一种铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法与流程

本发明涉及铝合金锻压技术领域，尤其涉及利用铝合金空心铸锭通过环轧、旋压相结合的方式精密成形薄壁筒段的方法。

背景技术：

随着我航天产品可靠性设计要求的提高，结构件也朝着一体化、大型化及轻质化方向发展，大高径比的铝合金薄壁筒段类零件得以广泛应用。该类零件为高径比大约0.8～2.0的薄壁光筒，筒段壁厚大约2～10mm，直径大约1000～2000mm。

中国发明专利cn104759850a《一种铝合金高筒件加工工艺》公布了一种铝合金高筒件的自由锻造加工方法，该专利采用半连续铸造实心铸锭作为原始坯料，经锻造、冲孔、马架扩孔、芯轴拔长、平端面制得空心筒形坯料，然后对坯料进行辗环操作成形高筒件，实现了高筒件的整体成形。但各制造工序间铸锭坯料需要经过7次反复加热，工艺过程复杂，生产周期较长，而且采用自由锻造方式所生产筒形件壁厚较大，后续零件精加工时大量原材料被切除，制造成本较高。

哈尔滨理工大学硕士学位论文《大型薄壁核电筒件加工工艺优化》采取焊接成形的方式，将薄壁板材卷弯后拼焊为筒形件，该种方式生产周期较短，制造精度较高。但采用拼焊的方式成形后的筒件存在多条周向、轴向焊缝，零件焊缝区的力学性能与母材相比存在一定程度的降低，容易导致承力能力不足，且受力零件内部应力容易分布不均匀，会影响使用寿命。因此，开发一种整体成形、制造周期短、生产成本低的薄壁筒段生产工艺方法，具有很强的工程意义。

技术实现要素：

本发明为解决上述问题，提供了一种利用铝合金空心铸锭通过环轧、旋压相结合的方式精密成形薄壁筒段的方法。

本发明所采取的技术方案：

一种铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其步骤为：

(1)采用半连续铸造的空心铝合金铸锭作为原始坯料，对坯料全表面进行机加工，表面粗糙度不大于ra12.6，空心铸锭尺寸表示为：外径d0、内径d0、高度h0；

(2)将步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热；

(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铸锭进行轧制变形操作，使坯料直径长大至目标尺寸，环轧后的环件坯料尺寸表示为外径d1、内径d1、高度h1；

(4)将步骤(3)中的所制环件坯料置于空气中冷却；

(5)利用强力旋压机，对步骤(4)中冷却的环件坯料进行多道次旋长操作；

(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小1/2～2/3时，对半成品进行退火处理；

(7)继续对退火后的半成品进行旋压成形，至零件壁厚减小至成品尺寸，获得薄壁筒段零件，零件尺寸表示为外径d2、内径d2、高度h2；

(8)切除旋压薄壁筒段两端工艺余量，零件尺寸表示为：外径d、内径d、高度h；

(9)对薄壁筒段零件进行固溶处理；

(10)利用卷板机，对步骤(9)中固溶处理后的零件进行校圆操作，同时释放零件的淬火应力；

(11)对步骤(10)校圆后的零件进行时效处理；

(12)对步骤(11)时效处理后的零件进行酸洗处理，去除表面油污及氧化皮；

(13)对步骤(12)酸洗处理后的零件进行表面荧光着色处理，检查是否存在裂纹、孔洞缺陷；

(14)在薄壁筒段相应部位切取取样片，检测力学性能。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(2)中对原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～470℃，保温时间150～180min。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(6)中环件坯料退火处理，其加热温度为340～410℃，保温时间为2～3h。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(9)中薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度495～540℃，保温时间45～60min。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(11)中对校圆后的零件进行时效处理，加热温度155～170℃，保温时间4～25h。

本发明的有益效果：本发明采用空心铸锭作为原始坯料，避免了传统自由锻方式繁复的制坯过程，缩短了生产周期；将环轧、旋压两种塑性变形方式相结合，使坯料在环向、轴向均有较大程度的变形，保证了薄壁筒段在两个方向均有较高的力学性能；利用空心铸锭，通过环轧、旋压等工序制备的薄壁筒段整个制造过程没有材料去除，具有较高的原材料利用率，卷弯校圆后可保证固溶处理后零件的圆度，尺寸精度较高。

附图说明

图1为本发明利用径-轴向环轧机对空心铸锭轧制成形时直径长大过程示意图。

图2为本发明利用强力旋压机对环轧后的环件坯料旋压成形时高度长大过程示意图。

图3为本发明利用卷板机对固溶后的薄壁筒段进行校圆的示意图。

其中：1-主辊；2-芯辊；3-上锥辊；4-下锥辊；5-零件；6-夹头；7-旋轮；8-芯模；9-主动辊；10-支撑辊。

具体实施方式

原始坯料化学成分应符合gb/t3190标准要求，显微组织应满足gb/t3246.1标准要求，低倍组织应满足gb/t3246.2标准要求；坯料应对全表面进行机加工，表面粗糙度不大于ra12.6。

一种铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其步骤为：

(1)采用半连续铸造的空心铝合金铸锭作为原始坯料，对坯料全表面进行机加工，表面粗糙度不大于ra12.6，空心铸锭尺寸表示为：外径d0、内径d0、高度h0；

(2)将步骤(1)中的原始坯料空心铝合金铸锭进行加热；

(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铸锭进行轧制变形操作，使坯料直径长大至目标尺寸，环轧后的环件坯料尺寸表示为外径d1、内径d1、高度h1；

