專利名稱：鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾 軋成形方法。
背景技術(shù)：
采用鋁合金制造的航空航天等領(lǐng)域使用的回轉(zhuǎn)體零部件，如筒形殼體鍛件等，由 于鍛件的壁厚較薄，高度較高，再加上鍛件尺寸精度、性能及組織要求也較高，增加了軋制 成形的難度。2008年10月8日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 101279344A公開了一種鋁合 金異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，該方法把按規(guī)格下料的鋁合金棒料經(jīng)鐓粗、沖孔、軋環(huán)制坯 (不使用輾軋模具)，再把坯料裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具內(nèi)輾軋成形，通過在軋環(huán)制坯過程和在 各工藝步驟中控制準(zhǔn)確的變形量，軋制出了組織和性能良好的異形環(huán)鍛件。采用該方法軋 制壁厚較薄的鋁合金高筒環(huán)鍛件時(shí)，由于主輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與預(yù)軋坯的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一致，軋 制時(shí)輾軋模具的孔型與預(yù)軋坯之間產(chǎn)生激烈的摩擦不僅使軋制過程非常不穩(wěn)定對生產(chǎn)造 成影響，而且還容易導(dǎo)致預(yù)軋坯溫度升高對鋁合金的組織和性能產(chǎn)生影響，如出現(xiàn)組織變 異、晶粒粗大等缺陷。在采用上述方法及直接使用軋環(huán)機(jī)的主輥和芯輥軋制(如上述方法中的軋環(huán)制 坯)薄壁的鋁合金高筒環(huán)鍛件時(shí)，由于受軋環(huán)機(jī)的主輥等部件剛度的影響，加上薄壁高筒 環(huán)鍛件的結(jié)構(gòu)剛度較差和加工余量較小，軋制過程中易導(dǎo)致預(yù)軋坯出現(xiàn)塑性失穩(wěn)而產(chǎn)生軋 扁、喇叭口等現(xiàn)象，造成環(huán)鍛件形狀和尺寸達(dá)不到設(shè)計(jì)使用或機(jī)加工要求而報(bào)廢。而且，由 于軋制時(shí)上、下錐輥及兩個(gè)抱輥要隨預(yù)軋坯的徑向展寬而外移，增加了設(shè)備操作和控制的 難度。輾軋過程中，預(yù)軋坯剛開始軋制時(shí)由于先向其轉(zhuǎn)動(dòng)方向一側(cè)的抱輥偏移，再向另 一側(cè)的抱輥偏移，使預(yù)軋坯在軋制過程中有朝其兩側(cè)的抱輥?zhàn)笥覕[動(dòng)的現(xiàn)象，受抱輥扶持 產(chǎn)生的反作用力影響，環(huán)鍛件容易被軋扁而報(bào)廢。而且由于軋環(huán)機(jī)的抱輥尺寸是一定的，其 高度一般沒有高筒環(huán)鍛件的高度高，因此軋制過程中受抱輥的反作用在環(huán)鍛件的外周面易 出現(xiàn)由于抱輥的“輔軋”而形成臺階痕跡，對環(huán)鍛件的形狀及尺寸精度造成不良影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用隨動(dòng)模套來實(shí)現(xiàn)鋁合金高筒環(huán)鍛件的 輾軋成形方法，采用該方法能夠軋制出薄壁并具有優(yōu)良組織和性能的高筒環(huán)鍛件。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾軋成形方法，其技術(shù)方 案包括以下步驟預(yù)熱隨動(dòng)模套到220°C 270°C的溫度，并加熱鋁合金預(yù)軋坯到455°C 475°C的 變形溫度；把所述隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使隨動(dòng)模套套住預(yù)軋坯、預(yù)軋坯套住芯輥并且沿主輥和芯輥的中心距方向隨動(dòng)模套與主輥的外周面之間、隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面與預(yù)軋 坯的外周面之間、以及預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，隨動(dòng)模套被兩 個(gè)抱輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個(gè)工 件；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)模套、預(yù)軋坯、芯輥和兩個(gè)抱輥轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由 軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥和下錐輥夾持住隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥沿徑向朝主輥方向作 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動(dòng)模套內(nèi)輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋坯以 Ws llmm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35% 55%后被輾軋成高 筒環(huán)鍛件，輾軋時(shí)上、下錐輥及兩個(gè)抱輥不隨預(yù)軋坯的徑向展寬而外移。在采用上述方法輾軋不同截面形狀的高筒環(huán)鍛件時(shí)，所述隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面形狀 是可以依高筒環(huán)鍛件的外周面形狀來調(diào)整的。并且，所述隨動(dòng)模套在設(shè)計(jì)時(shí)，其最小壁厚按下式計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動(dòng)模套的最小壁厚；L為主輥與芯輥的最小中心距；D1為高筒環(huán)鍛件的徑向最小壁厚；R1為主輥的半徑；&為芯輥的半徑。采用上述輾軋成形方法軋制成形的高筒環(huán)鍛件，其壁厚最小值是20mm，高厚比的 最大值是25。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明把經(jīng)預(yù)熱的隨動(dòng)模套和加熱到變形溫度的鋁合金預(yù)軋坯套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)定 位后，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起在隨動(dòng)模套內(nèi)輾軋預(yù)軋坯使其 變形成形，獲得了薄壁及組織和性能優(yōu)良的高筒環(huán)鍛件。輾軋過程中，由于隨動(dòng)模套只進(jìn)行了預(yù)熱處理，其在軋制過程中幾乎是不會變形 的。盡管軋制時(shí)主輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與預(yù)軋坯的轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一致，但由于在預(yù)軋坯和主輥之間 隔了一層隨動(dòng)模套，并且預(yù)軋坯在隨動(dòng)模套內(nèi)與其一起同向轉(zhuǎn)動(dòng)，克服了預(yù)軋坯與隨動(dòng)模 套之間由于產(chǎn)生激烈的摩擦使軋制過程不穩(wěn)定和易導(dǎo)致預(yù)軋坯溫度升高的現(xiàn)象，從而有利 于組織生產(chǎn)和獲得優(yōu)質(zhì)鍛件。輾軋過程中，由于預(yù)軋坯的外周面緊貼在隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面上并與其一起同向、 同步轉(zhuǎn)動(dòng)，避免了預(yù)軋坯與其轉(zhuǎn)向相反的主輥剛性部件的影響，從而避免其出現(xiàn)塑性失穩(wěn) 而產(chǎn)生軋扁、喇叭口等現(xiàn)象，而且與預(yù)軋坯一起同向、同步轉(zhuǎn)動(dòng)的隨動(dòng)模套還可對預(yù)軋坯的 外周面進(jìn)行整圓防止其軋扁和出現(xiàn)喇叭口等現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)精密軋制成形尺寸精度高的環(huán)鍛 件，節(jié)省材料。輾軋過程中，由于預(yù)軋坯是套裝在隨動(dòng)模套內(nèi)，是由隨動(dòng)模套的外周面與兩個(gè)抱 輥的外周面直接接觸，因此即使產(chǎn)生擺動(dòng)現(xiàn)象也不會對隨動(dòng)模套內(nèi)的預(yù)軋坯產(chǎn)生太大影 響，而且也不會由于抱輥的“輔軋”使環(huán)鍛件的外周面出現(xiàn)臺階痕跡。輾軋過程中，由于上、下錐輥及兩個(gè)抱輥不隨預(yù)軋坯的徑向展寬而外移，降低了對 設(shè)備的控制和操作難度。
