專利名稱：一種整體成形鋁合金等徑三通件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱加工領(lǐng)域，涉及到鋁合金的熱成形，具體是一種通過三向主動(dòng)加載整體成形鋁合金等徑三通件的方法。
背景技術(shù)：
三通件是一類重要的工業(yè)零件，在管道工業(yè)、石油化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。近年來，這些領(lǐng)域的發(fā)展對三通件性能提出了更高、更多的要求，不僅要求三通件能夠滿足更大的壓力要求，而且要求其整體性能良好。目前，此類構(gòu)件主要的生產(chǎn)方式有三種一為鑄造成形，鑄造缺陷的存在使得鑄造閥體難以滿足高性能要求；二為焊接成形，雖然對此類構(gòu)件制造有節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)，但是具有焊接缺陷和焊縫的應(yīng)力腐蝕等問題；三為鍛件的機(jī)械加工(工藝流程為鑄錠——棒料軋制——下料——多次塑性成形——機(jī)械加工)，目前， 該方法是此類構(gòu)件的主要加工方式，但是材料利用率低，復(fù)雜內(nèi)腔加工困難，后續(xù)機(jī)加工切斷了金屬流線，使得構(gòu)件的流線外露，降低了構(gòu)件的力學(xué)性能和抗腐蝕性能，不能滿足應(yīng)用需求。中國專利申請CN 1056830A公開了一種通過對管坯充液，利用液壓脹形制造三通管的方法，具體是將管坯置入型模內(nèi)，經(jīng)合模、鎖模、兩端模封管、充液、兩端模相對運(yùn)動(dòng)、放液、兩端?；爻?、主缸回程、頂出缸頂出等步驟，完成整個(gè)工藝過程。首先該方法成形三通管是在室溫下、通過對管坯充液、利用液體壓力使材料發(fā)生塑性變形，材料變形抗力比較大， 而且由于液體產(chǎn)生的壓力有限，所成形三通管的壁厚受限，對于一些相對壁厚(管坯壁厚/ 管坯外徑)較大的管坯該方法無法實(shí)現(xiàn)成形；其次該方法所成形三通管的支管是由主管壁厚減薄、材料發(fā)生塑性變形向模具支管型腔流動(dòng)形成的，而材料在室溫下的塑性變形能力和主管壁厚減薄有限，這使得所成形三通管的支管壁厚均勻性難控制且高度有限(管坯壁厚易于發(fā)生減薄過度而破裂)。中國專利申請CN 101596559A公開了一種三通管的分步模鍛工藝，具體是將加熱好的棒料放置在成形三通管的鍛模內(nèi)，先鍛造出三通管的主管，再鍛造出支管，最終形成三通管。采用該方法在第一步鍛造成形三通管主管時(shí)，在成形后期由于金屬劇烈向支管型腔流動(dòng)，導(dǎo)致金屬逐漸脫離成形主管的模具表面，形成空腔；而在第二步鍛造成形支管時(shí)，坯料受到側(cè)向模具的作用出現(xiàn)反擠壓變形模式，部分材料在壓應(yīng)力作用下沿主管的方向流動(dòng)，從而在空腔處易出現(xiàn)折疊缺陷；同時(shí)，在第一步鍛造成形主管時(shí)， 部分材料向支管型腔劇烈流動(dòng)，從而導(dǎo)致成形主管的模具產(chǎn)生垂直于主管軸線方向的偏載力，降低模具的壽命，甚至在偏載嚴(yán)重時(shí)模具發(fā)生斷裂，以及降低所成形的三通管的主管的同軸度。清華大學(xué)采用與專利CN 101596559A相同的工藝方案，對成形過程進(jìn)行有限元模擬分析(胡忠，王一本等.三通擠壓工藝過程的二維彈塑性有限元模擬.塑性工程學(xué)報(bào)， 3(2) (1996)33-40)，研究發(fā)現(xiàn)該工藝方案易出現(xiàn)空腔、折疊、水平?jīng)_頭彎曲等質(zhì)量問題。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)無法滿足整體高性能要求、材料利用率低等不足以及避免空腔、折疊等缺陷的產(chǎn)生，本發(fā)明提出了一種整體成形鋁合金等徑三通件的方法。本發(fā)明包括以下步驟步驟1，預(yù)熱坯料及模具將制備好的坯料加熱至430 470°C，將模具預(yù)熱至 350°C 400"C。步驟2，放置坯料將加熱好的坯料放置到下凹模的主管型腔內(nèi)，并且使坯料長度方向的中心線與下凹模的支管型腔的軸線重合。