一種鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱軋成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體涉及一種鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋁合金錐筒環(huán)件是航天航空、國防裝備和民用裝備的重要結(jié)構(gòu)件，環(huán)件的性能對 裝備的安全可靠、穩(wěn)定運行和服役壽命都至關(guān)重要。該環(huán)件內(nèi)外表面均帶有斜度，屬于復(fù)雜 異形環(huán)件范疇，而且鋁合金材料鍛造溫度范圍窄，造成該類環(huán)件制造難度大。
[0003] 目前鋁合金錐筒環(huán)件主要有以下兩種生產(chǎn)制造方式：一是采用自由鍛造成形，該 方法成形環(huán)件尺寸精度差、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境差、工人勞動強度大，而且材料反復(fù)加熱， 產(chǎn)品組織性能差，能源消耗大;二是先利用環(huán)件乳制技術(shù)成形矩形截面環(huán)件然后經(jīng)過機加 工成形錐筒環(huán)件，這種方式材料利用率低，不能達到節(jié)能減排的目標(biāo)，而且切削加工破壞了 環(huán)件內(nèi)部金屬流線，不能最大限度的發(fā)揮環(huán)件乳制這種先進塑性成形技術(shù)高效、優(yōu)質(zhì)、精密 成形等優(yōu)勢。
[0004] 因此，采用環(huán)件徑向熱乳方法直接乳制成形鋁合金錐筒環(huán)件具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟 優(yōu)點。但是，對于該種異形截面環(huán)件乳制，毛坯尺寸設(shè)計直接影響成形環(huán)件尺寸精度;另外， 錐面接觸模式下，環(huán)件在乳制過程中容易產(chǎn)生軸向竄動行為，乳制過程極不穩(wěn)定;此外，對 于鋁合金環(huán)件，其鍛造溫度范圍較窄，進行溫度的合理控制也是保證成形的重要前提。因 此，合理的設(shè)計和控制乳制工藝參數(shù)，保證乳制過程穩(wěn)定進行，是實現(xiàn)鋁合金錐筒環(huán)件徑向 熱乳成形的關(guān)鍵問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形方法，它通過合理設(shè)計 毛坯、孔型和乳制工藝參數(shù)，并有效控制乳制過程相關(guān)參數(shù)，可以保證乳制過程順利進行， 獲得尺寸精度高和組織性能好的鋁合金錐筒環(huán)件。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形方法，包括如下步驟：
[0008] S1、毛坯設(shè)計:根據(jù)錐筒環(huán)件尺寸，確定當(dāng)量乳制比k取值范圍為1.5~3,以錐筒環(huán) 件的小端為基準(zhǔn)，確定毛坯小端內(nèi)徑doFcU/kA為錐筒環(huán)件小端內(nèi)徑，根據(jù)毛坯小端內(nèi)徑 以及錐筒環(huán)件各尺寸確定毛坯高度H〇、毛坯大端內(nèi)徑d Q2、毛坯小端外徑DQ1、毛坯大端外徑 D〇2和毛還體積Vo;
[0009] S2、乳輥孔型設(shè)計:乳制孔型由驅(qū)動輥和芯輥工作面組成，驅(qū)動輥和芯輥工作面型 腔與錐筒環(huán)件截面形狀相對應(yīng)，驅(qū)動輥型腔斜度a d = 0:，芯輥型腔斜度^ = 02，0:為錐筒環(huán)件 外表面斜度，02為錐筒環(huán)件內(nèi)表面斜度；
[0010] 驅(qū)動輥型腔高度Hd = H+AH，芯輥型腔高度Hi = Hd+(100~200)mm，AH為軸向竄動 量，H為錐筒環(huán)件高度；
[0011] 驅(qū)動輥工作面的小端直徑Ddl和大端直徑Dd2以及芯輥工作面的小端直徑Du和大端 直徑Di2由以下5個公式確定：
[0017] 其中，cU為錐筒環(huán)件小端內(nèi)徑，辦為錐筒環(huán)件大端內(nèi)徑，DA錐筒環(huán)件小端外徑，D2 為錐筒環(huán)件端外徑，0為摩擦角，0 = arctanii，y為摩擦系數(shù)，y為0.35~0.45，Lmax和Lmin分別 為乳環(huán)機允許的最大和最小閉合中心距；
[0018] 驅(qū)動輥和芯輥閉合時驅(qū)動輥的型腔寬度
[0019] 按上述技術(shù)方案，還包括步驟S3、乳制工藝參數(shù)設(shè)計:錐筒環(huán)件乳制過程的工藝參 數(shù)包括驅(qū)動輥轉(zhuǎn)速和芯輥進給速度，
[0020] 驅(qū)動輥轉(zhuǎn)速nd=Vd2/(3TDd2)，Vd2為驅(qū)動輥最大線速度，取0.8~1.4m/s;
[0021 ]芯輥進給速度Vi滿足下式
[0023]按上述技術(shù)方案，還包括步驟S4、乳制成形過程控制：
