CN102172665A - 一种高精度铝合金矩形管成形方法 - Google Patents

Abstract

一种高精度铝合金矩形管成形方法，步骤如下：a)将已制备好的牌号为6061的铝合金铸锭均火加热至415±5℃，并保持1-2hr；b)在预热温度为400℃的挤压分流模具上热挤压制得初始毛料管坯；c)盐浴退火处理；d)将步骤c)所得毛料管坯冷轧成圆管；e)将步骤d)所得圆管坯放入38#汽缸油中浸泡24hr；f)将步骤e)所得管坯空拉拔为近似矩形管；g)将步骤f)所得近似矩形管通过矩形矫正模带芯棒拉拔为矩形管；h)将步骤g)所得矩形管带芯棒拉拔成成品管。本发明有效地改善了成品管材的尺寸精度及表面质量，解决了拉拔过程中管坯拉断，角部出现明显横向裂纹的问题，使产品的使用性能及寿命得到大幅度的提高。

Description

一种高精度铝合金矩形管成形方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，特别涉及一种高精度铝合金矩形管的成形方法。

背景技术

高精度铝合金矩形管作为无线电微波通信导航设备的重要元件，广泛的应用于航空、航天、雷达、遥测和远距离通讯等重要科技领域。由于工作和使用环境的特殊性，对该类矩形管的尺寸精度及内表面质量均提出了较为严格的要求。目前，在实际生产中，制备该类管材主要采用：初始圆管坯-过渡椭圆-成品矩形的拉拔成形方案。但是，由于管坯材料变形的不合理，金属质点流动的一致性与均匀性较差，加工过程中往往会出现管坯拉断，角部形成横向裂纹，尺寸超差，壁厚不均以及内表面粗糙度不达标等成形问题，严重的影响了产品的使用性能。通过总结生产经验发现，工艺的制定及模具的设计与加工是影响成品管质量精度的两个最为重要的要素。因此，制定合理的生产工艺方案，设计优良的模具结构以及提高模具的加工精度是解决实际生产缺陷问题，制造出符合设计及使用要求的成品矩形管的关键措施。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种铝合金矩形管的成形方法，该方法能有效改善成品管材的尺寸精度及表面质量，提高产品的使用性能及寿命，解决拉拔过程中管坯拉断，角部出现明显横向裂纹的问题。

为实现上述目的，本发明所涉及的高精度铝合金矩形管的成形方法具体步骤如下：

a)将已制备好的牌号为6061的铝合金铸锭均火加热至415±5℃，并保持1-2小时；

b)将步骤a)所得铸锭加热至450℃，然后在预热温度为400℃的挤压分流模具上热挤压制得初始毛料管坯；

c)将步骤b)所得毛料管坯进行温度为500℃，保温30min的盐浴退火处理；

d)将步骤c)所得毛料管坯冷轧成尺寸规格为Ф92.6×2.16mm的圆管；

e)将步骤d)所得圆管坯放入38#汽缸油中浸泡24小时；

f)将步骤e)所得管坯空拉拔为近似矩形管；

g)将步骤f)所得近似矩形管通过矩形矫正模带芯棒拉拔为矩形管；

h)将步骤g)所得矩形管带芯棒拉拔为尺寸规格为90.12×45.16×2.06mm的成品管。

本发明所涉及的高精度铝合金矩形管的成形方法具有以下优点和效果：1)通过挤压和轧制相配合的工艺以及合理的热处理方法制得的初始圆管坯内部晶粒细小，组织致密，表面质量较好，力学性能优良，为后续的多道次拉拔工艺奠定了坚实的基础。2)通过设计了圆管坯-近似矩形-矫正矩形-成品的拉拔配模方案，将初始圆管坯平滑稳定的过渡到最终矩形，大大的降低了金属变形的不均匀性，有效地提高了成品管的成形质量，使成形尺寸精度以及表面光洁度得到大幅度的改善。3)在原有传统模具的基础上，将对成品管质量影响最为显著的成品拉拔模具角部轮廓进行了改进，有效地平衡了管坯角部与边部之间金属变形的难易程度，提高了变形的一致性。4)新的工艺方案显著地降低了成形载荷，消除了原有方法中成品管角部出现的横向裂纹，而且管坯没有出现拉断的现象。

