CN107737828A - 一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法，属于舱体制造技术领域。本发明采用顶端带圆孔的旋压模具+底端带实心小圆柱的压环+压紧螺栓+卸料环的结构设计，实现了高稀土镁合金筒坯及筒形旋压件的快速装/脱模，保障了旋压变形的起始温度，提高了工作效率，避免或者消除了高温装配时的安全隐患，有助于提高大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量；另外，防止了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件在旋压结束后的缓慢冷却过程中形成危害力学性能的、粗大的片状析出相，为其获得高性能提供了保障。本发明操作过程简单、高效，适宜于批量处理，具有较强的可操作性和实用性。

Description

一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模 方法

技术领域

本发明涉及一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法，属于舱体制造技术领域，所述的大尺寸是指筒形件的内径不小于Φ750mm、筒形件的高度不小于600mm，高稀土是指镁合金中稀土元素的质量含量不小于10％(质量百分数)，快速是指装/脱模的时间均不大于10s，装模是指旋压前将高稀土镁合金筒坯与旋压模具装卡定位，脱模是指旋压结束后将高稀土镁合金筒形旋压件脱离旋压模具。

背景技术

高稀土镁合金的室温塑性变形能力较差，针对内径≥Ф750mm，高度≥600mm，壁厚≤5mm的大尺寸高性能高稀土镁合金筒形旋压件，必须采用热旋成形，而且只有将高稀土镁合金筒坯预热到较高温度后开始旋压变形才能保证大尺寸高性能高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量。

现有技术中，对大尺寸高性能高稀土镁合金筒坯进行预热的方式有：将高稀土镁合金筒坯与旋压模具装卡定位后、采用氧-乙炔喷枪直接对筒坯进行预热；该方法存在的问题是：将出现加热时间较长、加热效率低下等一系列问题。

为了克服上述存在的问题，采用将高稀土镁合金筒坯整体放入热处理炉中进行预热、到温后再与旋压模具进行装卡定位。该方法的加热效率能够获得显著提升，而且预热后高稀土镁合金筒坯的温度分布比较均匀，但是在高温下将高稀土镁合金筒坯与旋压模具装卡定位时会出现安全隐患(易造成操作人员烫伤)以及装配效率低下导致的温度降幅过快等问题；另外，高稀土镁合金筒形件热旋成形后必须进行快速冷却，否则高稀土镁合金在缓慢冷却过程中其内部将形成粗大的片状析出相，这种析出相在后续的热处理过程中无法消除，严重损害高稀土镁合金筒形件的力学性能。现有技术的经验是将高稀土镁合金筒坯整体放置在热处理炉中预热、到温后与旋压模具装卡定位，然后进行旋压成形；旋压结束后，待高稀土镁合金筒形旋压件冷却到室温后进行脱模工作，这些方法存在装配安全隐患、旋压开始前装配效率低下导致的温度降幅过快、旋压结束后无法快速脱模以实现快速冷却引起的高稀土镁合金筒形旋压件性能不足等问题，限制了大尺寸高稀土镁合金筒形件的精密旋压成形及其力学性能的提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法，该方法能够实现高稀土镁合金筒坯预热到温后快速与旋压模具装卡定位以确保旋压变形的起始温度，提高了工作效率，降低或者消除了高温下的装配安全隐患，有助于保障高稀土镁合金筒形旋压件的成形精度；另外，旋压结束后，实现了高稀土镁合金筒形旋压件的快速脱模，从而可对其进行快速冷却，保障了高稀土镁合金筒形旋压件的力学性能。

本发明的技术解决方案是：

一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，该装/脱模工装包括旋压模具、压环、第一压紧螺栓和卸料环；

所述的旋压模具为带有非贯通中心孔的圆柱，圆柱的底端带有垭口，圆柱的顶端端面有圆孔；

所述的压环为带有底端的空心圆柱，底端为圆环，圆环的内侧上带有实心小圆柱；实心小圆柱与旋压模具顶端端面的圆孔相匹配；空心圆柱的侧表面上有通孔；

所述的第一压紧螺栓用于将压环和高稀土镁合金筒坯固定连接；

所述的卸料环包括圆环和两翼，两翼固定连接在圆环上；

卸料环套装在旋压模具上且靠近底端垭口处；

将压环、第一压紧螺栓和高稀土镁合金筒坯套装在旋压模具上。

旋压模具、压环、第一压紧螺栓和卸料环的材质均为A3钢。

所述的旋压模具底端的垭口用于与旋压设备进行固定连接，旋压模具的圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯的内径相匹配，使高稀土镁合金筒坯能够套装在旋压模具的圆柱上；旋压模具的圆柱的外径为Φ750～800mm，旋压模具的圆柱的高度为800～900mm，旋压模具的圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，旋压模具的圆柱的中心孔的深度距离顶端为400～600mm。

