CN101664765A - 一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，包括以下步骤：一、再结晶退火调质处理：采用真空炉或保护气氛下的电阻炉对铝合金管坯进行再结晶退火调质处理；步骤二、表面润滑：在经再结晶退火调质处理后的铝合金管坯外表面上均匀涂覆一层MoS2乳状润滑剂或石墨乳状润滑剂；三、拉拔成型：采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯进行多模拉拔处理，直至获得需成型的铝合金细径薄壁管材；四、后续处理：对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。本发明加工步骤简单、实施方便、加工成本低且加工效果好，能有效解决铝合金细径薄壁管材的加工难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金管材的加工方法，尤其是涉及一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法。
背景技术
铝合金具有比强度、比刚度高，导热性好且易回收等特点，因而铝合金材料被普遍应用于航空、航天以及交通工具，通讯器材、电子类产品等领域中，应用于上述领域中的铝合金包括5A02、5A03、5B02、5B05、5A06、5A12、5A43、3A21、5083、2A01、6A02等含有Fe、Zn、Mn、Zr、Cu、Si、Mg、Ni、Ti等元素，其抗拉强度≥180MPa，延伸率≥8％，并且常用的铝合金管材外径尺寸Φ12～Φ90mm，壁厚2.0～6.5mm。
由于铝合金等“软”金属在室温下的塑韧性较差，市场上可以提供的主要为热加工或铸造产品，包括板、棒、管、丝、铸件等产品。其中，因为铝合金不易冷成型，且尺寸精度难控制，其管材加工通常采用热挤压方式一次成型，然后以热挤压管材形式供货。由于受到挤压设备及模具尺寸的限制，导致铝合金挤压管坯的最小外径尺寸仅为6mm左右，更小规格(外径3mm以下)的铝合金细径薄壁管材无法加工，另外，挤压管坯的力学性能、几何尺寸精度及外观质量较差，根本无法满足航空、航天等高技术领域对精密设备中复杂零部件等产品的需求，极大的限制了铝合金材料在国防、民用等诸多领域的应用与发展。
现如今，铝合金细径薄壁管材加工难题已成为遏制铝合金小规格管材加工制备的瓶颈，亟待解决。因此，有必要开发铝合金细径薄壁管材的加工制备方法并形成专利技术，而且目前未见国内外相关资料报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其加工步骤简单、实施方便、加工成本低且加工效果好，能有效解决铝合金细径薄壁管材的加工难题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、再结晶退火调质处理：采用真空炉或保护气氛下的电阻炉对铝合金管坯进行再结晶退火调质处理，再结晶退火调质处理时的热处理温度为220℃～550℃且热处理时间为2～180分钟，再结晶退火调质处理后对铝合金管坯进行冷却的冷却方式为空冷或炉冷；
步骤二、表面润滑：在经再结晶退火调质处理后的铝合金管坯外表面上均匀涂覆一层MoS2乳状润滑剂或石墨乳状润滑剂，且在30～50℃温度条件下进行烘干或风干；
步骤三、拉拔成型：采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯进行多模拉拔处理，直至获得需成型的铝合金细径薄壁管材；拉拔过程中所用多个拉伸模的拉伸模孔均为圆孔且各自拉伸模孔的直径均不相同；所述多个拉伸模中，其中一个拉伸模的拉伸模孔直径与需成型铝合金细径薄壁管材的外径相同，且其余拉伸模的拉伸模孔直径均大于需成型铝合金细径薄壁管材的外径；拉拔过程中，每一模的道次加工率控制在6％～25％，拉伸速度为100～1000mm/min；
步骤四、后续处理：对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
