CN104759850B - 一种铝合金高筒件加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铝合金高筒件加工工艺，包括以下工艺过程：准备原材料→下料→加热→锻造→机加工→加热→马架扩孔→加热→芯轴拔长→加热→平端面→加热→马架扩孔→加热→平端面→加热→辗环→热处理→机加工；本发明通过热模锻轧及优化的热处理方法，成型后的高筒件机次品率明显减少，铝合金高筒件的各向异性也明显减小，节省了后期加工整形的成本，使材料利用率大幅提高，尤其是铝合金延展性得到有效扩展，该高筒件主要用于航空航天等领域，经过该工艺加工后的工件完美实现了航天飞行器的轻量化目标。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金加工技术领域，尤其是一种适用于2A14铝合金高筒件的加工工艺。
背景技术
铝合金是飞机和航天器轻量化的首选材料，采用铝合金制造的回转体零部件，由于锻件的高度较高，壁厚较薄，且对其三个方向的力学性能均要求较高，增加了成型难度。目前实际生产中，2A14 铝合金高筒件虽然形状简单，但具有薄壁，深腔等结构的特殊性。传统的成型方法，生产效率不高，材料利用率低，需要较大的吨位，且变形不均匀，变形量不易控制；现有的锻造再辗环工艺，因锻造，辗环过程的成型特点，2A14铝合金高筒件力学性能的各向异性尤为明显，易出现热处理后力学性能不合格，尤其是径向伸长率达不到技术要求，因此难以满足航空航天领域对其使用要求。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的铝合金高筒件加工工艺，并优化热处理工艺，有效减小铝合金高筒件组织和性能的各向异性，提高产品力学性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种铝合金高筒件加工工艺，包括如下加工步骤：
第一步，准备原材料：所述原材料为通过半连续铸造铸成铝合金圆棒料；
第二步，下料：将原材料锯切成棒料；
第三步，加热：将第二步中的棒料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第四步，锻造：在3600T液压机上进行锻造，其温度保持在420℃-450℃之间，所述锻造过程如下：先轴向镦粗，然后进行两次径向拔长、镦粗，再轴向拔长，接着倒棱、滚圆、镦粗、平端面，最后冲孔；
第五步，机加工：将锻造冲孔后的坯料空冷至室温，用卧式车床清理锻造缺陷；
第六步，加热：将机加工后的坯料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第七步，马架扩孔：将Ф270mm芯棒预热至350℃-400℃对第六步中加热后的坯料进行扩孔；
第八步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃±5℃；
第九步，芯轴拔长：将Ф350mm芯棒预热至350℃-400℃进行芯轴拔长；
第十步，加热：将芯轴拔长后的坯料加热至460℃±5℃；
第十一步，平端面：将第十步中加热的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十二步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十三步，马架扩孔：将Ф330mm芯棒预热至350℃-400℃，并对其进行扩孔；
第十四步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃±5℃；
第十五步，平端面：将第十四步中加热的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十六步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十七步，辗环：将上一步完成的坯料用5m径轴向数控辗环机以 0.1mm/s-0.3mm/s的速度均匀连续进行辗制成高筒件；
第十八步，热处理：将成型后的高筒件进行热处理，固溶温度为500℃，固溶保温时间为4小时，一级时效为当前温度下放置48小时；二级时效的温度为150℃-170℃，时效保温时间为7-12小时；
第十九步，机加工：将热处理后的高筒件加工成所需尺寸。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述第四步、第七步、第九步、第十三步、第十七步的加工过程中每步变形量均大于等于50%。
成型过程中，预热所有需要使用的模具至350℃-400℃，且在模具内均匀涂抹润滑剂，所述润滑剂包括动物油脂、石墨和水。
所述润滑剂的动物油脂、石墨和水的按重量配比分别为3：5：2。
本发明的有益效果如下：
本发明通过热模锻造、扩孔和辗环相结合的成型方式，并通过自动化控制和人工监控来实现成型过程最大程度的自动化生产，节省了后期加工整形的费用，时间与人力，使材料利用率大幅提高；通过合理控制成型过程中的火次和径轴向的变形次数与变形量，保证每次变形量不低于50%，最大限度的减少高筒环锻件组织和性能的各向异性；优化热处理工艺，对成型后的高筒件采用固溶和双极时效处理方法，使各方向的力学性能均达标，并较为接近，满足了该种铝合金在航空航天领域的应用。
附图说明
图1为本发明的加工工艺流程图。
