一种大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大尺寸镁合金薄壁筒形件的精密旋压成形工艺，特别是涉及大尺 寸镁合金薄壁筒形件的精密旋压成形工艺、细晶粒协调变形技术、组织热行为强化技术，属 于大尺寸镁合金筒形件工程化应用的通用制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 为提高我国某型号导弹的射程和机动性能，舱体结构的轻质化是其发展的必然趋 势，也是我国武器装备研制的重要方向。结构优化设计以及轻质材料的应用均是实现结构 减重的主要手段。目前，我国舱体常用结构材料为镁合金，采用现有材料体系，仅仅通过结 构优化设计，舱体结构件减重的空间已经很小，不能满足型号导弹的需求，而在不改变舱体 结构设计的情况下，采用强度与镁合金相当的镁合金材料制造，可实现舱体减20-30%的目 的，才能够满足该导弹的应用技术指标。
[0003] 目前，大型镁合金结构件产品的制备主要采用锻件机加工方法进行生产，镁合金 具有密排六方晶体结构，与面心立方和体心立方晶体相比，其滑移系数目较少，这就造成了 镁合金材料塑性较差，发生形变较为困难；虽然镁合金还存在一些特殊的锥面、棱柱面和 锥面等非基面滑移系，但这些滑移系临界切应力远大于基面滑移，一般情况下不易启动；当 温度升高或晶粒尺寸细化至IOym以下时，才能够在塑性变形过程中发挥重要作用，但能 够使镁合金晶粒组织达到IOym以下的成形工艺技术罕有文献可查，尤其是针对直径超过 700_以上的大型镁合金结构件，还未见此类细晶产品的相关报道，因此，现有技术在大型 镁合金构件生产过程中，锻造成形过程困难，形变过程中易发生开裂，生产效率低，且变形 后的锻件在各方向上存在较大的力学性能差异，导致实际的安全系数低于设计指标，不满 足设计要求，
[0004] 另外，采用常规工艺如铁模或砂型铸造制备的镁合金锭坯，其晶粒通常无明显的 择优取向（织构），但在随后的锻造、挤压、拉拔、乳制等塑性变形过程中，会由于滑移和孪 生使晶粒发生转动而形成织构，由于变形方式的不同，形成的织构也存在差异；针对带加强 筋的镁合金舱体结构而言，采用锻造工艺而制备的坯料，由于织构的产生，其力学性能在轴 向和高向存在较大的各向异性，导致镁合金舱体产品在使用过程中存在安全隐患，因此，需 减少轴向和高向力学性能差异，提高其使用稳定性。
[0005] 此外，镁合金是通过热处理来改善或调整材料力学性能和加工性能，但由于其合 金元素的扩散和合金相的分解过程极其缓慢，固溶处理和时效处理时间较长，且在长时间 加热过程中，由于材料本身内应力释放，导致产品发生变形，尤其是针对尺寸精度要求较高 的构件，会造成局部尺寸超差使产品报废；同时，产品在大批量生产时，该工艺方法的生产 周期较长，往往不能满足任务进度需求，因此，在满足性能需求的基础上，应减少热处理时 间，提尚生广效率。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种大尺寸镁合金筒形件精密 旋压成形工艺方法，该方法解决了镁合金筒形件产品力学各向异性、生产效率低、成品率 低、成本高等问题，有效提高了产品轴向、周向力学性能，减少了各向异性，增加了产品使用 过程中的安全性，同时，旋压后产品尺寸精度高，接近产品最终尺寸要求，大幅度缩短了后 续机加工周期，提高了材料的利用率，降低了产品生产成本。
[0007] 本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0008] -种大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法，包括如下步骤：
[0009] ( -）、将旋压模具和旋轮安装在旋压机上，将镁合金坯料装卡至旋压模具中，使 镁合金坯料与旋压模具内表面接触，旋轮设置在旋压模具内部，所述旋压模具为与待制备 镁合金筒形件结构匹配的筒形结构；
[0010] (二）、对镁合金坯料进行三道次旋压，其中第一道次旋压中镁合金坯料的变形量 为30 %~40 %，第二道次旋压中镁合金坯料的变形量为20 %~30 %，第三道次旋压中镁合 金坯料的变形量为15%~20% ;三道次旋压过程中设置旋压机的主轴转速为55r/min~ 85r/min，旋轮纵向进给速度为55r/min~95r/min，对镁合金还料的加热温度为85°C~ 210°C;对镁合金坯料进行旋压过程中，加强筋位置留出，不进行旋压；
[0011] (三）、对镁合金坯料进行多道次精密旋压，每道次旋压的变形量为5%~10% ;
[0012] (四）、对旋压后的产品进行时效热处理。
[0013] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤（二）中三道次 旋压的具体工艺条件如下：
[0014] 第一道次旋压：将镁合金坯料加热至85°C~115°C，设置旋压机的主轴转速为 75~85r/min，旋轮纵向进给速度为85~95r/min;
[0015] 第二道次旋压：将镁合金坯料继续加热至120°C~140°C，设置旋压机的主轴转速 为75~85r/min，旋轮纵向进给速度为85~95r/min;
[0016] 第三道次旋压：将镁合金坯料继续加热至190°C~210°C，保温10~15min，设置 旋压机的主轴转速为55~65r/min，旋轮纵向进给速度为55~60r/min。