[0024] (a)溫度控制:乳制成形過程的溫度控制包括：
[0025] ①毛坯由加熱爐轉(zhuǎn)移到乳環(huán)機附近的保溫控制:將毛坯置于預(yù)熱過的保溫罩中進 行轉(zhuǎn)移，以減少毛坯轉(zhuǎn)移過程中熱量散失；
[0026] ②上料過程中毛坯保溫控制：在上料過程中，在夾持毛坯的機械手外包裹一層石 棉，以減少毛坯與機械手接觸過程的熱量散失；
[0027] ③乳輥預(yù)熱：乳制鋁合金錐筒環(huán)件前，利用熱的鋼環(huán)空轉(zhuǎn)的方式對乳輥進行預(yù)熱， 預(yù)熱溫度控制在300°C左右，以減少毛坯與模具接觸過程中的熱量散失。
[0028]按上述技術(shù)方案，步驟S4還包括(b)潤滑控制：
[0029] ①保證乳輥加工的表面粗糙度；
[0030] ②在乳輥預(yù)熱后清理乳輥表面的氧化皮，然后在芯輥和導(dǎo)向輥上涂抹潤滑劑，以 防止鋁合金材料在熱鍛過程中發(fā)生粘輥等缺陷；
[0031] ③在錐筒環(huán)件乳制過程中通過潤滑噴槍向驅(qū)動輥與錐筒環(huán)件間噴涂潤滑劑。
[0032]按上述技術(shù)方案，步驟S4還包括(c)軸向躥動方式控制:在乳機擋板與毛坯端面間 預(yù)留一定的距離作為竄動量，以減少錐筒環(huán)件端面的切料現(xiàn)象以及對擋板的側(cè)壓力。
[0033]按上述技術(shù)方案，步驟S4還包括(d)進給過程控制：在乳制過程前期，采用緩慢進 給速度，以為使毛坯順利咬入孔型；當(dāng)毛坯咬入后，逐漸增大進給速度，以使毛坯鍛透產(chǎn)生 車L制變形應(yīng);在乳制末期，采用較小的進給速度進行整圓乳制，以保證錐筒環(huán)件乳制精度。 [0034]按上述技術(shù)方案，步驟S1中：
[0035] 毛坯高度Ho=H，
[0036] 毛還大端內(nèi)徑d〇2 = doi+(d2_di)，
[0037] 毛坯小端外徑
[0038] 毛坯大端外徑
[0039] 毛坯體積
[0040] 其中，Si*錐筒環(huán)件小端的端面面積，
，S2為錐筒環(huán)件大端的端面 面積
[0041] 本發(fā)明具有以下有益效果：因乳制錐筒環(huán)件的毛坯尺寸直接影響成形環(huán)件尺寸精 度，故首先需合理設(shè)計毛坯，本發(fā)明為了改善等斜度毛坯體積分配不均勻的問題，提出毛坯 內(nèi)表面與錐筒環(huán)件內(nèi)表面斜度相等，而毛坯兩端壁厚不相等，使得毛坯兩端的截面積與錐 筒環(huán)件兩端的截面積相等的等截面毛坯設(shè)計方法，其以錐筒環(huán)件的小端為基準(zhǔn)，通過設(shè)置 合理的當(dāng)量乳制比，先確定毛坯小端內(nèi)徑，再據(jù)此結(jié)合錐筒環(huán)件尺寸確定毛坯其他尺寸;另 外，本發(fā)明結(jié)合錐筒環(huán)件乳制過程金屬流動規(guī)律、乳制設(shè)備結(jié)構(gòu)和環(huán)件乳制過程的運動規(guī) 律，設(shè)計合理的乳輥孔型，可以保證錐筒環(huán)件在乳制過程中的穩(wěn)定性，保證乳制過程順利進 行。本發(fā)明具有生產(chǎn)效率高、能源和材料消耗低、產(chǎn)品尺寸精度和組織性能好等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0042] 下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中：
[0043] 圖1是本發(fā)明實施例中鋁合金錐筒環(huán)件的截面示意圖；
[0044] 圖2是本發(fā)明實施例中毛坯的截面示意圖；
[0045] 圖3是本發(fā)明實施例中驅(qū)動輥工作面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖4是本發(fā)明實施例中芯輥工作面的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖5是本發(fā)明實施例中鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形過程示意圖一；
[0048] 圖6是本發(fā)明實施例中鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形過程示意圖二。
[0049] 圖中：1-驅(qū)動輥;2-芯輥;3-毛坯;4-錐筒環(huán)件;5-擋板。
【具體實施方式】
[0050] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0051] 在本發(fā)明的較佳實施例中，如圖1-圖4所示，一種鋁合金錐筒環(huán)件徑向熱乳成形方 法，包括如下步驟：
[0052] S1、毛坯設(shè)計:根據(jù)錐筒環(huán)件尺寸，確定當(dāng)量乳制比k取值范圍為1.5~3,以錐筒環(huán) 件的小端為基準(zhǔn)，確定