CN103480789A - 高强度铝合金碟形工件压扭成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强度铝合金碟形工件的压扭成型方法，包括以下步骤：（ⅰ）模具和坯料加热：将模具和毛坯加热至压扭温度为360～480℃，保温1小时。（ⅱ）压扭变形：在压扭成型机上利用模具对坯料进行压扭变形，压制压力为500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件限位尺寸后再扭转2～5圈，扭转过程中模具和坯料的温度保持在360～480℃。（ⅲ）冷却及后处理：压扭成型后的坯料进行空冷，然后进行后续的车削飞边及后续热处理。本发明操作方便，材料的晶体流线呈环向分布，特别适用于抗拉强度大于500MPa的7XXX系高强铝合金的碟形工件成型。

Description

高强度铝合金碟形工件压扭成型方法

技术领域

本发明属于一种材料加工成型方法，具体涉及一种高强度铝合金碟形工件的大塑性变形的压扭成型方法。

背景技术

高强铝合金碟形工件是高速旋转设备的一个重要高比强度零部件，在离心力的作用下，环向受力为主要受力方向，所以对材料的环向力学性能要求较高。常规生产铝合金蝶形件一般都是采用模锻成型方法，采用上下模具冲压的方式，把坯料直接锻造成形，该技术锻造出来的材料的晶粒的流线一般都是径向，材料的形变量也相对较小，不能充分发挥材料的高强度特性。如果采用挤压形变过的坯料进行常规模锻，锻件的晶粒流线存在各向异性，环向力学性能不均匀，对于主要受环向应力的高速旋转蝶形工件来说，常规模锻件的力学性能在环向应力无法满足要求。

发明内容

本发明是为了克服现有技术存在的缺点而提出的，其目的是提供一种高强度铝合金碟形工件的压扭成型方法，解决常规模锻碟形件铝合金材料环向力学性能较差的问题。

本发明的技术方案是：一种高强度铝合金碟形工件的压扭成型方法，包括以下步骤：

（ⅰ）模具和坯料加热

将模具和毛坯加热至压扭温度为360～480℃，保温1小时；

（ⅱ）压扭变形

在压扭成型机上利用模具对坯料进行压扭变形，压制压力为500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件限位尺寸后再扭转2～5圈，扭转过程中模具和坯料的温度保持在360～480℃，通过压扭变形，使材料的晶粒尺寸得到细化，且晶粒流线为环向，最后把坯料从模腔中顶出；

（ⅲ）冷却及后处理

压扭成型后的坯料进行空冷、车削飞边处理。

本发明结构简单、操作方便，由于受过在高压下扭转，材料晶粒得到环向剪切变形，材料的力学性能特别是环向力学性能比常规模锻的好，材料的晶体流线呈环向分布，晶粒尺寸也比常规模锻件小得多。特别适用于抗拉强度大于500MPa的7XXX系高强铝合金的碟形工件成型。

附图说明

图1 是Ⅰ号碟形工件示意图；

图2 是适用于Ⅰ号碟形工件的压扭模具图；

图3 是Ⅱ号碟形工件示意图；

图4 是适用于Ⅱ号碟形工件的压扭模具图。

其中：

1  Ⅰ号碟形工件    2  Ⅰ号上模  

3  Ⅰ号下模模套    4  Ⅰ号下模模芯

5  Ⅰ号顶出芯杆    6  Ⅰ号毛坯料  

7  Ⅱ号碟形工件    8  Ⅱ号上模  

9  Ⅱ号下模模套    10 Ⅱ号下模模芯

11 Ⅱ号顶出芯杆    12 Ⅱ号毛坯料。  

具体实施方式

下面，参照附图和实施例对本发明一种高强度铝合金碟形工件的压扭成型方法进行详细说明：

一种高强度铝合金碟形工件的压扭成型方法，首先，模具设计和模具加工：根据压扭成型机的结构和最终碟形工件的形貌尺寸设计并加工出压扭模具，其主要组成有上模、下模模套、下模模芯和顶出芯杆等。然后，毛坯料尺寸设计：综合考虑最终零件的形状尺寸和变形量等因素，确定出较合适的原料毛坯尺寸规格。

