一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預軋環坯、終軋環件步驟，其中：在沖孔步驟與預軋環坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環坯A（1）進行馬架擴孔和平端面步驟。本發明的有益效果：增加馬架擴孔、平端面的工序，將沖孔后的環坯圓角尺寸縮小至R<15mm，解決了環件軸向變形材料分配難題；馬架工序之后，所述環坯鼓肚大幅減小，端面變厚，在外徑方向上環坯與主輥接觸面積增加，極大減少環坯沖孔后直接軋制的失穩現象。
【專利說明】一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種環形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法。
【背景技術】
[0002]采用鋁合金制造的航空航天等領域使用的回轉體零部件，如筒形殼體鍛件等，由于鍛件的壁厚較薄，高度較高，再加上鍛件尺寸精度、性能及組織要求也較高，增加了軋制成形的難度。
[0003]中國發明專利說明書CN 101279344中公開了鋁合金異形環件的軋制成形方法。該方法將鋁合金棒料經過鐓粗、沖孔、軋環制坯，再將坯料裝入軋環模具中軋制成形，通過控制軋制過程與各工藝步驟中的變形量，軋制出性能良好的異形環件。
[0004]中國發明專利說明書CN102085549A中則公開了鋁合金高筒環鍛件的輾軋成形方法。該方法是將坯料制成環軋坯后，在軋制時隨動模套與環件同時轉動。同時控制變形量以及軋制速度，軋制出性能良好的異形環鍛件。上述方法由于增加隨動模套，增加環件制造成本。而且軋制過程中環件與隨動模套間存在相對滑動，難以控制，影響了此方法的適用性。
[0005]上述兩種成形方法都存在以下問題:在軋制薄壁的鋁合金高筒環件時，由于坯料在沖孔后，仍然存在很大的鼓肚，軋制時材料流動情況難以控制。而且輾軋模具孔型與預軋坯之間激烈摩擦，造成軋制不穩定，容易失穩，出現軋扁和喇叭口等現象。而制坯時由于坯料兩端材料過少，軋制時環件轉動速度快、無摩擦，環件兩端溫度低，變形抗力相對較大，而且軋制成形時材料大部分沿徑向流動，軸向材料流動較少，造成最終成形環件兩端壁厚不夠，達不到要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，解決現有技術中鋁合金高筒薄壁環件軋制時材料流動難以控制、軋制容易出現軋偏和喇叭口、環件兩端壁厚尺寸較薄不能滿足技術要求等問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現:
一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預軋環坯、終軋環件步驟，其特征在于:在沖孔步驟與預軋環坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環坯A進行馬架擴孔和平端面步驟，具體步驟如下:
(1)鐓粗、沖孔
將變形鋁合金棒材加熱到460°C?480°C鍛造溫度，進行鐓粗、沖孔；
(2)馬架擴孔、平端面
控制鍛錘的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環坯A變形量超過30%，旋轉環坯A90°后錘鍛，環坯A經充分變形后其圓角3尺寸縮小至R〈15mm，本步驟終鍛溫度不低于360°C ；
(3)預軋環坯將步驟(2)處理后的環坯Al回爐加熱至460°C?480°C的鍛造溫度，裝入輾環機進行預軋制，主棍固定轉動，芯棍做徑向進給運動，第一階段:主棍的轉速為0.2?0.5rad/s,主輥軋制力為300T?360T，芯輥的進給速度為0.1?0.4mm/s，錐輥軋制力為40T ;第二階段:主輥軋制力為400T，芯輥進給速度為0.7mm/s，錐輥的軋制力為80T，錐輥的軸向進給量為
4.5mm/min ;第三階段:環坯A達到尺寸要求后，保持芯輥穩定，空轉主輥6?8圈后停轉；本步驟終鍛溫度不低于360°C ；
(4)終軋環件
將步驟(3)處理后的環坯B回爐加熱至460°C?480°C的鍛造溫度，裝入輾環機進行最終軋制，主輥轉速為為0.2?0.5rad/s ;環件咬入階段，主輥的軋制力為360T?400T，芯輥進給速度為0.1?0.4mm/s,錐棍軸向固定,其軋制力為40T ;穩定軋制階段,主的軋制力為410T，芯輥進給速度為0.6mm/s，錐輥轉速不變，其軋制力為110T，軸向進給量為4mm/min ；符合要求尺寸階段，使芯輥進給速度從0.6mm/s減小至Omm/s，本步驟環件終鍛溫度不低于360。。。
[0008]優選地，所述變形鋁合金的牌號為147的鋁合金棒。
[0009]步驟(2)中的馬架擴孔環坯A的高度按以下公式計算:
Η2=Η1+ Δ H2 ；
其中，Hl為預軋環坯B7的高度，H2為馬架擴孔環坯A高度，Λ Η2=2?4%Η1。
[0010]步驟(2)中的馬架擴孔環坯A的內外徑按以下公式計算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ；