(4)将步骤(3)中的所制环件坯料置于空气中冷却；

(5)利用强力旋压机，对步骤(4)中冷却的环件坯料进行多道次旋长操作；

(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小1/2～2/3时，对半成品进行退火处理；

(7)继续对退火后的半成品进行旋压成形，至零件壁厚减小至成品尺寸，获得薄壁筒段零件，零件尺寸表示为外径d2、内径d2、高度h2；

(8)切除旋压薄壁筒段两端工艺余量，零件尺寸表示为：外径d、内径d、高度h；

(9)对薄壁筒段零件进行固溶处理；

(10)利用卷板机，对步骤(9)中固溶处理后的零件进行校圆操作，同时释放零件的淬火应力；

(11)对步骤(10)校圆后的零件进行时效处理；

(12)对步骤(11)时效处理后的零件进行酸洗处理，去除表面油污及氧化皮；

(13)对步骤(12)酸洗处理后的零件进行表面荧光着色处理，检查是否存在裂纹、孔洞缺陷；

(14)在薄壁筒段相应部位切取取样片，检测力学性能。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(2)中对原始坯料空心铝合金铸锭进行加热，加热温度440～470℃，保温时间150～180min。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(6)中环件坯料退火处理，其加热温度为340～410℃，保温时间为2～3h。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(9)中薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度495～540℃，保温时间45～60min。

所述的铝合金薄壁筒段轧-旋复合精密成形方法，其特征在于，步骤(11)中对校圆后的零件进行时效处理，加热温度155～170℃，保温时间4～25h。

实施例1：

制备2a14铝合金薄壁筒段零件，成品尺寸d＝1516mm、d＝1500mm、h＝1200mm。

(1)采用半连续铸造的空心2a14铝合金铸锭作为原始坯料，化学成分应符合gb/t3190标准要求，显微组织应满足gb/t3246.1标准要求，低倍组织应满足gb/t3246.2标准要求；空心铸锭车表皮后的表面粗糙度不大于ra12.6，尺寸为外径d0＝500mm、内径d0＝300mm、高度h0＝500mm；

(2)对步骤(1)中的原始坯料铝合金空心铸锭进行加热，加热温度450～470℃，保温时间不小于150min；

(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铸锭进行轧制变形，使坯料尺寸变为外径d1＝1550mm、内径d1＝1500mm、高度h1＝500mm；

(4)将步骤(3)中所制环件坯料置于空气中冷却。

(5)将步骤(4)中环件坯料套在旋压机芯模上，芯模直径为1500mm，用夹头卡紧坯料，进行多道次旋长操作；

(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小至18mm时，松开卡头将半成品从旋压机取下，进行退火处理，退火加热温度为340～410℃，保温时间为2～3h；

(7)退火完毕后装卡半成品继续旋压成形，待零件壁厚减小至8mm时，获得外径d2＝1516mm、内径d2＝1500mm、高度h2＝1500±50mm的薄壁筒段；

(8)切除薄壁筒段卡头部位及旋压末端工艺余量，零件尺寸外径d＝1516mm、内径d＝1500mm、高度h＝1300mm；

(9)对薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度495～505℃，保温时间50～60min；

(10)固溶处理后薄壁筒段会有一定程度的变形，利用卷板机对其进行校圆，同时释放零件的淬火应力；

(11)对校圆后的零件进行时效处理，加热温度155～165℃，保温时间4～15h；

(12)对时效处理后的零件进行酸洗处理，去除表面油污及氧化皮；

(13)对酸洗后的零件进行表面荧光着色处理，检查是否存在裂纹、孔洞缺陷；

(14)在薄壁筒段一段切除一个整环，检测力学性能。

实施例2：

制备2219铝合金薄壁筒段零件，成品尺寸d＝1012mm、d＝1000mm、h＝1400mm。

(1)采用半连续铸造的空心2219铝合金铸锭作为原始坯料，化学成分应符合gb/t3190标准要求，显微组织应满足gb/t3246.1标准要求，低倍组织应满足gb/t3246.2标准要求；空心铸锭车表皮后的表面粗糙度不大于ra12.6，尺寸为外径d0＝440mm、内径d0＝300mm、高度h0＝400mm；

(2)对步骤(1)中的原始坯料铝合金空心铸锭进行加热，加热温度440～460℃，保温时间不小于180min；

(3)利用径-轴向数控环轧机，对加热后的空心铸锭进行轧制变形，使坯料尺寸变为外径d1＝1050mm、内径d1＝1000mm、高度h1＝400mm；

(4)将步骤(3)中所制环件坯料置于空气中冷却；

(5)将步骤(4)中环件坯料套在旋压机芯模上，芯模直径为1000mm，用夹头卡紧坯料，进行多道次旋长操作；

(6)当步骤(5)中环件坯料壁厚减小至12mm时，松开卡头将半成品从旋压机取下，进行退火处理，退火加热温度为350～410℃，保温时间为2～3h；

(7)退火完毕后装卡半成品继续旋压成形，待零件壁厚减小至6mm时，获得外径d2＝1012mm、内径d2＝1000mm、高度h2＝1600±80mm的薄壁筒段；

(8)切除薄壁筒段卡头部位及旋压末端工艺余量，零件尺寸外径d＝1012mm、内径d＝1000mm、高度h＝1400mm；

(9)对薄壁筒段零件进行固溶处理，加热温度530～540℃，保温时间45～55min；

(10)固溶处理后筒段会有一定程度的变形，利用卷板机对其进行校圆，同时释放零件的淬火应力；

(11)对校圆后的零件进行时效处理，加热温度160～170℃，保温时间18～25h；

(12)对时效处理后的零件进行酸洗处理，去除表面油污及氧化皮；

(13)对酸洗后的零件进行表面荧光着色处理，检查是否存在裂纹、孔洞缺陷；

(14)在薄壁筒段一段切除一个整环，检测力学性能。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。