附图说明

图1是本发明步骤f)中所用过渡空拉模具的结构示意图；

图2为图1的AOA剖面图；

图3为步骤g)中所用矩形矫正模具的结构示意图；

图4为图3的BOB剖面图；

图5为步骤g)中配合矫正模所用长芯棒的结构示意图；

图6为图5的COC剖面图；

图7为步骤h)中所用成品拉拔模的结构示意图；

图8为图7的DOD剖面图；

图9为图7模具的角部放大视图E；

图10为步骤h)中配合成品拉拔模所用短芯头的结构示意图；

图11为图10的FOF剖面图；

图12为本发明方法制得的高精度铝合金矩形管的三维结构示意图。其中：1)空拉模的标号为1；1-1，1-2，1-3，1-4分别表示为空拉模1的入口锥，工作锥，定径区，出口锥；R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄分别为空拉模1各相连部分过渡圆角半径；K₁，L₁分别为空拉模1的长、短边对应入模角。

2)矫正模的标号为2；2-1，2-2，2-3，2-4分别表示为矫正模2的入口锥，工作锥，定径区，出口锥；R₂₁，R₂₂，R₂₃，R₂₄分别为矫正模2各相连部分过渡圆角半径；K₂，L₂分别为矫正模2的长、短边对应入模角。

3)与矫正模配合使用的长芯棒的标号为3；3-1，3-2，3-3分别表示为长芯棒3的入口锥，定径区，出口锥；R₃为长芯棒3各相连部分过渡圆角半径。

4)成品模的标号为4；4-1，4-2，4-3，4-4分别表示为成品模4的入口锥，工作锥，定径区，出口锥；R₄₁，R₄₂，R₄₃，R₄₄分别为成品模4各相连部分过渡圆角半径；K₃，L₃分别为成品模4的长、短边对应入模角。

5)R_E0，R_E1，R_E2表示为局部放大视图E中模具轮廓圆角尺寸。

6)与成品模配合使用的短芯头的标号为5；5-1，5-2，5-3分别表示为短芯头5的入口锥，定径区，出口锥；R₅₁为短芯头5各相连部分过渡圆角半径；R₅₂为短芯棒5定径区角部圆角半径。

7)B、H表示为本发明中矩形管的宽、高。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明如下：

实施例

本实施例以高H和宽B比为1∶2.0，尺寸规格90.12mm×45.16mm×2.06mm，内表面粗糙度Ra1.0的铝合金管为例，提出了一种制造此类型号矩形管的成形工艺方法，具体实施步骤如下：

a)将已制备好的牌号为6061的铝合金铸锭均火加热至415±5℃，并持续1-2h。铸锭均火处理的目的在于消除金属熔铸结束后内部形成的残余应力，提高金属铸锭的塑性加工能力，改善产品的组织结构和力学性能，为后续的进一步加工做好准备。在实际生产中，大多数铝合金铸锭在进行压力加工之前都要进行必要的均火处理。

b)首先对挤压分流模具进行预热处理至400℃，然后将加热温度为450℃铝合金铸锭放入模具的挤压筒内，由设备推动挤压棒对铸锭进行压缩，强迫金属通过模具上的分流孔劈成三束金属流，接着金属流在挤压筒前端的焊合室内进行高温焊合，并最终通过模孔壁与芯棒之间的间隙挤压出去形成具有一定尺寸及形状的毛料管。该方法的优点是明显降低了成形载荷，提高了模具的寿命，而且最重要的是由于模具芯棒、挤压筒、挤压棒三者之间较好的同轴度配合，因此所制得的毛料管坯壁厚均匀性程度较高。

c)对步骤b)所得毛料管坯进行500℃，保温30min的盐浴退火处理。其目的主要有两个：①保证再结晶的充分进行，以细化晶粒，提高管坯的强度。②隔离管坯与空气，防止氧化皮的出现，提高表面质量。

d)将步骤c)所得毛料管坯进行冷轧成形，温度为室温，得到尺寸规格为Ф92.6×2.16mm的圆管坯。冷轧的主要目的是提高热挤压管坯的尺寸精度以及表面光洁度，获得质量优良的初始圆管坯。

e)将轧制后的圆管坯放入38#汽缸油中浸泡24小时，使管坯表面形成优良的油膜层，以改善后续加工的润滑状态，减小摩擦。

f)使用过渡拉拔模1来空拉伸圆管坯得到近似矩形管。该模具由入口锥1-1，工作锥1-2，定径区1-3以及出口锥1-4四部分组成，各相连部分之间用圆角(R₁₁，R₁₂，R₁₃，R₁₄)平滑过渡，如图1，图2标示，其中入口1-1为近似圆形，出口1-4为近似矩形，模具长边对应入模角度K₁为11°，短边L₁为3°。拉拔温度为室温，拉拔速度选为750mm/min，属慢速拉拔。

g)使用矩形矫正模2配合芯棒3拉伸得到矩形管。其中模具由入口锥2-1，工作锥2-2，定径区2-3以及出口锥2-4四部分组成，各相连部分之间用圆角(R₂₁，R₂₂，R₂₃，R₂₄)平滑过渡，如图3，图4标示，其中入口2-1与出口2-4均为矩形，模具长边对应入模角度K₂为2.5°，短边L₂为1.5°。类似的，长直芯棒3也由入口锥3-1.，定径区3-2，出口锥3-3三部分组成，各相连部分用圆角(R₃)平滑过渡，如图5，图6所示。拉拔温度为室温，拉拔速度选为，750mm/min，属慢速拉拔。

h)步骤h)中使用成品拉拔模4配合芯头5拉伸得到成品管。其中模具由入口锥4-1，工作锥4-2，定径区4-3以及出口锥4-4四部分组成，各相连部分之间用圆角(R₄₁，R₄₂，R₄₃，R₄₄)平滑过渡，如图7，图8标示，其中入口4-1与出口4-4均为矩形，模具长边对应入模角度K₃为9°，短边L₃为9°。其中值得说明的是，此道次中拉拔模具的四个角部设计为图9中实线所示结构(虚线为改进前轮廓)。其设计原理可阐述如下：矩形截面管材拉拔成形不同于普通圆管类，四角部位金属质点流动所受阻力较大，而边部则相对较小，这样势必使得管坯同一截面金属的变形难易程度存在差异，引起管坯变形不均匀，进而影响成品质量。本发明中，在不影响成品外部轮廓的前提下，将模具角部做适当程度的外扩处理，以降低管坯角部金属流动阻力，平衡同一截面各处金属变形的难易程度，以提高管坯变形的一致性及均匀性。类似的，芯头5由入口锥5-1.，定径区5-2，出口锥5-3三部分组成，各相连部分用圆角(R₅₁)平滑过渡，R₅₂则用来保证成品管内圆角尺寸，如图10，图11所示。拉拔温度为室温，拉拔速度选为750mm/min，属慢速拉拔。

为了使圆管坯合理的成形为最终矩形管，本发明中拉拔工艺共分为三个道次，依次为过渡模空拉获得近似矩形管，矩形矫正模带芯棒拉拔获得矩形管以及成品模带芯头拉拔制得最终成品管。过渡空拉的目的是将初始圆截面过渡为近似矩形，该道次承担了绝大部分的金属变形量，降低了后续工艺管坯变形的剧烈程度。矩形矫正的目的是将道次一制得的近似矩形管进行一次形状矫正，使其更接近于最终形状，并且该道次采用芯棒拔制，保证了管坯优良的内表面质量，同时将壁厚减为2.10mm，起到较好的承上启下作用。成品带芯棒拉拔则是为了得到形状、尺寸，表面质量均合格的矩形管，也是三道次中最为关键的必要步骤。

本实施例表明，本发明所涉及的高精度铝合金矩形管的成形方法能有效地改善了成品管材的尺寸精度及表面质量，解决了拉拔过程中管坯拉断，角部出现明显横向裂纹的问题，使产品的使用性能及寿命得到大幅度的提高。同时，该方法也可为其他规格矩形管的研制提供较强的借鉴意义。

Claims (1)

1.一种高精度铝合金矩形管成形方法，其特征是步骤如下：

a)将已制备好的牌号为6061的铝合金铸锭均火加热至415±5℃，并保持1-2hr；

b)将步骤a)所得铸锭加热至450℃，然后在预热温度为400℃的挤压分流模具上热挤压制得初始毛料管坯；

c)将步骤b)所得毛料管坯进行温度为500℃、保温30min的盐浴退火处理；

d)将步骤c)所得毛料管坯冷轧成尺寸规格为Ф92.6×2.16mm的圆管；

e)将步骤d)所得圆管坯放入38#汽缸油中浸泡24hr；

f)将步骤e)所得管坯空拉拔为近似矩形管；

g)将步骤f)所得近似矩形管通过矩形矫正模带芯棒拉拔为矩形管；

h)将步骤g)所得矩形管带芯棒拉拔为尺寸规格为90.12×45.16×2.06mm的成品管。

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