旋压模具的圆柱的顶端端面均匀分布8个圆孔，上述8个圆孔的圆心均位于一个同心圆上，定义圆柱中心孔直径为a，圆柱的外径为b，则此同心圆的直径为0.5a+0.5b，上述8个圆孔的直径均为Φ50～75mm，上述8个圆孔的深度距离顶端均为50～70mm。

所述的卸料环中的圆环与两翼通过第二压紧螺栓固定连接，卸料环中的圆环的内径比高稀土镁合金筒坯的内径大2～4mm，卸料环中的圆环的内径比成形后的高稀土镁合金筒形旋压件的外径小2～4mm，卸料环中的圆环的外径为Φ1200～1300mm，卸料环中的圆环的厚度为40～60mm，两翼为长方形板，长方形板的长、宽、厚分别为300～500mm、60～120mm、40～60mm，且分别位于卸料环中的圆环的左、右两侧。

所述的两翼和圆环上均带有4个圆孔，且两翼上的4个圆孔和圆环上的4个圆孔相匹配，第二压紧螺栓的数量为4个，4个第二压紧螺栓分别穿过两翼和圆环上的4个圆孔后将两翼和圆环固定连接在一起；两翼和圆环上的4个圆孔的直径均为Φ16～24mm。

压环套装在高稀土镁合金筒坯上并通过第一压紧螺栓进行固定；将压环、第一压紧螺栓和高稀土镁合金筒坯形成的整体称为组合件A，将组合件A套装在旋压模具上，并通过压环底端的实心小圆柱与旋压模具顶端的圆孔的配合连接实现高稀土镁合金筒坯和旋压模具之间扭矩的传递。

一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模方法，该方法的步骤包括：

步骤(一)，将旋压模具固定安装在旋压设备上；

步骤(二)，将压环通过第一压紧螺栓与高稀土镁合金筒坯连接在一起；

步骤(三)，将步骤(二)中的组合件A放入热处理炉中进行预热，热处理炉中温度为300～350℃，预热时间为1.5～2h；

步骤(四)，将卸料环套装在旋压模具上，然后将步骤(三)中预热到温的组合件A与旋压模具固定连接在一起；

步骤(五)，开始旋压，直至将高稀土镁合金筒坯旋制为所需的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件；

步骤(六)，旋压结束后，使用旋压设备的外置卸料装置分别顶住卸料环的两翼，使压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体与旋压模具分离；

步骤(七)，将脱模后的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体放入水槽中进行冷却；

步骤(八)，将通过步骤(七)冷却下来的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从水槽中取出，然后放入到热处理炉中进行时效处理，时效温度为220～260℃，保温时间为6～8h；

步骤(九)，将通过步骤(八)时效结束后的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从热处理炉中取出，冷却到室温后松开第一压紧螺栓，得到大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件。

所述的步骤(二)中，得到组合件A的具体过程如下：第一压紧螺栓穿过压环的侧面的8个圆孔，从而将高稀土镁合金旋压筒坯与压环固定连接在一起，拧紧力矩为20～30N·m，以确保第一压紧螺栓的螺纹不穿透高稀土镁合金筒坯的内表面，第一压紧螺栓的螺纹端面恰好与旋压模具临界接触，即第一压紧螺栓并不向旋压模具传递压力。

所述的步骤(四)中，将组合件A与旋压模具固定连接在一起中的吊运的时间为5s、装模的时间为8～10s，具体过程如下：首先将组合件A吊运至旋压设备正前方，然后将组合件A中的高稀土镁合金筒坯套入旋压模具上，接着敲击压环的底端外侧，使压环中位于底端内侧的8个实心小圆柱同时镶嵌进入到旋压模具顶端端面的8个圆孔内，从而实现了压环与旋压模具的固定连接。

所述的步骤(六)中，压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体与旋压模具分离，即实现快速脱模，脱模时间为8～9s。

所述的步骤(六)和(七)中，从快速脱模至整体入水总用时12～15s，其中，快速脱模用时8～9s、吊运入水用时4～6s。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明针对大尺寸高性能高稀土镁合金筒形旋压件的结构特点和其材料特性，设计了一体化的快速装/脱模工装，采用顶端带圆孔的旋压模具+底端带实心小圆柱的压环+压紧螺栓+卸料环的结构设计，使得高稀土镁合金筒坯及筒形旋压件与一体化的快速装/脱模工装匹配良好，提高了装配效率，避免或者消除了高温装配时的安全隐患，有助于提高大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量和力学性能。

(2)本发明一体化的快速装/脱模工装，压环与高稀土镁合金筒坯通过压紧螺栓固定连接在一起后整体置入热处理炉中预热，提高了热效率，降低了能耗，同时提高了高稀土镁合金筒坯各区域温度的均匀性；

