CN104014996A - 铝合金圆环坯件制坯方法及反挤压模 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金圆环坯件制坯方法及反挤压模，该方法包括以下步骤，半连续铸造圆柱形铝合金铸锭、铸锭剥皮、铝铸锭加热、反挤压成圆筒形坯件、冲裁筒底形成圆管形坯件后再加热保温至设定时间、采用马架方式扩孔至设定直径和壁厚、最后切断成多个圆环形坯件。该反挤压模用于将圆柱形铝铸锭在热态下反挤压成圆筒形坯件，包括圆形反挤压筒、反挤压头，反挤压筒由可换垫块形成其筒底，反挤压筒位于垫块上方的内腔具有拔模锥度；反挤压头由挤压端头和挤压杆形成组合结构。本发明的有益效果是，制坯方法可有效减少材料消耗约30％以上，反挤压模具结构简单、使用寿命长。

Description

铝合金圆环坯件制坯方法及反挤压模

技术领域

本发明涉及到一种铝合金坯件的制坯方法及装置，特别是一种铝合金圆环坯件制坯方法及反挤压模。

背景技术

较大尺寸的铝合金滚轮加工需要专门制备坯件，这种坯件目前主要通过锻造方式获得。轻轨导向轮为环形结构零件，其坯件外径约为φ650mm，内径约为φ520mm，该零件的坯件目前同样通过模具锻造制备获得。现有锻造技术制得的圆环形锻坯，为确保模具的使用寿命，在坯件内孔壁的高度方向必然留有一定厚度的连皮，然后通过冲孔方式将连皮冲裁掉才能获得一圆环形坯件，冲裁掉的部分形成废料，虽然可以回收利用，但也只能作为废料回收。对于大直径的环形坯件，其浪费程度极大，显著加大零件的制造成本。采用模锻方式制坯的前述导向轮，其投料比达到1：2.5左右。为此，需要改进。

发明内容

本发明的第一目的就是针对现有技术的不足，提供一种铝合金圆环坯件制坯方法，以提高材料利用率，降低零件制造成本；本发明的第二目的是提供一种制坯模具，以用于实现本发明第一目的的方法。

为实现第一目的，本发明采用如下技术方案。

一种铝合金圆环坯件制坯方法，包括以下步骤：

第一步，铸铝锭：采用铸造设备半连续铸造圆柱形铝锭；

第二步，剥皮：通过金属切削设备剥除铝锭表皮；

第三步，铝锭加热：通过加热炉将铝锭加热至440～480℃；

第四步，反挤压：通过液压机和反挤压模具将铝锭反挤压成圆筒形坯件至设定长度；

第五步，冲裁筒底：通过液压机或冲压设备和冲裁模切除圆筒形坯件的桶底形成圆管形坯件；

第六步，加热保温：通过加热炉将圆管形坯件加热至440～480℃，并保温设定时间；

第七步，扩孔：利用锻压设备和马架对圆管形坯件扩孔至设定直径和壁厚；

第八步，切断：利用金属切削设备对圆管形坯件切割成多个圆环形坯件；

第九步，热处理：对圆环形铝合金坯件按要求进行热处理。

采用前述技术方案的本方法，铸造铝锭通过剥皮，加热后在热状态下进行反挤压成圆筒形坯件，然后通过切筒底和马架扩孔方式形成设定直径和壁厚的圆管形坯件，再通过切断的方式切割成多个圆环形坯件。因此，反挤压方式形成的圆筒形坯件为多个圆环形坯件的连件，多个圆环形坯件的连件只有一个作为废料筒底，因此，可大幅度减少单个圆环形坯件的废料分摊量，可大幅度降低原材料消耗，提高材料利用率；同时，依次挤压多个圆环坯件，可有效提高制坯效率，减少模具使用次数，从多方面降低零件制造成本。