以牌號為2A70的變形鋁合金為例經(jīng)檢測該合金高筒環(huán)鍛件的尺寸精度，達(dá)到了相應(yīng)尺寸的3%。(千分之三)。經(jīng)檢測該合金高筒環(huán)鍛件的室溫拉伸性能縱向的抗拉強(qiáng)度為420MI^ 435MPa(大于設(shè)計(jì)使用要求的382MPa)，斷后伸長率為13% 17% (大于設(shè)計(jì)使用要求的 5% )，布氏硬度為125HB U8HB(大于設(shè)計(jì)使用要求的110HB)。經(jīng)檢測該合金高筒環(huán)鍛件的金相組織并對鍛件進(jìn)行探傷檢測，達(dá)到了《航空航天 用鋁合金鍛件規(guī)范》(GJB 2351)航空航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是預(yù)軋坯的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的裝機(jī)定位及輾軋狀態(tài)示意圖。圖3是預(yù)軋坯輾軋成高筒環(huán)鍛件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是采用本發(fā)明所述方法輾軋第一種異形截面高筒環(huán)鍛件時(shí)沿其中 剖面結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。圖5是采用本發(fā)明所述方法輾軋第二種異形截面高筒環(huán)鍛件時(shí)沿其中 剖面結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。圖6是采用本發(fā)明所述方法輾軋第三種異形截面高筒環(huán)鍛件時(shí)沿其中 剖面結(jié)構(gòu)狀態(tài)圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明所述的鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾軋成形方法需要提供鍛造加熱爐、壓力 機(jī)、軋環(huán)機(jī)、機(jī)械手等設(shè)備。下面以我國材料牌號為2A70的變形鋁合金為例來詳細(xì)說明該 方法的
具體實(shí)施例方式該合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為含Cu量1.9% 2.5%、含Mg量 1. 4% 1. 8%、含 Fe 量 0. 9% 1. 5%、含 Ni 量 0. 9% 1. 5%、含 Ti 量 0. 02% 0. 10%、 含Mn量0. 20%、含Si量0. 30%、含Si量0. 、其他元素單個(gè)< 0. 05%且總和<0. 10%, 余量為Al。該合金從棒料到生產(chǎn)出合格的高筒環(huán)鍛件的工藝步驟如下步驟1 制坯。把按規(guī)格下料的2A70合金棒料經(jīng)加熱、鐓粗、沖孔、預(yù)軋后制取預(yù)軋坯10°，其形 狀如圖1所示。步驟2:裝機(jī)。如圖2所示，把隨動(dòng)模套4在鍛造加熱爐內(nèi)預(yù)熱到220°C 270°C后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)并 平放在該機(jī)的底盤上(圖中未示出)，隨動(dòng)模套4套進(jìn)軋環(huán)機(jī)的芯輥2，其外周面與軋環(huán)機(jī) 的主輥1及兩個(gè)抱輥3的外周面相切接觸，兩個(gè)抱輥3對隨動(dòng)模套4起扶持作用；同時(shí)把預(yù) 軋坯10°在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到455°C 475°C的變形溫度后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)套進(jìn)軋環(huán)機(jī)的芯 輥2并套在隨動(dòng)模套4內(nèi)后平放在該機(jī)的底盤上(圖中未示出)，隨動(dòng)模套4的外周面與主 輥1的外周面之間、預(yù)軋坯10°的外周面與隨動(dòng)模套4的內(nèi)環(huán)面之間、及預(yù)軋坯10°的內(nèi)
線的縱 線的縱 線的縱環(huán)面與芯輥2的外周面之間均沿芯輥2和主輥4的中心距方向相切接觸；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其 上錐輥5和下錐輥6沿隨動(dòng)模套4和預(yù)軋坯10°的上下端面夾持該兩個(gè)工件，完成該兩個(gè) 工件的裝機(jī)定位。裝機(jī)時(shí)工件的裝運(yùn)主要通過機(jī)械手操作完成。步驟3:輾軋。啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥1按圖2所示方向旋轉(zhuǎn)，主輥1驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)模套4、預(yù)軋坯10°、 芯輥2和兩個(gè)抱輥3按圖2所示的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由軋環(huán)機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥5和下錐輥6按圖 2所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)并在隨動(dòng)模套4和預(yù)軋坯10°軋制過程中夾持該兩個(gè)工件的上、下端面，使 軋環(huán)機(jī)的兩個(gè)抱輥3扶持住隨動(dòng)模套4的外圓周面；芯輥2沿徑向朝主輥1方向作進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)并與主輥1 一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動(dòng)模套4內(nèi)輾軋預(yù)軋坯10°，預(yù)軋坯 10°以4mm/s llmm/s的速度沿徑向展寬，其壁厚逐漸減小，上、下錐輥5和6以及兩個(gè)抱 輥3不隨預(yù)軋坯10°的徑向展寬而外移。