(3)本发明一体化的快速装/脱模工装，压环底端的实心小圆柱可快速镶嵌入旋压模具顶端的圆孔内，从而实现快速装模，保障了旋压变形的起始温度，有助于提高大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形精度，操作过程简单、高效，适宜于批量处理；

(4)本发明一体化的快速装/脱模工装，卸料环可借助旋压设备外置卸料装置传递的压力实现快速脱模及冷却，避免了大尺寸高稀土镁合金旋压件在缓冷过程中形成严重危害其力学性能的、粗大的片状析出相，保障了大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件的力学性能；

(5)本发明一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法工序简单，具有较强的可操作性和实用性。

(6)本发明涉及一种大尺寸高稀土镁合金筒形件的快速装/脱模工装及装/脱模方法，针对高稀土镁合金筒形旋压件的结构特点和其材料特性，设计了一体化的快速装/脱模工装，采用顶端带圆孔的旋压模具+底端带实心小圆柱的压环+压紧螺栓+卸料环的结构设计，实现了高稀土镁合金筒坯及筒形旋压件的快速装/脱模，保障了旋压变形的起始温度，提高了工作效率，避免或者消除了高温装配时的安全隐患，有助于提高大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量；另外，防止了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件在旋压结束后的缓慢冷却过程中形成危害力学性能的、粗大的片状析出相，为其获得高性能提供了保障。本发明操作过程简单、高效，适宜于批量处理，具有较强的可操作性和实用性。

附图说明

图1为本发明的快速装/脱模工装结构示意图；

图2为卸料环的结构示意图；

图3a为旋压模具的结构示意图(从顶端看)；

图3b为旋压模具的结构示意图(从底端看)；

图4a为压环的结构示意图(从内侧看)；

图4b为压环的结构示意图(从外侧看)；

图5为旋压变形后获得待成形构件的结构示意图。

具体实施方式

一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，该装/脱模工装包括旋压模具1、压环2、第一压紧螺栓3和卸料环5；旋压模具1、压环2、第一压紧螺栓3和卸料环5的材质均为A3钢；

所述的旋压模具1为带有非贯通中心孔的圆柱，圆柱的底端带有垭口，该垭口用于与旋压设备进行固定连接，圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯4的内径相匹配，使高稀土镁合金筒坯4能够套装在圆柱上；圆柱的外径为Φ750～800mm，圆柱的高度为800～900mm，圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，圆柱的中心孔的深度为400～600mm(距离顶端)；

规定圆柱垭口一端为圆柱的底端，圆柱的另一端为圆柱的顶端；

圆柱的顶端端面均匀分布8个圆孔，上述8个圆孔的圆心均位于一个同心圆上(若圆柱中心孔直径为a，圆柱的外径为b，则此同心圆的直径为0.5a+0.5b)，上述8个圆孔的直径均为Φ50～75mm，上述8个圆孔的深度均为50～70mm(距离顶端)；

所述的压环2为带有底端的空心圆柱，底端为圆环，底端圆环的内侧上一体成型有均布的8个实心小圆柱，该8个实心小圆柱与旋压模具1顶端端面的8个圆孔相匹配，即此8个实心小圆柱恰好可以全部进入8个圆孔内，上述8个实心小圆柱的高度均为30～50mm；压环2中底端圆环的内径与旋压模具1中心孔的直径一致；底端圆环的厚度为30～50mm，压环2的内径与高稀土镁合金筒坯4的外径相匹配，使压环2能够套装在高稀土镁合金筒坯4上；压环2的高度为100～150mm，压环2侧面的壁厚为20～40mm；

规定8个实心小圆柱所在的一侧为压环2底端内侧，而另一侧为压环2底端外侧；

压环2的侧表面上有8个通孔，这8个通孔的圆心连接在一起形成的同心圆与压环2的顶端和压环2的底端的距离一致；且8个通孔的直径均为Φ16～24mm；

所述的第一压紧螺栓3的数量为8个，其用于将压环2和高稀土镁合金筒坯4固定连接；

所述的卸料环5包括圆环以及通过第二压紧螺栓8固定连接在圆环上的两翼，卸料环5中的圆环的内径比高稀土镁合金筒坯4的内径大2～4mm，卸料环5中的圆环的内径比成形后的高稀土镁合金筒形旋压件9的外径小2～4mm，卸料环5中的圆环的外径为Φ1200～1300mm，卸料环5中的圆环的厚度为40～60mm，两翼为长方形板(长方形板的长、宽、厚分别为300～500mm、60～120mm、40～60mm)且分别位于卸料环5中的圆环的左、右两侧；

