CN109514190B - 一种铝合金内衬旋压成型方法及旋压工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金内衬旋压成型方法及成型工装，该方法包括以下步骤：坯料加工；将合金板料加工成预设规格的变壁厚的圆形坯料，对得到的圆形坯料进行热处理及探伤处理；旋压成型；退火处理；将经旋压成型得到的铝合金内衬送热处理去应力退火；机加工；将经过退火处理后的铝合金内衬进行机加工，以去除双面加工余量。该方法解决了传统焊接成型方案易出现的焊后变形及焊接缺陷等质量问题，旋压的零件贴模质量好、精度高，零件一致性好，零件稳定性较高。

Description

一种铝合金内衬旋压成型方法及旋压工装

技术领域

本发明涉及铝合金内衬加工技术领域，特别涉及一种铝合金内衬旋压成型方法及旋压工装。

背景技术

铝合金内衬是燃料贮存工具，具有性能稳定、燃料存放量大、同比柱状贮存工具体积小等优点。在现有技术中，该种合金内衬式的燃料贮存工具由两个半球结构件和两个接管咀组焊而成，由于组焊零件较多，使得内衬至少存在三条焊缝，焊缝处强度较差，易发生断裂；燃料贮存工具对焊接质量要求极高，一般均为I级焊缝，导致焊接质量难以控制，废品率较高；同时，接管咀与球体为弧面对接焊接难度较大，易出现焊后零件形状易超差，焊后零件X光检测及试样检测不合格、试验过程焊接位置泄漏等质量问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种铝合金内衬旋压成型方法及旋压工装，以解决上述至少一个问题。

为了解决上述问题，本发明提供一种铝合金内衬旋压成型方法，包括以下步骤：

坯料加工；将合金板料加工成预设规格的变壁厚的圆形坯料，对得到的圆形坯料进行热处理及探伤处理；

旋压成型；将经探伤处理合格的圆形坯料装夹于旋压工装，启动旋压设备，在旋压设备施加于旋压工装的旋轮上的轴向力和径向力作用下，使圆形坯料发生连续的塑性变形，以完成圆形坯料的旋压成型并得到半球形的铝合金内衬；

退火处理；将经旋压成型得到的铝合金内衬送热处理去应力退火；

机加工；将经过退火处理后的铝合金内衬进行机加工，以去除双面加工余量。

进一步地，

在坯料加工之后、旋压成型之前，还包括以下步骤：

预成型；采用带球面内腔的尾顶墩压对圆形坯料进行预成型加工，使用百分表检查旋压工装的旋轮外圆最高点、找正芯模柱面和顶部球面的圆跳动，旋轮外圆最高点和找正芯模柱面的圆跳动均不大于0.1mm，顶部球面的圆跳动不大于0.2mm，调节旋轮与芯模球面之间的间隙，使得该间隙为12mm。

进一步地，

在步骤坯料加工中，所述预设规格的变壁厚的圆形坯料的坯料直径为835mm，所述圆形坯料的一端具有小端直径为43.8mm的锥形凸台。

进一步地，在步骤坯料加工中，所述对得到的圆形坯料进行热处理具体为：

热处理的退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min，冷却方式为空冷；

进一步地，在步骤坯料加工中，所述对得到的圆形坯料进行探伤处理具体为：

探伤处理为超声波探伤，超声波探伤按GB/T6519进行检测，要求坯料等级不低于A级。

进一步地，在旋压成型步骤中，所述旋压成型包括以下步骤：

配置好二硫化钼油剂，在芯模及圆形坯料的外圆表面涂覆二硫化钼油剂涂层，旋压过程连续对旋轮进行润滑；

采用加热旋压，旋压前先对圆形坯料进行预热，预热时间为10min～15min，红外测温仪检测加热温度在250℃～300℃后开始旋压，旋压过程时应控制旋轮前端坯料温度在260℃～300℃；

经过多道次旋压以得到成型的铝合金内衬；

旋压结束后松开尾顶，待零件冷却后脱模。

进一步地，在旋压成型步骤中，所述经过多道次旋压以得到成型的铝合金内衬包括：

第一道次旋压；所述第一道次旋压采用R20单旋轮旋压，保证零件高度74.8mm球面区域完全贴模，第一道次旋压结束后更换旋轮，将左右旋轮更换为R30双旋轮；

第二道次旋压；所述第二道次旋压采用双旋轮普旋放倒坯料，保证坯料与芯模夹角由90°减小至60°，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min；

