专利名称：矩形截面铝合金环件轧制成形的方法
技术领域：
本发明涉及一种矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。
背景技术：
目前，矩形截面铝合金环件大多采用马架扩孔来完成，即将毛坯套在芯轴上，上砧锤打毛坯，产生沿圆周方向的拔长，使锻件壁厚减薄，内、外径同时增加，从而达到形状尺寸要求。加工工艺为1)镦粗，2)冲孔，3)冲头扩孔，4)芯棒马架扩孔，5)修整。这种工艺生产铝合金环件的主要问题是1)环件几何精度低、加工余量大、材料利用率低；2)环件需要多次马架扩孔、生产效率低、劳动强度大；3)环件需要反复加热、能耗高；4)生产成本高。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供了一种成本低、生产效率高的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成环件毛坯；3)轧环将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机内，通过径向轧制或径-轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。
所述的环件毛坯内孔边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～15°，毛坯的孔径为d=dfλ,]]>毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+c，c＝0～0.4Bf，毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定；矩形截面铝合金环件锻件的外径为Df，矩形截面铝合金环件锻件的孔径为df、轴向尺寸为Bf、轧制比为λ，λ＝2～8。
所述的轧环，环件轧制中进给速度数值按下式计算υ=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。
所述的料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸。
本发明采用环件轧制工艺，环件经过多转连续轧制变形达到预定尺寸，改善工件的金属组织和性能，缩短了生产时间，减少了锻件加热次数，节约了原材料，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸，节约了原材料，降低成本；减小了端面鱼尾变形和翘曲变形，保证了外台阶截面环件的质量。
图1是本发明矩形截面铝合金环锻件结构示意2是本发明矩形截面铝合金环件毛坯结构示意3是本发明矩形截面铝合金环件径向轧制原理4是图3左视5是本发明矩形截面铝合金环件径-轴向轧制原理中1-驱动辊，2-环件，3-导向棍，4-芯辊，5-信号辊，6-端面轧辊。
具体实施例方式
矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，按如下步骤实现1)下料将铝合金棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸。
2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯。
为了减小环件孔缘毛刺，在毛坯内孔边缘设计了一个斜角α，其数值为α＝0°～15°。矩形截面铝合金环件锻件的孔径为df、轴向尺寸为Bf、轧制比为λ，λ＝2～8，则轧制用毛坯的孔径为d=dfλ;]]>毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+c，c＝0～0.4Bf；毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定。
为了便于轧制成形，锻造制坯时要严格保证轧制用毛坯几何精度，消除毛坯内孔偏心、表面锤头印、冲孔毛刺等缺陷。
3)轧环将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径-轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为规定形状尺寸的环件锻件。
铝合金环件径向轧制成形如图3、图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大的连续局部塑性变形。通过多转反复轧制变形，使环件直径扩大到与信号辊5接触时，则达到了规定形状尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。图1中导向辊3的作用是保证轧制过程平稳。
铝合金环件径-轴向轧制成形如图5所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和芯辊4直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大的连续局部塑性变形。同时，在端面轧辊6的作用下，环件毛坯2产生端面平整变形。通过多转反复轧制变形，使环件直径扩大到了规定尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。与径向轧制成形相比，径-轴向轧制成形的铝合金环件端面更平整，表面质量更好。
对于铝合金环件径向轧制成形，设计如图3、图4所示的半封闭孔型，该孔型的驱动辊直径较闭式孔型的小，也不要求轧环机驱动辊与芯辊有很大的中心距，且改善了芯辊的强度和刚度。随着轧制的进行，环件截面逐渐进入孔型，并在轧制结束时，环件截面完全进入孔型，有利于环件端面质量。对于铝合金环件径-轴向轧制成形，如图5所示的开式孔型，这种孔型制造简单，而环件端面质量可由轴向轧辊保证。
矩形截面铝合金环件轧制工艺参数主要包括轧制温度、轧制进给速度和轧制比。铝合金环件轧制温度可以取为350℃-550℃。实际轧制操作中，应严格控制始锻和终锻温度，防止低于终锻温度的轧制变形，以保证环件内部组织质量。毛坯轧制前加热应严格控制加热温度、保温时间，保证毛坯整体均匀热透，并防止过热和过烧。
为了减小和控制矩形截面铝合金环件端面鱼尾变形，环件轧制中采用中等进给速度，其进给速度数值按下式计算υ=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>这里v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。
轧制比综合反映了环件轧制变形量、变形力和轧制成形规律。对于矩形截面铝合金环件轧制成形，其轧制比λ可以在2～8范围选取。
铝合金环件轧制过程中，非常容易产生与轧辊粘连现象，这时将会严重损坏铝合金环件表面质量，并产生轧制废品。为此，铝合金环件轧制过程中，要保证良好的润滑，彻底消除轧制粘辊现象。
a、铝合金环件径向轧制成形要求径向轧制成形的铝合金环件尺寸为外圆直径Df为Ф800mm，内孔直径df为Ф700mm，轴向尺寸Bf为90mm。毛坯的内孔直径d为Ф175mm，轴向尺寸B为90mm。毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定，毛坯的外圆直径D为Ф426mm，为了减小环件孔缘毛刺，毛坯内孔边缘的斜角α为10°(如图2所示)。采用如图3、图4所示的半封闭孔型。轧制进给速度为3.5mm/s，轧制比为4。将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到550℃时取出，放入轧环机孔型内进行径向轧制，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，环件外圆表面与信号辊接触(如图4所示)，完成轧制成锻件。
b、铝合金环件径-轴向轧制成形要求径-轴向轧制成形的铝合金环件尺寸为外圆直径Df为Ф3600mm，内孔直径df为Ф3000mm，轴向尺寸Bf为300mm。毛坯的内孔直径d为Ф600mm，轴向尺寸B为360mm。毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定，毛坯的外圆直径D为Ф1913mm，径-轴向轧制由于有端面轧辊6的作用(如图5所示)，毛坯端面成形质量较好，设计毛坯内孔边缘的斜角α为0°(如图2所示)。采用如图5所示的开式孔型。轧制进给速度为4.2mm/s，轧制比为5。将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到550℃时取出，放入径-轴向轧环机内进行径-轴向轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，完成轧制成为锻件。
4)锻件机械切削加工成产品。
权利要求
1.矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯；3)轧环将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。
2.根据权利要求1所述的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是所述的环件毛坯内孔边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～15°，毛坯的孔径为d=dfλ,]]>毛坯的轴向尺寸为B＝Bf+c，c＝0～0.4Bf，毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定；其中，df为矩形截面铝合金环件锻件的孔径，Bf为矩形截面铝合金环件锻件的轴向尺寸，λ为轧制比，λ＝2～8。
3.根据权利要求1所述的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是所述的轧环，环件轧制中进给速度数值按下式计算v=0.7f2n1R12R(1+R1R2)2(1+R1R2+R1R-R1r)]]>其中v为轧制进给速度，n1为驱动辊转速，R1，R2分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝Df/2，r＝df/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。
4.根据权利要求1所述的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是所述的料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸。
全文摘要
本发明涉及一种矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现1)下料将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～ 550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯；2)轧环将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。本发明具有成本低、生产效率高的特点。
文档编号B21H1/00GK1586753SQ20041006088
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月21日 优先权日2004年9月21日
发明者华林, 赵玉民, 毛华杰, 吴燕翔 申请人:武汉理工大学