上述步骤三中所述的采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯进行多模拉拔处理时，当将铝合金管坯的外径经拉拔处理加工至3mm以下时或者步骤一中所述铝合金管坯的外径为3mm以下时，将多支待拉拔的铝合金管坯同时穿入一支同等材质的铝合金包壳管内，且使得所述多支待拉拔的铝合金管坯充满整个铝合金包壳管内部并组合成一整体，之后采用拉拔设备对铝合金包壳管进行拉拔。
上述步骤一中所述的保护气氛为氩气保护气氛。
所述多支待拉拔的铝合金管坯以铝合金包壳管的中心轴线为对称中心进行对称排列。
所述铝合金包壳管的内径为所述待拉拔的铝合金管坯外径的3倍。
上述步骤一中所述铝合金管坯的外径为Φ1.0～Φ10.0mm，壁厚为0.2～3.0mm，长度≥1000mm。
上述步骤三中所述拉伸模的数量为三个。
上述步骤三中所述的拉拔成型过程中，采用拉拔设备以冷拔、温拔或冷拔与温拔交替进行的方式对经表面润滑后的铝合金管坯(1)进行多模拉拔处理；其中以冷拔方式进行拉拔处理时，在室温下进行拉拔处理；以温拔方式进行拉拔处理时，在温度T条件下进行拉拔处理，所述200℃＜温度T＜步骤一中所述再结晶退火调质处理时的热处理温度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、加工步骤简单易行且加工成本低。
2、设计新颖、合理，在对铝合金管坯加工前，先对其进行再结晶退火调质处理，其调质处理方式为真空炉热处理或保护气氛下的电阻炉热处理，热处理温度为220℃～550℃，时间为2～180分钟，冷却方式为空冷或炉冷，这样能够获得较小晶粒尺寸，并保证铝合金管材的最佳塑性。拉拔加工时，控制每模道次加工率及拉伸速度，当铝合金管材外径加工至3mm以下，已不适合单支管材冷拉拔时，将多支表面涂覆润滑剂的铝合金管坯穿入并充满一支同等材质的大规格铝合金包壳管内，随后进行该支大规格铝合金包壳管的拉拔，通过拉拔加工的方式使铝合金包壳管的外径尺寸减小从而获得内部待加工铝合金管材的外径减小、纵向尺寸伸长的目的。包壳管的外径尺寸约为待加工管材外径尺寸的3倍，包壳管内的管材对称排列。利用该方法对铝合金管坯进行多道次拉拔，拉拔过程中合理控制拉拔设备的工作参数，设计和控制铝合金道次变形量，并辅以适合的表面润滑剂，最终能成功加工出管径为3mm的铝合金细径薄壁管材。
3、技工效果好，所加工成型的铝合金细径薄壁管材表面质量好、综合力学性能优良且几何尺寸精度较高。
综上所述，本发明加工步骤简单、实施方便且加工效果好，能有效解决铝合金细径薄壁管材的加工难题，其利用链式拉拔机等传统拉拔设备，合理控制拉拔设备的工作参数，对铝合金管坯进行多道次拉拔后获得所需要的铝合金细径薄壁管材。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的加工方法流程图。
图2为本发明采用铝合金包壳管进行拉拔时的铝合金包壳管内部结构示意图。
附图标记说明：
1-铝合金管坯； 2-铝合金包壳管。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，包括以下步骤：
步骤一、再结晶退火调质处理：采用真空炉或保护气氛下的电阻炉对铝合金管坯1进行再结晶退火调质处理，再结晶退火调质处理时的热处理温度为220℃～550℃且热处理时间为2～180分钟，再结晶退火调质处理后对铝合金管坯1进行冷却的冷却方式为空冷或炉冷。所述铝合金管坯1的外径为Φ1.0～Φ10.0mm，壁厚为0.2～3.0mm，长度≥1000mm。实际加工时，所述保护气氛为氩气保护气氛，也可以为相应其它保护气氛。经冷却后将铝合金管坯1的温度降至室温。
步骤二、表面润滑：在经再结晶退火调质处理后的铝合金管坯1外表面上均匀涂覆一层MoS2乳状润滑剂或石墨乳状润滑剂，且在30～50℃温度条件下进行烘干或风干。