组合旋压；后段零件采用多道次普旋与强旋相结合的旋压方式。

进一步地，在旋压成型步骤中，所述组合旋压具体为：

强旋逐段贴胎、普旋逐步降低坯料外径，坯料与芯模夹角由60°减小至0°，直至球面完全贴模，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min，此段为多道次旋压成型，最后道次保证直段贴模效果采用负角度贴模。

进一步地，在退火处理步骤中，退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min。

本发明还提供一种旋压工装，用于如上所述的铝合金内衬旋压成型方法中，所述旋压工装包括芯模、转接盘、尾顶、旋轮和旋轮基座；

所述芯模与所述转接盘固定连接，所述转接盘具有U形缺口和凸台，所述U形缺口用于与旋压设备的卡盘T形槽相对齐，所述凸台装入所述旋压设备的卡盘中心圆孔中，并与所述卡盘固定连接；

所述尾顶与圆形坯料相固定，并带动所述圆形坯料随芯模运动；

所述旋轮包括第一旋轮和第二旋轮，所述第一旋轮为高度74.8mm的球面R20单旋轮，所述第二旋轮为球面R30双旋轮，所述第一旋轮和所述第二旋轮均安装在45°设置的旋轮基座上。

本发明提供一种铝合金内衬旋压成型方法，可成型复杂型面球类产品，实现接管组与球体整体成型，成型后工件达到设计图纸尺寸要求，精度较高，保证机械加工工作量，减少焊缝数量，极大减小了焊接质量缺陷，提升了生产效率。同时，该成型方法实用性强，采用该工艺方法和工装旋压过程稳定可靠，零件表面质量好，无质量缺陷。这样，该方法解决了传统焊接成型方案易出现的焊后变形及焊接缺陷等质量问题，旋压的零件贴模质量好、精度高，零件一致性好，零件稳定性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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方式，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为本发明提供的铝合金内衬旋压成型方法一种具体实施方式的流程示意图；

图2为本发明所提供的成型方法所需加工成型的铝合金内衬旋压产品示意图；

图3为图2所示产品的坯料示意图；

图4为本发明所提供的旋压工装一种具体实施方式的结构示意图；

图5为图4所示旋压工装中转接盘结构示意图；

图6为图4所示旋压工装中尾顶结构示意图；

图7为图4所述旋压工装中第一旋轮的结构示意图；

图8为图4所述旋压工装中第二旋轮的结构示意图。

附图标记说明：

100－铝合金内衬200－坯料

1－转接盘2－尾顶3－第一旋轮4－第二旋轮5－芯模

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

请参考图1，图1为本发明所提供的铝合金内衬旋压成型方法一种具体实施方式的结构示意图。

在一种具体实施方式中，本发明提供一种铝合金内衬旋压成型方法用于加工如图2所示的铝合金内衬100，该实施例以铝合金内衬100为例，该铝合金内衬100为标准回转体结构，球面由多曲率半径组合而成，零件高度374mm，零件壁厚12～24mm，材料为5A06铝合金。

该旋压成型方法包括以下步骤：

S1：坯料加工；将合金板料加工成预设规格的变壁厚的圆形坯料200(如图3所示)，对得到的圆形坯料200进行热处理及探伤处理。

在步骤S1坯料加工中，所述预设规格的变壁厚的圆形坯料200的坯料200直径为835mm，所述圆形坯料200的一端具有小端直径为43.8mm的锥形凸台，所述对得到的圆形坯料200进行热处理具体为：热处理的退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min，冷却方式为空冷；所述对得到的圆形坯料200进行探伤处理具体为：探伤处理为超声波探伤，超声波探伤按GB/T6519进行检测，要求坯料200等级不低于A级。

S2：预成型；采用带球面内腔的尾顶2墩压对圆形坯料200进行预成型加工，使用百分表检查旋压工装的旋轮外圆最高点、找正芯模5柱面和顶部球面的圆跳动，旋轮外圆最高点和找正芯模5柱面的圆跳动均不大于0.1mm，顶部球面的圆跳动不大于0.2mm，调节旋轮与芯模5球面之间的间隙，使得该间隙为12mm。墩压前将坯料200吊装在芯模5与尾顶2之间，保证坯料200准确放置到位，尾顶2墩压坯料200，压力调至10Mpa，使坯料200与芯模5完全贴合，确保旋压时尾顶2与坯料200接触面足够大，旋压过程中坯料200与芯模5不发生相对运动。