步驟3，放置凸模將2個(gè)水平凸模分別置于下凹模的主管型腔內(nèi)，并位于坯料的兩側(cè)，水平凸模工作段的端面距坯料端面Imm ；側(cè)凸模置于下凹模的支管型腔內(nèi)，并使側(cè)凸模工作段的端面距坯料的軸線之間的距離與擬成形三通件的支管高度L相同。步驟4，凹模合模上凹模在多向模鍛液壓機(jī)主滑塊的帶動(dòng)下與下凹模合模。步驟5，加載成形通過多向模鍛液壓機(jī)加載成形；加載成形中，首先使水平凸模同時(shí)相向同速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm，其中，H是成形三通件的主管深度，h是成形三通件的支管深度且0. 5H彡h彡H;當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm時(shí)，側(cè)凸模開始運(yùn)動(dòng)。三個(gè)凸模同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為h，完成三向主動(dòng)加載過程。側(cè)凸模的運(yùn)動(dòng)速度與水平凸模相同。凸模運(yùn)動(dòng)速度為(5 15)mm/s。步驟6，脫模成形結(jié)束后，卸載并退模；側(cè)凸模先退出，再將2個(gè)水平凸模同時(shí)退出；得到三通件。步驟7，冷卻與熱處理將所成形的三通件空冷至15 25°C，并進(jìn)行固溶及時(shí)效熱處理。本發(fā)明采用多向主動(dòng)加載成形技術(shù)，其加載成形過程為水平凸模先運(yùn)動(dòng)，側(cè)凸模稍后運(yùn)動(dòng)，三個(gè)凸模一起運(yùn)動(dòng)至最終成形位置。通過側(cè)凸模提前運(yùn)動(dòng)以抑制金屬劇烈流向支管型腔的辦法，消除現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)了鋁合金等徑三通件的整體一次成形，簡化了工藝流程；由于減少了焊接和機(jī)加工過程，避免了焊縫腐蝕、切斷流線等缺陷，提高了構(gòu)件的可靠性，同時(shí)提高了材料利用率；通過協(xié)調(diào)不同方向模具的加載順序，主動(dòng)控制成形過程中的金屬流動(dòng)，避免了空腔、折疊等缺陷。
圖1為上凹模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為下凹模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為下凹模與凸模配合的示意圖；圖4為等徑三通件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為等徑三通件整體成形流程圖；圖6為三通件成形過程示意圖。1.上凹模 2.下凹模 3.主管型腔 4.支管型腔 5.水平凸模6.坯料 7.側(cè)凸模 8.支管9.主管
具體實(shí)施例方式本發(fā)明所提出的實(shí)施例是一種整體成形鋁合金等徑三通件的方法。各實(shí)施例均采用三通模具實(shí)施整體成形鋁合金等徑三通件。CN 102248102 A
說明書
3/5所述的三通模具由上凹模1、下凹模2、側(cè)凸模7和水平凸模5組成。根據(jù)三通件結(jié)構(gòu)的對稱性，三通模具中的凹模采用水平分模形式，分別為上凹模1和下凹模2。上凹模 1和下凹模2的型腔均為三通件形。在下凹模2的型腔中，用于成形三通件主管9的型腔為主管型腔3，用于成形三通件支管8的型腔為支管型腔4。凹模型腔的直徑與所成形三通件的外徑相等。凸模由側(cè)凸模7和兩個(gè)水平凸模5組成。側(cè)凸模7和水平凸模5均為帶法蘭凸模，即凸模由工作段和法蘭組成。工作時(shí)，水平凸模5在凹模的主管型腔內(nèi)沿主管型腔軸線方向運(yùn)動(dòng)成形主管9，該水平凸模5工作段的長度與主管9的深度相等，工作段的直徑與主管9的內(nèi)徑相等；側(cè)凸模7在凹模的支管型腔內(nèi)沿支管型腔軸線方向運(yùn)動(dòng)成形支管8，該側(cè)凸模7工作段的長度與支管8的深度相等，工作段的直徑與支管8的內(nèi)徑相等。實(shí)施例一本實(shí)施例采用三通模具整體成形鋁合金等徑三通件，所成形的三通件包括支管8 和主管9。