优选的，在所述第三步的铝锭加热步骤中，所述加热炉为带空气循环的箱式电炉。以使加热炉内铝铸锭受热均匀，确保反挤压变形顺利。

优选的，在所述第三步的铝锭加热步骤中，所述加热温度为460～470℃。确保反挤压变形顺利。

优选的，在所述第四步的反挤压步骤中，所述液压机为四柱液压机。以使反挤压变形均匀，反挤压后筒形坯件的筒壁高度一致性好，确保形成环形坯件的数量及材料利用率。

优选的，在所述第六步的加热保温步骤中，所述加热炉为带空气循环的箱式电炉。以使加热炉内铝铸锭受热均匀；所述加热温度为460～470℃；所述保温时间为3小时以上。以确保坯件具有良好的加工塑性，降低加工难度，提高加工效率，降低加工成本。

为实现第二目的，本发明采用如下技术方案。

一种铝合金圆筒形坯件用反挤压模，包括圆形反挤压筒、反挤压头，所述反挤压筒由可拆换的垫块形成其筒底，该垫块下端面与反挤压筒下端面位于同一平面内，反挤压筒位于垫块上方的内腔具有倾斜角度为α的拔模锥度；所述反挤压头由挤压端头构成反挤压工作部，反挤压端头可拆换地连接有挤压杆上，挤压杆外径小于反挤压端头外径，该挤压杆构成反挤压头的连接部。

采用前述技术方案的本装置，使用前，反挤压筒固定在液压机下工作台上，反挤压头的工作部通过连接部固定连接在液压机的压头或上工作台上，并将反挤压筒与反挤压端头调整至同轴线的状态。使用时，首先将剥皮及加热后的圆柱形铝锭置入反挤压筒内，通过液压机的压头或上工作台的运动带动反挤压端头向反挤压筒的筒底挤压铝锭，铝锭在反挤压端头及反挤压筒的共同作用下，沿反挤压端头与反挤压筒之间的间隙向反挤压端头挤压运动的相反方向延伸，从而获得前述发明方法中所需的铝合金圆筒形坯件。本挤压模具的反挤压端头和垫块分别使反挤压筒和反挤压头形成组合结构，在使用过程中，受挤压力和温度条件影响，反挤压端头和垫块损坏后可单独更换，可有效挤压头整体更换，或反挤压筒的整体返修与更换；同时，挤压杆的材料可选择耐热性、耐磨性和红硬性远低于反挤压端头的材料，从而可降低模具的材料费用，以此降低批件制造成本。

优选的，所述挤压杆的下端设有同轴线的圆孔；所述反挤压端头由端头头部和端头轴杆形成一体结构，该端头轴杆间隙配合在所述圆孔内，该端头杆部与挤压杆之间连接有矩形锁紧销，该矩形锁紧销用于防止反挤压端头从挤压杆下端脱落，该端头头部由所述挤压杆的下端面传递挤压力。反挤压端头与挤压杆通过矩形锁紧销连接，且在挤压时，挤压杆直接将挤压力传递到反挤压端头的端头头部上，矩形锁紧销和反挤压端头的端头轴杆均处于不受力的状态，因此，不会出现受力变形的情形，便于反挤压端头拆换，同时，锁紧销呈矩形结构，可通过将其小截面方向设在挤压杆的横向，以使挤压杆在横截面方向具有足够大的实体截面，确保使用寿命长。

进一步优选的，所述反挤压端头由端头头部呈圆锥状，其锥体大端形成挤压工作部，端头头部锥体小端直径大于或等于挤压杆直径。利于反挤压完成后反挤压头顺利脱出筒形坯件。

进一步优选的，所述锁紧销的下侧面两端形成有凸楞。以使反挤压头工作时不从配合的矩形孔内滑出，确保使用安全。

优选的，所述反挤压筒的倾斜角度α为0.3～0.5°；所述垫块的上端面与外周面之间保留有棱角。以防止垫块上端面附近的外周区域与反挤压筒形成圆滑的间隙，阻止铝材被挤入，便于坯件脱模，同时，减少坯件外周的加工余量，降低材料消耗。