S3：旋压成型；将经探伤处理合格的圆形坯料200装夹于旋压工装，启动旋压设备，在旋压设备施加于旋压工装的旋轮上的轴向力和径向力作用下，使圆形坯料200发生连续的塑性变形，以完成圆形坯料200的旋压成型并得到半球形的铝合金内衬100；

在S3旋压成型步骤中，所述旋压成型包括以下步骤：

S31：配置好二硫化钼油剂，在芯模5及圆形坯料200的外圆表面涂覆二硫化钼油剂涂层，旋压过程连续对旋轮进行润滑；

S32：采用加热旋压，旋压前先对圆形坯料200进行预热，预热时间为10min～15min，红外测温仪检测加热温度在250℃～300℃后开始旋压，旋压过程时应控制旋轮前端坯料200温度在260℃～300℃；

S33：经过多道次旋压以得到成型的铝合金内衬100；

S34：旋压结束后松开尾顶2，待零件冷却后脱模。

进一步地，在S3旋压成型步骤中，所述经过多道次旋压以得到成型的铝合金内衬100包括：

第一道次旋压；所述第一道次旋压采用R20圆角单旋轮旋压，保证零件高度74.8mm球面区域完全贴模，第一道次旋压结束后更换旋轮，将左右旋轮更换为R30；

第二道次旋压；所述第二道次旋压采用双旋轮普旋放倒坯料200，保证坯料200与芯模5夹角由90°减小至60°，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min；

组合旋压；后段零件采用多道次普旋与强旋相结合的旋压方式。

在S3旋压成型步骤中，所述组合旋压具体为：

强旋逐段贴胎、普旋逐步降低坯料200外径，坯料200与芯模5夹角由60°减小至0°，直至球面完全贴模，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min，此段为多道次旋压成型，最后道次保证直段贴模效果采用负角度贴模。

S4：退火处理；将经旋压成型得到的铝合金内衬100送热处理去应力退火；在S5退火处理步骤中，退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min。

S5：机加工；将经过退火处理后的铝合金内衬100进行机加工，以去除双面加工余量。

本发明提供一种铝合金内衬旋压成型方法，适用于零件形状复杂，壁厚不均匀，精度高，焊接难度大，接管咀与球体整体成型的的铝合金回转体类产品的成型。通过对旋压工装设计以及旋压成型工艺中旋压尾顶2、转接盘1、旋压芯模5、旋压轨迹、旋压温度、旋轮半径等工艺参数的设定，实现铝合金内衬100的一体旋压成型，与现有焊接工艺相比，减少了焊缝数量，降低了焊缝处断裂的风险。该方法的适用性强，可根据零件球面回转体的结构特点，制订坯料200状态、球面剪切旋压、并铺以加热旋压的旋压成型方案，实现了变壁厚铝合金内衬100接管咀与球体整体旋压成型。该方法可成型复杂型面球类产品，实现接管组与球体整体成型，成型后工件达到设计图纸尺寸要求，精度较高，保证机械加工工作量，减少焊缝数量，极大减小了焊接质量缺陷，提升了生产效率。同时，该成型方法实用性强，采用该工艺方法和工装旋压过程稳定可靠，零件表面质量好，无质量缺陷。这样，该方法解决了传统焊接成型方案易出现的焊后变形及焊接缺陷等质量问题，旋压的零件贴模质量好、精度高，零件一致性好，零件稳定性较高。

除了上述铝内衬旋压成型方法，本发明还提供一种用于该方法的旋压工装，该旋压工装安装在旋压设备上，实现铝合金内衬100的夹紧和安装。

在一种具体实施方式中，本发明提供的旋压工装用于如上所述的铝合金内衬旋压成型方法中，如图4－图8所示，所述旋压工装包括芯模5、转接盘1、尾顶2、旋轮和旋轮基座；其中，所述芯模5与所述转接盘1固定连接，所述转接盘1具有U形缺口和凸台，所述U形缺口用于与旋压设备的卡盘T形槽相对齐，所述凸台装入所述旋压设备的卡盘中心圆孔中，并与所述卡盘固定连接；所述尾顶2与圆形坯料200相固定，并带动所述圆形坯料200随芯模5运动；所述旋轮包括第一旋轮3和第二旋轮4，所述第一旋轮3为高度74.8mm的球面R20单旋轮，所述第二旋轮4为球面R30双旋轮，所述第一旋轮和所述第二旋轮均安装在45°设置的旋轮基座上。

