CN114535332A - 一种变壁厚壳体挤压成形方法 - Google Patents

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陈文�
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Abstract

本发明提供了一种变壁厚壳体挤压成形方法，步骤包括：下料；坯料加热至始锻温度；反挤压制坯；模圈安装；坯料加热；终成形。采用本发明方案，能够成形出薄壁、深孔、变壁厚的难加工材料构件，所得变壁厚筒形构件力学性能高和质量好，且具有材料利用率高和加工效率高的优点；能够制备超长薄壁壳体构件，所得壳体同等壁厚部位的壁厚差小。

Description

一种变壁厚壳体挤压成形方法
技术领域
本发明涉及精密塑性成形技术领域，具体涉及一种变壁厚壳体挤压成形方法。
背景技术
变壁厚壳体构件在各类制造行业中应用广泛，涉及结构钢、铝合金、镁合金等多领域。其传统制备方法有两种：一种方法是直接采用棒料机械加工，但这种方法材料浪费巨大，效率极低，构件性能差，且对于大尺寸构件无法批量生产；另一种方法是采用正挤压工艺或反挤压工艺进行制备，但对于薄壁、变壁厚的大尺寸构件，往往需要多道次工序，且设备空高要求高，成形吨位要求大，特别是对于高强铝合金、高强钢以及镁合金等难变形材料，成形更加困难，成形工序更加复杂，制造效率极其低下。更关键地是，对于长度不小于700mm、内径不小于100mm的变壁厚筒形件，采用传统反挤压工艺只能将构件同等壁厚区域的壁厚差控制在0.5mm-0.8mm，要想进一步减小其壁厚差，一直是本领域未能解决的难题。
发明内容
本发明目的在于提供一种操作简便、材料利用率高、制造效率高、产品质量好的变壁厚壳体挤压成形方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下所述技术方案。
一种变壁厚壳体挤压成形方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1，下料，将原材棒料车削为所需尺寸的坯料；
步骤2，加热，将步骤1所得坯料加热至始锻温度并保温60±10分钟；
步骤3，反挤压制坯，将加热后的坯料放入反挤压模具中，采用液压机对坯料进行反挤压制坯，挤压出带内孔的壳体，壳体长径比≤2，所得壳体置于空气中冷却；
步骤4，模圈安装，将第一挤压模圈和第二挤压模圈装入卧式挤压设备的挤压筒中，并将挤压模圈分区加热，其中，第一挤压模圈加热至250℃±20℃，第二挤压模圈加热至400℃±20℃；其中，第一挤压模圈的孔心与第二挤压模圈的孔心同轴布置，第一挤压模圈与第二挤压模圈之间具有腔室；
步骤5，坯料加热，将步骤3所得坯料加热至始锻温度，并保温60±10分钟；
步骤6，终成形，将经过步骤5处理后的坯料放入终成形模具中，合模，采用卧式挤压设备对坯料进行减薄挤压，挤压结束后，放入空气中冷却，得变壁厚壳体。
为进一步提高变壁厚壳体成形质量，步骤6中，挤压凸模自起始以20mm/s的速度运动20s后，挤压凸模以10mm/s的速度运动直至挤压完成。
为更进一步提高变壁厚壳体成形质量，所述腔室的长度为变壁厚壳体长度的1/3~1/2。
有益效果：采用本发明方案，能够成形出薄壁、深孔、变壁厚的难加工材料构件，所得变壁厚筒形构件力学性能高和质量好，且具有材料利用率高和加工效率高的优点；采用本发明方案，能够制备超长薄壁壳体构件，所得壳体同等壁厚部位的壁厚差小；采用本发明方案，可大幅缩短超长壳体构件的加工周期，可操作强，成本低，适用于大规模生产。
附图说明
图1是实施例1中变壁厚壳体挤压成形方法的挤压模圈加热保温及成形过程示意图；
图2是实施例1中变壁厚壳体挤压成形方法过程示意图；
图3是实施例1中成形的变壁厚壳体锻件；
图4是实施例1中成形的变壁厚壳体锻件的检测部位示意图。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。
实施例1
如图1至图3所示，一种变壁厚壳体的挤压成形方法，该变壁厚壳体为中空的筒形构件，其在轴向方向具有不同的壁厚，步骤如下：
步骤1，下料，将φ160mm的7A04铝合金棒料车削为φ158mm×200mm的坯料7；
步骤2，加热，将步骤1所得坯料7加热至450℃并保温60分钟；
步骤3，反挤压制坯，将加热后的坯料7放入反挤压模具中，采用液压机对坯料7进行反挤压制坯，挤压出外径为φ160mm、内孔为φ80mm的筒形壳体，壳体长径比为1.5，所得壳体置于空气中冷却；
步骤4，模圈安装，将第一挤压模圈3和第二挤压模圈2装入卧式挤压设备的挤压筒1中，并将挤压模圈分区加热，其中，第一挤压模圈3加热至250℃±20℃（第一挤压模圈3外围的也设置有电加热结构5），第二挤压模圈2加热至400℃±20℃（第二挤压模圈2外围的设置有电加热结构5）；其中，第一挤压模圈3的孔心与第二挤压模圈2的孔心同轴布置，第一挤压模圈3与第二挤压模圈2之间具有腔室6，腔室6的长度为变壁厚壳体长度的1/2（即腔室6的长度为360mm）；