預(yù)軋坯10°在隨動(dòng)模套4內(nèi)被輾軋產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，當(dāng)其變形量達(dá)35% 后被軋制成形為高筒環(huán)鍛件10(如圖3所示)，關(guān)閉軋環(huán)機(jī)，所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件停止后移開
主輥1、上錐輥5和下錐輥6、兩個(gè)抱輥3以及壓在芯輥2頂部的軋環(huán)機(jī)懸臂，從芯輥2頂部 取出隨動(dòng)模套4后再取出高筒環(huán)鍛件10。高筒環(huán)鍛件10終軋后進(jìn)行淬火+人工時(shí)效處理。淬火即把鍛件加熱至530°C左 右，按壁厚保溫后水冷；人工時(shí)效即把鍛件加熱至190°C左右，按壁厚保溫后空冷。在上述步驟1和步驟3中，該合金的終鍛或終軋溫度不小于350°C。所述變形量的計(jì)算方法為變形量=[(預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積-高 筒環(huán)鍛件10沿中心線的縱截面面積)/預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積]X 100%。在上述軋制過程中，為保證隨動(dòng)模套4在軋制過程中不變形和預(yù)軋坯10°能夠在 該模套內(nèi)充分變形成形，該模套的最小壁厚按下式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中Dq為隨動(dòng)模套4的最小壁厚；L為主輥1與芯輥2的最小中心距；D1為高筒環(huán)鍛件10的徑向最小壁厚；R1為主輥1的半徑；&為芯輥2的半徑。采用上述輾軋方法軋制的該合金高筒環(huán)鍛件10，其最小壁厚可達(dá)20mm，高厚(指 壁厚)比最大可達(dá)25。經(jīng)檢測，采用上述方法輾軋成形的2A70鋁合金高筒環(huán)鍛件10具有較高的尺寸精 度和優(yōu)良的內(nèi)部組織及性能，完全滿足了該合金鍛件的設(shè)計(jì)使用要求。圖4示出了采用上述輾軋成形方法輾軋第一種異形截面的鋁合金高筒環(huán)鍛件IO1 時(shí)沿其中心線的縱剖面結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，圖中高筒環(huán)鍛件IO1的外周面呈鼓包形狀，對應(yīng)該高筒 環(huán)鍛件IO1的異形截面形狀，隨動(dòng)模套41的內(nèi)環(huán)面和芯輥21的外周面形狀作了相應(yīng)的調(diào)整。圖5示出了采用上述輾軋成形方法輾軋第二種異形截面的鋁合金高筒環(huán)鍛件IO2 時(shí)沿其中心線的縱剖面結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，圖中在高筒環(huán)鍛件IO2的下端面與其外周面相交處有 一突起環(huán)，對應(yīng)該高筒環(huán)鍛件IO2的異形截面形狀，隨動(dòng)模套42的內(nèi)環(huán)面形狀作了相應(yīng)的調(diào) 整，為清楚起見，對應(yīng)標(biāo)注了芯輥22的附圖標(biāo)記。
圖6示出了采用上述輾軋成形方法輾軋第三種異形截面的鋁合金高筒環(huán)鍛件IO3 時(shí)沿其中心線的縱剖面結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，圖中在高筒環(huán)鍛件IO3的下端面與其外周面相交處有 一突起環(huán)并在其外周面的中上部也有一突起環(huán)，對應(yīng)該高筒環(huán)鍛件IO3的異形截面形狀，隨 動(dòng)模套43的內(nèi)環(huán)面形狀作了相應(yīng)的調(diào)整，為清楚起見，并對應(yīng)標(biāo)注了芯輥23的附圖標(biāo)記。采用本發(fā)明提供的上述輾軋成形方法并不限于上述實(shí)施方式，對于不同截面形狀 的高筒環(huán)鍛件，只需對應(yīng)改變隨動(dòng)模套和芯輥的形狀，按照上述方法便可輾軋出不同截面 形狀的高筒環(huán)鍛件。
權(quán)利要求
