一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其中：在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A（1）进行马架扩孔和平端面步骤。本发明的有益效果：增加马架扩孔、平端面的工序，将冲孔后的环坯圆角尺寸缩小至R<15mm，解决了环件轴向变形材料分配难题；马架工序之后，所述环坯鼓肚大幅减小，端面变厚，在外径方向上环坯与主辊接触面积增加，极大减少环坯冲孔后直接轧制的失稳现象。
【专利说明】一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法。
【背景技术】
[0002]采用铝合金制造的航空航天等领域使用的回转体零部件，如筒形壳体锻件等，由于锻件的壁厚较薄，高度较高，再加上锻件尺寸精度、性能及组织要求也较高，增加了轧制成形的难度。
[0003]中国发明专利说明书CN 101279344中公开了铝合金异形环件的轧制成形方法。该方法将铝合金棒料经过镦粗、冲孔、轧环制坯，再将坯料装入轧环模具中轧制成形，通过控制轧制过程与各工艺步骤中的变形量，轧制出性能良好的异形环件。
[0004]中国发明专利说明书CN102085549A中则公开了铝合金高筒环锻件的辗轧成形方法。该方法是将坯料制成环轧坯后，在轧制时随动模套与环件同时转动。同时控制变形量以及轧制速度，轧制出性能良好的异形环锻件。上述方法由于增加随动模套，增加环件制造成本。而且轧制过程中环件与随动模套间存在相对滑动，难以控制，影响了此方法的适用性。
[0005]上述两种成形方法都存在以下问题:在轧制薄壁的铝合金高筒环件时，由于坯料在冲孔后，仍然存在很大的鼓肚，轧制时材料流动情况难以控制。而且辗轧模具孔型与预轧坯之间激烈摩擦，造成轧制不稳定，容易失稳，出现轧扁和喇叭口等现象。而制坯时由于坯料两端材料过少，轧制时环件转动速度快、无摩擦，环件两端温度低，变形抗力相对较大，而且轧制成形时材料大部分沿径向流动，轴向材料流动较少，造成最终成形环件两端壁厚不够，达不到要求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，解决现有技术中铝合金高筒薄壁环件轧制时材料流动难以控制、轧制容易出现轧偏和喇叭口、环件两端壁厚尺寸较薄不能满足技术要求等问题。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现:
一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其特征在于:在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下:
(1)镦粗、冲孔
将变形铝合金棒材加热到460°C?480°C锻造温度，进行镦粗、冲孔；
(2)马架扩孔、平端面
控制锻锤的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯A变形量超过30%，旋转环坯A90°后锤锻，环坯A经充分变形后其圆角3尺寸缩小至R〈15mm，本步骤终锻温度不低于360°C ；
(3)预轧环坯将步骤(2)处理后的环坯Al回炉加热至460°C?480°C的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主棍固定转动，芯棍做径向进给运动，第一阶段:主棍的转速为0.2?0.5rad/s,主辊轧制力为300T?360T，芯辊的进给速度为0.1?0.4mm/s，锥辊轧制力为40T ;第二阶段:主辊轧制力为400T，芯辊进给速度为0.7mm/s，锥辊的轧制力为80T，锥辊的轴向进给量为
4.5mm/min ;第三阶段:环坯A达到尺寸要求后，保持芯辊稳定，空转主辊6?8圈后停转；本步骤终锻温度不低于360°C ；
(4)终轧环件
将步骤(3)处理后的环坯B回炉加热至460°C?480°C的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊转速为为0.2?0.5rad/s ;环件咬入阶段，主辊的轧制力为360T?400T，芯辊进给速度为0.1?0.4mm/s,锥棍轴向固定,其轧制力为40T ;稳定轧制阶段,主的轧制力为410T，芯辊进给速度为0.6mm/s，锥辊转速不变，其轧制力为110T，轴向进给量为4mm/min ；符合要求尺寸阶段，使芯辊进给速度从0.6mm/s减小至Omm/s，本步骤环件终锻温度不低于360。。。
[0008]优选地，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。
[0009]步骤(2)中的马架扩孔环坯A的高度按以下公式计算:
Η2=Η1+ Δ H2 ；
其中，Hl为预轧环坯B7的高度，H2为马架扩孔环坯A高度，Λ Η2=2?4%Η1。
[0010]步骤(2)中的马架扩孔环坯A的内外径按以下公式计算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ；
