[发明专利]一种用于薄壁铝合金铸件变形控制的随形微约束刚性支撑装置及热处理方法

说明书

本发明公开了一种用于薄壁铝合金铸件变形控制的随形微约束刚性支撑装置，其特征在于：包括底部托盘以及设置在底部托盘上的随形骨架，所述随形骨架外形与铸件内腔随形，在所述随形骨架上设置有螺纹孔，该螺纹孔由内朝外安装有螺栓，所述螺栓与铸件内腔纵、环筋交叉点相对应，在所述随形骨架上还设置有多个开孔。本发明尤其适用于大型薄壁复杂铝合金构件，其结构强度系数低，变形倾向大，采用发明的装置及方法，能够有效减少此类构件在热处理中发生变形。

技术领域：

本发明涉及一种用于薄壁铝合金铸件变形控制的随形微约束刚性支撑装置及其使用方法，属于铝合金变形控制技术领域。

背景技术：

随着轻量化的推进，大尺寸、薄壁化、精密化、复杂化、高质量、近无余量是铝合金构件发展的共同需求，在航空航天、兵器、船舶等领域的应用日益广泛。薄壁铝合金构件轮廓尺寸大（800~1700mm），外形为异形曲面，壁厚差大（局部达40mm）。凝固时组织浓度差表现出不同的屈服行为，造成晶格畸变产生组织应力，热处理时壁厚差大部位热传导不同，致使各部分的热应力作用均不相同，从而在内部产生塑性变形，造成铸件热应力集中。机加过程装夹应力易使刚性差的薄壁铸件引起较大的加工变形。

目前，国内针对大型复杂薄壁铝合金构件变形严重的技术难题也展开了相关研究，分为铸造、热处理和机加三个阶段进行控制，主要集中在工艺筋、喷溅淬火、校形工装、振动时效、机加工装夹具设计等方面，并取得了一定的效果，但对构件的变形控制作用效果有限。

尤其是在热处理阶段会造成极大的变形。热处理阶段分为固溶、淬火和时效三个阶段，在固溶阶段需将铸件通过吊件吊至高温炉加热至500℃，并保持12-14h，在此过程中，对于大型薄壁件而言，在高度方向上极易出现向下坍缩的现象，导致铸件在高度方向上极易变形。而在淬火时，需要在极短的时间内，最好控制在10s内，将固溶的铸件吊入冷水之中，使铸件温度下降至60~80℃，在此过程中，由于温度的剧烈变化，会导致铸件发生整体变形，无论是高度方向还是周向等，另外，还会导致铸件产生裂纹，影响其强度。严重的情况下，其变形会超过20%，导致铸件完全报废，无法使用，无论是材料、人工或时间都是极大的浪费。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够有效减少热处理过程中发生变形的用于薄壁铝合金铸件变形控制的随形约束装置。

为了实现上述目的，本发明是这样实现的：一种用于薄壁铝合金铸件变形控制的随形微约束刚性支撑装置，包括底部托盘以及设置在底部托盘上的随形骨架，所述随形骨架外形与铸件内腔随形，在所述随形骨架上设置有螺纹孔，该螺纹孔由内朝外安装有螺栓，所述螺栓与铸件内腔纵、环筋交叉点相对应，在所述随形骨架上还设置有多个开孔。采用上述方式设置的装置，能够对铸件内腔形成多点均布微约束刚性支撑，并通过底部托盘对铸件的支撑，可有效减少铸件处理过程中高度方向及周向的变形。

为进一步保证固溶加热温度条件下，不会涨裂铸件，所述随形骨架与铸件内腔单边间距为15~20mm。

为进一步保证淬火介质在铸件内外表面的流动，实现铸件表面降温速率一致，所述开孔为φ150的圆孔，所述开孔的表面积占骨架表面积的40~60%。

为进一步保证淬火过程中淬火介质能有效进入铸件型腔，提升铸件的冷却效果，在所述底部托盘中心区域开设φ500~800mm通孔，且底部托盘的外沿距离随形骨架的距离为50~100mm。

为进一步提高稳定性，所述随形骨架采用耐热铸铁整体铸造而成，铸铁材料选择在500~600℃下、线膨胀系数12.9×10^-6/℃的热稳定性好的耐热铸铁。

为进一步保证装置的精度，螺纹孔在随形骨架上机加而成，粗加工后采用振动时效去应力，然后再精加工，支撑螺栓材料采用1Cr18Ni9Ti不锈钢，外径Φ20~25mm，长度150~200mm，有效螺纹长度80~100mm。