一種基于鋁合金焊接拼板的薄壁曲面無(wú)模旋壓成形方法

本發(fā)明公開了一種基于鋁合金焊接拼板的薄壁曲面無(wú)模旋壓成形方法。該方法的步驟如下：(1)將軋制的鋁合金板材進(jìn)行固溶時(shí)效強(qiáng)化處理，然后采用攪拌摩擦焊接技術(shù)拼焊鋁合金板材；(2)對(duì)焊接板材進(jìn)行外環(huán)約束無(wú)模旋壓成形，將板材旋壓為錐形件；(3)再通過(guò)2～3個(gè)旋壓道次將錐形件擴(kuò)旋為曲面零件。本發(fā)明提出的基于鋁合金焊接板材的外環(huán)約束無(wú)模壓方法，能夠快速整體成形大規(guī)格曲面零件，解決現(xiàn)有軋制板材寬度有限的難題。同時(shí)，該方法可以保證焊接板材焊縫各區(qū)域材料的變形協(xié)調(diào)，獲得成形精度高、性能優(yōu)異的大規(guī)格薄壁曲面零件，而且旋壓件表面光滑，不產(chǎn)生起皺、破裂等缺陷。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法專利目的

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》的目的在于提供一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中鋁合金高筒薄壁環(huán)件軋制時(shí)材料流動(dòng)難以控制、軋制容易出現(xiàn)軋偏和喇叭口、環(huán)件兩端壁厚尺寸較薄不能滿足技術(shù)要求等問(wèn)題。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法技術(shù)方案

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預(yù)軋環(huán)坯、終軋環(huán)件步驟，其特征在于：在沖孔步驟與預(yù)軋環(huán)坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環(huán)坯A進(jìn)行馬架擴(kuò)孔和平端面步驟，具體步驟如下：

（1）鐓粗、沖孔

將變形鋁合金棒材加熱到460℃～480℃鍛造溫度，進(jìn)行鐓粗、沖孔；

（2）馬架擴(kuò)孔、平端面

控制鍛錘的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環(huán)坯A變形量超過(guò)30%，旋轉(zhuǎn)環(huán)坯A90°后錘鍛，環(huán)坯A經(jīng)充分變形后其圓角3尺寸縮小至R<15毫米，該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（3）預(yù)軋環(huán)坯

將步驟（2）處理后的環(huán)坯A1回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行預(yù)軋制，主輥固定轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥?zhàn)鰪较蜻M(jìn)給運(yùn)動(dòng)，第一階段：主輥的轉(zhuǎn)速為0.2～0.5弧度角/秒，主輥軋制力為300T～360T，芯輥的進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥軋制力為40T；第二階段：主輥軋制力為400T，芯輥進(jìn)給速度為0.7毫米/秒，錐輥的軋制力為80T，錐輥的軸向進(jìn)給量為4.5毫米/分鐘；第三階段：環(huán)坯A達(dá)到尺寸要求后，保持芯輥穩(wěn)定，空轉(zhuǎn)主輥6～8圈后停轉(zhuǎn)；該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（4）終軋環(huán)件

將步驟（3）處理后的環(huán)坯B回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行最終軋制，主輥轉(zhuǎn)速為為0.2～0.5弧度角/秒；環(huán)件咬入階段，主輥的軋制力為360T～400T，芯輥進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥軸向固定，其軋制力為40T；穩(wěn)定軋制階段，主的軋制力為410T，芯輥進(jìn)給速度為0.6毫米/秒，錐輥轉(zhuǎn)速不變，其軋制力為110T，軸向進(jìn)給量為4毫米/分鐘；符合要求尺寸階段，使芯輥進(jìn)給速度從0.6毫米/秒減小至0毫米/秒，該步驟環(huán)件終鍛溫度不低于360℃。

優(yōu)選地，所述變形鋁合金的牌號(hào)為147的鋁合金棒。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的高度按以下公式計(jì)算：H2=H1 △H2；其中，H1為預(yù)軋環(huán)坯B7的高度，H2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A高度，△H2=2～4%H1。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B的內(nèi)外徑，D2，d2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A的內(nèi)外徑。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B的高度按以下公式計(jì)算：H1=H △H1；其中H1為預(yù)軋環(huán)坯B的高度，H為終軋環(huán)件的高度，△H1=2～4%H。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d為終軋環(huán)件的內(nèi)外徑，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B的內(nèi)外徑。

一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法有益效果

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》的有益效果：該發(fā)明所述的一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法，預(yù)軋步驟前再進(jìn)行一道馬架擴(kuò)孔、平端面的工序，將沖孔后的環(huán)坯圓角尺寸縮小至R<15毫米，使得軋制變形時(shí)材料能夠使圓角縮小至要求尺寸，從而解決了環(huán)件軸向變形材料分配難題；而且馬架工序之后，所述環(huán)坯鼓肚大幅減小，端面變厚，在外徑方向上環(huán)坯與主輥接觸面積增加，極大減少環(huán)坯沖孔后直接軋制的失穩(wěn)現(xiàn)象。