其中，Dl，dl为预轧环坯B的内外径，D2, d2为马架扩孔环坯A的内外径。
[0011]步骤(3)中的预制环坯B的高度按以下公式计算:
Hl=H+ Δ Hl;
其中Hl为预轧环坯B的高度，H为终轧环件的高度，Δ Hl=2?4%H。
[0012]步骤(3)中的预制环坯B的内外径按以下公式计算:
(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；
其中，D，d为终轧环件的内外径，Dl, dl为预轧环坯B的内外径。
[0013]本发明的有益效果:本发明所述的一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，预轧步骤前再进行一道马架扩孔、平端面的工序，将冲孔后的环坯圆角尺寸缩小至R〈15mm，使得轧制变形时材料能够使圆角缩小至要求尺寸，从而解决了环件轴向变形材料分配难题；而且马架工序之后，所述环坯鼓肚大幅减小，端面变厚，在外径方向上环坯与主辊接触面积增加，极大减少环坯冲孔后直接轧制的失稳现象。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为冲孔后环坯结构示意图；
图2为环坯锤锻示意图；
图3为环坯材料流向图；
图4为环坯旋转90°方向锤锻图；
图5为环还预轧示意图；
图6为环坯终轧示意图； 图中，I一环坯A，2—鼓肚，3 —圆角，4一锻锤，5—马架，6—主辊，7—环坯B，8—芯辊，9 一锥辊，10—环件。
【具体实施方式】
[0015]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图和实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0016]实施本发明所述的一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手及其他工装模具等设备。
[0017]结合附图，下面以材料牌号为147的铝合金为对象进行说明:
一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其中:在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯Al进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下:
(1)镦粗、冲孔
将变形铝合金棒材加热到460°C?480°C锻造温度，进行镦粗、冲孔；
(2)马架扩孔、平端面
控制锻锤4的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯Al变形量超过30%，旋转环坯A190°后锤锻，环坯Al经充分变形后其圆角3尺寸缩小至R〈15mm，本步骤终锻温度不低于360 0C ；
(3)预轧环坯
将步骤(2 )处理后的环坯Al回炉加热至460 V?480 V的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主棍6固定转动，芯棍8做径向进给运动,第一阶段:主棍6的转速为0.2?0.5rad/s，主辊6轧制力为300T?360T，芯辊8的进给速度为0.1?0.4mm/s，锥辊9轧制力为40T ；第二阶段:主辊轧制力为400T，芯辊8进给速度为0.7mm/s，锥辊9的轧制力为80T，锥辊9的轴向进给量为4.5mm/min ;第三阶段:环坯Al达到尺寸要求后，保持芯辊8稳定，空转主辊66?8圈后停转；本步骤终锻温度不低于360°C ；
(4)终轧环件
将步骤(3)处理后的环坯B7回炉加热至460°C?480°C的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊6转速为为0.2?0.5rad/s ;环件咬入阶段，主辊6的轧制力为360T?400T，芯棍8进给速度为0.1?0.4mm/s,锥棍9轴向固定,其轧制力为40T ;稳定轧制阶段,主棍6的轧制力为410T，芯辊8进给速度为0.6mm/s，锥辊9转速不变，其轧制力为110T，轴向进给量为4mm/min ;符合要求尺寸阶段,使芯棍8进给速度从0.6mm/s减小至Omm/s,本步骤环件终锻温度不低于360°C。
[0018]优选地，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。
[0019]步骤(2)中的马架扩孔环坯Al的高度按以下公式计算:
Η2=Η1+ Δ H2 ；
其中，Hl为预轧环坯B7的高度，H2为马架扩孔环坯Al高度，Λ H2=2?4%H1。
[0020]步骤(2)中的马架扩孔环坯Al的内外径按以下公式计算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ；
其中，Dl, dl为预轧环还B7的内外径，D2, d2为马架扩孔环还Al的内外径。
[0021]步骤(3)中的预制环坯B7的高度按以下公式计算:
Hl=H+ Δ Hl;
其中Hl为预轧环坯B7的高度，H为终轧环件10的高度，Δ Hl=2?4%H。
