CN102974646B - 一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，包括步骤：1）挤压：将铸锭挤压成圆管毛料；2）轧制退火：对圆管毛料进行退火处理；3）轧制：对圆管毛料进行轧制，减小圆管毛料的直径以及壁厚；4）减径退火：对减径后的圆管毛料进行退火处理；5）拉伸：对减径后的圆管毛料进行拉伸，将其拉伸成水滴形管成品；6）淬火：对水滴形管成品进行淬火处理；7）拉伸矫直：对水滴形管成品进行拉伸矫直。上述生产工艺通过对铸锭的挤压获得圆管毛料，通过对圆管毛料的轧制拉伸工艺直接成形即可实现对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少了后续的机械加工，提高了金属利用率，同时降低了机械加工难度，缩短了加工时间，从而提高了生产效率。

Description

一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺

技术领域

本发明涉及铝合金管材制造技术领域，更具体地说，涉及一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺。

背景技术

水滴形指形状类似水滴，通过一系列坐标点连接的非规则曲线图形。薄壁管指的是管材的壁厚≤5mm，通过轧制或拉伸工艺获得的铝合金无缝管材。如图1所示，该图为本发明实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺所生产的一种水滴形薄壁管材的横截面形状的示意图。铝合金水滴形薄壁管材主要应用于制造水上飞机机翼。

目前，铝合金水滴形管材只能通过实心棒材经机械加工的方式获得，由于水滴形管材壁厚较薄，用户使用定尺长，所以只能在大型数控中心上进行机械加工，金属切削量较大，金属利用率较低，且增加了机械加工难度，加工时间较长。而且上述加工方式目前只能生产出壁厚较大的水滴形管材。

综上所述，如何提供一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，以实现对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少后续的机械加工，提高金属利用率，同时降低机械加工难度，缩短加工时间，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，以实现对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少后续的机械加工，提高金属利用率，同时降低机械加工难度，缩短加工时间。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，包括以下步骤：

1)挤压：将铸锭挤压成圆管毛料；

2)轧制退火：对所述圆管毛料进行退火处理；

3)轧制：对所述圆管毛料进行轧制，减小所述圆管毛料的直径以及壁厚；

4)减径退火：对减径后的所述圆管毛料进行退火处理；

5)拉伸：对减径后的所述圆管毛料进行拉伸，将其拉伸成水滴形管成品；

6)淬火：对所述水滴形管成品进行淬火处理；

7)拉伸矫直：对所述水滴形管成品进行拉伸矫直；

其中，所述步骤5)包括：

步骤51)过渡拉伸：利用30T拉拔管机通过椭圆形过渡拉伸模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将减径后的所述圆管毛料拉伸成椭圆形管；

步骤52)成形拉伸：利用30T拉拔管机通过整径模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将所述椭圆形管拉伸成水滴形管成品。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤1)中的所述圆管毛料的外径

$D_0=\frac{\mathrm{KL}}{\mathrm{\Π}},$

其中：L为所述水滴形管成品的外径周长，K的取值范围为1.02-1.04。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤7)在所述步骤6)进行后两小时内完成。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤7)的拉伸矫直对所述水滴形管成品的拉伸率为2％-3％。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤7)具体为：

在所述水滴形管成品的孔内塞入矫直芯头并通过40T拉伸矫直机对所述水滴形管成品进行拉伸矫直。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤1)具体为：

通过2500T卧式挤压机在铸锭温度420℃-450℃，挤压筒温度400℃-420℃和挤压速度为1.0mm/s-1.5mm/s将所述铸锭挤压成尺寸为Φ103mm×4.5mm的所述圆管毛料。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤2)具体为将所述圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至450℃，保温3h；

所述步骤3)具体为通过LG80轧管机将所述圆管毛料由Φ103mm×4.5mm轧制成Φ94mm×2.36mm；

所述步骤4)具体为将减径后的所述圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至280℃，保温2.5h；

所述步骤6)具体为将所述水滴形管成品放入立式空气淬火炉，加热至497℃，保温40min。

优选的，上述铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，所述步骤7)之后还包括：

步骤8)切成品、取样；

步骤9)包装、入库。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，包括以下步骤：

1)挤压：将铸锭挤压成圆管毛料；

2)轧制退火：对所述圆管毛料进行退火处理；

3)轧制：对所述圆管毛料进行轧制，减小所述圆管毛料的直径以及壁厚；

4)减径退火：对减径后的所述圆管毛料进行退火处理；

5)拉伸：对减径后的所述圆管毛料进行拉伸，将其拉伸成水滴形管成品；

6)淬火：对所述水滴形管成品进行淬火处理；

7)拉伸矫直：对所述水滴形管成品进行拉伸矫直。

综上可知，本发明提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺通过对铸锭的挤压获得圆管毛料，通过对圆管毛料的轧制拉伸工艺直接成形即可实现对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少了后续的机械加工，金属切削量较小，提高了金属利用率，同时降低了机械加工难度，缩短了加工时间，从而提高了生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺所生产的一种水滴形薄壁管材的横截面形状的示意图；