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》涉及一種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法。

實(shí)施《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》所述的一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法需要提供鍛造加熱爐、壓力機(jī)、軋環(huán)機(jī)、機(jī)械手及其他工裝模具等設(shè)備。結(jié)合附圖，下面以材料牌號(hào)為147的鋁合金為對(duì)象進(jìn)行說(shuō)明：

《一種鋁合金高筒薄壁環(huán)件的軋制成形方法》依次包括將變形鋁合金棒料鐓粗、沖孔、預(yù)軋環(huán)坯、終軋環(huán)件步驟，其中：在沖孔步驟與預(yù)軋環(huán)坯步驟之間，還包括將所述沖孔后的環(huán)坯A1進(jìn)行馬架擴(kuò)孔和平端面步驟，具體步驟如下：

（1）鐓粗、沖孔

將變形鋁合金棒材加熱到460℃～480℃鍛造溫度，進(jìn)行鐓粗、沖孔；

（2）馬架擴(kuò)孔、平端面

控制鍛錘4的下壓力，每錘一次使所述沖孔后的環(huán)坯A1變形量超過(guò)30%，旋轉(zhuǎn)環(huán)坯A190°后錘鍛，環(huán)坯A1經(jīng)充分變形后其圓角3尺寸縮小至R<15毫米，該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（3）預(yù)軋環(huán)坯

將步驟（2）處理后的環(huán)坯A1回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行預(yù)軋制，主輥6固定轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥8做徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，第一階段：主輥6的轉(zhuǎn)速為0.2～0.5弧度角/秒，主輥6軋制力為300T～360T，芯輥8的進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥9軋制力為40T；第二階段：主輥軋制力為400T，芯輥8進(jìn)給速度為0.7毫米/秒，錐輥9的軋制力為80T，錐輥9的軸向進(jìn)給量為4.5毫米/分鐘；第三階段：環(huán)坯A1達(dá)到尺寸要求后，保持芯輥8穩(wěn)定，空轉(zhuǎn)主輥66～8圈后停轉(zhuǎn)；該步驟終鍛溫度不低于360℃；

（4）終軋環(huán)件

將步驟（3）處理后的環(huán)坯B7回爐加熱至460℃～480℃的鍛造溫度，裝入輾環(huán)機(jī)進(jìn)行最終軋制，主輥6轉(zhuǎn)速為為0.2～0.5弧度角/秒；環(huán)件咬入階段，主輥6的軋制力為360T～400T，芯輥8進(jìn)給速度為0.1～0.4毫米/秒，錐輥9軸向固定，其軋制力為40T；穩(wěn)定軋制階段，主輥6的軋制力為410T，芯輥8進(jìn)給速度為0.6毫米/秒，錐輥9轉(zhuǎn)速不變，其軋制力為110T，軸向進(jìn)給量為4毫米/分鐘；符合要求尺寸階段，使芯輥8進(jìn)給速度從0.6毫米/秒減小至0毫米/秒，該步驟環(huán)件終鍛溫度不低于360℃。

優(yōu)選地，所述變形鋁合金的牌號(hào)為147的鋁合金棒。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A1的高度按以下公式計(jì)算：H2=H1 △H2；其中，H1為預(yù)軋環(huán)坯B7的高度，H2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A1高度，△H2=2～4%H1。

步驟（2）中的馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A1的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B7的內(nèi)外徑，D2，d2為馬架擴(kuò)孔環(huán)坯A1的內(nèi)外徑。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B7的高度按以下公式計(jì)算：H1=H △H1；其中H1為預(yù)軋環(huán)坯B7的高度，H為終軋環(huán)件10的高度，△H1=2～4%H。

步驟（3）中的預(yù)制環(huán)坯B7的內(nèi)外徑按以下公式計(jì)算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d為終軋環(huán)件10的內(nèi)外徑，D1，d1為預(yù)軋環(huán)坯B7的內(nèi)外徑。

通過(guò)上述方法獲得的薄壁高筒環(huán)件滿足尺寸要求后，進(jìn)行退火 固熔 時(shí)效處理，退火溫度為375℃，固溶溫度為535℃，時(shí)效溫度為190℃。

采用上述馬架擴(kuò)孔制坯后輾軋的方法軋制的147鋁合金高筒薄壁環(huán)件10，最小壁厚可達(dá)15毫米，高厚比最大可達(dá)30:1，高徑比最大可達(dá)2.5:1（鍛件高度≥700毫米）。

獲得的薄壁高筒環(huán)件的力學(xué)性能：室溫條件下，抗拉強(qiáng)度（σ_b）≥410兆帕，屈服強(qiáng)度（σ_0.2）≥290兆帕，延伸率（δ₅）≥15.5%，符合技術(shù)要求。