所述的两翼和圆环上均带有4个圆孔，且两翼上的4个圆孔和圆环上的4个圆孔相匹配，第二压紧螺栓8的数量为4个，4个第二压紧螺栓8分别穿过两翼和圆环上的4个圆孔后将两翼和圆环固定连接在一起；两翼和圆环上的4个圆孔的直径均为Φ16～24mm；

通过旋压模具1上的垭口将旋压模具1固定安装在旋压设备上；将卸料环5套装在旋压模具1上且靠近底端垭口处；将压环2套装在高稀土镁合金筒坯4上并通过第一压紧螺栓3进行固定；将压环2、第一压紧螺栓3和高稀土镁合金筒坯4形成的整体称为组合件A，将组合件A套装在旋压模具1上，并通过压环2底端的实心小圆柱与旋压模具1顶端的圆孔的配合连接实现高稀土镁合金筒坯4和旋压模具1之间扭矩的传递。

一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模方法，该方法的步骤包括：

步骤(一)、将旋压模具1固定安装在旋压设备上；

步骤(二)、将压环2通过第一压紧螺栓3与高稀土镁合金筒坯4连接在一起，得到组合件A，具体过程如下：第一压紧螺栓3穿过压环2的侧面的8个圆孔，从而将高稀土镁合金旋压筒坯4(高稀土镁合金筒坯4与压环2接触的一侧沿周向均匀分布8个圆孔，高稀土镁合金筒坯4的圆孔位置与压环2的圆孔位置相匹配，即每一个第一压紧螺栓3均可以依次穿过压环2的侧面的圆孔和高稀土镁合金筒坯4上的圆孔)与压环2固定连接在一起，拧紧力矩为20～30N·m，以确保第一压紧螺栓3的螺纹不穿透高稀土镁合金筒坯4的内表面(第一压紧螺栓3的螺纹端面恰好与旋压模具1临界接触，即第一压紧螺栓3并不向旋压模具1传递压力)；

步骤(三)、将步骤(二)中的组合件A放入热处理炉中进行预热，热处理炉中温度为300～350℃，预热时间为1.5～2h；

步骤(四)、将卸料环5套装在旋压模具1上，放置在旋压模具1的底端靠近垭口位置，然后将步骤(三)中预热到温的组合件A与旋压模具1快速固定连接在一起，快速是指吊运的时间为5s、而装模的时间为8～10s，具体过程如下：首先将组合件A吊运至旋压设备正前方，然后将组合件A中的高稀土镁合金筒坯4套入旋压模具1上，接着敲击压环2的底端外侧，使压环2中位于底端内侧的8个实心小圆柱同时镶嵌进入到旋压模具1顶端端面的8个圆孔内，从而实现了压环2与旋压模具1的快速固定连接，而由于压环2与高稀土镁合金筒坯4已经通过第一压紧螺栓3连接固定在一起形成组合件A，因此上述步骤实现了将旋压模具1与组合件A进行快速固定连接，且整个装配时间为8～10s；从而提高了工作效率，降低或者消除了高温下装配连接带来的安全隐患，避免了装配时间较长而引发的高稀土镁合金筒坯4温度降幅较快的问题，保障了旋压变形的起始温度，从而有助于提高待成形高稀土镁合金筒形旋压件的成形精度；

步骤(五)、开始旋压，直至将高稀土镁合金筒坯4旋制为所需的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9；

步骤(六)、旋压结束后，使用旋压设备的外置卸料装置分别顶住卸料环5的两翼，由于卸料环5的内径比高稀土镁合金筒坯4的内径大(即卸料环5的圆环内径高于旋压模具1的外径)，且比大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9的外径小，因此旋压设备外置卸料装置传导给卸料环5的压力可以使压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体快速与旋压模具1分离(即压环2底端内侧的8个实心小圆柱快速与旋压模具1顶端的8个圆孔分离)，从而实现快速脱模，脱模时间为8～9s；

步骤(七)、将脱模后的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体放入水槽中进行快速冷却(即水淬)；从快速脱模至整体入水总用时12～15s(快速脱模用时8～9s、吊运入水用时4～6s)，避免了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9在缓慢冷却过程中其内部产生粗大的片状析出相，从而保障了了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9的力学性能；

步骤(八)、将通过步骤(七)冷却下来的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体从水槽中取出，然后放入到热处理炉中进行时效处理，时效温度为220～260℃，保温时间为6～8h；

步骤(九)、将通过步骤(八)时效结束后的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体从热处理炉中取出，冷却到室温后依次松开8个第一压紧螺栓3，从而实现压环2与大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9分离，得到大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9。

本发明提供一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法；设计了一体化的快速装/脱模工装，且该工装采用顶端带圆孔的旋压模具+底端带实心小圆柱的压环+压紧螺栓+卸料环的结构设计，实现了高稀土镁合金筒坯及筒形旋压件的快速装/脱模，提高了工作效率，避免或者消除了高温装配时的安全隐患，同时有助于提高大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量和力学性能。

