CN118321474A - 一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于异形锻件制造技术领域，具体涉及一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法。本发明所提供的异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法中，轧制前的锻坯采用第一模具进行锻造开坯，然后将所获得的锻坯置于第二模具中仿形轧环，再经锻后热处理、精加工后制得，其中第一模具与第二模具均是通过要求制备的铝合金过渡段的具体形状进行计算后，制备的锻造模型。本发明的异形铝合金过渡段采用模具锻造开坯以及模具仿形轧制相配合的工艺，具有成型精度高，锻造余量小、制造周期短、综合成本低、锻件均质化高等优点。

Description

一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法

技术领域

本发明属于异形锻件制造技术领域，具体涉及一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法。

背景技术

异形锻件是对金属施加压力，通过塑性变形使其达到塑造要求的形状或合适压缩力的锻件，超大型异形锻件的锻造难度大，其生产能力也是衡量一个国家重工业发展水平的重要标准。

现阶段，异形锻件的制造大多是先采用自由锻造开坯，获得矩形锻坯，然后再加工成型，但是自由锻造的过程存在原料浪费严重、锻件制造周期长、锻件的均质化不高等问题，严重制约着锻件的品质。

如专利CN101020284A中公开了一种环轧加胀形的复合变形工艺来制作大型异型截面环坯，该方法制取了一种矩形截面的环坯，这一形状特点极易导致钛合金锻件在后续的模具轧制时，局部会出现变形量过大，变形不均匀的现象，会造成锻件本体组织不均匀，力学性能不同方向差别较大，进而造成最终获得的锻件组织不均匀，锻件的性能较差。

在实际的生产工艺中，采用模具开坯来获得轧制前的锻坯具有锻造余量小，制造周期短、精度高等优点，完全避免了传统的异形锻件制造可能产生的上述问题。但是大型的异形锻件采用模具开坯不仅需要适配度较高的模具，而且，随着锻件体积的增大，在对其进行热处理时很容易出现内外受热不均一的情况，导致模具开坯的难度进一步加剧。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法。

本发明所提供的异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法是：轧制前的锻坯采用第一模具进行锻造开坯，然后将所获得的锻坯置于第二模具中仿形轧环，再经锻后热处理、精加工后制得。

其中，本发明中所述的异形铝合金过渡段的形状是一种球形筒状结构，过渡段的上底面圆环尺寸为Φ5538 mm×Φ5405 mm，下底面圆环尺寸为Φ5765 mm×Φ5600 mm，从上底面圆环与外侧壁相接处开始向外凸起，在距离上面圆环垂直距离100 mm处达到凸起的顶点，并从该顶点向下底面圆环坡度降低，下底面圆环与侧壁的夹角为76°，过渡段筒形结构的高度为400 mm，为了便于更好的理解本发明所要制备的铝合金过渡段的具体形状，现将本发明所要制备的铝合金过渡段的图片附上，见附图1。

进一步的，本发明所提供的异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，包括以下步骤：

（1）铝合金原料的预处理；

（2）模具锻造开坯：采用第一模具进行锻造开坯，获得圆环形的锻坯；

（3）仿形轧制：将（2）中获得的锻坯置于第二模具中，采用轧环机进行仿形轧制，获得要求形状的锻件毛坯；

（4）对（3）中获得的锻件毛坯进行锻后热处理；

（5）半精加工、超声波检测、理化检测、精加工。

上述的步骤（1）中，铝合金原材料的预处理为：将铝合金原材料经扒皮处理后，加热，炉温设定为480℃±20℃，保温时间按照原材料截面≥0.8 min/mm核算。

对铝合金原材料进行扒皮处理，目的是去除其表面粗大的树枝晶，减轻材料的后续开裂风险；此外，在对铝合金原材料进行加热处理时，不仅要保证足够的加热时间，使坯料内外温度一致，而且加热的温度要适宜，若加热温度太高，则会导致材料过热或过烧，造成晶界融化，材料报废，但是若温度太低，则可能会造成铝合金原材料的塑性变差，锻造过程出现表面裂纹。

上述的步骤（2）中，第一模具包括锻模外圈与锻模内圈两部分，锻模内圈的外表面与锻模外圈的内表面相互平行，将（1）中预处理之后的铝合金原材料经镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔后装入第一模具中，挤压成形，获得一定尺寸大小的圆环形锻坯。

