CN115740964A - 一种大尺寸薄壁曲母线5a06铝合金壳体制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法，以扇形的5A06铝合金板材作为原材料，通过卷板机将板材卷绕成筒形，采用焊接工艺将卷筒对边焊接成型，随后对卷焊筒进行热处理消除焊接应力，再然后对锥形卷焊筒进行旋压，得到目标尺寸规格的毛坯，最后在旋压机床上对产品外形进行精车机加，进而制造出具有曲母线外形的大尺寸薄壁5A06铝合金壳体，具体制造工序流程如下：1)板坯下料，2)卷筒，3)焊接，4)热处理，5)旋压，6)精车。既可解决材料因大变形量导致成品率低的难题，又可以显著提高生产效率，同时进一步提高产品性能质量，实现大尺寸薄壁5A06铝合金壳体低成本高效率批量制造的目标。

Description

一种大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法

技术领域

本发明主要涉及大尺寸薄壁铝合金部件成型工艺技术领域，尤其涉及一种具有曲母线外形的大尺寸薄壁5A06铝合金壳体的制造方法。

背景技术

5A06铝合金时Al-Mg系防锈铝合金，具有耐蚀性好、强度高、焊接性能好等特点，多用于具有轻量化和耐蚀要求的结构件，是航空、航天、兵器、船舶等工业领域的理想材料，尤其适合具有一定强度的大尺寸薄壁结构件，如发动机外壳，飞机油箱，卫星裙摆等。对于结构复杂的薄壁铝合金结构件，目前常用的制造方法主要有熔炼铸造、3D打印和旋压工艺。熔炼铸造作为传统制造工艺，技术成熟，工艺稳定，但是存在材料利用率低，加工费用高，周期长的缺点；3D打印技术是近些年发展起来的制造工艺，对大尺寸复杂构件具有显著的优势，能够制备出满足具有复杂外形的构件，适合样件制造，但是对于批量生产，其加工周期长，生产成本高。旋压工艺是一体化近净成型工艺，具有材料利用率高、成型精度高、成本低等优势，适合具有曲母线外形的薄壁件批量生产。

专利申请CN 112058992 A公开了一种曲母线形变壁厚铝合金半球零件的旋压成形方法，采用板材铣出特定形状，而后旋压而成，材料为1050铝合金。

专利CN 103009012 B公开了一种中强铝钪合金箱体热成形方法，采用15mm厚5B70合金板材毛坯通过热旋压工艺制备而成。

专利申请CN 106553026 A公开了一种薄壁曲母线铝合金内衬成型方法，主要通过筒形毛坯在大吨位压机下更换凸模进行多次冲压成型。

上述专利均针对小尺寸的薄壁铝合金制造且采用旋压方法，对于大尺寸薄壁5A06铝合金如何制造，未见公开资料相关报道。5A06铝合金是变形强化铝合金，O态抗拉强度达到315MPa，且在塑性变形过程中有加工硬化现象，是典型的难变形材料。对于小尺寸小变形量5A06产品板材旋压成型具有一定优势，但对于高度大于等于1米(即1000mm)的大尺寸薄壁件，采用板材直接旋压成型，因变形量大易出现裂纹，进而导致产品成品率低，生产成本高。

因此，还可继续改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种效率高，成本低，成品率高的大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法，其特征在于：

以扇形的5A06铝合金板材作为原材料，通过卷板机将板材卷绕成卷筒，采用焊接工艺将卷筒对边焊接成型得到锥形的卷焊筒，随后对卷焊筒进行热处理消除焊接应力，再然后对卷焊筒进行旋压，得到目标尺寸规格的毛坯，最后在旋压机床上对产品外周壁进行精车机加，进而制造出具有曲母线外形的大尺寸薄壁5A06铝合金壳体，具体制造工序流程如下：