步骤5，坯料7加热，将步骤3所得坯料7加热至450℃，并保温60分钟；
步骤6，终成形，将经过步骤5处理后的坯料7放入终成形模具中，合模，采用卧式挤压设备对坯料7进行减薄挤压，挤压凸模5自起始以20mm/s的速度运动20s后，挤压凸模4以10mm/s的速度运动直至挤压完成，挤压结束后将所得工件放入空气中冷却，得变壁厚壳体，并按照铝合金壳体锻件技术要求对所得壳体构件进行检验。
对比实施例1：采用传统/常规反挤压工艺制备相同材料和相同规格的变壁厚壳体。
将实施例1所得变壁厚壳体清洗、喷砂后进行尺寸测量，得其：最大外径为φ120mm、最小外径为φ108mm、长度为720mm，内孔直径为φ80mm、内孔深度为660mm；每个部位分别测量沿圆周方向均匀布置的三个点，即相邻检测点与圆心的连线之间的夹角为120°，测得变壁厚壳体不同部位（如图4所示，图中，A、B、C部位分别是指各箭头所指的环向区域）的壁厚分别为：A部位实测壁厚最大值为20.18mm、最小值为20.04mm，壁厚差为0.14mm；B部位实测壁厚最大值为14.12mm、最小值为14.01mm，壁厚差为0.11mm；C部位实测壁厚最大值为14.04mm、最小值为13.95mm，壁厚差为0.09mm。采用传统/常规反挤压工艺（对比实施例1）制备相同规格的变壁厚壳体，其壁厚差值分别为：A部位的壁厚差0.59mm、B部位的壁厚差0.63mm、C部位的壁厚差0.52mm。相比之下，采用本发明方案能够将变壁厚壳体上同等壁厚部位的壁厚差由传统的0.52mm降低到0.09 mm-0.14mm.所得变壁厚壳体的精密度、合格率得到大幅提升。
实施例1所得变壁厚壳体的抗拉强度均值为560Mpa（A部位抗拉强度为572Mpa、B部位抗拉强度为551Mpa、C部位抗拉强度为557Mpa），延伸率大于10%（A部位延伸率为11.5%、B部位延伸率为13%、C部位延伸率为12%），表面无缺陷，满足锻件技术要求。对比实施例1中变壁厚壳体的抗拉强度均值为547Mpa、延伸率为9.5%。
采用本发明方案，能够成形出薄壁、深孔、变壁厚的难加工材料构件，所得变壁厚筒形构件力学性能高和质量好，且具有材料利用率高和加工效率高的优点；采用本发明方案，能够制备超长薄壁壳体构件，所得壳体同等壁厚部位的壁厚差小；采用本发明方案，可大幅缩短超长壳体构件的加工周期（实施例1中主要涉及下料-预制坯-减薄挤压-清理-检验工序，加工周期约10小时，对比实施例1中主要涉及下料-预制坯-预挤压-二次挤压-三次挤压-终挤压-清理-检验工序，加工周期约26小时），可操作强，成本低（采用实施例1中方案，按成形工序每次2000元计算，总加工制造费用约4200元；采用对比实施例1中方案，总加工制造费用约8200元），适用于大规模生产。
实施例2
一种变壁厚壳体的挤压成形方法，参照实施例1，其与实施例1的区别在于：腔室6的长度为变壁厚壳体长度的1/3（即腔室6的长度为240mm）；步骤6中，挤压凸模5自起始以18mm/s的速度运动25s后，挤压凸模4以9mm/s的速度运动直至挤压完成。
实施例2所得变壁厚壳体不同部位（如图4所示，图中，A、B、C部位分别是指各箭头所指的环向区域）的壁厚分别为：A部位实测壁厚最大值为20.12mm、最小值为20.03mm，壁厚差为0.09mm；B部位实测壁厚最大值为14.10mm、最小值为14.03mm，壁厚差为0.07mm；C部位实测壁厚最大值为14.05mm、最小值为13.99mm，壁厚差为0.06mm。相比之下，采用本发明方案能够将变壁厚壳体上同等壁厚部位的壁厚差由传统的0.52mm降低到0.06 mm-0.19mm.所得变壁厚壳体的精密度、合格率得到大幅提升。
实施例2所得变壁厚壳体抗拉强度均值为568Mpa（A部位抗拉强度为559Mpa、B部位抗拉强度为578Mpa、C部位抗拉强度为567Mpa），延伸率大于10%（A部位延伸率为12.5%、B部位延伸率为11%、C部位延伸率为11.5%），表面无缺陷，满足锻件技术要求。
对比实施例2
一种变壁厚壳体的挤压成形方法，参照实施例1，其与实施例1的区别在于：腔室6的长度为变壁厚壳体长度的1/5（即腔室6的长度为144mm）；步骤6中，挤压凸模5自起始以18mm/s的速度运动25s后，挤压凸模4以9mm/s的速度运动直至挤压完成。
对比实施例2所得变壁厚壳体不同部位（如图4所示，图中，A、B、C部位分别是指各箭头所指的环向区域）的壁厚分别为：A部位实测壁厚最大值为20.41mm、最小值为20.07mm，壁厚差为0.34mm；B部位实测壁厚最大值为14.33mm、最小值为14.05mm，壁厚差为0.28mm；C部位实测壁厚最大值为14.45mm、最小值为14.08mm，壁厚差为0.37mm。相比之下，采用本发明方案只能够将变壁厚壳体上同等壁厚部位的壁厚差由传统的0.52mm降低到0.0.28mm-0.34m。所得变壁厚壳体抗拉强度均值为556Mpa（A部位抗拉强度为565Mpa、B部位抗拉强度为550Mpa、C部位抗拉强度为553Mpa），延伸率大于10%（A部位延伸率为10.5%、B部位延伸率为11.5%、C部位延伸率为11.5%），表面无缺陷。

