CN113500181A - 一种加筋筒壳的旋挤成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加筋筒壳的旋挤成形方法，包括以下步骤：S1、根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，获得带有浅加强筋的筒形铸坯；S2、将筒形铸坯进行第一次热处理，消除微观缺陷；S3、将带有浅加强筋的筒形铸坯进行热旋开坯，获得带筋筒形件；S4、将带筋筒形件进行第二次热处理；S5、将带筋筒形件和芯模模具安装在旋压机上，设定成形温度，开启旋压机逐点挤压推动坯料填充筋槽，获得加筋筒壳构件；S6、将成形后的加筋筒壳构件进行第三次热处理提高构件的整体性能。本发明提供的旋挤成形方法生产效率高，通过旋挤成形技术获得致密的晶粒组织，能提升加强筋高度，获得高性能的加筋筒壳构件。

Description

一种加筋筒壳的旋挤成形方法
技术领域
本发明属于金属塑性加工技术领域，具体是涉及到一种加筋筒壳的旋挤成形方法。
背景技术
随着全球运载火箭高密度发射，各国将航天作为国家战略环境一大重要组成部分。促使航天整体向着低成本、多样化、规模化方向发展。现阶段，针对新一代运载火箭结构轻量化与服役性能极端化发展面临瓶颈问题，对新一代运载火箭提出了高性能、轻量化、多批量的高要求。加筋筒壳广泛应用于飞机机身、飞行器舱段等重要航天结构中。在飞行器中承受飞行过程中主要的力学载荷，可极大提高飞行质量、可靠性和有效载荷。
加筋筒壳是由蒙皮和加强筋等要素构成。其结构复杂，制造工艺难度大，传统加筋筒壳的加工制造方法主要为分块拼焊技术：机加工+焊接。即：先对壁板进行化铣或机铣出网格形状，机铣后对壁板进行等距压弯成形、蠕变时效、喷丸成形等实现加筋壁板成形，最后对多个加筋壁板焊接成加筋筒壳构件。
传统的加筋筒壳加工制造方法存在：所需设备笨重体积大、生产效率低，无法满足大规模、大批量加筋筒壳生产。并且机加工成形受设计方法、加工路线、温度系数多个因素影响，极容易在筋条交叉点引起很大的应力集中，造成网格加工不均匀进而导致降低壁板辊弯一致性，不利于加工应力的释放，容易导致较高的废品率，其次，反复的焊接工艺容易产生大量微观热缺陷，不利于整体性能的提升。可见传统加筋筒壳制造方式存在装配废重多、生产周期长、制造成本高、性能提升不高等问题，不利于当下商业航空航天发展趋势对高性能、轻量化、多批量的需求。
综上所述，随着运载火箭高密度发射，各类飞行器对加筋筒壳的需求持续增加，迫切需要一种新型加工成形技术替代传统制造技术，实现大规模、大批量、高性能、轻量化加筋筒壳制造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种生产效率高，能提升加强筋高度、防止加筋筒壳构件开裂，从而获得高性能加筋筒壳构件的加筋筒壳的旋挤成形方法。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下，一种加筋筒壳的旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，铸造模具为带有筋槽的芯模模具，利用带有筋槽的芯模模具铸造获得带有浅加强筋的筒形铸坯；
S2、第一次热处理：从带有筋槽的芯模模具上卸下带有浅加强筋的筒形铸坯，将筒形铸坯进行第一次热处理，消除筒形铸坯的微观缺陷；
S3、开坯：将筒形铸坯安装在带有筋槽的芯模模具上，筒形铸坯带有浅加强筋的一面与带有筋槽的芯模模具上开设筋槽的面接触，且浅加强筋伸入筋槽内，将带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，筒形铸坯的固定端由固定环进行约束，筒形铸坯的自由端安装有轴向约束环，将筒形铸坯加热，启动旋压机进行开坯，旋压轮对筒形铸坯逐点低速挤压，推动加强筋填充筋槽，不仅加强筋区域的晶粒组织得到细化、残余结晶相弥散细化，而且利用旋压轮对筒形铸坯的逐点低速挤压消除内应力防止开裂；
S4、第二次热处理：将带筋筒形构件和带有筋槽的芯模模具从旋压机上取出，并进行第二次热处理；
S5、旋挤成形：将带筋筒形件和带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，对带筋筒形件成形温度进行设置，开启旋压机，旋压轮对带筋筒形件逐点挤压，推动坯料进一步填充筋槽，晶粒组织进一步细化，残余结晶相进一步弥散细化，最终获得加筋筒壳构件；
S6、第三次热处理：旋挤完毕后，对加筋筒壳构件进行第三次热处理，提高加筋筒壳构件的整体性能。
优选的，所述步骤S1中，材料种类为铜合金、铝合金、镁合金、高温合金、镍基合金、复合材料、不锈钢中的任意一种。
优选的，所述步骤S1中，所述铸造为低压铸造、重力铸造、离心铸造、挤压铸造、压力铸造、消失模铸造、中压铸造中的任意一种。
优选的，所述步骤S1中，所述加强筋为单向纵向筋、单向横向筋、纵横交叉筋、螺旋交叉筋、横置三角型交叉筋、竖置三角型交叉筋中的任意一种。
优选的，所述步骤S2将筒形铸坯置于炉中进行第一次热处理或将筒形铸坯置于旋压机上进行第一次热处理；所述步骤S6将加筋筒壳构件置于炉中进行第三次热处理或者直接对旋压机上的加筋筒壳构件进行第三次热处理。