[0022]步骤(3)中的预制环坯B7的内外径按以下公式计算:
(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；
其中，D，d为终轧环件10的内外径，Dl, dl为预轧环坯B7的内外径。
[0023]通过上述方法获得的薄壁高筒环件满足尺寸要求后，进行退火+固熔+时效处理，退火温度为375°C，固溶温度为535°C，时效温度为190°C。
[0024]采用上述马架扩孔制坯后辗轧的方法轧制的147铝合金高筒薄壁环件10，最小壁厚可达15mm，闻厚比最大可达30:I,闻径比最大可达2.5:I (锻件闻度> 700mm)。
[0025]获得的薄壁高筒环件的力学性能:室温条件下，抗拉强度(σ b)彡410MPa，屈服强度(o0 2)彡290MPa，延伸率(δ 5)彡15.5%，符合技术要求。
[0026]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其特征在于:在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A (I)进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下: (1)镦粗、冲孔 将变形铝合金棒材加热到460°C?480°C锻造温度，进行镦粗、冲孔； (2)马架扩孔、平端面 控制锻锤4的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯A (I)变形量超过30%，旋转环坯A (1)90°后锤锻，环坯A (I)经充分变形后其圆角(3)尺寸缩小至R〈15mm，本步骤终锻温度不低于360°C ； (3)预轧环坯 将步骤(2)处理后的环坯A( I)回炉加热至460°C?480°C的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主辊(6)固定转动，芯辊(8)做径向进给运动，第一阶段:主辊(6)的转速为0.2?0.5rad/s，主辊(6)轧制力为300T?360T，芯辊(8)的进给速度为0.1?0.4mm/s，锥辊(9)轧制力为40T ;第二阶段:主辊轧制力为400T，芯辊(8)进给速度为0.7mm/s，锥辊(9)的轧制力为80T，锥辊(9)的轴向进给量为4.5mm/min ;第三阶段:环坯A (I)达到尺寸要求后，保持芯辊(8)稳定，空转主辊(6) 6?8圈后停转；本步骤终锻温度不低于360°C ； (4)终轧环件 将步骤(3)处理后的环坯B( 7)回炉加热至460°C?480 V的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊(6)转速为为0.2?0.5rad/s ;环件咬入阶段，主辊(6)的轧制力为360T?400T，芯辊(8)进给速度为0.1?0.4mm/s，锥辊(9)轴向固定，其轧制力为40T ;稳定轧制阶段，主辊(6)的轧制力为410T，芯辊(8)进给速度为0.6mm/s，锥辊(9)转速不变，其轧制力为110T,轴向进给量为4mm/min ;符合要求尺寸阶段,使芯棍(8)进给速度从0.6mm/s减小至Omm/s，本步骤环件终锻温度不低于360°C。
2.如权利要求1所述的铝合金高筒薄壁环件轧制成形方法，其特征在于，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。
3.如权利要求1所述的铝合金高筒薄壁环件轧制成形方法，其特征在于，步骤(2)中的马架扩孔环坯A (I)的高度按以下公式计算:
Η2=Η1+ Δ H2 ； 其中，Hl为预轧环坯B (7)的高度，H2为马架扩孔环坯A (I)高度，ΛΗ2=2?4%H1。
4.如权利要求1所述的铝合金高筒薄壁环件轧制成形方法，其特征在于，步骤(2)中的马架扩孔环坯A (I)的内外径按以下公式计算:
(Dl-D2-dl+d2) /(Dl-dl)=30% ?60% ； 其中，Dl, dl为预轧环还B (7)的内外径，D2, d2为马架扩孔环还A (I)的内外径。
5.如权利要求1所述的铝合金高筒薄壁环件轧制成形方法，其特征在于，步骤(3)中的预制环坯B (7)的高度按以下公式计算:
Hl=H+ Δ Hl; 其中Hl为预轧环坯B (7)的高度，H为终轧环件(10)的高度，Δ Hl=2?4%H。
6.如权利要求1所述的铝合金高筒薄壁环件轧制成形方法，其特征在于，步骤(3)中的预制环坯B (7)的内外径按以下公式计算:(D-d-Dl+dl)/(D-d)=30% ?50% ；其中，D，d为终轧环件(10)的内外径，Dl, dl为预轧环坯B (7)的内外径。
【文档编号】B21H1/06GK104191166SQ201410377807
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2014年8月4日
【发明者】张华 , 杨家典, 刘朝辉, 孙传华, 王清, 张胜利, 廖容尧, 杨汝彪 申请人:贵州航宇科技发展股份有限公司