1. 一種鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾軋成形方法，其特征在于，包括以下步驟預(yù)熱隨動(dòng)模套到220°C 270°C的溫度，并加熱鋁合金預(yù)軋坯到455°C 475°C的變形 溫度；把所述隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使隨動(dòng)模套套住預(yù)軋坯、預(yù)軋坯套住芯輥并且 沿主輥和芯輥的中心距方向隨動(dòng)模套與主輥的外周面之間、隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面與預(yù)軋坯的 外周面之間、以及預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，隨動(dòng)模套被兩個(gè)抱 輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個(gè)工件；啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動(dòng)隨動(dòng)模套、預(yù)軋坯、芯輥和兩個(gè)抱輥轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由軋環(huán) 機(jī)驅(qū)動(dòng)上錐輥和下錐輥夾持住隨動(dòng)模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動(dòng)，芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給 運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動(dòng)模套內(nèi)輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋坯以4mm/ s llmm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35% 55%后被輾軋成高筒環(huán) 鍛件，輾軋時(shí)上、下錐輥及兩個(gè)抱輥不隨預(yù)軋坯的徑向展寬而外移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述隨動(dòng)模套的內(nèi)環(huán)面形狀是 可以依高筒環(huán)鍛件的外周面形狀來調(diào)整的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的輾軋成形方法，其特征在于所述隨動(dòng)模套的最小壁厚 按下式進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動(dòng)模套的最小壁厚；L為主輥與芯輥的最小中心距；D1為高筒環(huán)鍛件的徑向最小壁厚；R1為主輥的半徑；R2為芯輥的半徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述高筒環(huán)鍛件的壁厚最小值 是20mm，高厚比的最大值是25。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金高筒環(huán)鍛件的輾軋成形方法，為軋制成形薄壁及組織和性能優(yōu)良的高筒環(huán)鍛件，其技術(shù)方案為先把經(jīng)預(yù)熱的隨動(dòng)模套和加熱到變形溫度的鋁合金預(yù)軋坯套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，由軋環(huán)機(jī)的主輥、芯輥、抱輥和上、下錐輥對該兩個(gè)工件進(jìn)行定位；再啟動(dòng)軋環(huán)機(jī)，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并與主輥一起以100KN～2500KN的軋制力在隨動(dòng)模套內(nèi)輾軋預(yù)軋坯，使其以4mm/s～11mm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35％～55％后被輾軋成高筒環(huán)鍛件，輾軋時(shí)上、下錐輥及兩個(gè)抱輥不隨預(yù)軋坯的徑向展寬而外移。采用該方法軋制成形的鋁合金高筒環(huán)鍛件的壁厚最小值是20mm，高厚比的最大值是25，該鍛件主要用于航空航天等領(lǐng)域使用的筒形殼體等回轉(zhuǎn)體零部件。
文檔編號B21H1/06GK102085549SQ201010582009
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者葉俊青, 楊義鑫, 楊國平, 楊晉, 段忠園, 蘇春民, 邱偉, 陳再鼎 申請人:貴州安大航空鍛造有限責(zé)任公司