步骤三、拉拔成型：采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯1进行多模拉拔处理，直至获得需成型的铝合金细径薄壁管材；拉拔过程中所用多个拉伸模的拉伸模孔均为圆孔且各自拉伸模孔的直径均不相同；所述多个拉伸模中，其中一个拉伸模的拉伸模孔直径与需成型铝合金细径薄壁管材的外径相同，且其余拉伸模的拉伸模孔直径均大于需成型铝合金细径薄壁管材的外径；拉拔过程中，每一模的道次加工率控制在6％～25％，拉伸速度为100～1000mm/min。实际加工时，本步骤中，所述拉伸模的数量为三个。
本步骤三中，采用拉拔设备以冷拔、温拔或冷拔与温拔交替进行的方式对经表面润滑后的铝合金管坯(1)进行多模拉拔处理；其中以冷拔方式进行拉拔处理时，在室温下进行拉拔处理；以温拔方式进行拉拔处理时，在温度T条件下进行拉拔处理，所述200℃＜温度T＜步骤一中所述再结晶退火调质处理时的热处理温度。
结合图2，步骤三中所述的采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯1进行多模拉拔处理时，当将铝合金管坯1的外径经拉拔处理加工至3mm以下时或者步骤一中所述铝合金管坯1的外径为3mm以下时，将多支待拉拔的铝合金管坯1同时穿入一支同等材质的铝合金包壳管2内，且使得所述多支待拉拔的铝合金管坯1充满整个铝合金包壳管2内部并组合成一整体，之后采用拉拔设备对铝合金包壳管2进行拉拔。同时，所述多支待拉拔的铝合金管坯1以铝合金包壳管2的中心轴线为对称中心进行对称排列。所用拉拔设备为链式拉拔机等传统拉拔设备。
步骤四、后续处理：对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
实施例1
本实施例中，需将结构尺寸为Φ7.5×0.75mm的铝合金3A21管材即铝合金管坯1冷加工至Φ6.0×0.60mm，其具体加工过程如下：先通过真空炉对铝合金3A21管材进行再结晶退火调质处理且热处理温度为450℃±50℃，时间为60±30min，冷却方式为炉冷，调质处理后的平均晶粒尺寸约为20μm。调质处理结束后，将MoS2乳状润滑剂均匀涂附于铝合金3A21管材外表面上，常温状态下进行风干，同时在待加工铝合金3A21管材内部插入Φ4.8mm的弹簧钢制长芯杆，设定每模道次变形量ε在8～25％。之后，第一模采用拉伸模孔孔径为Φ7.0mm的拉伸模，则将待加工铝合金3A21管材穿过孔径为Φ7.0mm的YG8硬质合金拉伸模孔内并送入夹料钳处夹牢，启动拉丝机进行拉拔，拉伸速度为800mm/min，完成第一模Φ7.0×0.60mm铝合金3A21管材拉拔后；将拉伸模分别更换为拉伸模孔孔径分别为Φ6.5mm和Φ6.0mm的拉伸模，同样再经过2个模次连续拉拔后即可得到所需结构尺寸为Φ6.0×0.60mm的细径薄壁管材。最后，对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
本实施例中，经拉拔后的铝合金3A21管材的性能指标如下：抗拉强度(Rm)：225～270MPa；屈服强度(Rp0.2)：140～160MPa；延伸率(A)：5～12％。
实施例2
本实施例中，需将结构尺寸为Φ5×0.3mm的铝合金5052细径薄壁管材即铝合金管坯1冷加工至Φ4×0.3mm，其具体加工过程如下：首先通过采用氩气保护的电阻炉对铝合金5052细径薄壁管材进行再结晶退火调质处理且热处理温度为500℃±50℃，时间为120min±60min，冷却方式为空冷。再结晶退火调质处理完毕后，将MoS2乳状润滑剂均匀涂附于铝合金5052细径薄壁管材的外表面上，并在在50℃温度下进行烘干，设定每模道次变形量ε在8～20％。之后，第一模采用拉伸模孔孔径为Φ4.6mm的拉伸模，待加工铝合金5052细径薄壁管材穿过孔径为Φ4.6mm的YG8硬质合金拉伸模孔并送入夹料钳处夹牢后，启动拉丝机进行拉拔，拉伸速度500mm/min，完成第一模Φ4.6×0.3mm管坯拉拔后，将拉伸模分别更换为拉伸模孔孔径分别为Φ4.2mm和Φ4mm的拉伸模，同样再经过2个模次连续拉拔即可得到所需的铝合金细径薄壁管材。最后，对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
