一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，通过在锻造过程中采用十字镦拔法一方面可以使铝合金坯料充分变形，使铸态组织变成锻造组织，另外利用十字镦拔法可以减小铝合金环件性能的各向异性，增加铝合金环件径向延伸率。在锻造过程中通过改变辗环时辗环机的进给速率，一方面可以防止铝合金锻件过热，另外还能防止铝合金锻件的端面起皮和凹槽，另外对铝合金锻件的热处理不仅增加了锻件强度，另外铝合金锻件在该热处理温度下析出的强话相更加细小弥散分布，减小了铝合金锻件的参与应力，防止后续机加工变形。
【专利说明】一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及锻造工艺，尤其涉及一种高筒形铝合金(2A14)锻件的锻造成型工艺。
【背景技术】
[0002]铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。目前对于高筒形铝合金锻件的锻造过程中，由于铝合金在加热过程中存在变形温度范围窄、对变形温度和变形速度敏感、摩擦系数大和流动性差、不均匀变形会引起局部粗晶、以及锻件粘模等情况，并且该高筒形铝合金锻件的高度为900mm,因此在锻造过程中易产生临界变形，在锻造过程中容易产生临界变形，轧环过程中可能会引起失稳、椭圆变形，热处理工序中环件容易变形，热处理后成品组织不均匀以及性能各向异性大等问题，大大提高了铝合金锻件的生产难度。
【发明内容】
[0003]本 申请人:针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，有效提高了高筒形铝合金锻件的成型性及力学性能，大大降低了生产难度。
[0004]本发明所采用的技术方案如下:
一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，包括以下步骤:
第一步:下料:使用铸铝棒为坯料；
第二步:锻前加热:第一加热阶段:将坯料放置在加热炉中，使坯料温度升温至不大于3000C ;第二加热阶段:从所述第一加热阶段的终点温度继续对钢坯升温至470°C ±5°C，保温 22-28h ；
第三步:制坯:第一阶段:采用十字镦拔法将加热所得坯料镦拔形成圆饼件；第二阶段:对所述圆饼件进行冲孔形成带有内孔的环坯；
第四步:第一次回炉加热:将所述环坯重新放入加热炉内进行加热，使带孔坯料的温度达到470°C ±5°C，保温5-7h ；
第五步:扩孔:对所述环坯采用自由锻马架扩孔制备辗环环坯；
第六步:第二次回炉加热:将所述辗环环坯重新放入加热炉内进行加热至470 0C ±5°〇，保温2-311 ；
第七步:辗环:采用辗环机对所述辗环环坯进行辗制形成铝合金锻件，辗环机径向进给速率为0.6?0.7mm/s，辗环过程中所述铝合金锻件的表面不断刷有润滑剂；
第八步:将第九步所得铝合金锻件空冷至室温；
第九步:热处理:第一阶段:将温度为室温的铝合金锻件加热至500°C ±5°C，保温5_7h后进行固溶热处理；第二阶段:通过卧式辗环机对固溶后的铝合金锻件冷环轧，最后完成人工时效热处理；
第十步:机加工至要求尺寸。
[0005]其进一步技术方案在于: 第三步第一阶段所述十字镦粗法的具体镦粗方式如下:首先沿Z轴将坯料镦粗形成圆盘，然后沿X轴将圆盘拔长形成长方形坯料，再将长方形坯料沿X轴镦粗形成正方形坯料，将正方形坯料沿Z轴再次拔长形成长方形坯料，然后对所述长方形坯料沿Z轴镦粗形成圆饼件；
第三步第二阶段所述冲孔的具体冲制过程如下:首先利用冲子对圆饼件冲出沉孔，所述沉孔的深度为20-50mm，然后在所述沉孔的内壁均匀刷上润滑剂，最后通过冲子对所述沉孔继续冲制，使所述沉孔形成通孔，所述沉孔的直径小于所述通孔的直径；
第五步所述自由锻马架扩孔采用不同直径的芯轴分二次扩孔，第一次扩孔用芯轴的直径小于第二次扩孔用芯轴的直径；
