一种提高力学性能的贮箱半球壳体成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种提高力学性能的贮箱半球壳体成形方法，属于贮箱制造技术领 域。
【背景技术】
[0002] 目前国内的2219等可热处理强化铝合金贮箱半球壳体成形方法分为瓜瓣成形和 采用板材整体旋压或冲压成毛坯。前者中的瓜瓣成形主要是利用厚板预拉伸后淬火，再进 行终成形拉伸和时效，最终状态为T87态，强度较高，但其贮箱壳体需要保留纵向焊缝，而 且较厚的板材拉伸需要较大吨位设备，需要工序、模具较多，拉伸完的毛坯壁厚不均匀且不 易控制。后者整体旋压成形后再进行淬火时效热处理和机加工，消除了纵向焊缝，而且由于 旋压是点接触，单位压力高，对于高强度难变形的材料旋压所需总变形力较小，设备吨位大 大降低。旋压后的材料晶粒细小并具有纤维状特征，强度和硬度提高，相对于拉伸或冲压， 旋压还可以大大简化工艺和模具，旋压完的毛坯壁厚均匀，容易控制。但按目前的工艺，旋 压后再进行淬火时效热处理以提高力学性能，其贮箱壳体最终状态为T62态，强度要低于 2219等可热处理强化铝合金的最佳性能状态（T87态），因此没有发挥出2219等可热处理 强化铝合金的高强度的优势，降低了设计要求。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高力学性能的贮箱半球壳体 成形方法，将可热处理强化铝合金平板整体成形为贮箱半球壳体，大幅提高其力学性能。
[0004] 本发明目的通过如下技术方案予以实现：
[0005] 提供一种提高力学性能的贮箱半球壳体成形方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0006] 1)加热预成形旋压芯模（1)，将所述预成形旋压芯模（1)加热至温度100~200°C; 将铝合金圆板（2)固定在预成形旋压芯模（1)上，铝合金圆板（2)中心与预成形旋压芯模 (1)半球体的平顶端端面中心对齐；
[0007] 所述预成形旋压芯模（1)包括具有平顶的半球体及与半球体同轴连接的圆柱体， 半球体具有平顶端和连接端，所述平顶端的端面与连接端的端面平行，两个端面的半径比 为：0. 3~0. 5 ;半球体的直径比IC箱半球壳体内径小1~2mm ;圆柱体的一端与所述连接端 端面相接，二者端面半径相同；
[0008] 2)加热旋压铝合金圆板（2)至与预成形旋压芯模（1)的外形匹配，得到预成形工 件⑷；
[0009] 3)将预成形工件（4)进行淬火处理；
[0010] 4)将步骤3)得到的预成形工件（4)固定在终成形旋压芯模（5)上，预成形工件 (4)中心与终成形旋压芯模（5)半球体的小端端面中心对齐；
[0011] 终成形旋压芯模（5)包括具有平顶的半球体及与半球体同轴连接的圆柱体，半球 体具有平顶端和连接端，所述平顶端的端面与连接端的端面平行，两个端面的半径比为： 0. 3~0. 5 ;终成形旋压芯模（5)半球体的直径比预成形旋压芯模（1)半球体直径小2~ 4mm;终成形旋压芯模（5)圆柱体的一端与所述连接端端面相接，二者端面半径相同；
[0012] 5)在室温下旋压预成形工件（4)至与终成形旋压芯模（5)匹配，获得终成形旋压 件（6);
[0013] 6)将步骤5)得到的终成形旋压件（6)进行时效热处理，然后机械加工成贮箱半球 壳体。
[0014] 进一步地，预成形旋压芯模及终成形旋压芯模的圆柱体高度大于200mm，半球壳体 的半球段连接柱面段，该柱面段的高度小于100mm。
[0015] 进一步地，预成形旋压芯模（1)及终成形旋压芯模（5)半球体平顶端端面中心设 有10~20mm的孔，错合金圆板⑵厚度为8~20mm，圆板中心设有10~20mm的孔。