本发明提供一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装及装/脱模方法，包括如下步骤，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

(1)设计并制造一体化快速装/脱模工装，如附图1所示，包括旋压模具、压环、压紧螺栓以及卸料环(如附图2所示)，上述构件的材质均为A3钢；

所述的旋压模具为带有非贯通中心孔的圆柱，如附图3a和图3b所示，圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯的内径相匹配，且圆柱的外径为Φ750～800mm，圆柱的高度为800～900mm，圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，圆柱的中心孔的深度为400～600mm(距离顶端)；

圆柱的顶端端面均匀分布8个圆孔，如附图3a所示，上述8个圆孔的圆心均位于一个同心圆上(若圆柱中心孔直径为a，圆柱的外径为b，则此同心圆的直径为0.5a+0.5b)，上述8个圆孔的直径均为Φ50～75mm，上述8个圆孔的深度均为50～70mm(距离顶端)；

所述的压环为带有底端的空心圆柱，如附图4a和图4b所示，底端为圆环，底端圆环的内侧上一体成型有均布的8个实心小圆柱，如附图4a所示，该8个实心小圆柱与旋压模具顶端端面的8个圆孔相匹配，即此8个实心小圆柱恰好可以全部进入8个圆孔内，上述8个实心小圆柱的高度均为30～50mm；压环中底端圆环的内径与旋压模具中心孔的直径一致；底端圆环的厚度为30～50mm，压环的内径与高稀土镁合金筒坯的外径相匹配；压环的高度为100～150mm，压环的侧面的壁厚为20～40mm；

压环的侧表面上有8个通孔，如附图4b所示，这8个通孔的圆心连接在一起形成的同心圆与压环顶端和压环底端的距离一致；且8个通孔的直径均为Φ16～24mm；

所述的第一压紧螺栓的数量为8个，其用于将压环和高稀土镁合金筒坯固定连接；

所述的卸料环包括圆环以及通过第二压紧螺栓固定连接在圆环上的两翼，卸料环中的圆环的内径比高稀土镁合金筒坯的内径大2～4mm，卸料环中的圆环的内径比成形后的高稀土镁合金筒形旋压件的外径小2～4mm，卸料环中的圆环的外径为Φ1200～1300mm，卸料环中的圆环的厚度为40～60mm，两翼为长方形板(长方形板的长、宽、厚分别为300～500mm、60～120mm、40～60mm)且分别位于卸料环中的圆环的左、右两侧；

所述的两翼和圆环上均带有4个圆孔，且两翼上的4个圆孔和圆环上的4个圆孔相匹配，第二压紧螺栓的数量为4个，4个第二压紧螺栓分别穿过两翼和圆环上的4个圆孔后将两翼和圆环固定连接在一起；两翼和圆环上的4个圆孔的直径均为Φ16～24mm，如附图2所示；

(2)将旋压模具固定安装在旋压设备上；

(3)将压环通过第一压紧螺栓与高稀土镁合金筒坯连接在一起，得到组合件A，具体过程如下：第一压紧螺栓穿过压环的侧面的8个圆孔，从而将高稀土镁合金旋压筒坯(高稀土镁合金筒坯与压环接触的一侧沿周向均匀分布8个圆孔，高稀土镁合金筒坯的圆孔位置与压环的圆孔位置相匹配且直径均一致，即每一个第一压紧螺栓均可以依次穿过压环的侧面的圆孔和高稀土镁合金筒坯上的圆孔)与压环固定连接在一起，拧紧力矩为20～30N·m，以确保第一压紧螺栓的螺纹不穿透高稀土镁合金筒坯的内表面；

(4)将步骤(3)中的组合件A放入热处理炉中进行预热，热处理炉中温度为300～350℃，预热时间为1.5～2h；

(5)将卸料环套装在旋压模具上，放置在旋压模具的底端靠近垭口位置，然后将步骤(4)中预热到温的组合件A与旋压模具快速固定连接在一起，快速是指吊运的时间为5s、而装模的时间为8～10s，具体过程如下：首先将组合件A吊运至旋压设备正前方，然后将组合件A中的高稀土镁合金筒坯套入旋压模具上，接着敲击压环的底端外侧，使压环中位于底端内侧的8个实心小圆柱同时镶嵌进入到旋压模具顶端端面的8个圆孔内，从而实现了压环与旋压模具的快速固定连接，而由于压环与高稀土镁合金筒坯已经通过第一压紧螺栓连接固定在一起形成组合件A，因此上述步骤实现了将旋压模具与组合件A的快速固定连接，且整个装配时间为8～10s；从而提高了工作效率，降低或者消除了高温下装配连接带来的安全隐患，避免了装配时间较长而引发的高稀土镁合金筒坯温度降幅较快的问题，保障了旋压变形的起始温度，从而有助于提高待成形高稀土镁合金筒形旋压件的成形精度；