第九步第一阶段固溶热处理的具体过程如下:将铝合金锻件放入水温为60?70°C的水中固溶，使铝合金锻件固溶后的温度为60?70°C ；
第九步第二阶段中辗环机对铝合金锻件冷环轧时，铝合金锻件的内径变形量为0%?0.3%，人工时效热处理的温度为150?160°C ；
所述润滑剂由石墨与猪油混合制成。
[0006]本发明的有益效果如下:
(I)本发明方法在制坯时采用十字镦拔法，一方面可以使铝合金坯料充分变形，使铸态组织变成锻造组织，另外利用十字镦拔法可以减小铝合金环件性能的各向异性，增加铝合金环件径向延伸率。
[0007](2)本发明方法在冲孔时首先利用冲子冲制一个沉孔，通过在沉孔内壁均匀喷涂润滑剂后在冲制通孔，有效防止在冲孔过程时拉伤内孔。
[0008](3)本发明方法利用马架扩孔并采用不同直径的芯轴分二次冲孔能有效防止环坯内壁留有较深的锤印。
[0009](4)通过改变辗环时辗环机的进给速率，一方面可以防止铝合金锻件过热，另外还能防止铝合金锻件的端面起皮和凹槽，另外对铝合金锻件的热处理不仅增加了锻件强度，另外铝合金锻件在该热处理温度下析出的强话相更加细小弥散分布，减小了铝合金锻件的参与应力，防止后续机加工变形。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明中锻前加热的温度曲线示意图。
[0011]图2为本发明中制坯过程的示意图。
[0012]图3为本发明中第一次回炉加热的温度曲线示意图。
[0013]图4为本发明中第二次回炉加热的温度曲线示意图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图，说明本发明的【具体实施方式】。
[0015]实施例1:
一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺包括以下步骤:
第一步:下料:使用铸铝棒为坯料，该坯料的直径为680mm，高度为1400mm ；
第二步:锻前加热:第一加热阶段:将坯料放置在加热炉中，使坯料温度升温至290°C ；第二加热阶段:从所述第一加热阶段的终点温度(290°C)继续对钢坯升温至465°C，保温22h。锻前加热的温度曲线如图1所示。
[0016]第三步:制坯:如图2所示，第一阶段:采用十字镦拔法将加热所得坯料镦拔形成圆饼件；所十字镦粗法的具体镦粗方式如下:首先沿Z轴将坯料镦粗形成圆盘，圆盘的直径为1000mm,高度为650mm(图2a所示)。然后沿X轴将圆盘拔长形成长方形还料，该长方形坯料的长度为1370mm，宽度为610mm，高度为610mm (图2b所示)。再将长方形坯料沿X轴镦粗形成正方形坯料，该正方形坯料的长度为630mm，宽度为900mm，高度为900mm (图2c所示)。将正方形坯料沿Z轴再次拔长形成长方形坯料，该长方形坯料的长度为1370mm，高度为610mm，宽度为610mm (图2d所示)。然后对长方形坯料沿Z轴镦粗形成圆饼件，圆饼件的直径为835mm，高度为930mm (图2e所示)。第二阶段:对圆饼件进行冲孔形成带有内孔的环坯，所述冲孔的具体冲制过程如下:首先利用冲子冲出一个深20mm沉孔，然后在沉孔的内壁均匀刷上润滑剂，润滑剂由石墨与猪油混合制成，最后通过冲子对沉孔继续冲制，使沉孔形成Φ280通孔(如图2f所示)，上述沉孔的直径小于通孔的直径，先冲出沉孔有效防止冲孔时拉伤内孔。
[0017]第四步:第一次回炉加热:如图3所示，将环坯重新放入加热炉内进行加热，使带孔坯料的温度达到465°C，保温5h ；
第五步:扩孔:对环坯采用自由锻马架扩孔制备辗环环坯，扩孔时先采用Φ280的芯轴进行马架扩孔，马架至Φ500时更换Φ400的芯轴再次进行马架扩孔防止环坯内壁有较深的锤印。对后序辗环的稳定性有很大帮助。马架扩孔后辗环环坯的尺寸为Φ1500X1200X930ο
[0018]第六步:第二次回炉加热:如图4所示，将第五步所得辗环环坯重新放入加热炉内进行加热至465°C，保温2h ；
