CN105537496A

CN105537496A - 降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法

Info

Publication number: CN105537496A
Application number: CN201510988838.0A
Authority: CN
Inventors: 沈文涛; 张鹏; 翟瑞志; 崔明亮
Original assignee: CHINA NATIONAL ERZHONG GROUP DEYANG WANHANG FORGING Co Ltd
Current assignee: CHINA NATIONAL ERZHONG GROUP DEYANG WANHANG FORGING Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-24
Also published as: CN105537496B

Abstract

本发明公开了一种能够避免了锻件沿长度方向的翘曲的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法。该方法采用冷压模具进行，包括步骤：A、锻件在固溶热处理后4小时内进行冷压缩；B、将锻件放置在冷压模具内；C、在无筋条面上筋条对应的位置纵向放置一块钢板，然后进行冷压缩变形；D、在已冷压缩部位的两侧放置一块新的钢板，钢板与前面一次冷压的压痕重叠量为30％～50％，然后再进行冷压缩变形；E、重复步骤D，直到无筋条面的所有区域完成冷压缩变形；F、最后对无筋条面中间位置，再进行冷压；G、分段冷压完成后，再进行一次整体冷压，按吨位控制。采用该方法能够保证锻件的外形的一致性；提高锻件冷压变形量的均匀性。

Description

降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法

技术领域

本发明属于材料科学与工程领域，尤其是一种通过分段冷压缩方式降低净投影面积4m²以上铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的一种方法。

背景技术

公知的：铝合金具有密度小，比强度高、疲劳强度好及抗应力腐蚀等优点，在国民经济的发展中起到非常大的作用。铝合金锻件是铝合金制品中非常重要的一种形式。铝合金锻件具有组织均匀，力学性能好等优点，主要应用于航空航天、交通运输、船舶、能源动力、石油化工等领域特别重要的承力结构部件。锻件许多生产工序都会产生残余应力，当残余应力超过一定数值时会降低锻件的尺寸稳定性，使得零件在加工过程产生变形，从而导致零件报废。冷压缩法是目前国际上降低铝合金锻件残余应力比较常用的方法之一，即铝合金锻件固溶淬火后在规定的时间内进行一定量的塑性冷压缩变形量以降低锻件在制造过程中产生的残余应力。

带有筋条结构的锻件经固溶、淬火后产生大量的残余应力，且多集中在锻件的凹圆角部位。因此只有使锻件的凹圆角部位经受一定量的冷压缩变形，才能最大程度上降低锻件的残余应力。为达到这一目的，冷压模具凸圆角的设计要比冷压锻件的凹圆角小，在冷压缩过程中冷压模具的凸圆角才能逐渐与锻件的凹圆角接触，并使锻件的凹圆角发生冷压塑性变形。在不考虑摩擦、加工硬化等因素下，锻件固溶后进行冷压缩变形所需要的最小冷压缩力为锻件的投影面积乘以合金的屈服强度。经过固溶热处理后的铝合金压缩屈服强度处于300-350Mpa，因此，固溶热处理后的4m²以上铝合金锻件要产生冷压塑性变形所需的最小冷压缩力为1200-1400MN。目前世界上最大的压机能力为800MN，因此无法通过整体冷压缩方法降低合金的残余应力，根据设备情况只能采用分段冷压降低锻件的残余应力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法。该方法通过在冷压模具上进行特殊的圆角设计和采用对锻件进行纵向整体、横向分段的冷压缩方案及先冷压筋条、再冷压筋条两侧腹板、最后再冷压一次筋条的次序，避免了锻件沿长度方向的翘曲，同时能够最大程度上降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，采用冷压模具对锻件进行冷压缩；所述冷压模具包括上模和下模，所述下模具有的与筋条匹配的凹槽；所述凹槽上的凸圆角的半径小于锻件上筋条的凹圆角的半径；还包括以下步骤：

A、锻件在固溶热处理后4小时内进行冷压缩；

B、所述锻件具有筋条的面为筋条面，筋条面的背面为无筋条面；将筋条面放入冷压模具下模，无筋条面对应冷压上模；

C、在无筋条面上筋条对应的位置纵向放置一块贯穿无筋条面的冷压用45#钢钢板，所述钢板的宽度覆盖筋条及筋条的两个凹圆角在无筋条面上对应的区域；然后在放置钢板的部位进行冷压缩变形，控制塑性变形量为1.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板；

D、在无筋条面已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板，钢板与前一次冷压的压痕重叠量为30％～50％，然后再进行冷压缩变形，控制塑性变形量为2.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板；