优选的，所述步骤S2中，所述微观缺陷为枝晶偏析、应力集中、疏松、缩孔中的一种或多种。
优选的，所述步骤S3中，旋压轮的旋压面呈圆弧形，所述圆弧形的半径为10mm～50mm，旋压轮下压量为筒形铸坯壁厚的20％～70％，进给速度为20mm/min～100mm/min，芯模转速为50rpm～250rpm，筒形铸坯的成形温度为250℃～1250℃。
优选的，所述步骤S5中，旋压轮的旋压面呈圆弧形，所述圆弧形的半径为10mm～50mm，旋压轮的下压量为带筋筒形件壁厚的20％～70％，进给速度为20mm/min～200mm/min，芯模模具的转速为50rpm～250rpm，带筋筒形件的成形温度为-196℃～1250℃。
优选的，所述第一次热处理、第二次热处理及第三次热处理是根据带筋筒壳构件的材料种类不同，进行不同的热处理工艺性，所述的热处理工艺为均匀化热处理、退火处理、固溶处理、人工时效、热等静压、恢复热处理中的一种或多种。
进一步的，所述第三次热处理，可对带筋筒形件进行固溶处理，经水冷淬火后进行预变形，最后进行人工时效。
本发明还提供一种加筋筒壳构件，所述加筋筒壳构件采用上述的旋挤成形方法制成。
本发明的有益效果是，在铸造过程中预先获得带有一定高度的加强筋铸坯，有利于提高最终加强筋高度，并提高加筋筒壳构件整体的屈曲强度；在S3开坯过程中，筒形铸坯处在三向压应力状态，旋压轮低速逐点挤压铸坯，不仅可以获得致密的细小等轴晶组织，使残余结晶相弥散细化，而且能够通过动态回复作用，发生位错重排和多边形化，形成大量的亚晶粒组织，从而达到降低内应力防止工件开裂的目的，有利于获得优良的性能；通过S5和S6更进一步促使晶粒细化，促使加筋筒壳形性协同。
附图说明
图1是本发明旋挤成形方法的铸造示意图；
图2是本发明旋挤成形方法的开坯示意图；
图3是本发明旋挤成形方法的旋挤成形示意图。
在图中，1、带有筋槽的芯模模具；2、筒形铸坯；3、筋槽；4、固定环；5、带筋筒形件；6、旋压轮；7、轴向约束环；8、加筋筒壳构件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明：
请一并参阅图1-3，本实施例提供的加筋筒壳的旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类寸进行铸坯和铸造模具设计，将铸造模具设计为带有筋槽的芯模模具1，利用带有筋槽的芯模模具1铸造获得带有浅加强筋的筒形铸坯2；
S2、第一次热处理：从所述的带有筋槽的芯模模具1上卸下带有浅加强筋的筒形铸坯2，将筒形铸坯2进行第一次热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将经过第一次热处理的带有浅加强筋的筒形铸坯2安装在带有筋槽的芯模模具1上，筒形铸坯2带有加强筋的一面与带有筋槽的芯模模具1的工作型面接触，带有筋槽的芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，将筒形铸坯2加热，启动旋压机进行开坯，使旋压轮6逐点挤压推动已铸造成形的浅加强筋进一步填充筋槽3，得到带筋筒形件5；当加强筋位于筒形铸坯2侧壁的内表面上时，带有筋槽的芯模模具1的筋槽3设于侧壁的外表面上，加强筋伸入对应的筋槽3，将带有筋槽的芯模模具1安装于旋压机上，旋压轮6由外向内挤压筒形铸坯2，增加内加强筋的高度；当加强筋位于筒形铸坯2侧壁的外表面上时，带有筋槽的芯模模具1的筋槽3设于侧壁的内表面上，浅加强筋伸入对应的筋槽3，将带有筋槽的芯模模具1安装于旋压机上，旋压轮6由内向外挤压筒形铸坯2，增加外加强筋的高度；
S4、第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上卸下，进行第二次热处理，调控材料微观组织提高最终加筋筒壳构件8性能；
S5、旋挤成形：将经过第二次热处理的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有加强筋的一面与带有筋槽的芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，对带筋筒形件5的成形温度进行设置，开启旋压机，使旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充筋槽7，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8根据材料种类不同，进行不同的热处理工艺提高最终构件的整体性能。
更具体的，所述材料种类包括铜合金、铝合金、镁合金、高温合金、镍基合金、复合材料、不锈钢中的任意一种。
更具体的，步骤S1中，铸造为低压铸造、重力铸造、离心铸造、挤压铸造、压力铸造、消失模铸造、中压铸造等铸造方法中的任意一种。
更具体的，步骤S1中，加强筋为单向纵向筋、单向横向筋、纵横交叉筋、螺旋交叉筋、横置三角型交叉筋、竖置三角型交叉筋中的任意一种。
更具体的，步骤S2中，所述微观缺陷为枝晶偏析、应力集中、疏松、缩孔等。