相对于传统的自由锻开坯工艺而言，本发明中采用模具锻造开坯，通过对异形锻件的良好分料，分料准确性提高，减小了锻造的余量，减少了原材料的浪费，减小了成本的支出，并且由于采用模具进行开辟与成型，产品的精确度更高。

上述的步骤（3）中，仿形轧制时，将（2）中获得的锻坯置于第二模具中，第二模具包括主辊模具与芯辊模具两部分，将锻坯置于主辊模具与芯辊模具之间，采用轧环机从轴向与径向两个方向对锻坯进行轧制，获得要求形状的锻件毛坯。

上述的步骤（4）中，锻后热处理采用固溶热处理工艺，保温温度为520±10℃，保温时间1.2 min/mm。

本发明所制备的铝合金过渡段所采用的铝合金型号为6082铝合金，其中各元素的质量分数为：Si:0.7~1.3%、Fe:0.5%、Cu:0.10%、Mn:0.4~1.0%、Mg:0.6~1.2%、Cr:0.25%、Zn:0.20%、Ti:0.10%、余量为Al。

更进一步的，本发明所提供的异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，包括以下步骤：

（1）铝合金原材料的预处理：将铝合金原材料进行扒皮、加热，炉温设定为480℃±20℃，保温时间按照原材料截面≥0.8 min/mm核算；

（2）模具锻造开坯：采用第一模具进行锻造开坯，第一模具包括锻模外圈与锻模内圈两部分，锻模内圈的外表面与锻模外圈的内表面相互平行；将（1）中预处理之后的铝合金原材料经镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔后装入第一模具中，挤压成形，获得圆环形的锻坯；

（3）仿形轧制：将（2）中获得的锻坯置于第二模具中，第二模具包括主辊模具与芯辊模具两部分，将锻坯置于主辊模具与芯辊模具之间，采用轧环机从轴向与径向两个方向对锻坯进行轧制，获得要求形状的锻件毛坯；

（4）对（3）中获得的锻件毛坯进行锻后热处理，采用固溶热处理工艺，保温温度为520±10℃，时间为1.2 min/mm；

（5）半精加工、超声波检测、理化检测、精加工。

本发明的有益效果在于：

（1）本发明采用模具锻造开坯与模具仿形轧制相配合的工艺制备一种大型的异形铝合金锻件，避免了采用传统自由锻开坯带来的锻造余量大，原材料浪费严重，成型精度差，制造成本高的问题，具有成型精度高，锻造余量小、制造周期短、综合成本低、锻件均质化高等优点；

（2）由于采用模具仿形轧制的工艺，本发明中制备的异形锻件其毛坯尺寸基本接近成品的形状，有利于最大程度保留锻件流线，进而提高锻件的服役寿命。

附图说明

图1为本发明实施例1所要制备的异形铝合金过渡段的实物图；

图2为本发明的实施例1中进行坯料入模采用的第一模具结构剖面图；

图3为本发明实施例1中采用第一模具锻造开坯的坯料成形情况；

图4为本发明实施例1中获得的轧制前圆环形锻坯；

图5为本发明实施例1中采用第二模具对圆环形锻坯进行仿形轧制；

图6为本发明实施例1经仿形轧制后获得的锻件尺寸图；

图7为本发明实施例1经精加工后所制备的异形铝合金锻件尺寸图；

图8为本发明对比例1中的矩形截面锻坯；

图9为本发明对比例1中对矩形截面锻坯进行锻造的情况；

图10为本发明对比例1中锻件存在的缺陷示意图；

图11为本发明对比例2中自由锻碾环成型的情况；

图12为本发明对比例2中所制备的锻件形状图，

附图标记：1-锻模内圈，2-锻模外圈，3-坯料，4-主辊模具，5-芯辊模具，6-圆环形锻坯，7-矩形截面锻坯。

具体实施方式

为了能使本领域技术人员更好地理解本发明，现结合具体实施方式对本发明进行更进一步的阐述。

实施例1

以6082铝合金为原材料制备典型的异形铝合金锻件，锻件的具体形状如附图1所示。

（1）将6082铝合金原材料置于电炉中加热，电炉的炉温设定为480℃进行保温，保温时间0.8 min/mm。

（2）锻造开坯：根据所要求制备的过渡段的尺寸、外形、质量进行核算，制备出第一模具，第一模具结构的剖面图如附图2所示；第一模具包括锻模内圈1与锻模外圈2两部分，锻模内圈1的外表面与锻模外圈2的内表面相互平行。