第七步:辗环:采用辗环机对所述辗环环坯进行辗制形成铝合金锻件，辗环机径向进给速率为0.6mm/s，通过调整辗环机的径向进给速率一方面可防止锻件过热，另外还能防止端面起皮和凹槽。辗环过程中所述铝合金锻件的表面不断刷有润滑剂，辗环后该铝合金锻件的尺寸为Φ 2050 X Φ 1840 X 930 (外圈直径/内圈直径/高度)。
[0019]第八步:将第九步所得铝合金锻件空冷至室温；
第九步:热处理:第一阶段:将温度为室温的铝合金锻件加热至495°C，保温5h后进行固溶热处理，固溶热处理的具体过程如下:将铝合金锻件放入水温为60°C的水中固溶，使铝合金锻件固溶后的温度为60°C。
[0020]第二阶段:通过卧式辗环机对固溶后的铝合金锻件冷环轧，冷环轧时铝合金锻件的变形量为0.1%，最后完成人工时效热处理，人工时效热处理的温度为150°C。
[0021]第十步:机加工至要求尺寸Φ 1980*Φ 1800*930 (外径尺寸、内径尺寸、高度)。
[0022]实施例2:
一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺包括以下步骤:
第一步:下料:使用铸铝棒为坯料，该坯料的直径为680mm，高度为1500mm，重量为1550kg。
第二步:锻前加热:第一加热阶段:将坯料放置在加热炉中，使坯料温度升温至300°C ；第二加热阶段:从所述第一加热阶段的终点温度(300°C )继续对钢坯升温至475°C，保温28h。锻前加热的温度曲线如图1所示。
[0023]第三步:制坯:如图2所示，第一阶段:采用十字镦拔法将加热所得坯料镦拔形成圆饼件；所十字镦粗法的具体镦粗方式如下:首先沿Z轴将坯料镦粗形成圆盘，圆盘直径为1030mm,高度为650mm (图2a所示)。然后沿X轴将圆盘拔长形成长方形还料，该长方形还料长度为1470mm，高度和宽度均为610mm (图2b所示)。再将长方形坯料沿X轴镦粗形成正方形坯料，正方形坯料的长度为650mm，高度和宽度均为910mm (图2c所示)。将正方形坯料沿Z轴再次拔长形成长方形坯料，长方形坯料的长度为1470mm，高度和宽度均为610mm(图2d所示)。然后对所述长方形坯料沿Z轴镦粗形成圆饼件，圆饼件直径为860mm，高度为930mm(图2e所示)。第二阶段:对所述圆饼件进行冲孔形成带有内孔的环坯，所述冲孔的具体冲制过程如下:首先利用冲子冲出一个深20mm沉孔，然后在沉孔的内壁均匀刷上润滑齐U，润滑剂由石墨与猪油混合制成，最后通过冲子对所述沉孔继续冲制，使沉孔形成Φ280通孔(如图2f所示)，上述沉孔的直径小于通孔的直径，先冲出沉孔防止冲孔时拉伤内孔。
[0024]第四步:第一次回炉加热:如图3所示，将环坯重新放入加热炉内进行加热，使带孔坯料的温度达到475°C，保温7h ；
第五步:扩孔:对环坯采用自由锻马架扩孔制备辗环环坯，扩孔时先采用Φ280的芯轴进行马架扩孔，马架至Φ500时更换Φ400的芯轴再次进行马架扩孔防止环坯内壁有较深的锤印。对后序辗环的稳定性有很大帮助。马架扩孔后辗环环坯的尺寸为Φ1500X1200X930ο
[0025]第六步:第二次回炉加热:如图4所示，将第五步所得辗环环坯重新放入加热炉内进行加热至475°C，保温3h ；
第七步:辗环:采用辗环机对所述辗环环坯进行辗制形成铝合金锻件，辗环机径向进给速率为0.7mm/s，通过调整辗环机的径向进给速率一方面可防止锻件过热，另外还能防止端面起皮和凹槽。辗环过程中所述铝合金锻件的表面不断刷有润滑剂，辗环后该铝合金锻件的尺寸为Φ 2050 X Φ 1840 X 930 (外圈直径/内圈直径/高度)。
[0026]第八步:将第九步所得铝合金锻件空冷至室温；
第九步:热处理:第一阶段:将温度为室温的铝合金锻件加热至505°C，保温7h后进行固溶热处理，固溶热处理的具体过程如下:将铝合金锻件放入水温为70°C的水中固溶，使铝合金锻件固溶后的温度为70°C。