图2是本发明实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺的流程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，实现了对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少了后续的机械加工，提高了金属利用率，同时降低了机械加工难度，缩短了加工时间。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图2，本发明实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，主要针对图1中需要生产的合金状态为2024T4，管材壁厚为2.41mm，订货长度为3660mm的铝合金水滴形薄壁管材，包括以下步骤：

S1挤压：将铸锭挤压成圆管毛料：

结合水滴形管材的截面图，我们可以得出，水滴形管外径周长L为278.17mm，壁厚为2.41mm，断面积653mm₂，长轴A长119.89mm，短轴B长为50.8mm；此管材为普通等壁厚异形管。

优选的，为了使圆管毛料的尺寸便于制造需要获得的水滴形管，本发明实施例的圆管毛料通过以下公式确定：

成形前圆管毛料的周长S₀＝KL，则成形前圆管毛料的外径

其中，K为系数，当K的值过小时，成形的管材的角部将严重的充不满，当K值过大时，成形的管材表面凹下严重。本实施例中，K的取值范围为1.02-1.04，优选的将K取值为1.03，K还可以为1.02-1.04范围内的任一数值。当然，K也可以为其他数值，其大小与合金性质以及成品规格有关。一般情况下，壁厚薄而规格大的管材，取下限，而对壁厚大，规格小的管材，则可取上限。

那么，成形前圆管毛料的外径 $D_0=\frac{\mathrm{KL}}{\mathrm{\Π}}=\frac{278.17\×1.03}{\mathrm{\Π}}=91.25\mathrm{mm}.$

结合现有的轧机孔型(103×94)，管毛料外径定为：Φ103mm

步骤S1具体为：

通过2500T卧式挤压机在铸锭温度420℃-450℃，挤压筒温度400℃-420℃和挤压速度为1.0mm/s-1.5mm/s将铸锭挤压成尺寸为Φ103mm×4.5mm的圆管毛料，此时挤压系数为22.3，压出长度为9.2mm。

S2：轧制退火：对圆管毛料进行退火处理：

将圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至450℃，保温3h；根据不同的合金性质和圆管毛料的尺寸，上述加热温度和保温时间应该进行相应的修改；也可以采用其他的退火装置进行退火，本发明实施例对此不做限定。

S3：轧制：对圆管毛料进行轧制，减小圆管毛料的直径以及壁厚：

通过LG80轧管机将圆管毛料由Φ103mm×4.5mm轧制成Φ94mm×2.36mm。

S4：减径退火：对减径后的圆管毛料进行退火处理：

将减径后的圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至280℃，保温2.5h；根据不同的合金性质和圆管毛料的尺寸，上述加热温度和保温时间应该进行相应的修改；也可以采用其他的退火装置进行退火，本发明实施例对此不做限定。

S5：拉伸：对减径后的圆管毛料进行拉伸，将其拉伸成水滴形管成品：

对于需要成形的水滴形管成品，当长短轴比值A/B<2时，可以通过一次成形将圆管毛料直接拉伸成水滴形管；当长短轴比值A/B≥2时，由于将圆形拉伸成水滴形时，金属流动极不均匀，变形激烈，为了保证管材表面平整必须经过一次拉伸过渡，再将过渡后的管材成形为水滴形管。

本实施例中，长短轴A/B＝119.89/50.8＝2.36>2，故需要进行一次拉伸过渡，具体通过以下两种方式进行拉伸获得水滴形管；

一种是本实施例优选采用的方式，具体包括：

步骤S51：过渡拉伸：

利用30T拉拔管机通过椭圆形过渡拉伸模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将减径后的圆管毛料拉伸成椭圆形管；上述椭圆形过渡拉伸模长轴为120mm，短轴为60mm；

步骤S52：成形拉伸：

利用30T拉拔管机通过整径模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将椭圆形管拉伸成水滴形管成品；上述整径模的长轴为120.74mm，短轴为52.34mm；

管材轧制后壁厚较薄，本实施例优先采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺，能够减少管材在拉伸过程中导致的断裂。

由于管材在拉伸时，长轴方向金属流动得更快，金属填充的更充分，故将模具的型腔的长轴尺寸设计得与水滴形管的长轴尺寸比较接近，将模具的型腔的短轴尺寸设计得与水滴形管的短轴尺寸相差较多，便于短轴方向上在水滴形管的短轴需要的尺寸内金属的填充，减小了获得的水滴形管成品的尺寸误差，通过上述工艺拉伸成形更加可靠，且实用性好。