[0017] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤（三）中精密旋 压的工艺条件为：将镁合金坯料温度降至50~60°C，提高旋压机的主轴转速至80~90r/ min，旋轮纵向进给速度为95~105mm/min。
[0018] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤（三）中精密旋 压的次数为2~3次。
[0019] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤（四）中时效处 理的工艺条件为：时效温度为190°C~210°C，保温时间为IlOmin~130min，之后进行空 冷。
[0020] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，步骤（三）精密旋压 完成后，待镁合金坯料冷却至室温，进行最后一道次精整，保证壁厚、圆度及轴向形位公差。
[0021] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，采用环乳后机加工料 做为坯料；采用氧气乙炔枪对镁合金坯料进行加热。
[0022] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，旋轮的半径R为10~ 12mm〇
[0023] 在上述大尺寸镁合金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法中，将镁合金坯料装卡至 旋压模具之前，在镁合金坯料外表面与旋压模具内表面分别涂抹润滑油，所述润滑油具体 为N46#液压油。
[0024] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0025] (1)、本发明使用环乳后机加工料做为内旋压毛坯，采用精密旋压成形工艺、细晶 粒协调变形工艺和组织热行为强化工艺相结合的工艺方法，解决了镁合金筒形件产品力学 各向异性、生产效率低、成品率低、成本高等问题，有效提高了产品轴向、周向力学性能，减 少了产品力学性能的各向异性，增加了产品使用过程中的安全性，同时，旋压后产品尺寸精 度高，接近产品最终尺寸要求，大幅度缩短了后续机加工周期，提高了材料的利用率，降低 了产品生产成本；
[0026] (2)、本发明采用精密旋压成形工艺，通过选择适合的工艺参数，如变形量、主轴转 速、旋压道次、进给比等参数，制备出的结构件接近产品最终尺寸，解决了产品成形后尺寸 精度难以控制等问题，以及后续机加工周期长、效率低等问题，有效提高了材料利用率；
[0027] (3)、本发明采用细晶粒协调变形工艺，将原始坯料的大晶粒细化至10 ym以下， 不但可以大幅度增加材料中基础滑移系数量，同时，特殊的锥面、棱柱面和锥面等非基面滑 移系参与协调变形，此外，随着晶粒细化，晶界数量增加，改善了材料在同温度下的塑性，在 这些因素的协调变形过程中，有效提高了材料力学性能，尤其是轴向性能大幅度提高，弱化 各项异性；
[0028] (4)、本发明采用组织热行为强化工艺，通过对温度的控制，选择合适的温度条件， 能够使镁合金发生动态析出，析出相可以起到强化材料的作用，用来改善或调整材料的组 织形态，从而进一步提高材料力学性能，且经工序后，可大幅度缩短产品原有后续时效热处 理时间，能够有效解决镁合金材料时效热处理后力学性能偏低，固溶和时效热处理周期长， 以及长时间热处理导致的镁合金产品发生变形等一系列问题。
[0029] (5)、本发明与传统锻造机加工工艺相比，采用该技术能够有效提高材料利用率， 可节约材料30 %~60 %，使生产成本降低40 %~70 %，且结构件在旋压过程中经过组织热 行为强化，力学性能达到指标需求，可大幅度减少产品后续时效热处理工序时间，以及减少 产品在热处理过程中的尺寸变形，提高了生产效率。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明镁合金筒形件精密旋压工艺示意图；
[0031] 图2为本发明镁合金筒形件精密旋压工艺流程图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
[0033] 如图1所示为本发明镁合金薄壁筒形件精密旋压工艺示意图，本发明大尺寸镁合 金薄壁筒形件精密旋压成形工艺方法，具体包括如下步骤：
[0034] (一）、将旋压模具2和旋轮3安装在旋压机上，将镁合金坯料4装卡至旋压模具 2中，使镁合金坯料4与旋压模具2内表面接触，旋轮3设置在旋压模具2内部，旋压模具 2为与待制备镁合金筒形件结构匹配的筒形结构；采用环乳后机加工料做为镁合金坯料4。 旋轮3的半径R为10~12mm。其中镁合金坯料4装卡至旋压模具2之前，在镁合金坯料4 外表面与旋压模具2内表面分别涂抹润滑油，润滑油具体为N46#液压油。
[0035] (二）、对镁合金坯料4进行三道次旋压，三道次旋压过程中设置旋压机的主轴转 速为55r/min~85r/min，旋轮3纵向进给速度为55r/min~95mm/min，对儀合金还料4的 加热温度为85°C~210°C;对镁合金坯料4进行旋压过程中，加强筋1位置留出，不进行旋 压。采用氧气乙炔枪对镁合金坯料4进行加热。三道次旋压的具体工艺条件为：
[0036] 第一道次旋压：将镁