如附圖1所示，L是支管高度，H是主管深度，h是支管深度，且0. 5H < h < H，D1 是主管內(nèi)徑，D2是主管外徑，該三通件的支管與主管的內(nèi)、外徑均對應(yīng)相等。本實(shí)施例中，h =48mm, H = 66mm, L = 70mm, Dl = 32mm, D2 = 66mm。本實(shí)施例在在40MN多向模鍛液壓機(jī)上成形上述三通件，其具體步驟為步驟一準(zhǔn)備坯料。本實(shí)施例所選用材料為7075鋁合金擠壓棒料，首先將棒料車削至直徑小于三通件主管外徑1mm，即Φ 65mm,然后根據(jù)塑性成形過程中“體積不變”的原則確定出坯料的長度尺寸為140mm，將棒料加工成Φ65mmX 140mm的圓柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式電阻爐內(nèi)以2V /s的速度加熱至430°C 470°C并保溫30min，模具預(yù)熱至；350 400°C并保溫lh。步驟二 放置坯料。將加熱好的坯料6放置到下凹模2的主管型腔3內(nèi)，并且使坯料6長度方向的中心線與下凹模2的支管型腔4的軸線重合。步驟三放置凸模。通過多向模鍛液壓機(jī)將2個(gè)水平凸模5分別置于下凹模2的主管型腔內(nèi)，并位于坯料6的兩側(cè)，水平凸模5工作段的端面距坯料6端面Imm ；側(cè)凸模7 置于下凹模2的支管型腔內(nèi)，并使側(cè)凸模7的工作段的端面距坯料6的軸線之間的距離與擬成形三通件的支管高度L相同，本實(shí)施例中，凸模7工作段的端面與坯料6軸線的距離為 70mmo步驟四凹模合模。上凹模1在多向模鍛液壓機(jī)主滑塊的帶動(dòng)下與下凹模2合模。 合模過程中水平凸模5和側(cè)凸模7的位置無偏移。步驟五加載成形。通過多向模鍛液壓機(jī)加載成形；加載成形中，首先使兩個(gè)水平凸模5同時(shí)相向同速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm，本實(shí)施例中，兩個(gè)水平凸模5的運(yùn)動(dòng)距離為19mm;當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離為19mm時(shí)，側(cè)凸模7開始運(yùn)動(dòng)；三個(gè)凸模同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為h， 此實(shí)施例中為48mm;完成三向主動(dòng)加載過程；側(cè)凸模7的運(yùn)動(dòng)速度與水平凸模5相同，均為 5mm/s ；最大成形力約為1500KN。步驟六脫模。成形結(jié)束后，卸載并退模；側(cè)凸模7先退出，再將2個(gè)水平凸模5同時(shí)退出；得到三通件。步驟七冷卻與熱處理。將所成形的三通件空冷至15 25 °C后熱處理，熱處理制度為固溶處理+時(shí)效，固溶處理制度為470°C X50min，水淬；時(shí)效制度為 1200C X24h+203°C X10min+120°C X24h，空冷。
實(shí)施例二本實(shí)施例采用三通模具整體成形鋁合金等徑三通件，所成形的三通件包括支管8 和主管9。如附圖1所示，L是支管高度，H是主管深度，h是支管深度，且0. 5H < h < H，D1 是主管內(nèi)徑，D2是主管外徑，該三通件的支管與主管的內(nèi)、外徑均對應(yīng)相等。本實(shí)施例中，h =70mm, H = 96mm, L = 103mm, Dl = 30mm, D2 = 60mmo本實(shí)施例在在40MN多向模鍛液壓機(jī)上成形上述三通件，其具體步驟為步驟一準(zhǔn)備坯料。本實(shí)施例所選用材料為7075鋁合金擠壓棒料，首先將棒料車削至直徑小于三通件主管外徑(0. 5 l)mm，即Φ 59mm，然后根據(jù)塑性成形過程中“體積不變”的原則確定出坯料的長度尺寸為200mm，將棒料加工成Φ59πιπιΧ200πιπι的圓柱形坯料， 缺陷局部打磨；坯料在箱式電阻爐內(nèi)以2°C /s的速度加熱至430°C 470°C并保溫30min， 模具預(yù)熱至；350 400°C并保溫Ih。步驟二 放置坯料。