E、重复步骤D，直到把锻件的无筋条面的所有区域完成冷压缩变形；

F、最后在无筋条面上筋条对应的位置纵向再放置一块钢板，所述钢板的宽度覆盖筋条及筋条的两个凹圆角在无筋条面上对应的区域；然后再进行冷压，冷压缩变形量1.0±0.5％；

G、分段冷压完成后，再进行一次整体冷压，按吨位控制。

优选的，步骤D中，在无筋条面已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板，钢板与前一次冷压的压痕重叠量为40％。

进一步的，步骤B中所述冷压模具下模和上模的表面粗糙度均小于0.8um。

进一步的，步骤C和步骤D中所述钢板厚度为10mm。

本发明的有益效果是：本发明提供的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，通过创新性的冷压模具结构设计，并采用对锻件进行纵向整体、横向分段的冷压缩方案及先冷压筋条、再冷压筋条两侧腹板、最后再冷压一次筋条的次序，从而保证了锻件中的残余应力得到充分释放，降低了锻件中的残余应力。其次采用该方法，能够提高设备的生产能力，丰富设备可以生产产品的类型；降低设备的投入。再次，锻件沿纵向整体、横向分段冷压避免了锻件沿长度方向的翘曲，保证了锻件的外形的一致性。最后采用该方法，能够降低锻件生产成本，提高锻件冷压变形量的均匀性。

附图说明

图1是本发明实施例中锻件安装在冷压模具的下模上的示意图；

图2是图1中A的局部放大图；

图3是本发明实施例中锻件放置一块钢板进行冷压缩的示意图；

图4是本发明实施例中锻件在放置一块钢板冷压缩后，放置两块钢板冷压缩的示意图；

图5是本发明实施例中锻件进行横向分段冷压缩过程中的示意图；

图6是本发明实施例中锻件进行横向分段冷压缩过程中的示意图；

图7是本发明实施例中锻件无筋条面所有区域完成冷压缩变形时的示意图；

图中标示：1-锻件，11-筋条，12-无筋条面，13-筋条面，14-凹圆角，2-钢板，3-下模，31-凸圆角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明所述的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，采用冷压模具对锻件1进行冷压缩；所述冷压模具包括上模和下模3，所述下模3具有的与筋条11匹配的凹槽；所述凹槽上的凸圆角31的半径小于锻件1上筋条11的凹圆角14的半径；

还包括以下步骤：

A、锻件1在固溶热处理后4小时内进行冷压缩；

B、所述锻件1具有筋条11的面为筋条面13，筋条面13的背面为无筋条面12；将筋条面13放入冷压模具下模，无筋条面12对应冷压上模；

C、在无筋条面12上筋条11对应的位置纵向放置一块贯穿无筋条面12的冷压用45#钢钢板2，所述钢板2的宽度覆盖筋条11及筋条11的两个凹圆角在无筋条面12上对应的区域；然后在放置钢板2的部位进行冷压缩变形，控制塑性变形量为1.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板2；

D、在无筋条面12已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板2，钢板2与前一次冷压的压痕重叠量为30％～50％然后再进行冷压缩变形，控制塑性变形量为2.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板2；

E、重复步骤D，直到把锻件1的无筋条面12的所有区域完成冷压缩变形；

F、最后在无筋条面12上筋条11对应的位置纵向再放置一块钢板2，所述钢板2的宽度覆盖筋条11及筋条11的两个凹圆角在无筋条面12上对应的区域；再进行冷压，冷压缩变形量1.0±0.5％；

G、分段冷压完成后，再进行一次整体冷压，按吨位控制。

如图1和图2所示，所述锻件冷压模具中下模3的凸圆角31的半径要比冷压锻件1热成型后的凹圆角14的半径小；在冷压缩过程中冷压模具3的凸圆角31才能逐渐与锻件的凹圆角14接触，并使锻件1的凹圆角14发生冷压缩变形，最大程度上降低锻件1的残余应力。

在步骤A中锻件1在固溶热处理后4小时内进行冷压缩；铝合金固溶时效后发生自然时效，即固溶后合金的强度随放置时间的延长而增大，为了尽量减小冷压缩需要的设备吨位，固溶后要尽快进行冷压缩，但考虑到生产组织等方面的因素，锻件在固溶热处理后4小时内必须进行冷压缩。在锻件1在固溶热处理后4小时内进行冷压缩，从而能够保证冷压缩极大限度的降低锻件1冷压所需的设备吨位。

在步骤B中所述锻件1具有筋条11的面为筋条面13，筋条面13的背面为无筋条面12；将筋条面13放入冷压模具下模，无筋条面12对应冷压上模。通过上述操作，能够保证锻件1在冷压模具中的位置为冷压缩做好准备工作。