按上述技术方案，步骤S3中，在进行开坯之前，根据筒形铸坯2的尺寸、性能来确定开坯是否需要加热成形，若材料塑性好、壁厚较薄则可以直接在室温下进行成形，相反则对铸坯进行第一次热处理，预加热到成形温度范围后进行开坯。
更具体的，筒形铸坯2经过步骤S1后，置于炉中进行第一次热处理；也可以直接在旋压机上进行步骤S2和步骤S3，以缩短生产周期。
更具体的，所述步骤S3中，旋压轮6沿外圆周向外凸起的侧面呈圆弧形，圆弧形半径在10mm～50mm之间，旋压轮6的下压量在筒形铸坯壁厚的20％～70％之间、进给速度在20mm/min～200mm/min之间，带有筋槽的芯模模具1的转速为50rpm～250rpm之间，筒形铸坯的成形温度在250℃～1250℃之间。
更具体的，所述步骤S5中，旋压轮6沿外圆周向外凸起的侧面呈圆弧形，圆弧形半径在10mm～50mm之间，旋压轮6下压量在带筋筒形件壁厚的20％～70％之间、进给速度在50mm/min～200mm/min之间，带有筋槽的芯模模具1的转速在50rpm～250rpm之间，带筋筒形件的成形温度在-196℃～1250℃之间。
更具体的，带筋筒形件5经过步骤S4后，可以直接在旋压机上进行步骤S5和步骤S6，以缩短生产周期；也可以在步骤S6中将加筋筒壳构件置于炉中进行第三次热处理。
更具体的，所述第三次热处理是根据加筋筒壳构件8使用的材料种类不同，进行不同的热处理工艺提高最终构件的整体性。
更具体的，所述第一次热处理、第二次热处理和第三次热处理包括均匀化热处理、退火处理、人工时效、热等静压、恢复热处理等能。
更具体的，所述第三次热处理，可对带筋筒形件进行固溶处理，经水冷淬火后进行预变形，最后进行人工时效。
实施例一
一种旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，铸造模具设计为带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1，通过低压铸造方式获得带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2；
S2、第一次热处理：将所述带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2脱模，置于炉中进行510℃/28h均匀化热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将第一次热处理过后的筒形铸坯2安装在带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1上，筒形铸坯2带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，将筒形铸坯2和芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，启动旋压机进行开坯，得到带有交叉螺旋筋的带筋筒形件5；
S4、回炉第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上取出，进行460℃/1h的再结晶退火热处理；
S5、旋挤成形：将第二次热处理过后的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，开启旋压机，旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充交叉螺旋型筋槽3，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8进行第三次人处理，根据其使用材料种类不同，进行固溶淬火、旋挤成形和人工时效后提高最终构件的整体性能。
在本实施例中，步骤S1中，材料种类为铝锂合金，带有筋槽的芯模模具1的交叉螺旋型筋槽3的深度为8mm；筒形铸坯2的壁厚为10mm，筒形铸坯2上的交叉螺旋筋高度为4mm，最终加筋筒壳构件8的壁厚为3mm，交叉螺旋筋高度为8mm。
在本实施例中，步骤S3中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径为10mm，旋压轮6下压量为4mm、进给速度为50mm/min，芯模模具1的转速为150rpm，筒形铸坯加热成形温度为400℃。
在本实施例中，步骤S5中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径20mm，旋压轮6下压量为3mm，进给速度为200mm/min、芯模模具1的转速为200rpm，带筋筒形件成形温度为300℃。
在本实施例中，步骤S6中，加筋筒壳构件进行510℃/1h固溶淬火后进行3％～12％的预变形，最后经过160℃人工时效，提高最终构件的整体性能。
表1为实施例1相应的工艺处理后的力学性能(强度单位：MPa)
抗拉强度 屈服强度 延伸率
预变形3％ 580.9 534.0 11.2
预变形7％ 626.2 602.1 7.2
预变形9％ 631.5 611.2 6.1
传统成形技术 540.2 502.1 12.5
实施例二
