CN105537449B - 铝合金薄壁回转体旋压加工方法 - Google Patents

铝合金薄壁回转体旋压加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金薄壁回转体旋压加工方法,制作要求尺寸的铝合金旋压坯料,将铝合金旋压坯料退火处理;剪切旋压成一次锥形筒;对一次锥形筒进行退火处理,并切割大端工艺余量形成二次锥形筒;在旋压机上将二次锥形筒普通旋压成预铝合金薄壁回转体;将预旋压坯料进行退火处理和表面抛光处理,然后使用等离子切割机切割旋压件两端的工艺余量,得到满足工艺要求的铝合金薄壁回转体。利用剪切旋压和普通旋压技术加工成铝合金薄壁回转体,满足弹头壳体的尺寸和结构性能要求,可以取代机加法和冲压焊接法,为弹头铝合金壳体的加工提供了一种低成本、高效的加工方法。

Description

铝合金薄壁回转体旋压加工方法
技术领域
本发明涉及薄壁回转体的塑性加工技术领域,具体涉及一种铝合金薄壁回转体旋压加工方法。
背景技术
导弹战斗部装药体壳体的结构为薄壁回转体,材料为超高强度钢或防锈铝合金,随着战术要求的扩展,制造材料越多向铝合金转变,铝合金密度小,能减小装药体壳体比重,增加弹药比重,提高武器威力;外形也从直线型向曲线型转变,可以减小空气阻力,精确致导。但是,目前还没有高效、低成本的加工铝合金壳体的工艺方法。传统的两种方法为机加法和冲压焊接法。机加法是先按产品尺寸锻造有工艺余量的锻件,再使用镗、车将锻件机加成所需的薄壁回转体,工艺方法虽简单,但需去除大量材料,材料利用率极低。不仅如此,其加工周期长,生产成本也高。冲压焊接法是使用等壁厚铝板,先将铝板冲压成半圆弧形,再将两块对称的半圆组焊成筒体,加工方法简单。材料利用率比机加法得到大幅提升,只需要合格的铝板即可。但是这种工艺生产出的回转体的圆度差,产品表观质量和强度差。
发明内容
本发明的目的就是要针对传统加工方法的不足,提供一种低成本、高效的铝合金薄壁回转体的加工方法。
为实现上述目的,本发明所设计的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,所述旋压加工方法包括如下步骤:
1)假设所需制造的产品铝合金薄壁回转体大端直径为Φ1、小端直径为Φ2、壁厚为δ1、母线长L;根据所需制造的产品铝合金薄壁回转体的尺寸车加工出尺寸为Φ3×Φ4×δ2的铝合金旋压坯料,δ2为铝合金旋压坯料的厚度、Φ3为铝合金旋压坯料的外圆直径、Φ4为铝合金旋压坯料的内孔直径;其中:δ2=(δ1+Δ)/sinθ、Φ3≥2L*δ122、Φ42,Δ为铝合金旋压坯料普通旋压时壁厚减薄量、θ为铝合金旋压坯料剪切旋压半锥角;
2)将步骤1)中铝合金旋压坯料安装在剪切旋压芯模上,采用双旋轮旋压机将铝合金旋压坯料剪切旋压成一次锥形筒,其中,一次锥形筒的壁厚为δ2*sinθ、高度(Φ32)/(2·sinθ);
3)对步骤2)中的一次锥形筒进行去应力退火后,将一次锥形筒大端的翻边处切割得到二次锥形筒;
4)将步骤3)中二次锥形筒安装到普通旋压芯模上,采用双旋轮旋压机普通旋压成壁厚、型面与步骤1)中产品相同的预铝合金薄壁回转体,且壁厚为δ1
5)对步骤4)中预铝合金薄壁回转体进行去应力退火、表面抛光处理后,将预铝合金薄壁回转体两端的工艺余量切割,得到所需的铝合金薄壁回转体。
进一步地,所述步骤2)中铝合金旋压坯料剪切旋压极限半锥角为α,当θ>α时,采用一次剪切旋压成型,当θ<α时,采用两次剪切旋压成型。
进一步地,所述步骤1)中Δ取值为0.5~0.8,θ取值为20°~45°。
进一步地,所述步骤2)剪切旋压过程中首先将剪切旋压芯模的温度加热到250℃±10℃,铝合金旋压坯料在剪切旋压前温度加热到300℃±10℃。
进一步地,所述步骤2)中双旋轮旋压机主轴转速75~85r/min,进给率为0.5~1.0mm/r。
进一步地,所述步骤3)中一次锥形筒退火温度为310℃±5℃,保温时间40min~60min后空冷。