其中，Dl，dl為預軋環坯B的內外徑，D2, d2為馬架擴孔環坯A的內外徑。
[0011]步驟(3)中的預制環坯B的高度按以下公式計算:
Hl=H+ Δ Hl;
其中Hl為預軋環坯B的高度，H為終軋環件的高度，Δ Hl=2?4%H。
[0012]步驟(3)中的預制環坯B的內外徑按以下公式計算:
(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；
其中，D，d為終軋環件的內外徑，Dl, dl為預軋環坯B的內外徑。
[0013]本發明的有益效果:本發明所述的一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，預軋步驟前再進行一道馬架擴孔、平端面的工序，將沖孔后的環坯圓角尺寸縮小至R〈15mm，使得軋制變形時材料能夠使圓角縮小至要求尺寸，從而解決了環件軸向變形材料分配難題；而且馬架工序之后，所述環坯鼓肚大幅減小，端面變厚，在外徑方向上環坯與主輥接觸面積增加，極大減少環坯沖孔后直接軋制的失穩現象。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為沖孔后環坯結構示意圖；
圖2為環坯錘鍛示意圖；
圖3為環坯材料流向圖；
圖4為環坯旋轉90°方向錘鍛圖；
圖5為環還預軋示意圖；
圖6為環坯終軋示意圖； 圖中，I一環坯A，2—鼓肚，3 —圓角，4一鍛錘，5—馬架，6—主輥，7—環坯B，8—芯輥，9 一錐輥，10—環件。
【具體實施方式】
[0015]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明的附圖和實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0016]實施本發明所述的一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法需要提供鍛造加熱爐、壓力機、軋環機、機械手及其他工裝模具等設備。
[0017]結合附圖，下面以材料牌號為147的鋁合金為對象進行說明:
一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預軋環坯、終軋環件步驟，其中:在沖孔步驟與預軋環坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環坯Al進行馬架擴孔和平端面步驟，具體步驟如下:
(1)鐓粗、沖孔
將變形鋁合金棒材加熱到460°C?480°C鍛造溫度，進行鐓粗、沖孔；
(2)馬架擴孔、平端面
控制鍛錘4的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環坯Al變形量超過30%，旋轉環坯A190°后錘鍛，環坯Al經充分變形后其圓角3尺寸縮小至R〈15mm，本步驟終鍛溫度不低于360 0C ；
(3)預軋環坯
將步驟(2 )處理后的環坯Al回爐加熱至460 V?480 V的鍛造溫度，裝入輾環機進行預軋制，主棍6固定轉動，芯棍8做徑向進給運動,第一階段:主棍6的轉速為0.2?0.5rad/s，主輥6軋制力為300T?360T，芯輥8的進給速度為0.1?0.4mm/s，錐輥9軋制力為40T ；第二階段:主輥軋制力為400T，芯輥8進給速度為0.7mm/s，錐輥9的軋制力為80T，錐輥9的軸向進給量為4.5mm/min ;第三階段:環坯Al達到尺寸要求后，保持芯輥8穩定，空轉主輥66?8圈后停轉；本步驟終鍛溫度不低于360°C ；
(4)終軋環件
將步驟(3)處理后的環坯B7回爐加熱至460°C?480°C的鍛造溫度，裝入輾環機進行最終軋制，主輥6轉速為為0.2?0.5rad/s ;環件咬入階段，主輥6的軋制力為360T?400T，芯棍8進給速度為0.1?0.4mm/s,錐棍9軸向固定,其軋制力為40T ;穩定軋制階段,主棍6的軋制力為410T，芯輥8進給速度為0.6mm/s，錐輥9轉速不變，其軋制力為110T，軸向進給量為4mm/min ;符合要求尺寸階段,使芯棍8進給速度從0.6mm/s減小至Omm/s,本步驟環件終鍛溫度不低于360°C。
[0018]優選地，所述變形鋁合金的牌號為147的鋁合金棒。
[0019]步驟(2)中的馬架擴孔環坯Al的高度按以下公式計算:
Η2=Η1+ Δ H2 ；
其中，Hl為預軋環坯B7的高度，H2為馬架擴孔環坯Al高度，Λ H2=2?4%H1。
[0020]步驟(2)中的馬架擴孔環坯Al的內外徑按以下公式計算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ；
其中，Dl, dl為預軋環還B7的內外徑，D2, d2為馬架擴孔環還Al的內外徑。
[0021]步驟(3)中的預制環坯B7的高度按以下公式計算:
Hl=H+ Δ Hl;
其中Hl為預軋環坯B7的高度，H為終軋環件10的高度，Δ Hl=2?4%H。