本发明的有益效果是，制坯方法可有效减少材料消耗，在用于轻轨导向轮制坯时，将坯件制作成6～8件的连件，投料比可降至1:1.6，即可有效降低原材料消耗30％以上；反挤压模具结构简单、使用寿命长，用于铝合金环形坯件的制坯反挤压时，可有效降低制造成本。

附图说明

图1是本发明制坯方法的流程图。

图2是本发明反挤压模具的结构示意图。

图3是本发明图2中的A部放大图。

图4是本发明图3中的B—B剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1参见图1、图2，一种用于轻轨导向轮的铝合金圆环坯件制坯方法，包括以下步骤：

第一步，铸铝锭：采用铸造设备连铸机半连续铸造直径485mm，长度为420mm的圆柱形铝锭；

第二步，剥皮：通过金属切削加工设备剥除厚度为15mm的铝锭表皮；

第三步，铝锭加热：通过带空气循环的箱式电炉将剥皮后的铝锭加热至465±5℃；

第四步，反挤压：将加热后的铝锭置于模腔直径为500mm的反挤压模具内，通过30000KN的四柱液压机和反挤压模具将铝锭反挤压成圆筒形坯件6，该圆筒形坯件6外径为500mm，内径为280mm，长度为480～510mm，筒底厚度60mm左右；

第五步，冲裁筒底：在30000KN的四柱液压机设置的冲裁工位上通过冲裁模切除圆筒形坯件6的桶底形成圆管形坯件；

第六步，加热保温：通过带空气循环的箱式电炉将圆管形坯件加热至465±5℃，并保温设定3小时以上；

第七步，扩孔：利用30000KN的四柱液压机和扩孔马架对圆管形坯件扩孔至设定外径为655mm，内径为520mm，长度与筒形坯件长度基本保持不变；

第八步，切断：利用金属切削设备对圆管形坯件切割成6～8个圆环形坯件；

第九步，热处理：对圆环形铝合金坯件按要求进行热处理。

在本实施例中，当剥皮后铝锭或圆管形铝坯件加热温度为440～450℃时，需要在出炉后及时进行反挤压或扩孔，防止出炉过程中过渡冷却，同时，锻压设备工作压力相对提高，能耗相对较高；当剥皮后铝锭或圆管形铝坯件加热温度为470～480℃时，特别需要控制炉温，防止出现晶粒粗大及过烧。

本实施例中，在冲裁筒底的步骤中，也可采用冲压设备或螺旋锻压极大等冲裁筒形坯件的筒底；在利用马架扩孔时，还可采用螺旋锻压机、空气锤、模锻锤等其他锻压设备。

利用此方法获得的导向轮坯件材料消耗显著下降，可节约材料费约为30％。

实施例2参见图2、图3、图4，一种铝合金圆筒形坯件用反挤压模，包括圆形反挤压筒1、反挤压头，所述反挤压筒1由可换垫块3形成其筒底，该垫块3下端面与反挤压筒1下端面位于同一平面内，且垫块3的上端面与外周面之间保留有棱角；反挤压筒1位于垫块3上方的内腔具有倾斜角度α为0.3～0.5度的拔模锥度；反挤压筒1外周壁中部设有环形凹槽11；以在环形凹槽内设置卡环，方便通过卡环方式吊装或固定；所述反挤压头由挤压端头2构成反挤压工作部，反挤压端头2可拆换地连接有挤压杆4上，挤压杆4外径小于反挤压端头2外径，该挤压杆4构成反挤压头的连接部；具体是挤压杆4的下端设有同轴线的圆孔41；反挤压端头2由端头头部和端头轴杆形成一体结构，该端头轴杆间隙配合在所述圆孔41内，该端头杆部与挤压杆4之间连接有矩形锁紧销5，锁紧销5的下侧面两端形成有凸楞51，该矩形锁紧销5用于防止反挤压端头2从挤压杆4下端脱落，该端头头部由所述挤压杆4的下端面传递挤压力；并且反挤压端头2由端头头部呈圆锥状，其锥体大端形成挤压工作部，端头头部锥体小端直径大于挤压杆4直径；挤压杆4上端形成有上端盘，以通过设有台阶通孔的连接块7与液压机的上工作台连接，在挤压杆4上端盘上设有反挤压垫板8，以增大上工作台的受力面积，形成对上工作台的保护，减轻或避免挤压杆4上端盘对上工作台的损伤。