采用第一模具进行锻造开坯，将步骤（1）中预处理之后的铝合金原材料经镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔后获得的坯料3，装入第一模具的锻模内圈1与锻模外圈2的中间，挤压成形，获得圆环形的锻坯6，圆环形锻坯的成形过程如附图3所示，所获得的轧制前的圆环形锻坯6如附图4所示。

从图4中也可以看出，采用第一模具所获得的轧制前锻坯是一个上底面尺寸为Φ2785 mm×Φ2200 mm，下底面尺寸为Φ3085mm×Φ2469 mm的圆环状锻坯。

（3）仿形轧制：将步骤（2）中获得的圆环形锻坯6置于第二模具中，第二模具包括主辊模具4与芯辊模具5两部分，将圆环形锻坯6置于主辊模具4与芯辊模具5之间，采用轧环机从轴向与径向两个方向对锻坯进行轧制，获得要求形状的锻件毛坯，采用第二模具对圆环形锻坯进行仿形轧制的过程见附图5。

仿形轧制结束后，所获得的锻件毛坯的尺寸为上底面圆环Φ5577 mm×Φ5309mm，下底面圆环Φ5863 mm×Φ5563mm，锻件的高度为520 mm，如图6所示。

（4）锻后热处理：将上述获得的锻件进行固溶热处理，保温的温度为520℃，时间为1.2 min/mm，最后经半精加工、超声波检测、理化检测、精加工后制备出所要求的铝合金过渡段，尺寸如附图7所示。

实施例2

一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，包括以下的步骤：

（1）将6082铝合金原材料置于电炉中加热，电炉的炉温设定为460℃进行保温，保温时间0.9 min/mm；

（2）锻造开坯：采用实施例1中的第一模具对坯料3进行模具开坯，获得圆环形锻件6；

（3）仿形轧制：将步骤（2）中获得的圆环形锻件6，采用实施例1中的第二模具进行仿形轧制获得要求尺寸的锻坯；

（4）锻后热处理：将步骤（3）中获得的锻件进行固溶热处理，保温的温度为510℃，时间为1.0 min/mm，最后经半精加工至四面见光，粗糙度为Ra 6.3、超声波检测、理化检测、精加工至符合客户图纸要求，制备出所要求的铝合金过渡段。

实施例3

与实施例2不同的是，步骤（1）中，电炉的炉温设定为500℃，保温时间1.0 min/mm；

步骤（4）中，锻后热处理时的保温温度为530℃，时间为1.2 min/mm。

实施例4

与实施例2不同的是，步骤（1）中，电炉的炉温设定为490℃，保温时间1.0 min/mm。

本发明的实验结果显示，采用上述的实施例1~4的工艺，所获得的铝合金过渡段产品的质量均合格，产品并无瑕疵，均能达到要求的标准。

对比例1

采用矩形截面模具仿形轧制成形。

锻件的开坯尺寸为：Φ2800 mm×Φ2200 mm，高度为550 mm，如附图8所示。

对上述所制得的矩形截面的锻坯7进行轧制成形的过程如附图9所示。

采用该方式进行轧制后易出现以下的缺陷，各类缺陷的位置具体如附图10所示。

从图中可以看出，对矩形截面的锻件进行轧制后，所获得的锻件会出现以下的缺陷：

缺陷1：靠近底平面外径的部位缺料；

缺陷2：底平面出现沟槽；

缺陷3:上平面出现沟槽。

以上的缺陷足以看出，采用矩形截面的锻件来锻造该异形锻件的精密度较差，特别是异形锻件的边角等部位难以达到工艺要求。

对比例2

采用自由锻的工艺进行开坯。

首先，根据要求制造的异形锻件的尺寸大小，从理论上计算自由锻工艺所需要的锻坯尺寸，然后再进行轧制，轧制成环的过程如附图11~12所示。

可以看出，不采用模具开坯、成型，仅采用自由锻锻造成锥面锻坯，不仅锻造的难度较大，而且锻造过程中锻坯的尺寸难以把握，锻坯尺寸与理论计算尺寸差距较大，此外，从图中也可以明显的看出，在锻件的后续轧制过程中，锻件的边角等位置锻造精密度不高，同样容易出现对比例1中所提及的3种缺陷。