將加熱好的棒料5放置到下凹模2的主管型腔3內(nèi)，并且使坯料6長度方向的中心線與下凹模2的支管型腔4的軸線重合。步驟三放置凸模。通過多向模鍛液壓機(jī)將2個(gè)水平凸模5分別置于下凹模2的主管型腔內(nèi)，并位于坯料6的兩側(cè)，水平凸模5工作段的端面距坯料6端面Imm ；側(cè)凸模7 置于下凹模2的支管型腔內(nèi)，并使側(cè)凸模7工作段的端面距坯料6的軸線之間的距離與擬成形三通件的支管高度L相同，本實(shí)施例中，側(cè)凸模7工作段的端面距坯料6軸線的距離為 103mmo步驟四凹模合模。上凹模1在多向模鍛液壓機(jī)主滑塊的帶動(dòng)下與下凹模2合模； 合模過程中水平凸模5和側(cè)凸模7的位置無偏移。步驟五加載成形。通過多向模鍛液壓機(jī)加載成形；加載成形中，首先使兩個(gè)水平凸模5同時(shí)相向同速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm，本實(shí)施例中，兩個(gè)水平凸模5的運(yùn)動(dòng)距離為27mm ；當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離為27mm時(shí)，側(cè)凸模7開始運(yùn)動(dòng)；三個(gè)凸模同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為h， 此實(shí)施例中為70mm ；完成三向主動(dòng)加載過程；側(cè)凸模7的運(yùn)動(dòng)速度與水平凸模5相同，均為 15mm/s ；最大成形力約為2500KN。步驟六脫模。成形結(jié)束后，卸載并退模；側(cè)凸模7先退出，再將2個(gè)水平凸模5同時(shí)退出；得到三通件。步驟七冷卻與熱處理。將所成形的三通件空冷至15 25 °C后熱處理，熱處理制度為固溶處理+時(shí)效，固溶處理制度為470°C X50min，水淬；時(shí)效制度為 1200C X24h+203°C X10min+120°C X24h，空冷。實(shí)施例三本實(shí)施例采用三通模具整體成形鋁合金等徑三通件，所成形的三通件包括支管8 和主管9。如附圖1所示，L是支管高度，H是主管深度，h是支管深度，且0. 5H < h < H，D1 是主管內(nèi)徑，D2是主管外徑，該三通件的支管與主管的內(nèi)、外徑均對應(yīng)相等。本實(shí)施例中，h =55mm, H = 75mm, L = 80mm, Dl = 35mm, D2 = 65mm。本實(shí)施例在在40MN多向模鍛液壓機(jī)上成形上述三通件，其具體步驟為步驟一準(zhǔn)備坯料。本實(shí)施例所選用材料為7075鋁合金擠壓棒料，首先將棒料車削至直徑小于三通件主管外徑(0. 5 l)mm，即Φ64mm，然后根據(jù)塑性成形過程中“體積不變”的原則確定出坯料的長度尺寸為160mm，將棒料加工成Φ64πιπιΧ 160mm的圓柱形坯料，缺陷局部打磨；坯料在箱式電阻爐內(nèi)以2V /s的速度加熱至430°C 470°C并保溫30min， 模具預(yù)熱至；350 400°C并保溫Ih。步驟二 放置坯料。將加熱好的棒料5放置到下凹模2的主管型腔3內(nèi)，并且使坯料6長度方向的中心線與下凹模2的支管型腔4的軸線重合。步驟三放置凸模。通過多向模鍛液壓機(jī)將2個(gè)水平凸模5分別置于下凹模2的主管型腔內(nèi)，并位于坯料6的兩側(cè)，水平凸模5工作段的端面距坯料6端面Imm ；側(cè)凸模7 置于下凹模2的支管型腔內(nèi)，并使側(cè)凸模7工作段的端面距坯料6的軸線之間的距離與擬成形三通件的支管高度L相同，本實(shí)施例中，側(cè)凸模7工作段的端面距坯料6軸線的距離為 80mmo步驟四凹模合模。上凹模1在多向模鍛液壓機(jī)主滑塊的帶動(dòng)下與下凹模2合模； 合模過程中水平凸模5和側(cè)凸模7的位置無偏移。步驟五加載成形。