进一步地,所述步骤4)普通旋压过程中首先将普通旋压芯模的温度加热到250℃±10℃,二次锥形筒在普通旋压前温度加热到300℃±10℃。
进一步地,所述步骤4)采用双旋轮旋压机的旋轮圆角半径R≥δ2,普通旋压主轴转速75~85r/min,进给率为0.5~1.0mm/r。
进一步地,所述步骤3)中使用等离子切割切除一次锥形筒大端的翻边,所述步骤5)中使用等离子切割切除预铝合金薄壁回转体两端的工艺余量。
进一步地,所述步骤5)中预铝合金薄壁回转体退火温度310℃±5℃,保温时间40min~60min后空冷。
本发明采用低成本铝合金,利用剪切旋压和普通旋压技术加工成铝合金薄壁回转体,满足弹头壳体的尺寸和结构性能要求,可以取代机加法和冲压焊接法,为弹头铝合金壳体的加工提供了一种低成本、高效的加工方法。采用本发明所提供的方法加工铝合金薄壁回转体,具有以下优点:
1、相比锻件机加法,材料利用率从10%提高到70%以上,降低了生产成本;
2、生产效率较高,每件薄壁回转体的平匀加工时间约为1个工作日,而机加法和冲压焊接法平均都需要2~3个工作日;
3、本发明加工方法适用于各类型面的薄壁回转体,从大锥角锥形件到小锥角锥形件都能使用本发明加工方法生产。
附图说明
图1为本实施例1的剪切旋压示意图;
图2为本实施例1的普旋示意图;
图3为本实施例1的铝合金薄壁回转体示意图。
其中:铝合金旋压坯料1、剪切旋压芯模2、尾顶3、一次锥形筒4、二次锥形筒5、普通旋压芯模6、预铝合金薄壁回转体7、铝合金薄壁回转体8。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明,便于更清楚地了解本发明,但它们不对本发明构成限定。
实施例1:针对某弹头装药壳体大端直径Φ1458.3mm、小端直径Φ2293.5mm、型面母线长L566mm、壁厚δ14.0mm的铝合金薄壁回转体的加工。其加工过程如下:
1)根据产品大端直径Φ1458.3mm、小端直径Φ2293.5mm、壁厚δ14.0mm及型面母线长L566mm,结合铝合金旋压坯料1的公式:铝合金旋压坯料的厚度为δ2=(δ1+Δ)/sinθ,θ定为20°、Δ取0.5,即δ2=(4.0+0.5)/sin20°=13mm;铝合金旋压坯料的外圆直径为Φ3≥2L*δ122≈641mm;铝合金旋压坯料的内孔直径为Φ42293.5mm,取Φ4100mm;即得到铝合金旋压坯料尺寸为Φ3641×Φ4100×δ213,铝合金旋压坯料图见图1,并且铝合金旋压坯料表面粗糙度达到3.2μ,退火态。产品材料为5A06,其中:铝合金旋压坯料剪切旋压极限半锥角α=16°,剪切旋压半锥角θ=20°,α<θ,可以一次剪切旋压成型。
2)剪切旋压芯模小端直径为293.5mm、大端直径为458.3mm、半锥角为20°。将铝合金旋压坯料1安装到剪切旋压芯模2上,使用尾顶3固定铝合金旋压坯料1,采用双旋轮旋压机将铝合金旋压坯料剪切旋压成一次锥形筒4。剪切旋压过程中主轴转速80r/min,进给率为0.5mm/r。剪切旋压过程中使用氧气和天然气混合气体加热剪切旋压芯模,其稳定加热到250℃±10℃;并且,铝合金旋压坯料剪切旋压前温度加热到300℃±10°。剪切旋压后,一次锥形筒的壁厚δ2*sinθ=4.45mm、小端直径为293.5mm、大端直径为641mm、半锥角为20°、高度(Φ32)/(2·sinθ)=478mm。
3)剪切旋压完成后,对一次锥形筒进行去应力退火,消除加工应力,退火温度为310℃±5℃,保温40min~60min后空冷;然后使用等离子切割切除一次锥形筒大端的翻边得到二次锥形筒5,切边轴向长度约为40mm,切割后二次锥形筒高度为438mm。