壳体的尺寸具体是，所述大尺寸薄壁5A06铝合金壳体是指长度≥1000mm，大端直径不小于300mm，壁厚≤5mm，且具有曲母线外形的5A06铝合金产品。

为了降低卷筒及旋压过程中板材的变形难度，所述板坯下料工序中5A06铝合金板材选用O态板，板坯较最终成品5A06铝合金壳体的壁厚厚15％～20％。

为了保证卷板机将板材卷成锥筒的圆度，所述卷筒工序中采用卷板机进行卷绕，卷板机中的滚轴用于所述板材卷绕，该滚轴为锥形滚轴、且其外径与需要得到的卷筒内壁筒径适配。

为了避免出现焊接裂纹，对卷筒进行预热处理，预热温度为100℃。

为了保证焊缝质量及表面均匀性，所述焊接工序采用TIG焊焊接，焊接过程采用机械手操作，同时设置工装卡具对卷筒进行固定，焊丝牌号为5356，焊接后对焊缝余高打磨。为了后续旋压工序旋轮的稳定，采用钢丝刷对焊缝余高打磨处理，保证焊缝与母材厚度一致，打磨处理可借助手持电动工具。

为了消除焊接过程产生的热应力，对焊接后筒件进行热处理，热处理温度为320±10℃，保温时间4～6h，保温结束随炉冷却。温度过低或时间过短，应力释放不完全；长时间温度过高合金元素偏析严重，后续旋压易出现裂纹。

为了防止5A06薄壁壳体变形时出现裂纹缺陷，所述旋压工序过程中，采用两把氧-乙炔喷火枪对卷焊筒同步加热，同时采用测温仪进行温度检测，确保旋压过程中卷焊筒温度保持在370±20℃。温度超过390℃，材料过热出现晶粒粗大进而导致分层起皮断裂如图3，温度低于350℃产品旋压困难，强制旋压出现轴向裂纹或撕裂现象，如图4。

为了保证大尺寸5A06薄壁壳体的旋压成品率，所述旋压工序，旋压工艺前对卷焊筒进行预热处理，预热温度380℃。

为了保证产品的尺寸精度，所述机加工序，旋压后产品不下旋压模具，通过转换刀架将旋轮转换成刀具进行外尺寸精加工。外形尺寸公差可控在0.1mm以下。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法，采用板材卷绕后焊接结合旋压精整的方法，与板材直接旋压相比，旋压道次减少70％，有效的解决5A06铝合金因大变形而导致的旋压裂纹问题，又可以提高材料的利用率及生产效率，显著降低成本，具备规模化生产条件，具有重要的经济价值；

同时，采用该方法制备的壳体力学性能进一步得到提高，抗拉强度达到350MPa以上，具有显著的力学性能优势；

同时，采用该方法制备产品内尺寸不需要机加，误差不超过0.2mm，外尺寸误差不超过0.1mm，满足尺寸公差要求，具有显著的尺寸精度优势。

附图说明

图1为本发明实施例大尺寸薄壁曲母线壳体的结构示意图；

图2为卷筒焊接成锥形筒结构示意图；

图3为旋压续温温度超过390℃出现的层裂产品图；

图4为旋压续温温度低于350℃出现的撕裂产品图；

图5为采用本发明实施例制备出的最终产品图；

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

实施例1：

参见图1、2、5，为本发明实施例方法采用或得到的材料。以壁厚为3.5mm，长度为1000mm，小端直径200mm，大端直径为360mm的5A06铝合金产品为例。

首先根据目标产品，确定板材厚度选用4mm，使制得的锥形的卷焊筒小端直径为200mm，高度取为900mm，以小端相切，测量角度为15.85°，此处取整，设计角度为16°，此时大端直径为496.5mm。将该卷焊筒展开算出扇形面积及尺寸。

步骤1、板坯下料。以4mm厚O态5A06铝合金板材进行下料。根据扇形尺寸要求下料，经计算扇形小弧长为628.3mm，大端弧长1559.7mm。

步骤2、卷筒。依据卷筒规格要求设计出相匹配的滚轴，滚轴大端直径120mm，小端直径80mm，采用卷板机对扇形坯料进行卷筒(即，将板材沿其圆弧方向通过卷板机卷绕形成卷筒)，卷筒过程多次矫形，最终使两个边缘对接处拼接完好。