如图3所示，在步骤C中在无筋条面12上筋条11对应的位置纵向放置一块贯穿无筋条面12的冷压用45#钢钢板2，所述钢板2的宽度覆盖筋条11及筋条11的两个凹圆角在无筋条面12上对应的区域；然后在放置钢板2的部位进行冷压缩变形，控制塑性变形量为1.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板2。所述无筋条面12上筋条11对应的位置是指筋条11在无筋条面12上投影的位置。通过上述操作实现了对锻件的筋条11、凹圆角14部位的冷压缩；释放锻件1的筋条11、凹圆角14部位的残余应力。同时由于钢板贯穿无筋条面12因此能够保证钢板2能够在纵向上完全覆盖锻件1的无筋条面12，使得钢板2下方的锻件在纵向上压力可以完全释放。

铝合金固溶热处理后进行1％～5％的塑性变形量可以降低合金的残余应力，但是在1％～5％范围内随着冷变形量的增加会降低合金的力学性能，为了较好的平衡锻件的力学性能和残余应力数值，选择将冷压缩变形量控制在2％～3％范围内。在步骤C中将筋条11及筋条11的两个凹圆角在无筋条面12上对应的区域的冷压缩量控制在1.5±0.5％；从而为后续的再次冷压缩预留冷压量。

如图4所示，在步骤D中在无筋条面12已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板2，钢板2与前面一次冷压的压痕重叠量为30％～50％，然后再进行冷压缩变形，控制塑性变形量为2.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板2。

由于在步骤C中只是对锻件1的筋条11、凹圆角14部位的进行了冷压缩，因此锻件1的筋条11、凹圆角14部位的应力向外释放，从而降低了筋条11、凹圆角14部位的残余应力，但是锻件的筋条11、凹圆角14部位外的依然存在残余应力；在步骤D中通过在无筋条面12已冷压缩部位的两侧放置钢板2，同时使得与已压缩部位的压痕重叠30％～50％，再进行冷压缩。从而可以使得已冷压缩部位外的部分位置释放应力，同时使得与已压缩部位的压痕重叠30％～50％，避免已冷压缩部位重新产生新的应力。

如果在无筋条面12上已冷压缩部位的两侧放置钢板2与已压缩部位的压痕重叠小于30％，那么会使得在已冷压缩部位两侧进行冷压缩时，早已冷压缩部位重新产生较大的新应力；如果在无筋条面12上已冷压缩部位的两侧放置钢板2与已压缩部位的压痕重叠大于50％，那么已冷压缩两侧部位进行压缩的面积较小，从而会增加压缩完整个无筋条面12的冷压缩次数，工作效率低，同时增加了成本。

其中优选的为在无筋条面12已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板2，钢板2与前一次冷压的压痕重叠量为40％。从而既可以使得在已压缩部位产生新的应力最小，同时能够保证在已冷压缩部位两侧进行冷压缩时的面积较大，减少压缩次数，提高工作效率。

如图5、6、7所示，在步骤E中重复步骤D从而可以使得锻件1中的应力能够在横向上向两端释放，并且避免了在已冷压缩部位重新产生应力；最终降低锻件1中的残余应力。

在步骤F中最后在无筋条面12上筋条11对应的位置纵向再放置一块钢板2，所述钢板2的宽度覆盖筋条11及筋条11的两个凹圆角在无筋条面12上对应的区域；再进行冷压，冷压缩变形量1.0±0.5％；由于开始时在步骤C中，中间位置的冷压缩变形量为1.5±0.5％；相对于步骤D中的冷压缩变形量为2.5±0.5％；预留有压缩量。因此在步骤F中通过再次在的无筋条面12中间位置放置钢板2进行冷压缩并且控制冷压缩变形量为1.0±0.5％；从而能够保证整体冷压缩变形量一致，同时通过再次对中间位置进行冷压缩，可以释放，分段冷压缩过程中在锻件1中间位置产生的较少的新的应力。

在步骤G中分段冷压完成后，再进行一次整体冷压，按吨位控制。进行整体冷压，使得锻件1的应力释放更加充分，进一步降低锻件1中的残余应力。

综上所述，本发明提供的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，通过对锻件1创新性的冷压模具结构设计，并采用对锻件1进行纵向整体、横向分段的冷压缩方案及先冷压筋条11、再冷压筋条11两侧腹板、最后再冷压一次筋条的次序，从而能够保证锻件1中的应力充分释放，从而降低锻件1中的残余应力。其次采用该方法，能够提高设备的生产能力，丰富设备可以生产产品的类型；降低设备的投入。再次，由于降低了锻件1内的残余应力因此锻件1沿横向分段冷压避免了锻件沿长度方向的翘曲，保证了锻件的外形的一致性。最后采用该方法，能够降低锻件生产成本，提高锻件冷压变形量的均匀性。