[0027]第二阶段:通过卧式辗环机对固溶后的铝合金锻件冷环轧，冷环轧时铝合金锻件的变形量为0.3%，最后完成人工时效热处理，人工时效热处理的温度为160°C。
[0028]第十步:机加工至要求尺寸Φ2000*Φ 1810*930 (外径尺寸、内径尺寸、高度)。
[0029]以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。
【权利要求】
1.一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于包括以下步骤: 第一步:下料:使用铸铝棒为坯料； 第二步:锻前加热:第一加热阶段:将坯料放置在加热炉中，使坯料温度升温至不大于3000C ;第二加热阶段:从所述第一加热阶段的终点温度继续对钢坯升温至470°C ±5°C，保温 22-28h ； 第三步:制坯:第一阶段:采用十字镦拔法将加热所得坯料镦拔形成圆饼件；第二阶段:对所述圆饼件进行冲孔形成带有内孔的环坯； 第四步:第一次回炉加热:将所述环坯重新放入加热炉内进行加热，使带孔坯料的温度达到470°C ±5°C，保温5-7h ； 第五步:扩孔:对所述环坯采用自由锻马架扩孔制备辗环环坯； 第六步:第二次回炉加热:将所述辗环环坯重新放入加热炉内进行加热至470 0C ±5°〇，保温2-311 ； 第七步:辗环:采用辗环机对所述辗环环坯进行辗制形成铝合金锻件，辗环机径向进给速率为0.6?0.7mm/s，辗环过程中所述铝合金锻件的表面不断刷有润滑剂； 第八步:将第九步所得铝合金锻件空冷至室温； 第九步:热处理:第一阶段:将温度为室温的铝合金锻件加热至500°C ±5°C，保温5_7h后进行固溶热处理；第二阶段:通过卧式辗环机对固溶后的铝合金锻件冷环轧，最后完成人工时效热处理； 第十步:机加工至要求尺寸。
2.如权利要求1所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:第三步第一阶段所述十字镦粗法的具体镦粗方式如下:首先沿Z轴将坯料镦粗形成圆盘，然后沿X轴将圆盘拔长形成长方形坯料，再将长方形坯料沿X轴镦粗形成正方形坯料，将正方形坯料沿Z轴再次拔长形成长方形坯料，然后对所述长方形坯料沿Z轴镦粗形成圆饼件。
3.如权利要求1所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:第三步第二阶段所述冲孔的具体冲制过程如下:首先利用冲子对圆饼件冲出沉孔，所述沉孔的深度为20-50mm，然后在所述沉孔的内壁均匀刷上润滑剂，最后通过冲子对所述沉孔继续冲制，使所述沉孔形成通孔，所述沉孔的直径小于所述通孔的直径。
4.如权利要求1所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:第五步所述自由锻马架扩孔采用不同直径的芯轴分二次扩孔，第一次扩孔用芯轴的直径小于第二次扩孔用芯轴的直径。
5.如权利要求1所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:第九步第一阶段固溶热处理的具体过程如下:将铝合金锻件放入水温为60?70°C的水中固溶，使铝合金锻件固溶后的温度为60?70°C。
6.如权利要求1所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:第九步第二阶段中辗环机对铝合金锻件冷环轧时，铝合金锻件的内径变形量为0%?0.3%，人工时效热处理的温度为150?160°C。
7.如权利要求3所述的一种高筒形铝合金锻件的锻造成型工艺，其特征在于:所述润滑剂由石墨与猪油混合制成。
【文档编号】B21C37/00GK104438419SQ201410573288
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】许亮, 李湘军, 王骏, 刘智, 刘其源, 陈翠 申请人:无锡市派克重型铸锻有限公司