本实施例中，经拉拔后的铝合金5052细径薄壁管材的性能指标如下：抗拉强度(Rm)：210～260MPa；屈服强度(Rp0.2)：140～170MPa；延伸率(A)：8～12％。
实施例3
本实施例中，将结构尺寸为Φ3×0.2mm的多支铝合金2A01细径薄壁管材即铝合金管坯1冷加工至Φ2×0.2mm，由于需将铝合金管坯1的外径经拉拔处理加工至3mm以下，因而采用将多支待拉拔的铝合金管坯1同时穿入一支同等材质的铝合金包壳管2内进行整体拉拔的方法，且使得所述多支待拉拔的铝合金管坯1充满整个铝合金包壳管2内部并组合成一整体，之后采用拉拔设备对铝合金包壳管2进行拉拔。同时，所述多支待拉拔的铝合金管坯1以铝合金包壳管2的中心轴线为对称中心进行对称排列。本实施例中，所述铝合金包壳管2的内径为所述待拉拔的铝合金管坯1外径的3倍，即所述多支待拉拔的铝合金管坯1即的数量为7支，即先选择7支长度近似的待拉拔的铝合金管坯1。其具体加工过程如下：先对7支待拉拔的铝合金管坯1进行再结晶退火调质处理且热处理温度为270℃±50℃，时间为20±18min，冷却方式为炉冷。再结晶退火调质处理完毕后，用石墨乳状润滑剂均匀涂覆于铝合金管坯1的外表面上，在30℃温度下进行烘干，之后再将7支待拉拔的铝合金管坯1同时穿入一支结构尺寸为Φ10×0.3mm的铝合金2A01包壳管内部。待将待加工的7支待拉拔的铝合金管坯1穿入并充满Φ10×0.3mm的铝合金包壳管2内时，设定每模道次变形量ε在15～25％。其中，第一模采用拉伸模孔孔径为Φ8.5mm的拉伸模，将铝合金包壳管2穿过孔径为Φ8.5mm的YG8硬质合金拉伸模孔并送入夹料钳处夹牢后，启动拉丝机进行拉拔，选择拉伸速度400mm/min，完成第一模铝合金包壳管2拉拔后，将拉伸模分别更换为拉伸模孔孔径分别为Φ7.0mm和Φ6.0mm的拉伸模，同样再对铝合金包壳管2经过2个模次连续拉拔，直至将铝合金包壳管2的外径减小至Φ6.0mm，而其内部铝合金管坯1外径减小至Φ2.0mm。最后，对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
本实施例中，经拉拔后的铝合金2A01细径薄壁管材的性能指标如下：抗拉强度(Rm)：240～270MPa；屈服强度(Rp0.2)：140～170MPa；延伸率(A)：3～10％。
实施例4
本实施例中，将结构尺寸为Φ2.5×0.15mm的多支铝合金6A02细径薄壁管材即铝合金管坯1冷加工至Φ1.0×0.15mm，由于步骤一中所述铝合金管坯1的外径为3mm以下，因而采用将多支待拉拔的铝合金管坯1同时穿入一支同等材质的铝合金包壳管2内进行整体拉拔的方法，且使得所述多支待拉拔的铝合金管坯1充满整个铝合金包壳管2内部并组合成一整体，之后采用拉拔设备对铝合金包壳管2进行拉拔。同时，所述多支待拉拔的铝合金管坯1以铝合金包壳管2的中心轴线为对称中心进行对称排列。本实施例中，所述铝合金包壳管2的内径为所述待拉拔的铝合金管坯1外径的3倍，即所述多支待拉拔的铝合金管坯1即的数量为7支，即先选择7支长度近似的待拉拔的铝合金管坯1。其具体加工过程如下：先对7支待拉拔的铝合金管坯1进行再结晶退火调质处理且热处理温度为300℃±50℃，时间为30±20min，冷却方式为炉冷。再结晶退火调质处理完毕后，用石墨乳状润滑剂均匀涂覆于铝合金管坯1的外表面上，在30℃温度下进行烘干，之后再将7支待拉拔的铝合金管坯1同时穿入一支结构尺寸为Φ10×0.3mm的铝合金2A01包壳管内部。待将待加工的7支待拉拔的铝合金管坯1穿入并充满Φ8×0.2mm的铝合金包壳管2内时，设定每模道次变形量ε在6～20％。其中，第一模采用拉伸模孔孔径为Φ6.0mm的拉伸模，将铝合金包壳管2穿过孔径为Φ6.0mm的YG8硬质合金拉伸模孔并送入夹料钳处夹牢后，启动拉丝机进行拉拔，拉伸速度为200mm/min，完成第一模铝合金包壳管2拉拔后，将拉伸模分别更换为拉伸模孔孔径分别为Φ4.0mm和Φ3.5mm的拉伸模，同样再对铝合金包壳管2经过2个模次连续拉拔，直至将铝合金包壳管2的外径减小至Φ3.5mm，而其内部铝合金管坯1外径减小至Φ1.0mm。最后，对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