Claims (3)

1.一种变壁厚壳体挤压成形方法，其特征在于，步骤包括：
步骤1，下料，将原材棒料车削为所需尺寸的坯料；
步骤2，加热，将步骤1所得坯料加热至始锻温度并保温60±10分钟；
步骤3，反挤压制坯，将加热后的坯料放入反挤压模具中，采用液压机对坯料进行反挤压制坯，挤压出带内孔的壳体，壳体长径比≤2，所得壳体置于空气中冷却；
步骤4，模圈安装，将第一挤压模圈和第二挤压模圈装入卧式挤压设备的挤压筒中，并将挤压模圈分区加热，其中，第一挤压模圈加热至250℃±20℃，第二挤压模圈加热至400℃±20℃；其中，第一挤压模圈的孔心与第二挤压模圈的孔心同轴布置，第一挤压模圈与第二挤压模圈之间具有腔室；
步骤5，坯料加热，将步骤3所得坯料加热至始锻温度，并保温60±10分钟；
步骤6，终成形，将经过步骤5处理后的坯料放入终成形模具中，合模，采用卧式挤压设备对坯料进行减薄挤压，挤压结束后，放入空气中冷却，得变壁厚壳体。
2.根据权利要求1所述的变壁厚壳体挤压成形方法，其特征在于：步骤6中，挤压凸模自起始以20mm/s的速度运动20s后，挤压凸模以10mm/s的速度运动直至挤压完成。
3.根据权利要求2所述的变壁厚壳体挤压成形方法，其特征在于：所述腔室的长度为变壁厚壳体长度的1/3～1/2。
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