(6)开始旋压，直至将高稀土镁合金筒坯旋制为所需的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件，如附图5所示；

(7)旋压结束后，使用旋压设备的外置卸料装置分别顶住卸料环的两翼，由于卸料环的内径比高稀土镁合金筒坯的内径大(即卸料环的圆环内径高于旋压模具的外径)，且比大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的外径小，因此旋压设备外置卸料装置传导给卸料环的压力可以使压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体快速与旋压模具分离(即压环底端内侧的8个实心小圆柱快速与旋压模具顶端的8个圆孔分离)，从而实现快速脱模，脱模时间为8～9s；

(8)将脱模后的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体放入水槽中进行快速冷却(即水淬)；从快速脱模至整体入水总用时12～15s(快速脱模用时8～9s、吊运入水用时4～6s)，避免了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件在缓慢冷却过程中其内部产生粗大的片状析出相，从而保障了了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的力学性能；

(9)将通过步骤(8)冷却下来的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从水槽中取出，然后放入到热处理炉中进行时效处理，时效温度为220～260℃，保温时间为6～8h；

(10)将通过步骤(9)时效结束后的压环、第一压紧螺栓及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从热处理炉中取出，冷却到室温后依次松开8个第一压紧螺栓，从而实现压环与大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件分离，得到大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件。

实施例1

本实施例中，大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件的原材料为Mg-Y-Nd-Zr系稀土镁合金，其稀土含量为12％，筒形件的内径为Ф750mm，高度为650mm，壁厚为4mm。以下为快速装/脱模工装及装/脱模方法的具体过程：

步骤(一)设计并制造一体化快速装/脱模工装，如附图1所示，包括旋压模具1、压环2、第一压紧螺栓3以及卸料环5(如附图2所示)，上述构件的材质均为A3钢；

旋压模具1中第一空心圆柱6的外径与高稀土镁合金筒坯4的内径相匹配，为Φ749.98mm，如附图3所示，第一空心圆柱6的高度为900mm，其中心孔直径为Φ550mm，中心孔的深度为600mm，第一空心圆柱6的顶端端面均匀分布8个圆孔且直径均为Φ60mm、深度均为70mm，如附图3a所示；

压环2为包括带中心孔的底端和侧面带圆孔的第二空心圆柱7，底端中心孔直径Φ550mm，底端厚度为40mm，第二空心圆柱7的内径与高稀土镁合金筒坯4的外径相匹配且为Φ780mm，高度为120mm，厚度为30mm，如附图4所示；压环2中底端8个实心小圆柱的直径与旋压模具上顶端8个圆孔的直径相匹配且为Φ59.97mm，上述8个实心小圆柱的高度均为50mm；第二空心圆柱7侧面的8个圆孔直径均为Φ16mm，如附图4b所示；

第一压紧螺栓3的数量为8个，其用于将压环2和高稀土镁合金筒坯4固定连接，如附图1所示；

卸料环5为包括中心圆环、两翼以及第二压紧螺栓8，如附图2所示，其中中心圆环的内径比高稀土镁合金筒坯4的内径大4mm，并且比高稀土镁合金筒形旋压件9的外径小4mm，即中心圆环的内径为Φ754mm，中心圆环的外径为Φ1300mm，中心圆环的厚度为40mm，两翼为长方形板(长、宽、厚分别为400mm、100mm、40mm)且分别位于中心圆环的左、右两侧，两翼的4个圆孔位置与中心圆环上4个圆孔的位置相匹配，且上述圆孔的直径均为Φ24mm，第二压紧螺栓8的数量为4个，其分别穿过中心圆环和两翼上的相应圆孔，从而将中心圆环和两翼固定连接在一起，如附图2所示；

步骤(二)、将旋压模具1固定安装在旋压设备上；

步骤(三)、将压环2通过第一压紧螺栓3与高稀土镁合金筒坯4连接在一起，得到组合件A，具体过程如下：第一压紧螺栓3穿过压环2的侧面的8个圆孔，从而将高稀土镁合金旋压筒坯4(高稀土镁合金筒坯4与压环2接触的一侧沿周向均匀分布8个圆孔，高稀土镁合金筒坯4的圆孔位置与压环2的圆孔位置相匹配，即每一个第一压紧螺栓3均可以依次穿过压环2的侧面的圆孔和高稀土镁合金筒坯4上的圆孔)与压环2固定连接在一起，拧紧力矩为30N·m，以确保第一压紧螺栓3的螺纹不穿透高稀土镁合金筒坯4的内表面，即有效连接的螺纹深度为45mm；