图2为本发明的热处理工艺示意图。
图3为本发明热处理后的铝合金高筒件在切向的微观组织图。
图4为本发明热处理后的铝合金高筒件在轴向的微观组织图。
图5为本发明热处理后的铝合金高筒件在径向的微观组织图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1、图2所示，本实施例铝合金高筒件加工工艺，包括如下加工步骤：
第一步，准备原材料：原材料为通过半连续铸造铸成铝合金圆棒料；
第二步，下料：将原材料按照工艺设计长度锯切成所需重量的棒料；
第三步，加热：将第二步中的棒料室温装炉，加热至460℃±5℃，并保证炉温的均匀性，以提高材料的塑变性能；
第四步，锻造：在3600T液压机上进行锻造，其温度保持在420℃-450℃之间，锻造过程如下：先轴向镦粗，然后进行两次径向拔长、镦粗，再轴向拔长，接着倒棱、滚圆、镦粗、平端面，最后冲孔；
第五步，机加工：将锻造冲孔后的坯料空冷至室温，用卧式车床清理锻造缺陷，如坯料上的氧化皮、折叠或裂纹；
第六步，加热：将机加工后的坯料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第七步，马架扩孔：将Ф270mm芯棒预热至350℃-400℃对第六步中加热后的坯料进行扩孔；
第八步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃±5℃；
第九步，芯轴拔长：将Ф350mm芯棒预热至350℃-400℃进行芯轴拔长；
第十步，加热：将芯轴拔长后的坯料加热至460℃±5℃；
第十一步，平端面：将第十步中加热后的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十二步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十三步，马架扩孔：将Ф330mm芯棒预热至350℃-400℃，并对其进行扩孔；
第十四步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃±5℃；
第十五步，平端面：将第十四步中加热的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十六步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十七步，辗环：将上一步完成的坯料用5m径轴向数控辗环机以 0.1mm/s-0.3mm/s的速度均匀连续进行辗制成高筒件；
第十八步，热处理：将成型后的高筒件进行热处理，固溶温度为500℃，固溶保温时间为4小时，一级时效为当前温度下放置48小时；二级时效的温度为150℃-170℃，时效保温时间为7-12小时；
第十九步，机加工：将热处理后的高筒件加工成所需尺寸。
其中，第四步、第七步、第九步、第十三步、第十七步的加工过程中每步变形量均大于等于50%；最大限度的减少高筒环锻件组织和性能的各向异性。
成型过程中，预热所有需要使用的模具（包括上、下砧板、冲子、扩孔芯棒、轧辊）至350℃-400℃，且在模具内均匀涂抹润滑剂，润滑剂包括按照重量配比为3：5：2的动物油脂、石墨和水；通过热模锻造、扩孔及辗环可以有效提高材料的利用率；预热和润滑模具使得成型过程更加简便，减少裂纹、折叠等缺陷。
上述加工步骤中的加热步骤均将坯料加热至460℃±5℃，并保证炉温的均匀性，以提高材料的塑变性能。
如图3、图4、图5所示，是热处理后高筒件的切向、轴向、径向三个方向微观组织图，可以观察到铝合金高筒件各个方向的显微组织均达标，且晶粒大小较为接近。
与此同时，对进行热处理后的高筒件沿圆周均布90°分别取切向、轴向和径向试样进行力学性能测试，其结果如下表所示：
从以上实验数据可以看出，经上述热处理高筒件的抗拉强度可以达到420MPa以上，硬度可以达到125HB，延伸率在5%以上，各向性能均能满足航空航天领域的要求。
实施例一
本实施例的采用2A14铝合金高筒件加工工艺，包括如下加工步骤：
第一步，准备原材料：原材料为通过半连续铸造铸成铝合金圆棒料；
第二步，下料：将半连续铸造铸成的铝合金圆棒料锯切成工艺所需棒料；
第三步，加热：将上述棒料室温装炉，加热至460℃；
第四步，锻造：在3600T液压机上并保持在420℃以上的温度进行锻造，锻造过程如下，先轴向镦粗，然后进行两次径向拔长、镦粗，再轴向拔长，接着倒棱、滚圆、镦粗、平端面，最后冲孔；
第五步，机加工：将锻造冲孔后的坯料空冷至室温，机加工去除可能出现的锻造缺陷，如裂纹、氧化皮等；
第六步，加热：将机加工后的坯料室温装炉，加热至460℃；
第七步，马架扩孔：将Ф270mm芯棒预热至380℃对上述坯料进行扩孔；
第八步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃；
第九步，芯轴拔长：将Ф350mm芯棒预热至380℃进行芯轴拔长；
第十步，加热：将芯轴拔长后的坯料加热至460℃；
第十一步，平端面：将上述坯料放在预热至380℃的砧板上进行平端面工序；
第十二步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃；
第十三步，马架扩孔：将Ф330mm芯棒预热至380℃对上述坯料进行扩孔；