压扭成型方法，包括以下步骤：

（ⅰ）模具和坯料加热

将模具和毛坯加热至压扭温度为360～480℃，保温1小时。

（ⅱ）压扭变形

在压扭成型机上利用模具对坯料进行压扭变形，压制压力为500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件限位尺寸后再扭转2～5圈，扭转过程中模具和坯料的温度保持在360～480℃。通过压扭变形，使材料的晶粒尺寸得到细化，且晶粒流线为环向，最后把坯料从模腔中顶出。

（ⅲ）冷却及后处理

从模具中顶出的坯料进行空冷，最后车削飞边。

实施例1：

如图1、2所示，对于Ⅰ号碟形工件1，其合金牌号为7075的铝合金，工件外径D＝100～200mm，高度H＝10～50mm，d＝5～30mm，h＝8～20mm，根据工件的形貌特点，设计并加工出Ⅰ号上模2、Ⅰ号下模模套3、Ⅰ号下模模芯4和Ⅰ号顶出芯杆5，根据7075铝合金材料的工艺特性和最终件的规格尺寸，采用φ75mm的挤压棒为Ⅰ号毛坯料6，坯料高度30～100mm。模具和毛坯料均加温至360～480℃并保温1小时，接着在压扭成型机上进行模压和扭转，模压压力500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件到限位尺寸后再扭转2～5圈，最后卸压并把工件从模具中顶出，空冷后车削去坯料的飞边，即可制得Ⅰ号碟形工件。

经过压扭成型，从圆柱状坯料形变成碟形工件形貌和最终规格尺寸，对比采用模锻冲压工艺加工成型的碟形工件，该工艺生产出来的零件形貌尺寸与模锻件无异，但是由于受过在高压下扭转，材料晶粒得到环向剪切变形，材料的力学性能特别是环向力学性能比常规模锻的好，材料的晶体流线呈环向分布，晶粒尺寸也比常规模锻件小得多。

经测试，经过压扭变形后的7075铝合金碟形件的抗拉强度达到613MPa，比普通模锻件的抗拉强度538MPa提高了14%，而材料的延伸率变化不大，经扭转后外缘部位的材料晶粒尺寸由初始的30μm细化到300nm以下，且呈环向流线分布。

实施例2：

如图3、4所示，对于Ⅱ号碟形工件7，其合金牌号为7A04的铝合金，工件外径D＝120～300mm，高度H＝10～50mm，d＝5～30mm，h＝8～20mm，s＝50～100mm，根据工件的形貌特点，设计并加工出Ⅱ号上模8、Ⅱ号下模模套9、Ⅱ号下模模芯10和Ⅱ号顶出芯杆11，根据7A04铝合金材料的工艺特性和最终件的规格尺寸，采用φ80mm的铸锭为Ⅱ号毛坯料12，坯料高度20～80mm。模具和毛坯料均加温至360～480℃并保温1小时，接着在压扭成型机上进行模压和扭转，模压压力500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件到限位尺寸后再扭转2～5圈，最后卸压并把工件从模具中顶出，空冷后车削去坯料的飞边，即可制得Ⅱ号碟形工件。

经测试，经过压扭变形后的7A04铝合金碟形件的抗拉强度达到630MPa，比普通模锻件的抗拉强度550MPa提高了15%，而材料的延伸率变化不大，经过扭转后外缘部位的材料晶粒尺寸由初始的90μm细化到500nm以下，且晶粒流线呈环向分布。

本发明结构简单、操作方便，由于受过在高压下扭转，材料晶粒得到环向剪切变形，材料的力学性能特别是环向力学性能比常规模锻的好，材料的晶体流线呈环向分布，晶粒尺寸也比常规模锻件小得多。特别适用于抗拉强度大于500MPa的7XXX系高强铝合金的碟形工件成型。

Claims (1)

1.一种高强度铝合金碟形工件压扭成型方法，其特征在于：包括以下步骤：

（ⅰ）模具和坯料加热

将模具和毛坯加热至压扭温度为360～480℃，保温1小时；

（ⅱ）压扭变形

在压扭成型机上利用模具对坯料进行压扭变形，压制压力为500～5000吨，扭转扭矩10000～200000牛·米，扭转转速为每分钟1～5转，当压扭到碟形工件限位尺寸后再扭转2～5圈，扭转过程中模具和坯料的温度保持在360～480℃，通过压扭变形，使材料的晶粒尺寸得到细化，且晶粒流线为环向，最后把坯料从模腔中顶出；

（ⅲ）冷却及后处理

压扭成型后的坯料进行空冷、车削飞边处理。

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