对比例3

与实施例1不同的是，步骤（1）中，电炉的炉温设定为600℃，保温时间1.5 min/mm，其余的工艺均同实施例1。

对比例4

与实施例2不同的是，步骤（1）中，电炉的炉温设定为400℃，保温时间0.6 min/mm，其余的工艺均同实施例2。

结果显示，对比例3原料处理的温度过高，导致铝合金原材料中的晶界边界融化，材料的塑性严重降低；对比例4中，由于铝合金处理的温度过低，保温时间短导致最终的锻件表面裂纹较为明显，材料的塑性收到损伤，锻件品质降低。

Claims (8)

1.一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，轧制前的锻坯采用第一模具进行锻造开坯，然后将所获得的锻坯置于第二模具中仿形轧环，再经锻后热处理、精加工后制得。

2.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）铝合金原料的预处理；

（2）模具锻造开坯：采用第一模具进行锻造开坯，获得圆环形的锻坯；

（3）仿形轧制：将（2）中获得的锻坯置于第二模具中，采用轧环机进行仿形轧制，获得要求形状的锻件毛坯；

（4）对（3）中获得的锻件毛坯进行锻后热处理；

（5）半精加工、超声波检测、理化检测、精加工。

3.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，步骤（1）中铝合金原材料的预处理为：将铝合金原材料进行扒皮，加热，加热时炉温设定为480℃±20℃，保温时间按照原材料截面≥0.8 min/mm核算。

4.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，步骤（2）中，第一模具包括锻模内圈（1）与锻模外圈（2）两部分，锻模内圈（1）的外表面与锻模外圈（2）的内表面相互平行，将预处理之后的铝合金原材料经镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔后获得的坯料（3）装入第一模具中，挤压成形，获得圆环形锻坯（6）。

5.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，步骤（3）中仿形轧制时，将步骤（2）中获得的圆环形锻坯（6）置于第二模具中，第二模具包括主辊模具（4）与芯辊模具（5）两部分，将圆环形锻坯（6）置于主辊模具（4）与芯辊模具（5）之间，采用轧环机从轴向与径向两个方向对锻坯进行轧制，获得要求形状的锻件毛坯。

6.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，（4）中锻后热处理采用固溶热处理工艺，保温温度为520±10℃，时间为1.0~1.2 min/mm。

7.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，所述的铝合金为6082型铝合金，铝合金中各元素的质量分数为：Si:0.7~1.3%、Fe:0.5%、Cu:0.10%、Mn:0.4~1.0%、Mg:0.6~1.2%、Cr:0.25%、Zn:0.20%、Ti:0.10%、余量为Al。

8.如权利要求1所述的一种异形铝合金过渡段的仿形轧制成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）铝合金原料的预处理：将铝合金原材料进行加热，炉温设定为480℃±20℃，保温时间按照原材料截面≥0.8 min/mm核算；

（2）模具锻造开坯：采用第一模具进行锻造开坯，将（1）中预处理之后的铝合金原材料经镦粗、拔长、镦粗、冲孔、扩孔后获得的坯料（3）装入第一模具中，挤压成形，获得圆环形锻坯（6）；第一模具包括锻模内圈（1）与锻模外圈（2）两部分，锻模内圈（1）的外表面与锻模外圈（2）的内表面相互平行；

（3）仿形轧制：将步骤（2）中获得的圆环形锻坯（6）置于第二模具中，第二模具包括主辊模具（4）与芯辊模具（5）两部分，将圆环形锻坯（6）置于主辊模具（4）与芯辊模具（5）之间，采用轧环机从轴向与径向两个方向对锻坯进行轧制，获得要求形状的锻件毛坯；

（4）对步骤（3）中获得的锻件进行锻后热处理，采用固溶热处理工艺，保温温度为520±10℃，时间为1.2 min/mm；

（5）半精加工、超声波检测、理化检测、精加工。