通過多向模鍛液壓機(jī)加載成形；加載成形中，首先使兩個(gè)水平凸模5同時(shí)相向同速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm，本實(shí)施例中，兩個(gè)水平凸模5的運(yùn)動(dòng)距離為21mm;當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離為21mm時(shí)，側(cè)凸模7開始運(yùn)動(dòng)；三個(gè)凸模同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為h， 此實(shí)施例中為^mm ；完成三向主動(dòng)加載過程；側(cè)凸模7的運(yùn)動(dòng)速度與水平凸模5相同，均為 10mm/s ；最大成形力約為2000KN。步驟六脫模。成形結(jié)束后，卸載并退模；側(cè)凸模7先退出，再將2個(gè)水平凸模5同時(shí)退出；得到三通件。步驟七冷卻與熱處理。將所成形的三通件空冷至15 25 °C后熱處理，熱處理制度為固溶處理+時(shí)效，固溶處理制度為470°C X50min，水淬；時(shí)效制度為 1200C X24h+203°C X10min+120°C X24h，空冷。
權(quán)利要求
1. 一種整體成形鋁合金等徑三通件的方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟1，預(yù)熱坯料及模具將制備好的坯料加熱至430 470°C，將模具預(yù)熱至350°C 400 0C ；步驟2，放置坯料將加熱好的坯料放置到下凹模的主管型腔內(nèi)，并且使坯料長度方向的中心線與下凹模的支管型腔的軸線重合；步驟3，放置凸模將2個(gè)水平凸模分別置于下凹模的主管型腔內(nèi)，并位于坯料的兩側(cè)， 水平凸模工作段的端面距坯料端面Imm;側(cè)凸模置于下凹模的支管型腔內(nèi)，并使側(cè)凸模工作段的端面距坯料的軸線之間的距離與擬成形三通件的支管高度L相同；步驟4，凹模合模上凹模在多向模鍛液壓機(jī)主滑塊的帶動(dòng)下與下凹模合模； 步驟5，加載成形通過多向模鍛液壓機(jī)加載成形；加載成形中，首先使水平凸模同時(shí)相向同速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm，其中，H是成形三通件主管的深度，h是成形三通件支管的深度且0. 5H彡h彡H ；當(dāng)運(yùn)動(dòng)距離為(H-h+l)mm時(shí)，側(cè)凸模開始運(yùn)動(dòng)；三個(gè)凸模同時(shí)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)距離為h，完成三向主動(dòng)加載過程；側(cè)凸模的運(yùn)動(dòng)速度與水平凸模相同；凸模運(yùn)動(dòng)速度為(5 15)mm/s ；步驟6，脫模成形結(jié)束后，卸載并退模；側(cè)凸模先退出，再將2個(gè)水平凸模同時(shí)退出； 得到三通件；步驟7，冷卻與熱處理將所成形的三通件空冷至15 25°C，并進(jìn)行固溶處理及時(shí)效熱處理。
全文摘要
一種整體成形鋁合金等徑三通件的方法，采用三通模具實(shí)施整體成形鋁合金等徑三通件。本發(fā)明采用多向主動(dòng)加載成形技術(shù)，其加載成形過程為水平凸模先運(yùn)動(dòng)，側(cè)凸模稍后運(yùn)動(dòng)，三個(gè)凸模一起運(yùn)動(dòng)至最終成形位置。通過側(cè)凸模提前運(yùn)動(dòng)以抑制金屬劇烈流向支管型腔的辦法，消除現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，實(shí)現(xiàn)了鋁合金等徑三通件的整體一次成形，簡化了工藝流程。本發(fā)明通過協(xié)調(diào)不同方向模具的加載順序，主動(dòng)控制成形過程中的金屬流動(dòng)，避免了空腔、折疊的缺陷。本發(fā)明減少了焊接和機(jī)加工過程，避免了焊縫腐蝕、切斷流線等缺陷，提高了構(gòu)件的可靠性，同時(shí)提高了材料的利用率，具有操作簡單、方便，易實(shí)施的特點(diǎn)。
文檔編號B21J5/02GK102248102SQ20111016330
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月16日
發(fā)明者孫志超, 楊合, 王江輝, 王煜 申請人:西北工業(yè)大學(xué)