一种旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，将铸造模具设计为带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1，通过低压铸造方式获得带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸锭2；
S2、第一次热处理：将所述的带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2脱模，置于炉中进行500℃/16h均匀化热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将第一次热处理过后的筒形铸坯2安装在带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1上，筒形铸坯2带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，将筒形铸坯2和芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，启动旋压机进行开坯，得到带有交叉螺旋筋的带筋筒形件5；
S4、回炉第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上取出，进行500℃/1h退火热处理；
S5、旋挤成形：将第二次热处理过后的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，开启旋压机，旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充交叉螺旋型筋槽3，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8进行第三次人处理，根据其使用的材料种类不同，进行155℃下人工时效提高最终构件的整体性能。
在本实施例中，步骤S1中，材料为2219铝合金，带有筋槽的芯模模具1的交叉螺旋型筋槽3的深度为10mm；筒形铸坯2壁厚为10mm，筒形铸坯2上的交叉螺旋筋的高度为4mm，最终加筋筒壳构件8的壁厚为2.4mm，交叉螺旋筋的高度为10mm。
在本实施例中，步骤S3中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径50mm，旋压轮6的下压量为7mm、进给速度为200mm/min，芯模模具1的转速为250rpm，筒形铸坯加热成形的温度为510℃。
在本实施例中，步骤S5中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径10mm，旋压轮6的下压量为0.6mm、进给速度20mm/min，芯模模具1的转速为50rpm，带筋筒形件成形温度为-196℃。
表2为实施例2相应的工艺处理后的力学性能(强度单位：MPa)
抗拉强度 屈服强度 延伸率
475.3 362.1 17.2％
实施例三
一种旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，将铸造模具设计为带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1，通过低压铸造方式获得带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸锭2；
S2、第一次热处理：将所述的带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2脱模，置于炉中进行1100℃/5h均匀化热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将第一次热处理过后的筒形铸坯2安装在带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1上，筒形铸坯2带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，将筒形铸坯2和芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，启动旋压机进行开坯，得到带有交叉螺旋筋的带筋筒形件5；
S4、回炉第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上取出，进行850℃/1h退火热处理；
S5、旋挤成形：将第二次热处理过后的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，开启旋压机，旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充交叉螺旋型筋槽3，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8进行第三次人处理，根据其使用的材料种类不同，进行690℃下人工时效提高最终构件的整体性能。
在本实施例中，步骤S1中，材料为镍基合金，带有筋槽的芯模模具1的交叉螺旋型筋槽3的深度为10mm；筒形铸坯2壁厚为10mm，筒形铸坯2上的交叉螺旋筋的高度为4mm，最终加筋筒壳构件8的壁厚为2.4mm，交叉螺旋筋的高度为10mm。