步骤(四)、将步骤(三)中的组合件A放入热处理炉中进行预热，热处理炉中温度为350℃，预热时间为2h；

步骤(五)、将卸料环5穿过旋压模具1的第一空心圆柱6，放置在旋压模具1的底端靠近垭口位置，然后将步骤(四)中预热到温的组合件A与旋压模具1快速固定连接在一起，快速是指吊运的时间为5s、而装模的时间为8s，具体过程如下：首先将高稀土镁合金筒坯4套入旋压模具1的第一空心圆柱6上，然后敲击压环2的底端外侧，使压环2中位于底端内侧的8个圆柱同时镶嵌进入到旋压模具1顶端端面的8个圆孔内，从而实现了压环2与旋压模具1的快速固定连接，而由于压环2与高稀土镁合金筒坯4已经通过第一压紧螺栓3连接固定在一起形成组合件A，因此上述步骤实现了快速将旋压模具1、压环2、第一压紧螺栓3及高稀土镁合金筒坯4进行固定连接，且整个装配时间为8s；从而提高了工作效率，降低或者消除了高温下装配连接带来的安全隐患，避免了装配时间较长而引发的高稀土镁合金筒坯4温度降幅较快的问题，保障了旋压变形的起始温度，从而有助于提高待成形高稀土镁合金筒形旋压件的成形精度；

步骤(六)、开始旋压，直至将高稀土镁合金筒坯4旋制为所需的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9，如附图5所示；

步骤(七)、旋压结束后，使用旋压设备的外置卸料装置分别顶住卸料环5的两翼，由于其中心圆环内径比高稀土镁合金筒坯4的内径大(即卸料环5的中心圆环内径高于旋压模具1中空心圆柱6的外径)，且比大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9的外径小，因此旋压设备外置卸料装置传导给卸料环5的压力可以使压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体快速与旋压模具1分离(即压环2底端内侧的8个实心小圆柱快速与旋压模具1顶端的8个圆孔分离)，从而实现快速脱模，脱模时间为9s；

步骤(八)、将脱模后的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体放入水槽中进行快速冷却(即水淬)；从快速脱模至整体入水总用时13s(快速脱模用时9s、吊运入水用时4s)，避免了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9在缓慢冷却过程中其内部产生粗大的片状析出相，从而保障了了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9的力学性能；

步骤(九)、将通过步骤(八)冷却下来的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体从水槽中取出，然后放入到热处理炉中进行时效处理，时效温度为220℃，保温时间为6h；

步骤(十)、将通过步骤(九)时效结束后的压环2、第一压紧螺栓3及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9整体从热处理炉中取出，冷却到室温后依次松开8个第一压紧螺栓3，从而实现压环2与大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件9分离。

在本实施例中，通过采用一体化的快速装/脱模工装，实现了高稀土镁合金筒坯及筒形旋压件的快速装/脱模，提高了装配效率，避免或者消除了高温装配时的安全隐患，保障了旋压变形的起始温度，同时防止旋压结束后大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件在缓慢冷却过程中其内部形成粗大的片状析出相使其性能大幅降低(该析出相将恶化其力学性能)，提高了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量和力学性能，根据GB/T 16865-1997《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样》进行拉伸样品取样并且根据GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验》第一部分(室温试验方法)进行室温拉伸性能检测，结果显示时效后其抗拉强度为385MPa、延伸率为12％。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：该装/脱模工装包括旋压模具(1)、压环(2)、第一压紧螺栓(3)和卸料环(5)；

所述的旋压模具(1)为带有非贯通中心孔的圆柱，圆柱的底端带有垭口，圆柱的顶端端面有圆孔；

所述的压环(2)为带有底端的空心圆柱，底端为圆环，圆环的内侧上带有实心小圆柱；实心小圆柱与旋压模具(1)顶端端面的圆孔相匹配；空心圆柱的侧表面上有通孔；

所述的第一压紧螺栓(3)用于将压环(2)和高稀土镁合金筒坯(4)固定连接；

所述的卸料环(5)包括圆环和两翼，两翼固定连接在圆环上；

卸料环(5)套装在旋压模具(1)上且靠近底端垭口处；

将压环(2)、第一压紧螺栓(3)和高稀土镁合金筒坯(4)套装在旋压模具(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：旋压模具(1)、压环(2)、第一压紧螺栓(3)和卸料环(5)的材质均为A3钢。