[0022]步驟(3)中的預制環坯B7的內外徑按以下公式計算:
(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；
其中，D，d為終軋環件10的內外徑，Dl, dl為預軋環坯B7的內外徑。
[0023]通過上述方法獲得的薄壁高筒環件滿足尺寸要求后，進行退火+固熔+時效處理，退火溫度為375°C，固溶溫度為535°C，時效溫度為190°C。
[0024]采用上述馬架擴孔制坯后輾軋的方法軋制的147鋁合金高筒薄壁環件10，最小壁厚可達15mm，聞厚比最大可達30:I,聞徑比最大可達2.5:I (鍛件聞度> 700mm)。
[0025]獲得的薄壁高筒環件的力學性能:室溫條件下，抗拉強度(σ b)彡410MPa，屈服強度(o0 2)彡290MPa，延伸率(δ 5)彡15.5%，符合技術要求。
[0026]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種鋁合金高筒薄壁環件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預軋環坯、終軋環件步驟，其特征在于:在沖孔步驟與預軋環坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環坯A (I)進行馬架擴孔和平端面步驟，具體步驟如下: (1)鐓粗、沖孔 將變形鋁合金棒材加熱到460°C?480°C鍛造溫度，進行鐓粗、沖孔； (2)馬架擴孔、平端面 控制鍛錘4的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環坯A (I)變形量超過30%，旋轉環坯A (1)90°后錘鍛，環坯A (I)經充分變形后其圓角(3)尺寸縮小至R〈15mm，本步驟終鍛溫度不低于360°C ； (3)預軋環坯 將步驟(2)處理后的環坯A( I)回爐加熱至460°C?480°C的鍛造溫度，裝入輾環機進行預軋制，主輥(6)固定轉動，芯輥(8)做徑向進給運動，第一階段:主輥(6)的轉速為0.2?0.5rad/s，主輥(6)軋制力為300T?360T，芯輥(8)的進給速度為0.1?0.4mm/s，錐輥(9)軋制力為40T ;第二階段:主輥軋制力為400T，芯輥(8)進給速度為0.7mm/s，錐輥(9)的軋制力為80T，錐輥(9)的軸向進給量為4.5mm/min ;第三階段:環坯A (I)達到尺寸要求后，保持芯輥(8)穩定，空轉主輥(6) 6?8圈后停轉；本步驟終鍛溫度不低于360°C ； (4)終軋環件 將步驟(3)處理后的環坯B( 7)回爐加熱至460°C?480 V的鍛造溫度，裝入輾環機進行最終軋制，主輥(6)轉速為為0.2?0.5rad/s ;環件咬入階段，主輥(6)的軋制力為360T?400T，芯輥(8)進給速度為0.1?0.4mm/s，錐輥(9)軸向固定，其軋制力為40T ;穩定軋制階段，主輥(6)的軋制力為410T，芯輥(8)進給速度為0.6mm/s，錐輥(9)轉速不變，其軋制力為110T,軸向進給量為4mm/min ;符合要求尺寸階段,使芯棍(8)進給速度從0.6mm/s減小至Omm/s，本步驟環件終鍛溫度不低于360°C。
2.如權利要求1所述的鋁合金高筒薄壁環件軋制成形方法，其特征在于，所述變形鋁合金的牌號為147的鋁合金棒。
3.如權利要求1所述的鋁合金高筒薄壁環件軋制成形方法，其特征在于，步驟(2)中的馬架擴孔環坯A (I)的高度按以下公式計算:
Η2=Η1+ Δ H2 ； 其中，Hl為預軋環坯B (7)的高度，H2為馬架擴孔環坯A (I)高度，ΛΗ2=2?4%H1。
4.如權利要求1所述的鋁合金高筒薄壁環件軋制成形方法，其特征在于，步驟(2)中的馬架擴孔環坯A (I)的內外徑按以下公式計算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ； 其中，Dl, dl為預軋環還B (7)的內外徑，D2, d2為馬架擴孔環還A (I)的內外徑。
5.如權利要求1所述的鋁合金高筒薄壁環件軋制成形方法，其特征在于，步驟(3)中的預制環坯B (7)的高度按以下公式計算:
Hl=H+ Δ Hl; 其中Hl為預軋環坯B (7)的高度，H為終軋環件(10)的高度，Δ Hl=2?4%H。
6.如權利要求1所述的鋁合金高筒薄壁環件軋制成形方法，其特征在于，步驟(3)中的預制環坯B (7)的內外徑按以下公式計算:(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；其中，D，d為終軋環件(10)的內外徑，Dl, dl為預軋環坯B (7)的內外徑。
【文檔編號】B21H1/06GK104191166SQ201410377807
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月4日 優先權日:2014年8月4日
【發明者】張華 , 楊家典, 劉朝輝, 孫傳華, 王清, 張勝利, 廖容堯, 楊汝彪 申請人:貴州航宇科技發展股份有限公司