CN112275878A - 一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，属于塑性成型加工领域；工艺流程为预强化调质热处理‑旋压‑时效热处理‑切削加工‑检验入库，将30CrMnSi钢板坯在旋压加工前进行预强化调质热处理能够使得坯料的强度指标达到设定值；再通过模具旋压加工后，进行时效热处理，将热处理制度限定为280℃～420℃×180min，在此范围捏能够消除旋压加工过程中产生的应力，稳定产品尺寸。本发明利用加工过程中预强化性能与旋压形变率的协调耦合关系和工艺顺序，能够保证产品的制造精度及强度要求。
Description
技术领域
本发明属于塑性成型加工领域，具体涉及一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法。
背景技术
金属薄壁球冠件是某类航天产品关键构件，产品配套用量较大。现有技术是采用30CrMnSi钢锻件经调质后机加而成。由于产品使用位置的要求，对其精度和硬度均由较高要求，同时由于对于该产品的需求较大，因此对其生产效率要求高。
现有技术中通常采用机加工的放发来加工金属薄壁球冠件，具体技术流程是：30CrMnSi钢锻件→车削成厚壁环体→调质热处理至HRC33～38→粗车→人工时效→第一次半精加工→人工时效→第二次半精加工→人工时效→精加工→检验入库。存在的以下技术问题：
(1)单件球冠件的原材料利用率极低，一般不足3％；
(2)切削加工装卡找正次数多，准备过程长，装卡找正总耗时在10小时以上；
(3)加工流程长，多次周转于机加工序与热处理工序之间进行人工去应力时效，降低了生产连续性，影响加工效率，仅工序间的周转耗时4个以上工作日(96小时)；同时无法稳定的保证精度要求。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，通过对热处理参数和旋压减薄率的限定，能够在保证加工精度的前提下，提高生产效率。
本发明的技术方案是：一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：对30CrMnSi钢板坯进行预强化调质热处理，使其硬度达到HRC23～30；
步骤二：对步骤一热处理后的30CrMnSi钢板坯进行旋压加工，钢板坯的减薄率为35％～45％，旋压成形为半成品球冠件；
步骤三：对步骤二得到的半成品球冠件进行时效热处理，热处理制度为280℃～420℃×180min；
步骤四：对步骤三时效热处理后的球冠件进行切削加工，将半成品球冠件在厚度方向预留的工艺余量切削去除，达到产品几何尺寸与圆度精度；最后检验入库。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中30CrMnSi钢板坯的厚度为8mm～13mm。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中回火调质温度为550±15℃。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中旋压加工得到的半成品球冠件的内型面轮廓度≤1.3mm、圆度≤1.0mm，壁厚5mm～6mm。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤四中半成品球冠件在厚度方向预留的工艺余量为单边1.0mm～2.0mm。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法中，工艺流程为预强化调质热处理-旋压-时效热处理-切削加工-检验入库，将30CrMnSi钢板坯在旋压加工前进行预强化调质热处理能够使得坯料的强度指标达到设定值；通过旋压工艺将坯料成型，提高了机加工的生产效率，提高了原材料利用率；在旋压后进行时效热处理，将热处理制度限定为280℃～420℃×180min，在此范围捏能够消除旋压加工过程中产生的应力，稳定产品尺寸。利用加工过程中预强化性能与旋压形变率的协调耦合关系和工艺顺序，能够保证产品的制造精度及强度要求。
具体优势如下：
(1)金属板材价格低于锻件价格，薄壁球件冠制造成本降低；
(2)原材料利用率提高至6％以上，为航天装备制造提供市场竞争力；
(3)工艺流程简洁，加工效率高，适宜于批量化连续生产；
(4)生产效率提升50％以上，原材料利用率相比现有技术提升1倍。
附图说明
图1为本发明所加工的薄壁球冠件成品的结构示意图；
图2为本发明旋压后预留加工余量的球冠件结构示意图。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参照图1所述，本实施例所加工的薄壁球冠件的产品壁厚δ±a3为(2～4)±0.1mm、圆度a1不大于0.2～0.4mm、小端直径φd±a2在300～1000mm范围内取值，球面半径R按设计要求取值。
具体采用的工艺方法步骤如下：
步骤一：对厚度为8mm～13mm的30CrMnSi钢板坯进行预强化调质热处理，回火调质温度为550±15℃，使其硬度达到HRC23～30；
步骤二：对步骤一热处理后的30CrMnSi钢板坯进行旋压加工，钢板坯的减薄率为35％～45％，旋压成形为半成品球冠件；
步骤三：对步骤二得到的半成品球冠件进行时效热处理，热处理制度为280℃～420℃×180min；
步骤四：对步骤三时效热处理后的球冠件进行切削加工，将半成品球冠件在厚度方向预留的单边1.0mm～2.0mm工艺余量切削去除，如图2所示，达到产品几何尺寸与圆度精度；最后检验入库。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (5)
1.一种基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于具体步骤如下：
步骤一：对30CrMnSi钢板坯进行预强化调质热处理，使其硬度达到HRC23～30；
步骤二：对步骤一热处理后的30CrMnSi钢板坯进行旋压加工，钢板坯的减薄率为35％～45％，旋压成形为半成品球冠件；
步骤三：对步骤二得到的半成品球冠件进行时效热处理，热处理制度为280℃～420℃×180min；
步骤四：对步骤三时效热处理后的球冠件进行切削加工，将半成品球冠件在厚度方向预留的工艺余量切削去除，达到产品几何尺寸与圆度精度；最后检验入库。
2.根据权利要求1所述基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于：所述步骤一中30CrMnSi钢板坯的厚度为8mm～13mm。
3.根据权利要求1所述基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于：所述步骤一中回火调质温度为550±15℃。
4.根据权利要求1所述基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于：所述步骤二中旋压加工得到的半成品球冠件的内型面轮廓度≤1.3mm、圆度≤1.0mm，壁厚5mm～6mm。
5.根据权利要求1所述基于调质态板材旋压制造薄壁球冠件的工艺方法，其特征在于：所述步骤四中半成品球冠件在厚度方向预留的工艺余量为单边1.0mm～2.0mm。
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