3.根据权利要求1所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：所述的旋压模具(1)底端的垭口用于与旋压设备进行固定连接，旋压模具(1)的圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯(4)的内径相匹配，使高稀土镁合金筒坯(4)能够套装在旋压模具(1)的圆柱上；旋压模具(1)的圆柱的外径为Φ750～800mm，旋压模具(1)的圆柱的高度为800～900mm，旋压模具(1)的圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，旋压模具(1)的圆柱的中心孔的深度距离顶端为400～600mm。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：旋压模具(1)的圆柱的顶端端面均匀分布8个圆孔，上述8个圆孔的圆心均位于一个同心圆上，定义圆柱中心孔直径为a，圆柱的外径为b，则此同心圆的直径为0.5a+0.5b，上述8个圆孔的直径均为Φ50～75mm，上述8个圆孔的深度距离顶端均为50～70mm。

5.根据权利要求1所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：所述的卸料环(5)中的圆环与两翼通过第二压紧螺栓固定连接，卸料环(5)中的圆环的内径比高稀土镁合金筒坯(4)的内径大2～4mm，卸料环(5)中的圆环的内径比成形后的高稀土镁合金筒形旋压件的外径小2～4mm，卸料环(5)中的圆环的外径为Φ1200～1300mm，卸料环(5)中的圆环的厚度为40～60mm，两翼为长方形板，长方形板的长、宽、厚分别为300～500mm、60～120mm、40～60mm，且分别位于卸料环(5)中的圆环的左、右两侧。

6.根据权利要求5所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：所述的两翼和圆环上均带有4个圆孔，且两翼上的4个圆孔和圆环上的4个圆孔相匹配，第二压紧螺栓的数量为4个，4个第二压紧螺栓分别穿过两翼和圆环上的4个圆孔后将两翼和圆环固定连接在一起；两翼和圆环上的4个圆孔的直径均为Φ16～24mm。

7.根据权利要求1所述的一种大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件快速装/脱模工装，其特征在于：压环(2)套装在高稀土镁合金筒坯(4)上并通过第一压紧螺栓(3)进行固定；将压环(2)、第一压紧螺栓(3)和高稀土镁合金筒坯(4)形成的整体称为组合件A，将组合件A套装在旋压模具(1)上，并通过压环(2)底端的实心小圆柱与旋压模具(1)顶端的圆孔的配合连接实现高稀土镁合金筒坯(4)和旋压模具(1)之间扭矩的传递。

8.一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模方法，其特征在于该方法的步骤包括：

步骤(一)，将旋压模具(1)固定安装在旋压设备上；

步骤(二)，将压环(2)通过第一压紧螺栓(3)与高稀土镁合金筒坯(4)连接在一起；

步骤(三)，将步骤(二)中的组合件A放入热处理炉中进行预热，热处理炉中温度为300～350℃，预热时间为1.5～2h；

步骤(四)，将卸料环(5)套装在旋压模具(1)上，然后将步骤(三)中预热到温的组合件A与旋压模具(1)固定连接在一起；

步骤(五)，开始旋压，直至将高稀土镁合金筒坯(4)旋制为所需的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件；

步骤(六)，旋压结束后，使用旋压设备的外置卸料装置分别顶住卸料环(5)的两翼，使压环(2)、第一压紧螺栓(3)及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体与旋压模具(1)分离；

步骤(七)，将脱模后的压环(2)、第一压紧螺栓(3)及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体放入水槽中进行冷却；

步骤(八)，将通过步骤(七)冷却下来的压环(2)、第一压紧螺栓(3)及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从水槽中取出，然后放入到热处理炉中进行时效处理，时效温度为220～260℃，保温时间为6～8h；

步骤(九)，将通过步骤(八)时效结束后的压环(2)、第一压紧螺栓(3)及大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件整体从热处理炉中取出，冷却到室温后松开第一压紧螺栓，得到大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件。

9.根据权利要求8所述的一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模方法，其特征在于：所述的步骤(二)中，得到组合件A的具体过程如下：第一压紧螺栓(3)穿过压环(2)的侧面的8个圆孔，从而将高稀土镁合金旋压筒坯(4)与压环(2)固定连接在一起，拧紧力矩为20～30N·m，以确保第一压紧螺栓(3)的螺纹不穿透高稀土镁合金筒坯(4)的内表面，第一压紧螺栓(3)的螺纹端面恰好与旋压模具(1)临界接触，即第一压紧螺栓(3)并不向旋压模具(1)传递压力。

10.根据权利要求8所述的一种大尺寸高稀土镁合金筒形件快速装/脱模方法，其特征在于：所述的步骤(四)中，将组合件A与旋压模具(1)固定连接在一起中的吊运的时间为5s、装模的时间为8～10s，具体过程如下：首先将组合件A吊运至旋压设备正前方，然后将组合件A中的高稀土镁合金筒坯(4)套入旋压模具(1)上，接着敲击压环(2)的底端外侧，使压环(2)中位于底端内侧的8个实心小圆柱同时镶嵌进入到旋压模具(1)顶端端面的8个圆孔内，从而实现了压环(2)与旋压模具(1)的固定连接。