕型化、更安全、更省油更環(huán)保的方向發(fā)展。降低鋁合金厚板成本是推動鋁合金在各行業(yè)發(fā)展的重要因素，也是企業(yè)搶占市場先機的保障。預拉伸工藝是消除鋁合金厚板淬火殘余應力的重要手段，當拉伸量選擇合適，殘余應力的消除高達90%以上。但是鋁合金厚板鉗口夾持區(qū)以及過渡區(qū)域的殘余應力是無法消減的，使得這部分區(qū)域不得不切除。據(jù)某鋁廠數(shù)據(jù)顯示，鋁合金厚板在預拉伸工藝后鋸切率高達25% 以上。這是目前制約鋁合金厚板成本的重要因素，也從而限制了厚板的推廣和應用。但是國內外對預拉伸工藝鉗口夾持區(qū)和過渡區(qū)域殘余應力的研究報道極少，更未見針對相關區(qū)域殘余應力消除的工藝。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金中厚板預拉伸方法后鋸切區(qū)殘余應力消減方法。 通過新型輔助工藝降低平均鋸切率，從而降低鋁合金的生產成本，推進其在各領域的廣泛應用。本發(fā)明的技術方案為鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法，其步驟為1、首先，測試統(tǒng)計出鋁合金厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；殘余應力測試選用業(yè)內測量技術成熟的半破壞法-鉆孔法，使用的標準為ANSI/ASTM E 837-2001采用鉆孔應變測量法測定剩余應力的試驗方法；2、根據(jù)測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使用計算機模擬，采用通用的有限元方法，預測生產中的鋁合金厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；3、使用機械沖擊裝置，通過電磁鐵吸放小錘進行錘擊，并有同步控制器控制，達到機械振動的效果；4、測試激振后的預拉伸板殘余應力過渡區(qū)域的殘余應力分布特點，評價鋸切區(qū)域。機械沖擊裝置左右位置成對稱分布；但是每邊的機械振動發(fā)生裝置位置不是嚴格等距； 機械振動同步輸出控制。
3
5、根據(jù)計算機模擬效果為依據(jù)，對割切區(qū)域進行鋸切，并保留5%的誤差。以上所述的機械沖擊裝置使用錘擊頻率l_3kHz，錘擊力500-800N，加熱溫度 IOO0C _200°C，振動時間5-lOmin。錘擊工作頻率< 3Wiz，避免出現(xiàn)共振，影響到拉伸區(qū)。先期效果由半破壞式應力檢測方法-鉆孔法得出；后期生產中可以由前期數(shù)據(jù)， 通過有計算機模擬出。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明優(yōu)點本機械振動器，設備操作簡單，工藝步驟簡單，能耗低，效果好，適用厚板特厚板局部應力集中的消減。


圖1本發(fā)明文中所指的鋁合金厚板夾具區(qū)域、過渡區(qū)域、拉伸區(qū)域示意圖。圖2本發(fā)明機械振動裝置安裝測試示意圖。圖3本發(fā)明機械振動裝置放置示意圖。圖4本發(fā)明機械振動裝置內部工作原理圖。圖1中1――夾具夾持區(qū)域，2――過渡區(qū)域，3――拉伸區(qū)域圖2中4機械振動發(fā)生裝置，5機械振動同步輸出控制器圖3中1夾具夾持區(qū)域，2過渡區(qū)域，4機械振動發(fā)生裝置圖4中6――電阻加熱器，7――T型錘，8――電磁發(fā)生器
具體實施例方式1.參見圖1，基于前期數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為計算機模擬提供邊界條件，模擬確認鋁合金中厚板夾具夾持區(qū)域1、過渡區(qū)域2、拉伸區(qū)域3。拉伸區(qū)域3的殘余應力消除效果較好，過渡區(qū)域2和夾具夾持區(qū)域1都是以前要被切除的區(qū)域，統(tǒng)稱為鋸切區(qū)域。確定這塊區(qū)域，為后期區(qū)部振動消減殘余應力做準備。2.參見圖2，布置機械振動發(fā)生裝置4。左右位置成對稱分布。但是每邊的機械振動發(fā)生裝置4位置不是嚴格等距。機械振動同步輸出控制；使用錘擊頻率l_3kHz，錘擊力 500-800N，加熱溫度100°C _200°C，振動時間5-10min。錘擊工作頻率< 3Wiz，避免出現(xiàn)共振，影響到拉伸區(qū)。3.參見圖3，布局機械振動發(fā)生裝置4。裝置位置遠離拉伸區(qū)，靠近夾具夾持區(qū)域 1，振動源位置最后是要被鋸切掉，3個裝置分布位置約有特色，稍有偏離等距，更好的產生均勻振動。4.先期效果由半破壞式應力檢測方法-鉆孔法得出。采用電阻加熱器6和T型錘 7，后期生產中可以由前期數(shù)據(jù)，通過有限元軟件模擬出。5.根據(jù)計算機模擬效果為依據(jù)，進行鋸切，并保留5%的誤差。本發(fā)明的工作原理是在本發(fā)明之前的預拉伸工藝，通過一定拉伸量的塑性變形， 使得厚板內部沿厚度在軋制方向上的殘余應力重新分布，趨向均勻，達到消除殘余應力的目的。但是夾具區(qū)域內金屬被夾具制約而導致變形困難，根據(jù)塑性金屬學原理，拉伸區(qū)域的變形較均勻，由于變形的協(xié)調性，拉伸區(qū)和夾具區(qū)會出現(xiàn)一個難變形區(qū)域和均勻變形區(qū)域的過渡區(qū)域。這就造成了大量殘余應力在過渡區(qū)域。不得不在后期被鋸切掉。而我們使用電磁機械振動器，針對過渡區(qū)域施加振動動應力。對過渡區(qū)施加一定的交變應力。當交變
4應力與過渡區(qū)殘余應力之和達到材料的屈服極限，將發(fā)生塑性變形，使得區(qū)域的約束變形得以釋放，從而降低了區(qū)域內的殘余應力。電磁振動器振動效果要優(yōu)于其他形式振動器，方便調節(jié)頻率和強度，并且獨處的對鐵錘事先預熱，保溫，使得在錘擊起振時，能夠起到更好的效果。但是振動強，在振源處容易對材料力學性能造成影響。因此振源遠離拉伸區(qū)，在后期被鋸切掉，不帶入負面影響。
權利要求
1.鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法，其特征在于所述步驟為(1)測試統(tǒng)計出鋁合金厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；(2)根據(jù)測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使用計算機模擬，采用通用的有限元方法預測生產中的鋁合金厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；(3)使用機械沖擊裝置，通過電磁鐵吸放小錘進行錘擊，并有同步控制器控制，達到機械振動的效果；(4)測試激振后的預拉伸板殘余應力過渡區(qū)域的殘余應力分布特點，評價鋸切區(qū)域。
2.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法，其特征在于所述機械沖擊裝置左右位置成對稱分布，每邊的機械振動發(fā)生裝置位置等距或不等距；機械振動同步輸出控制。
3.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法， 其特征在于使用錘擊頻率l_3kHz，錘擊力500-800N，加熱溫度100°C _200°C，振動時間 5-10min ；錘擊工作頻率< 3Wiz，避免出現(xiàn)共振，影響到拉伸區(qū)。
4.根據(jù)權利要求1所述的鋁合金厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法，其特征在于根據(jù)計算機模擬效果為依據(jù)，對割切區(qū)域進行鋸切，并保留5%的誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金中厚板預拉伸后鋸切區(qū)機械振動消減殘余應力方法，所述步驟為1、基于前期數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為計算機模擬提供邊界條件，模擬確認鋁合金中厚板夾具夾持區(qū)域、拉伸區(qū)域；測試統(tǒng)計出鋁合金中厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；2、根據(jù)測試統(tǒng)計數(shù)據(jù)，使用計算機模擬預測生產中的鋁合金中厚板預拉伸工序后殘余應力過渡區(qū)域；3、使用的機械振動源；并在過渡區(qū)域布置機械振動發(fā)生器，使得機械沖擊力能均勻作用在中厚板過渡區(qū)表面；4、再使用控制器，同步控制機械振子，使其同步輸出；5、測試過渡區(qū)域的殘余應力分布特點，結合計算機模擬分析，評價鋸切區(qū)域。
文檔編號C22F3/00GK102226258SQ20111011697
公開日2011年10月26日 申請日期2011年5月6日 優(yōu)先權日2011年5月6日
發(fā)明者嚴涓逢, 劉俊生, 周智輝, 李吉剛, 林卓毅, 陳海紅, 黎冬容 申請人:廣西南南鋁加工有限公司