[0016] 进一步地，预成形工件（4)固定在预成形旋压芯模（1)上的方式为：将铝合金圆板 ⑵用钢销（7)固定在预成形旋压芯模⑴半球体平顶端端面中心，用尾顶（3)将铝合金圆 板（2)的中心及预成形旋压芯模（1)的半球体平顶端端面中心顶紧；预成形工件（4)固定 在终成形旋压芯模（5)上的方式为：将预成形工件（4)固定在终成形旋压芯模（5)的半球 体平顶端端面中心上，用尾顶（3)将预成形工件（4)的中心及终成形旋压芯模（5)的半球 体平顶端端面中心顶紧；所述钢销的直径比预成形旋压芯模（1)及终成形旋压芯模（5)中 心孔和圆板中心孔的孔径小〇? 10~〇? 20mm〇
[0017] 进一步地，加热旋压过程中旋轮工作圆角半径Rp= 12~20mm
[0018] 进一步地，步骤2)中预成形旋压的加热温度为280~350°C。
[0019] 进一步地，终成形旋压芯模半球体的直径要比IC箱壳体零件直径小4~6mm。
[0020] 进一步地，步骤2)中加热旋压时，加热旋压后的壁厚h=tosina，其中t。为错合 金圆板（2)壁厚，a为预成形芯模（1)半锥角；加热旋压时的旋压间隙在壁厚^的基础上 负偏离10~20%设置，以应对旋压设备、预成形旋压芯模⑴与铝合金圆板⑵的弹性变 形。
[0021] 进一步地，步骤5)中室温下旋压时，旋压后的壁厚
，其中^为预成形 工件（4)壁厚，a 预成形件工件（4)半锥角，a2为终成形旋压芯模（5)半锥角。
[0022] 进一步地，室温下旋压时，半锥角a在90~30°范围内时，旋压间隙在壁厚七2的 基础上负偏离10~20%设置；半锥角a在30~0°范围内时，旋压间隙在壁厚t2负偏离 5~10%设置。
[0023] 进一步地，室温下旋压时，旋轮工作圆角半径Rp= 9~16mm。
[0024] 进一步地，室温下旋压时，旋压经过1~3道次强旋至毛坯完全贴模，总减薄率： 5~10%，芯模转速：20~50r/min;强旋时旋轮进给比：f= 1~2mm/r。
[0025] 进一步地，将得到的终成形旋压件（6)进行时效热处理具体为：将得到的终成形 旋压件（6)的开口端固定圆盘形时效工装上进行时效。
[0026] 进一步地，预成形旋压芯模（1)为中空结构，一体成型；终成形旋压芯模（5)为中 空结构，一体成型。
[0027] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0028] (1)本发明工艺简单，只需要两套不同直径的模具，即可将铝合金平板直接整体旋 压成形为贮箱半球壳体毛坯，通过设置合理的旋压间隙值，变形量约5%~10%，旋压后进 行时效处理，最终状态可达到T87态，壳体的屈服强度和抗拉强度较原工艺方法的T62态能 提高10~20%。旋压后的工件贴模良好，成形后的半球内型面与样板单边间隙小于0. 2_， 壁厚尺寸易于控制，壁厚差小于〇. 1_。成形后的半球壳体强度高，发挥了 2219等可热处理 强化铝合金的最佳性能状态，充分体现出可热处理强化铝合金比一般的不可热处理强化铝 合金强度高的优势。
[0029] (2)本发明实现了贮箱半球壳体的整体成形的同时提高了力学性能，既避免了瓜 瓣成形的纵向焊缝，又克服了现有工艺方法T62态力学性能不高的劣势。
[0030] (3)本发明可发挥出2219等可热处理强化铝合金的最佳性能状态，充分体现出可 热处理强化铝合金比一般的不可热处理强化铝合金强度高的优势，壳体的屈服强度和抗拉 强度较旋压成形的不可热处理强化铝合金贮箱壳体分别高出15%和10%以上，为贮箱壳 体进一步减重提供有力支持。
[0031] (4)本发明采用两次旋压变形与热处理相结合，从而获得形变热处理的强化效果。 两次旋压芯模结构都较为简单，并始终利用芯模和坯料的中心孔定位，有利于提高工件的 尺寸精度。终成形旋压芯模半球