另一种是将圆管毛料通过水滴型过渡拉伸模进行过渡拉伸，再通过整径模进行拉伸形成水滴形管成品，其中，水滴形过渡拉伸模的长轴为121.54mm，短轴为52.8mm。

S6：淬火：对水滴形管成品进行淬火处理：

为了达到2024T4的合金状态要求，需要将水滴形管成品放入立式空气淬火炉，加热至497℃，保温40min，提高了铝合金水滴形管的强度与特性。根据不同的合金性质和水滴形管成品的尺寸，上述加热温度和保温时间应该进行相应的修改；也可以采用其他的淬火装置进行淬火，本发明实施例对此不做限定。

S7：拉伸矫直：对水滴形管成品进行拉伸矫直：

淬火出炉后的管材产生较严重的翘曲变形，必须进行矫直，由于管材外形类似为水滴形，无法进行辊矫，只能进行拉伸矫直，优选地通过在水滴形管成品的孔内塞入矫直芯头并通过40T拉伸矫直机对水滴形管成品进行拉伸矫直；矫直芯头减小了管材头部压扁变形的长度，便于管材的矫直。

本发明实施例的拉伸矫直工艺对水滴形管成品的拉伸率优选为2％-3％，既满足了水滴形管材的弯曲度要求，又能保证水滴形管材的尺寸满足公差要求。

本领域技术人员可以理解的是，本发明实施例提供的生产工艺还可以生产其他尺寸的铝合金水滴形薄壁管材，只需要对上述步骤中的相应参数和尺寸进行修改即可。

综上可知，本发明实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺通过对铸锭的挤压获得圆管毛料，通过对圆管毛料的轧制拉伸工艺直接成形即可实现对铝合金水滴形薄壁管材的制造，减少了后续的机械加工，金属切削量较小，提高了金属利用率，同时降低了机械加工难度，缩短了加工时间，从而提高了生产效率。

优选的，上述实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，步骤S7在步骤S6进行后两小时内完成。拉伸淬火后的管材应尽可能在其塑性最好的时间内矫直完毕，以防时效硬化影响矫直效果，根据生产经验，2024合金管材必须在淬火后2小时内拉伸矫直完，减少了管材拉不直或拉断的发生，提高了产品的合格率。

为了便于对产品的监控，上述实施例提供的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺中，步骤S7之后还包括：步骤S8：切成品、取样：

根据要求将水滴形管成品切割成不同的长度以满足不同的应用场合，并对生产出的水滴形管成品进行取样，检测其合格率并根据样品对工艺参数进行相应的修改，以便于获得更高质量的产品；

步骤S9：包装、入库：

对水滴形管成品进行包装、入库，这样一来，对水滴形管成品进行保护，避免了外界对其造成意外的损伤和变形。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)挤压：将铸锭挤压成圆管毛料；

2)轧制退火：对所述圆管毛料进行退火处理；

3)轧制：对所述圆管毛料进行轧制，减小所述圆管毛料的直径以及壁厚；

4)减径退火：对减径后的所述圆管毛料进行退火处理；

5)拉伸：对减径后的所述圆管毛料进行拉伸，将其拉伸成水滴形管成品；

6)淬火：对所述水滴形管成品进行淬火处理；

7)拉伸矫直：对所述水滴形管成品进行拉伸矫直；

其中，所述步骤5)包括：

步骤51)过渡拉伸：利用30T拉拔管机通过椭圆形过渡拉伸模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将减径后的所述圆管毛料拉伸成椭圆形管；

步骤52)成形拉伸：利用30T拉拔管机通过整径模采用无芯头拉伸的成形拉伸工艺将所述椭圆形管拉伸成水滴形管成品。

2.根据权利要求1所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤1)中的所述圆管毛料的外径

$D_0=\frac{\mathrm{KL}}{\mathrm{\&Pi;}},$

其中：L为所述水滴形管成品的外径周长，K的取值范围为1.02-1.04。

3.根据权利要求2所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤7)在所述步骤6)进行后两小时内完成。

4.根据权利要求3所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤7)的拉伸矫直对所述水滴形管成品的拉伸率为2％-3％。

5.根据权利要求4所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤7)具体为：

在所述水滴形管成品的孔内塞入矫直芯头并通过40T拉伸矫直机对所述水滴形管成品进行拉伸矫直。

6.根据权利要求2所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤1)具体为：

通过2500T卧式挤压机在铸锭温度420℃-450℃，挤压筒温度400℃-420℃和挤压速度为1.0mm/s-1.5mm/s将所述铸锭挤压成尺寸为Φ103mm×4.5mm的所述圆管毛料。

7.根据权利要求6所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤2)具体为将所述圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至450℃，保温3h；

所述步骤3)具体为通过LG80轧管机将所述圆管毛料由Φ103mm×4.5mm轧制成Φ94mm×2.36mm；

所述步骤4)具体为将减径后的所述圆管毛料放入箱式空气退火炉，加热至280℃，保温2.5h；

所述步骤6)具体为将所述水滴形管成品放入立式空气淬火炉，加热至497℃，保温40min。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的铝合金水滴形薄壁管材的生产工艺，其特征在于，所述步骤7)之后还包括：

步骤8)切成品、取样；

步骤9)包装、入库。