为了保证锻件的加工质量，控制摩擦，保证冷压的均匀性；进一步的，步骤B中所述冷压模具下模和上模的表面粗糙度均小于0.8um。

为了在满足工艺要求的同时，减少设备投入，节约成本，进一步的步骤C和步骤D中所述45#钢钢板2的厚度为10mm。采用410mm厚的5#钢钢板2进行冷压缩，能够在保证工艺要求的同时，节约用材，有效地降低成本。

实施例1

本实施例中锻件材质为7050铝合金，外形轮廓为6100×700×120mm，其中腹板厚度为80mm，筋条厚度为40mm，筋条宽度为65mm，筋条凹圆角半径为22mm，锻件弧度为27489mm，锻件净投影面积为4.27m²。冷压模具凸圆角31半径为20mm。

本实施例中冷压钢板为45#钢钢板，钢板规格为6300×130×10mm。钢板宽度为120mm的目的是为了在第一次和最后一次压筋条时能够覆盖住筋条及其两侧的凹圆角。

采用本发明所述的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法进行生产具体包括以下步骤：

步骤一：如图3所示，首先把45#钢钢板2放置在筋条11正上方进行冷压，控制产品冷压缩塑性变形量为1.5％±0.5％，冷压后把钢板撤掉。

步骤二：如图4所示，重新更换两块新的45#钢钢板2放置在筋条11两侧，每一侧与前面的压痕重叠量为48mm，然后进行冷压，控制产品冷压缩塑性变形量为2.5％±0.5％，冷压后撤掉钢板2。

步骤三：如图5至7所示，重复步骤二，直至把锻件1上无筋条面12的所有区域冷压完毕。

步骤四：最后在锻件1的筋条11正上方再放置一块钢板2冷压，控制产品的冷压缩塑性变形量为1.0％±0.5％，冷压后把钢板2撤掉。

步骤五：分段冷压结束后，进行一次整体冷压，控制吨位为6万吨。

Claims

1.降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，其特征在于：采用冷压模具对锻件(1)进行冷压缩；所述冷压模具包括上模和下模(3)，所述下模(3)具有的与筋条(11)匹配的凹槽；所述凹槽上的凸圆角(31)的半径小于锻件(1)上筋条(11)的凹圆角(14)的半径；

还包括以下步骤：

A、锻件(1)在固溶热处理后4小时内进行冷压缩；

B、所述锻件(1)具有筋条(11)的面为筋条面(13)，筋条面(13)的背面为无筋条面(12)；将筋条面(13)放入冷压模具下模，无筋条面(12)对应冷压上模；

C、在无筋条面(12)上筋条(11)对应的位置纵向放置一块贯穿无筋条面(12)的冷压用45#钢钢板(2)，所述钢板(2)的宽度覆盖筋条(11)及筋条(11)的两个凹圆角在无筋条面(12)上对应的区域；然后在放置钢板(2)的部位进行冷压缩变形，控制塑性变形量为1.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板(2)；

D、在无筋条面(12)已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板(2)，钢板(2)与前一次冷压的压痕重叠量为30％～50％，然后再进行冷压缩变形，控制塑性变形量为2.5±0.5％；冷压完成后撤掉钢板(2)；

E、重复步骤D，直到锻件(1)的无筋条面(12)的所有区域完成冷压缩变形；

F、最后在无筋条面(12)上筋条(11)对应的位置纵向再放置一块钢板(2)，所述钢板(2)的宽度覆盖筋条(11)及筋条(11)的两个凹圆角在无筋条面(12)上对应的区域；再进行冷压，冷压缩变形量1.0±0.5％；

G、分段冷压完成后，再进行一次整体冷压，按吨位控制。

2.如权利要求1所述的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，其特征在于：步骤D中，在无筋条面(12)已冷压缩部位的两侧同时各纵向放置一块新的钢板(2)，钢板(2)与前一次冷压的压痕重叠量为40％。

3.如权利要求1所述的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，其特征在于：步骤B中所述冷压模具下模和上模的表面粗糙度均小于0.8um。

4.如权利要求3所述的降低铝合金大长细比弧形筋条开口类锻件残余应力的方法，其特征在于：步骤C和步骤D中所述钢板(2)的厚度为10mm。