在本实施例中，步骤S3中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径10mm，旋压轮6的下压量为2mm、进给速度为20mm/min，芯模模具1的转速为50rpm，筒形铸坯加热成形的温度为400℃。
在本实施例中，步骤S5中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径50mm，旋压轮6的下压量为5.6mm、进给速度为200mm/min，芯模模具1的转速为100rpm，筒形铸坯加热成形的温度为1100℃。
实施例四
一种旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，将铸造模具设计为带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1，通过低压铸造方式获得带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸锭2；
S2、第一次热处理：将所述的带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2脱模，置于炉中进行415℃/16h均匀化热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将第一次热处理过后的筒形铸坯2安装在带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1上，筒形铸坯2带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，将筒形铸坯2和芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，启动旋压机进行开坯，得到带有交叉螺旋筋的带筋筒形件5；
S4、回炉第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上取出，进行150℃/1h再结晶退火热处理；
S5、旋挤成形：将第二次热处理过后的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，开启旋压机，旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充交叉螺旋型筋槽3，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8进行第三次人处理，根据其使用的材料种类不同，进行175℃下人工时效提高最终构件的整体性能。
在本实施例中，步骤S1中，材料为316L不锈钢，带有筋槽的芯模模具1的交叉螺旋型筋槽3的深度为10mm；筒形铸坯2壁厚为10mm，筒形铸坯2上的交叉螺旋筋的高度为4mm，最终加筋筒壳构件8的壁厚为2.5mm，交叉螺旋筋的高度为10mm。
在本实施例中，步骤S3中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径15mm，旋压轮6的下压量为5mm、进给速度为25mm/min，芯模模具1的转速为100rpm，筒形铸坯加热成形的温度为1250℃。
在本实施例中，步骤S5中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径40mm，旋压轮6的下压量为2.5mm、进给速度150mm/min，芯模模具1的转速为200rpm，带筋筒形件成形温度为250℃。
实施例五
一种旋挤成形方法，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，将铸造模具设计为带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1，通过低压铸造方式获得带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸锭2；
S2、第一次热处理：将所述的带有浅螺旋交叉内筋的筒形铸坯2脱模，置于炉中进行415℃/16h均匀化热处理，消除筒形铸坯2的微观缺陷；
S3、开坯：将第一次热处理过后的筒形铸坯2安装在带有交叉螺旋型筋槽3的芯模模具1上，筒形铸坯2带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，将筒形铸坯2和芯模模具1安装在旋压机上，筒形铸坯2的固定端由固定环4进行约束，筒形铸坯2的自由端安装有轴向约束环7，启动旋压机进行开坯，得到带有交叉螺旋筋的带筋筒形件5；
S4、回炉第二次热处理：将带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1从旋压机上取出，进行150℃/1h再结晶退火热处理；