第十四步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃；
第十五步，平端面：将上述坯料放在预热至380℃的砧板上进行平端面工序；
第十六步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃；
第十七步，辗环：将上述铝合金预轧件用5m径轴向数控辗环机以 0.2 mm/s的速度均匀连续进行辗制成高筒件；
第十八步，热处理：将成型后的高筒件进行热处理，固溶温度为500℃，固溶保温时间为4小时，一级时效为当前温度下放置48小时；二级时效的温度为160℃，时效保温时间为10小时；
第十九步，机加工：将热处理后的高筒件加工成所需尺寸。
上述加工步骤的第四步、第七步、第九步、第十三步、第十七步的加工过程中每步变形量均大于等于50%。
上述成型过程中，预热所有需要使用的模具（包括上、下砧板、冲子、扩孔芯棒、轧辊）至380℃，且在模具内均匀涂抹润滑剂，润滑剂包括动物油脂、石墨和水；其中，动物油脂、石墨和水的配比（按重量）分别为3：5：2。
本发明通过合理控制成型过程中的火次和径轴向的变形次数与变形量，保证每次变形量不低于50%，保证锻造组织的均匀性，减少锻造组织缺陷。
本发明锻造过程中始终保持温度在420℃-450℃之间，既要保证变形热所致的温升不会使得铝合金发生过烧，也要保证终锻温度不低于380℃。
本发明最后优化热处理工艺，对成型后的高筒件采用固溶和双极时效处理方法，使各方向的力学性能均达标，尤其是径向伸长率达标，在满足力学性能的前提下，满足了该种铝合金在航空航天领域的应用，实现航天飞行器的轻量化目标。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (4)
1.一种铝合金高筒件加工工艺，其特征在于：包括如下加工步骤：
第一步，准备原材料：所述原材料为通过半连续铸造铸成铝合金圆棒料；
第二步，下料：将原材料锯切成的棒料；
第三步，加热：将第二步中的棒料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第四步，锻造：在3600T液压机上进行锻造，其温度保持在420℃-450℃之间，所述锻造过程如下：先轴向镦粗，然后进行两次径向拔长、镦粗，再轴向拔长，接着倒棱、滚圆、镦粗、平端面，最后冲孔；
第五步，机加工：将锻造冲孔后的坯料空冷至室温；
第六步，加热：将机加工后的坯料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第七步，马架扩孔：将Ф270mm芯棒预热至350℃-400℃对第六步中加热后的坯料进行扩孔；
第八步，加热：将扩孔后的坯料室温装炉，加热至460℃±5℃；
第九步，芯轴拔长：将Ф350mm芯棒预热至350℃-400℃进行芯轴拔长；
第十步，加热：将芯轴拔长后的坯料加热至460℃±5℃；
第十一步，平端面：将第十步中加热的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十二步，加热：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十三步，马架扩孔：将Ф330mm芯棒预热至350℃-400℃，并对其进行扩孔；
第十四步，加热：将扩孔后的坯料加热至460℃±5℃；
第十五步，平端面：将第十四步中加热的坯料放在预热至350℃-400℃的砧板上进行平端面工序；
第十六步，回炉保温：将平端面后的坯料加热至460℃±5℃；
第十七步，辗环：将上一步完成的坯料用5m径轴向数控辗环机以 0.1mm/s-0.3mm/s的速度均匀连续进行辗制成高筒件；
第十八步，热处理：将成型后的高筒件进行热处理，固溶温度为500℃，固溶保温时间为4小时，一级时效为当前温度下放置48小时；二级时效的温度为155℃-165℃，时效保温时间为7-12小时；
第十九步，机加工：将热处理后的高筒件加工成所需尺寸后交货。
2.如权利要求1所述的一种铝合金高筒件加工工艺，其特征在于：所述第四步、第七步、第九步、第十三步、第十七步的加工过程中每步变形量均大于等于50%。
3.如权利要求1所述的一种铝合金高筒件加工工艺，其特征在于：成型过程中，预热所有需要使用的模具至350℃-400℃，且在模具内均匀涂抹润滑剂，所述润滑剂包括动物油脂、石墨和水。
4.如权利要求3所述的一种铝合金高筒件加工工艺，其特征在于：所述润滑剂的动物油脂、石墨和水按重量配比分别为3：5：2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road joint resettlement Applicant after: Wuxi Parker new materials Polytron Technologies Inc Address before: 214161 lakes in Jiangsu province Wuxi City foreshore Hu Dai Industrial Zone North Road No. 22 joint resettlement Applicant before: Wuxi Paike Heavy Casting and Forging Co., Ltd. |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |