本發明屬于沖擠成形技術領域，具體涉及一種鋁合金盤轂類零件攪拌摩擦沖擠成形方法。

背景技術：

盤轂類零件加工一般使用沖擠成形工藝，沖擠成形是對凹模內的金屬坯料施加外力而獲得所需形狀和尺寸的一種塑性加工方法。摩擦是影響制品性能的重要因素，在沖擠過程中，摩擦起阻礙作用，在沖擠過程中容易產生流動缺陷，且消耗大量沖擠能，影響工件成形質量。傳統改善沖擠成形過程中金屬流動的辦法是通過優化工藝參數，從而宏觀改善金屬的流動行為，但這并不能從根本上防止缺陷的產生；且坯料與模具件摩擦力消耗了大量的沖擠能，特別對于低塑性金屬材料的成形，生產效率極低。

攪拌摩擦加工技術(Friction Stir Processing，簡稱FSP)是在攪拌摩擦焊(Friction Stir Welding，簡稱FSW)的基礎上發展而來的。其基本思想是，利用攪拌頭所造成加工區材料的劇烈塑性變形、混合、破碎和熱暴露，實現微觀結構的致密化、均勻化和細化。采用該技術制備晶粒尺寸為納米級的細晶鋁合金，其強度和塑性都得到很大提高。FSP對材料的微觀結構改性，包括細化基體晶粒、打碎枝晶和第二相、消除鑄造孔洞缺陷等，從而提高材料的強度、顯微硬度、疲勞性能和耐腐蝕性能。

技術實現要素：

基于將FSP應用于鋁合金盤轂類零件沖擠成形的思想，本發明的目的在于提供一種鋁合金盤轂類零件攪拌摩擦沖擠成形方法，它可以有效地改善金屬的流動行為，使金屬塑性提高并能細化金屬晶粒，改善金屬組織，使變形均勻并降低性能各向異性，提高金屬性能以及成形質量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種鋁合金盤轂類零件攪拌摩擦沖擠成形方法，包括以下步驟：

S1、設計與鋁合金盤轂類零件相適配的凹模和沖頭，將凹模固定安裝在工作臺上，將沖頭設置在凹模的上方，所述沖頭與動力源連接，且可在動力源驅動下做軸向進給運動以及繞軸線做高速旋轉運動，所述凹模的底部安裝有用于頂出凹模內工件的頂桿；

S2、將制備好的鋁合金坯料加熱至固溶溫度470～550℃，然后迅速轉移至凹模模腔內；

S3、啟動動力源，驅動沖頭朝著鋁合金坯料做進給運動以及高速旋轉運動，從沖頭接觸鋁合金坯料表面開始至沖頭的進給深度為0.1mm-2mm時，停止進給運動，僅驅動沖頭對鋁合金坯料做高速旋轉運動，對鋁合金坯料進行摩擦攪拌加載，當鋁合金坯料溫度升高至350-450℃時，驅動沖頭同時對鋁合金坯料做進給運動和高速旋轉運動，通過主動摩擦攪拌作用促使鋁合金坯料產生軸向壓縮和切向剪切變形，細化晶粒，同時產生大量摩擦熱能，使鋁合金坯料保持在350-450℃的最佳沖擠成形溫度區間，提高鋁合金塑性與成形性能，形成鋁合金盤轂類工件；

S4、將工件置于水池進行淬火處理，對淬火后的工件切邊整形，最后對其進行時效處理得到成形零件。

按上述技術方案，在步驟S3中，所述沖頭的進給速度是0.1～10mm/s，其旋轉速度為50～1200r/min。

按上述技術方案，所述沖頭接觸鋁合金坯料后初始進給深度為0.1～2mm，旋轉速度為300～1200r/min。

按上述技術方案，所述動力源為液壓機，所述液壓機的主軸與沖頭連接。

本發明，具有以下有益效果：本發明通過動力源使沖頭產生進給運動和旋轉運動，一方面，可以在對坯料高度方向施加壓力的同時，通過主動摩擦作用促使變形體產生軸向壓縮和切向剪切變形，將有害摩擦變成有益剪切作用，有效提高坯料內部靜水壓力，從而達到改變材料內部應力應變狀態、產生較大切應變量、改善傳統壓力加工工藝條件的目的，不僅能夠降低法向應力、改善密實件組織，而且還可以使材料產生較大塑性變形，改變材料內部結構與組織形態，獲得超細晶材料或高致密材料；另一方面，因沖頭高速旋轉，與坯料表面劇烈摩擦而產生大量熱能，使坯料軟化，塑性提高，促進金屬流動，從而提高成形質量，而且因坯料軟化成形力減小，所需設備噸位減小，節約成本。此外，將固溶處理后的鋁合金坯料進行沖擠成形，不僅可以提高鋁合金成形性能，同時固溶與變形相結合極大的提高了后續工件時效后的強度及性能，并能縮短時效處理時間，提高生產效率，降低生產成本。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1是本發明實施例中將坯料放入凹模模腔的示意圖；

圖2是本發明實施例中沖頭對坯料加載的示意圖；

圖3是本發明實施例中沖頭對坯料加載結束的示意圖；

圖4是本發明實施例中鋁合金盤轂類零件的結構示意圖。

圖中：1-沖頭、2-凹模、3-頂桿、4-鋁合金坯料、5-鋁合金盤轂類工件。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

在本發明的較佳實施例中，如圖1-圖4所示，一種鋁合金盤轂類零件攪拌摩擦沖擠成形方法，包括以下步驟：

S1、設計與鋁合金盤轂類零件相適配的凹模2和沖頭1，將凹模固2定安裝在工作臺上，將沖頭1設置在凹模2的上方，沖頭1與動力源連接，且可在動力源驅動下做軸向進給運動以及繞軸線做高速旋轉運動，凹模2的底部安裝有用于頂出凹模內工件的頂桿3；

S2、將制備好的鋁合金坯料加熱至固溶溫度470～550℃，然后迅速轉移至凹模模腔內；

S3、啟動動力源，驅動沖頭1朝著鋁合金坯料4做進給運動以及高速旋轉運動，對鋁合金坯料4進行加載，從沖頭1接觸鋁合金坯料4表面開始至沖頭1進給深度為0.1～2mm時，停止進給運動，僅驅動沖頭1對坯料4做高速旋轉運動，對鋁合金坯料進行摩擦攪拌加載，當坯料溫度升高至350-450℃時，驅動沖頭1同時對坯料4做進給運動以及高速旋轉運動，沖頭1在對鋁合金坯料4高度方向施加壓力的同時，通過主動摩擦作用促使鋁合金坯料4產生軸向壓縮和切向剪切變形，同時產生大量熱能使鋁合金坯料4軟化，形成鋁合金盤轂類工件5；

S4、將工件置于水池進行淬火處理，對淬火后的工件切邊整形，最后對其進行時效處理得到成形零件。

在本發明的優選實施例中，在步驟S3中，沖頭的進給速度是0.1～10mm/s，其旋轉速度為50～1200r/min，優選的，沖頭接觸坯料后初始進給深度為0.1～2mm，旋轉速度為300～1200r/min。其中，動力源為液壓機，液壓機的主軸與沖頭連接。

本發明在具體應用時，先根據零件的形貌尺寸設計并加工出模具，模具主要組成有沖頭、凹模、頂桿，然后綜合考慮最終零件的變形量和形狀尺寸等因素，確定出較合適的原料毛坯尺寸規格，如圖所示，工件合金牌號為(6082和6061)鋁合金，工件外徑D＝88mm,高度H＝30mm，厚度d＝3mm，根據鋁合金的工藝特性和工件的規格尺寸確定合適的坯料尺寸，再按以下步驟完成加工：

S1、提供鋁合金坯料和模具，將凹模固定在工作臺上；

S2、將制備好的鋁合金坯料加熱至固溶溫度520±5℃，然后迅速轉移至凹模模腔內；

S3、將沖頭與液壓機的主軸連接，通過主軸實現沖頭的進給運動以及繞軸旋轉運動；

S4、液壓機上主軸以0.5mm/s的進給運動速度以及600r/min的繞軸旋轉速度帶動沖頭對坯料進行加載，從沖頭接觸坯料表面開始，當沖頭進給深度為1mm時，停止進給運動，僅驅動沖頭對坯料做600r/min的高速旋轉運動，當坯料溫度升高至400℃時驅動沖頭對坯料同時做進給運動及高速旋轉運動，從沖頭接觸加載結束后，液壓機上主軸停止旋轉并向上直線運動，帶動沖頭與工件脫離；

S5、將工件置于水池進行淬火處理，對淬火后的工件切邊整形，最后對其進行時效處理得到成形零件。

應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。