本实施例中，反挤压端头2的端头头部锥体小端直径也可与挤压杆4直径相等。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金圆环坯件制坯方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，铸铝锭：采用铸造设备半连续铸造圆柱形铝锭；

第二步，剥皮：通过金属切削设备剥除铝锭表皮；

第三步，铝锭加热：通过加热炉将铝锭加热至440～480℃；

第四步，反挤压：通过液压机和反挤压模具将铝锭反挤压成圆筒形坯件至设定长度；

第五步，冲裁筒底：通过液压机或冲压设备和冲裁模切除圆筒形坯件的桶底形成圆管形坯件；

第六步，加热保温：通过加热炉将圆管形坯件加热至440～480℃，并保温设定时间；

第七步，扩孔：利用锻压设备和马架对圆管形坯件扩孔至设定直径和壁厚；

第八步，切断：利用金属切削设备对圆管形坯件切割成多个圆环形坯件；

第九步，热处理：对圆环形铝合金坯件按要求进行热处理。

2.根据权利要求1所述的铝合金圆环坯件制坯方法，其特征在于：在所述第三步的铝锭加热步骤中，所述加热炉为带空气循环的箱式电炉。

3.根据权利要求1所述的铝合金圆环坯件制坯方法，其特征在于：在所述第三步的铝锭加热步骤中，所述加热温度为460～470℃。

4.根据权利要求1所述的铝合金圆环坯件制坯方法，其特征在于：在所述第四步的反挤压步骤中，所述液压机为四柱液压机。

5.根据权利要求1～4中任意一项权利要求所述的铝合金圆环坯件制坯方法，其特征在于：在所述第六步的加热保温步骤中，所述加热炉为带空气循环的箱式电炉；所述加热温度为460～470℃；所述保温时间为3小时以上。

6.一种铝合金圆筒形坯件用反挤压模，包括圆形反挤压筒(1)、反挤压头，其特征在于，所述反挤压筒(1)由可拆换的垫块(3)形成其筒底，该垫块(3)下端面与反挤压筒(1)下端面位于同一平面内，反挤压筒(1)位于垫块(3)上方的内腔具有倾斜角度为α的拔模锥度；所述反挤压头由挤压端头(2)构成反挤压工作部，反挤压端头(2)可拆换地连接有挤压杆(4)上，挤压杆(4)外径小于反挤压端头(2)外径，该挤压杆(4)构成反挤压头的连接部。

7.根据权利要求6所述的铝合金圆筒形坯件用反挤压模，其特征在于：所述挤压杆(4)的下端设有同轴线的圆孔(41)；所述反挤压端头(2)由端头头部和端头轴杆形成一体结构，该端头轴杆间隙配合在所述圆孔(41)内，该端头杆部与挤压杆(4)之间连接有矩形锁紧销(5)，该矩形锁紧销(5)用于防止反挤压端头(2)从挤压杆(4)下端脱落，该端头头部由所述挤压杆(4)的下端面传递挤压力。

8.根据权利要求7所述的铝合金圆筒形坯件用反挤压模，其特征在于：所述反挤压端头(2)由端头头部呈圆锥状，其锥体大端形成挤压工作部，端头头部锥体小端直径大于或等于挤压杆(4)直径。

9.根据权利要求7所述的铝合金圆筒形坯件用反挤压模，其特征在于：所述锁紧销(5)的下侧面两端形成有凸楞(51)。

10.根据权利要求6～9中任意一项权利要求所述的铝合金圆筒形坯件用反挤压模，其特征在于：所述反挤压筒(1)的倾斜角度α为0.3～0.5°；所述垫块(3)的上端面与外周面之间保留有棱角。