4)将二次锥形筒5安装到加热好的普通旋压芯模6上,普通旋压芯模6的温度加热到250℃±10℃,并且二次锥形筒5在普通旋压前先预热到300℃±10℃,采用双旋轮旋压机的旋轮圆角半径R为15mm,对二次锥形筒进行旋压,主轴转速80r/min,进给率0.7mm/r。普通旋压芯模与旋轮间距为4.0mm,普通旋压后得到壁厚、型面与步骤1)中产品相同的预铝合金薄壁回转体7,且壁厚为δ14.0mm,如图2所示。
6)将预铝合金薄壁回转体7进行去应力退火,退火温度为300℃±5℃,保温40min~60min后空冷;然后将预铝合金薄壁回转体安装在普通旋压芯模上转动,使用粗砂纸带缠绕在预铝合金薄壁回转体上进行打磨抛光。
7)将步骤6)中打磨后的预铝合金薄壁回转体使用等离子切割机切割预铝合金薄壁回转体两端的工艺余量,得到满足焊接工艺要求尺寸的铝合金薄壁回转体8,如图3所示。
试验测出:加工得到的铝合金薄壁回转体的壁厚为4.0mm±0.2mm,产品表面质量满足要求,超声波检测合格,使用型面检测样板检测产品内型面,间隙小于0.2mm,满足产品设计精度要求。
实施例2:针对某弹头装药壳体大端直径Φ1542.9mm、小端直径Φ2406.2mm、型面母线长L604mm、壁厚δ14.0mm的铝合金薄壁回转体的加工。其加工过程如下:
1)根据产品大端直径Φ1542.9mm、小端直径Φ2406.2mm、壁厚δ14.0mm及型面母线长L604mm,结合铝合金旋压坯料的公式:铝合金旋压坯料的厚度为δ2=(δ1+Δ)/sinθ,θ定为15°、Δ取0.5,即δ2=(4.0+0.5)/sin20°=18mm;铝合金旋压坯料的外圆直径为Φ3≥2L*δ122≈675mm;铝合金旋压坯料的内孔直径为Φ42406.2mm,取Φ4100mm;即得到铝合金旋压坯料尺寸为Φ3675×Φ4100×δ218,铝合金旋压坯料图见图1,并且铝合金旋压坯料表面粗糙度达到3.2μ,退火态。产品材料为5A06,其中:铝合金旋压坯料剪切旋压极限半锥角α=16°,剪切旋压半锥角θ=15°,α>θ,需要进行两次剪切旋压,两次剪切旋压的半锥角分别为30°、15°。
2)剪切旋压芯模小端直径为406.2mm、大端直径为542.9mm、半锥角为30°。将铝合金旋压坯料安装到剪切旋压芯模上,使用尾顶3固定铝合金旋压坯料1,采用双旋轮旋压机将铝合金旋压坯料剪切旋压成一次锥形筒。剪切旋压过程中主轴转速80r/min,进给率为0.5mm/r。第一次剪切旋压后一次锥形筒的壁厚为12.7mm、半锥角为30°、高度为233mm;同理,再进行第二剪切旋压,第二次剪切旋压后一次锥形筒的壁厚4.66mm、半锥角为15°、高度为502mm。剪切旋压过程中使用氧气和天然气混合气体加热剪切旋压芯模,其稳定加热到250℃±10℃;并且,铝合金旋压坯料剪切旋压前温度加热到300℃±10°。
3)剪切旋压完成后,对一次锥形筒进行去应力退火,消除加工应力,退火温度为310℃±5℃,保温40min~60min后空冷;然后使用等离子切割切除一次锥形筒大端的翻边得到二次锥形筒,切边轴向长度约为40mm,切割后二次锥形筒高度为460mm。
4)将二次锥形筒安装到加热好的普通旋压芯模上,普通旋压芯模的温度加热到250℃±10℃,并且二次锥形筒在普通旋压前先预热到300℃±10℃,采用双旋轮旋压机的旋轮圆角半径R为15mm,对二次锥形筒进行旋压,主轴转速80r/min,进给率0.7mm/r。普通旋压芯模与旋轮间距为4.0mm,普通旋压后得到壁厚、型面与步骤1)中产品相同的预铝合金薄壁回转体,且壁厚为4.2mm。
6)将预铝合金薄壁回转体进行去应力退火,退火温度为300℃±5℃,保温40min~60min后空冷;然后将预铝合金薄壁回转体安装在普通旋压芯模上转动,使用粗砂纸带缠绕在预铝合金薄壁回转体上进行打磨抛光,同时,壁厚进一步减薄为δ14.0mm。
7)将步骤6)中打磨后的预铝合金薄壁回转体使用等离子切割机切割预铝合金薄壁回转体两端的工艺余量,得到满足焊接工艺要求尺寸的铝合金薄壁回转体。
试验测出:加工得到的铝合金薄壁回转体的壁厚为4.0mm±0.2mm,产品表面质量满足要求,超声波检测合格,使用型面检测样板检测产品内型面,间隙小于0.2mm,满足产品设计精度要求。