实施例5
本实施例中，与实施例4不同的是：第一模采用拉伸模孔孔径为Φ6.0mm的拉伸模，将铝合金包壳管2穿过孔径为Φ6.0mm的YG8硬质合金拉伸模孔并送入夹料钳处夹牢后，启动拉丝机进行拉拔，拉伸速度为100mm/min，其余步骤均与实施例1相同。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、再结晶退火调质处理：采用真空炉或保护气氛下的电阻炉对铝合金管坯(1)进行再结晶退火调质处理，再结晶退火调质处理时的热处理温度为220℃～550℃且热处理时间为2～180分钟，再结晶退火调质处理后对铝合金管坯(1)进行冷却的冷却方式为空冷或炉冷；
步骤二、表面润滑：在经再结晶退火调质处理后的铝合金管坯(1)外表面上均匀涂覆一层MoS2乳状润滑剂或石墨乳状润滑剂，且在30～50℃温度条件下进行烘干或风干；
步骤三、拉拔成型：采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯(1)进行多模拉拔处理，直至获得需成型的铝合金细径薄壁管材；拉拔过程中所用多个拉伸模的拉伸模孔均为圆孔且各自拉伸模孔的直径均不相同；所述多个拉伸模中，其中一个拉伸模的拉伸模孔直径与需成型铝合金细径薄壁管材的外径相同，且其余拉伸模的拉伸模孔直径均大于需成型铝合金细径薄壁管材的外径；拉拔过程中，每一模的道次加工率控制在6％～25％，拉伸速度为100～1000mm/min；
步骤四、后续处理：对拉拔成型的铝合金细径薄壁管材进行表面清洗、矫直和定尺处理，获得铝合金细径薄壁管材成品。
2.按照权利要求1所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：步骤三中所述的采用拉拔设备对经表面润滑后的铝合金管坯(1)进行多模拉拔处理时，当将铝合金管坯(1)的外径经拉拔处理加工至3mm以下时或者步骤一中所述铝合金管坯的外径为3mm以下时，将多支待拉拔的铝合金管坯(1)同时穿入一支同等材质的铝合金包壳管(2)内，且使得所述多支待拉拔的铝合金管坯(1)充满整个铝合金包壳管(2)内部并组合成一整体，之后采用拉拔设备对铝合金包壳管(2)进行拉拔。
3.按照权利要求1或2所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：步骤一中所述的保护气氛为氩气保护气氛。
4.按照权利要求2所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：所述多支待拉拔的铝合金管坯(1)以铝合金包壳管(2)的中心轴线为对称中心进行对称排列。
5.按照权利要求4所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：所述铝合金包壳管(2)的内径为所述待拉拔的铝合金管坯(1)外径的3倍。
6.按照权利要求1或2所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：步骤一中所述铝合金管坯(1)的外径为Φ1.0～Φ10.0mm，壁厚为0.2～3.0mm，长度≥1000mm。
7.按照权利要求1或2所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：步骤三中所述拉伸模的数量为三个。
8.按照权利要求1或2所述的一种铝合金细径薄壁管材的冷加工成型方法，其特征在于：步骤三中所述的拉拔成型过程中，采用拉拔设备以冷拔、温拔或冷拔与温拔交替进行的方式对经表面润滑后的铝合金管坯(1)进行多模拉拔处理；其中以冷拔方式进行拉拔处理时，在室温下进行拉拔处理；以温拔方式进行拉拔处理时，在温度T条件下进行拉拔处理，所述200℃＜温度T＜步骤一中所述再结晶退火调质处理时的热处理温度。
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