S5、旋挤成形：将第二次热处理过后的带筋筒形件5和带有筋槽的芯模模具1一起安装在旋压机上定位，带筋筒形件5带有交叉螺旋筋的一面与芯模模具1的工作型面接触，带筋筒形件5的固定端由固定环4进行约束，带筋筒形件5的自由端安装有轴向约束环7，开启旋压机，旋压轮6逐点挤压推动坯料进一步填充交叉螺旋型筋槽3，得到加筋筒壳构件8；
S6、第三次热处理：将旋挤成形后的加筋筒壳构件8进行第三次人处理，根据其使用的材料种类不同，进行175℃下人工时效提高最终构件的整体性能。
在本实施例中，步骤S1中，材料为AZ80镁合金，带有筋槽的芯模模具1的交叉螺旋型筋槽3的深度为10mm；筒形铸坯2壁厚为10mm，筒形铸坯2上的交叉螺旋筋的高度为4mm，最终加筋筒壳构件8的壁厚为2.5mm，交叉螺旋筋的高度为10mm。
在本实施例中，步骤S3中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径25mm，旋压轮6的下压量为4mm、进给速度为100mm/min，芯模模具1的转速为150rpm，筒形铸坯加热成形的温度为400℃。
在本实施例中，步骤S5中，旋压轮6的圆弧形旋压面的半径25mm，旋压轮6的下压量为3.5mm、进给速度150mm/min，芯模模具1的转速为200rpm，带筋筒形件成形温度为350℃。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、铸造：根据筒壳工件的尺寸和材料种类进行铸坯和铸造模具设计，铸造模具为带有筋槽的芯模模具，利用带有筋槽的芯模模具铸造获得带有浅加强筋的筒形铸坯；
S2、第一次热处理：从带有筋槽的芯模模具上卸下带有浅加强筋的筒形铸坯，将筒形铸坯进行第一次热处理，消除筒形铸坯的微观缺陷；
S3、开坯：将筒形铸坯安装在带有筋槽的芯模模具上，筒形铸坯带有浅加强筋的一面与带有筋槽的芯模模具上开设筋槽的面接触，且浅加强筋伸入筋槽内，将带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，筒形铸坯的固定端由固定环进行约束，筒形铸坯的自由端安装有轴向约束环，将筒形铸坯加热，启动旋压机进行开坯，旋压轮对筒形铸坯逐点挤压，推动加强筋填充筋槽；
S4、第二次热处理：将带筋筒形件和带有筋槽的芯模模具从旋压机上取出，并进行第二次热处理；
S5、旋挤成形：将带筋筒形件和带有筋槽的芯模模具安装在旋压机上，对带筋筒形件成形温度进行设置，开启旋压机，旋压轮对带筋筒形件逐点挤压，推动坯料进一步填充筋槽，最终获得加筋筒壳构件；
S6、第三次热处理：旋挤完毕后，对加筋筒壳构件进行第三次热处理，提高加筋筒壳构件的整体性能。
2.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S1中，材料种类为铜合金、铝合金、镁合金、高温合金、镍基合金、复合材料、不锈钢中的任意一种。
3.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述铸造为低压铸造、重力铸造、离心铸造、挤压铸造、压力铸造、消失模铸造、中压铸造中的任意一种。
4.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述加强筋为单向纵向筋、单向横向筋、纵横交叉筋、螺旋交叉筋、横置三角型交叉筋、竖置三角型交叉筋中的任意一种。
5.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S2将筒形铸坯置于炉中进行第一次热处理或将筒形铸坯置于旋压机上进行第一次热处理；所述步骤S6将加筋筒壳构件置于炉中进行第三次热处理或者直接对旋压机上的加筋筒壳构件进行第三次热处理。
6.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述微观缺陷为枝晶偏析、应力集中、疏松、缩孔中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S3中，旋压轮的旋压面呈圆弧形，所述圆弧形的半径为10mm-50mm，旋压轮的下压量为20％-70％，进给速度为20mm/min-200mm/min，芯模模具转速为50rpm-250rpm，筒形铸坯的成形温度为250℃-1250℃。
8.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述步骤S5中，旋压轮的旋压面呈圆弧形，所述圆弧形的半径为10mm-50mm，旋压轮的下压量为20％-70％，进给速度为20mm/min-200mm/min，芯模模具的转速为50rpm-250rpm，带筋筒形件的成形温度为-196℃～1250℃。
9.如权利要求1所述的加筋筒壳的旋挤成形方法，其特征在于：所述第一次热处理、第二次热处理及第三次热处理是根据带筋筒壳构件的材料种类不同，进行不同的热处理工艺性，所述的热处理工艺为均匀化热处理、退火处理、人工时效、热等静压、恢复热处理中的一种或多种。
10.一种加筋筒壳构件，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一项所述的旋挤成形方法制成。
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