步骤3、焊接(即，采用焊接工艺将卷筒对应于扇形所在的两条半径焊接后得到沿轴向贯通的锥形的卷焊筒)。具体地，首先对卷筒进行酸碱洗清理，对表面油污及氧化皮进行去除，采用钢制毛刷对焊接接头进行打磨，采用专用工装对卷筒进行固定，以TIG焊方式进行焊接，焊接前对卷筒进行预热，温度为100℃，焊接采用机械手进行，确保焊缝质量稳定可控。焊丝牌号为5356。焊后对正反面余高进行打磨处理。

步骤4、热处理。对焊接后的卷焊筒进行退火热处理，退火温度为310℃，保温时间4h，保温结束随炉冷却。

步骤5、旋压。根据产品尺寸设计旋压模具，产品内尺寸靠模具保证。卷焊筒旋压前进行预热处理，预热温度380℃，将预热处理的筒件装配到模具上，设计程序进行旋压，旋压过程中采用两把氧-乙炔喷火枪对卷焊筒同步加热，同时采用高精度测温仪进行温度检测，旋压过程中保持卷焊筒温度在350℃。旋压过程采用双旋轮旋压，旋轮直径100mm，旋压工艺为主轴转速F500、旋压道次为8～10次，减薄率2％～10％。

步骤6、机加。为了保证大尺寸薄壁壳体的外形尺寸、同轴度、垂直度要求，旋压后不下机床对产品外形(即步骤5得到的产品的外周壁)进行精车加工，达到产品尺寸精度要求，然后脱模取出产品，最终产品如图5。

说明：上述实施例仅作为本专利的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例2：

与实施例1的方法基本相同，区别在于：所述步骤4热处理温度为320℃，保温时间为5h。所述最终成品壳体的长度为1500mm，大端直径为300mm。旋压过程中产品温度保持在370℃。

实施例3：

与实施例1的方法基本相同，区别在于：所述步骤4热处理温度为330℃，保温时间为6h。旋压过程中产品温度保持在390℃。

Claims (10)

1.一种大尺寸薄壁曲母线5A06铝合金壳体制造方法，其特征在于：

以扇形的5A06铝合金板材作为原材料，通过卷板机将板材卷绕成卷筒，采用焊接工艺将卷筒对边焊接成型得到锥形的卷焊筒，随后对卷焊筒进行热处理消除焊接应力，再然后对卷焊筒进行旋压，得到目标尺寸规格的毛坯，最后在旋压机床上对产品外周壁进行精车机加，进而制造出具有曲母线外形的大尺寸薄壁5A06铝合金壳体，具体制造工序流程如下：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述大尺寸薄壁5A06铝合金壳体是指长度≥1000mm，大端直径不小于300mm，壁厚≤5mm，且具有曲母线外形的5A06铝合金产品。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述板坯下料工序中5A06铝合金板材选用O态板，板坯较最终成品5A06铝合金壳体的壁厚厚约15％～20％。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述卷筒工序中采用卷板机进行卷绕，卷板机中的滚轴用于所述板材卷绕，该滚轴为锥形滚轴、且其外径与需要得到的卷筒内壁筒径适配。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述焊接工序前对打磨后的卷筒进行预热处理，预热温度为100℃。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述焊接工序采用TIG焊焊接，焊接过程采用机械手操作，同时设置工装卡具对卷筒进行固定，焊丝牌号为5356，焊接后对焊缝余高打磨。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述热处理工序中，热处理采用热处理炉，热处理温度为320±10℃，保温时间4～6h，保温结束后随炉冷却。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述旋压工序，旋压过程中，采用氧-乙炔喷火枪对卷焊筒同步加热，采用测温仪进行温度检测，确保旋压过程中卷焊筒温度保持在370±20℃。

9.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述旋压工序，旋压工艺前对卷焊筒进行预热处理，预热温度380℃。

10.如权利要求1所述方法，其特征在于：所述机加工序，旋压后产品不下旋压模具，通过转换刀架将旋轮转换成刀具进行外尺寸精加工。

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