Claims (10)

1.一种铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述旋压加工方法包括如下步骤:
1)假设所需制造的产品铝合金薄壁回转体大端直径为Φ1、小端直径为Φ2、壁厚为δ1、母线长L;根据所需制造的产品铝合金薄壁回转体的尺寸车加工出尺寸为Φ3×Φ4×δ2的铝合金旋压坯料(1),δ2为铝合金旋压坯料的厚度、Φ3为铝合金旋压坯料的外圆直径、Φ4为铝合金旋压坯料的内孔直径;其中:δ2=(δ1+Δ)/sinθ、Φ3≥2L*δ122、Φ42,Δ为铝合金旋压坯料普通旋压时壁厚减薄量、θ为铝合金旋压坯料剪切旋压半锥角;
2)将步骤1)中铝合金旋压坯料(1)安装在剪切旋压芯模(2)上,采用双旋轮旋压机将铝合金旋压坯料(1)剪切旋压成一次锥形筒(4),其中,一次锥形筒(4)的壁厚为δ2*sinθ、高度(Φ32)/(2·sinθ);
3)对步骤2)中的一次锥形筒(4)进行去应力退火后,将一次锥形筒(4)大端的翻边处切割得到二次锥形筒(5);
4)将步骤3)中二次锥形筒(5)安装到普通旋压芯模(6)上,采用双旋轮旋压机普通旋压成壁厚、型面与步骤1)中产品相同的预铝合金薄壁回转体(7),且壁厚为δ1
5)对步骤4)中预铝合金薄壁回转体(7)进行去应力退火、表面抛光处理后,将预铝合金薄壁回转体(7)两端的工艺余量切割,得到所需的铝合金薄壁回转体(8)。
2.根据权利要求1所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤2)中铝合金旋压坯料剪切旋压极限半锥角为α,当θ>α时,采用一次剪切旋压成型,当θ<α时,采用两次剪切旋压成型。
3.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤1)中Δ取值为0.5~0.8,θ取值为20°~45°。
4.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤2)剪切旋压过程中首先将剪切旋压芯模(2)的温度加热到250℃±10℃,铝合金旋压坯料(1)在剪切旋压前温度加热到300℃±10℃。
5.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤2)中双旋轮旋压机主轴转速75~85r/min,进给率为0.5~1.0mm/r。
6.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤3)中一次锥形筒(4)退火温度为310℃±5℃,保温时间40min~60min后空冷。
7.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤4)普通旋压过程中首先将普通旋压芯模(6)的温度加热到250℃±10℃,二次锥形筒(5)在普通旋压前温度加热到300℃±10℃。
8.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤4)采用双旋轮旋压机的旋轮圆角半径R≥δ2,普通旋压主轴转速75~85r/min,进给率为0.5~1.0mm/r。
9.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤3)中使用等离子切割切除一次锥形筒(4)大端的翻边,所述步骤5)中使用等离子切割切除预铝合金薄壁回转体(7)两端的工艺余量。
10.根据权利要求1或2所述的铝合金薄壁回转体旋压加工方法,其特征在于:所述步骤5)中预铝合金薄壁回转体(7)退火温度310℃±5℃,保温时间40min~60min后空冷。
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