具体地，芯模5与转接盘1通过螺钉连接，将转接盘1的U形缺口与设备卡盘的T形槽对齐，转接盘1的凸台装入设备卡盘中心圆孔中，并后通过螺栓进行固定，芯模5与转接盘1的组合体随设备主轴旋转运动；尾顶2用于固定坯料200随芯模5同步运动，旋轮安装在45°旋轮基座上，通过设备施加在旋轮上的轴向力和径向力作用下，使坯料200发生连续的塑性变形，最终实现零件的旋压成型。

在上述预成型过程中，由于零件的顶部为球面，中心为平面，因设备行程受限，旋轮也无法旋压球心部位，旋压前采用带球面内腔的尾顶2墩压预成型。初始前，采用百分表检查旋轮外圆最高点圆跳动不大于0.1mm，找正芯模5柱面圆跳动不大于0.1mm，顶部球面圆跳动不大于0.2mm；根据零件最终壁厚要求并考虑旋压回弹，调节好旋轮与芯模5球面(除墩压区域外)间隙为12mm。墩压前在坯料200与芯模5固定，将坯料200吊装在芯模5与尾顶2之间，坯料200与尾顶2通过凸台定位，保证坯料200准确放置到位，将坯料200圆心处加热至260℃～300℃，尾顶2墩压坯料200，压力调至10Mpa，使坯料200与芯模5完全贴合，确保旋压时尾顶2与坯料200接触面足够大，旋压过程中坯料200与芯模5不发生相对运动。

在上述旋压成型过程中，配置好二硫化钼油剂，在芯模5外圆表面均匀地刷一层二流化钼油剂，旋压过程连续对旋轮进行润滑；采用加热旋压，旋压前先对坯料200进行预热，预热时间为10min～15min，红外测温仪检测加热温度在260℃～300℃后开始旋压，旋压过程时应控制旋轮前端坯料200温度在260℃～300℃；采用R20圆角单旋轮进行强力旋压，先旋压球面高度74.8mm，保证此段球面贴模；待坯料200冷却后，拆卸坯料200及R20旋轮，并在设备两侧安装R30旋轮；初始前，采用百分表检查两侧旋轮外圆最高点圆跳动不大于0.1mm，旋轮与芯模5间隙12mm；采用五道强旋+五段普旋的旋压方式，强旋逐段贴胎、普旋逐步降低坯料200外径，坯料200与芯模5夹角由90°减小至0°，最后道次收口处采用负角度旋压，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min；旋完后松开尾顶2，待零件冷却后脱模。

本发明提供一种铝合金内衬旋压成型方法，可成型复杂型面球类产品，实现接管组与球体整体成型，成型后工件达到设计图纸尺寸要求，精度较高，保证机械加工工作量，减少焊缝数量，极大减小了焊接质量缺陷，提升了生产效率。同时，该成型方法实用性强，采用该工艺方法和工装旋压过程稳定可靠，零件表面质量好，无质量缺陷。这样，该方法解决了传统焊接成型方案易出现的焊后变形及焊接缺陷等质量问题，旋压的零件贴模质量好、精度高，零件一致性好，零件稳定性较高。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，包括以下步骤：

坯料加工；将合金板料加工成预设规格的变壁厚的圆形坯料，对得到的圆形坯料进行热处理及探伤处理；

预成型；采用带球面内腔的尾顶墩压对圆形坯料进行预成型加工，将所述圆形坯料圆心处加热至260℃～300℃，尾顶墩压所述圆形坯料；

旋压成型；将经探伤处理合格的圆形坯料装夹于旋压工装，所述旋压工装包括芯模、带球面内腔的尾顶和旋轮，所述尾顶用于固定所述圆形坯料随所述芯模同步运动，启动旋压设备，在旋压设备施加于旋压工装的旋轮上的轴向力和径向力作用下，使圆形坯料发生连续的塑性变形，以完成圆形坯料的旋压成型并得到半球形的铝合金内衬；

所述旋压成型经过多道次旋压以得到成型的所述铝合金内衬，所述多道次旋压包括：

第一道次旋压；所述第一道次旋压采用R20单旋轮旋压，保证零件高度74.8mm球面区域完全贴模，第一道次旋压结束后更换旋轮，将左右旋轮更换为R30双旋轮；

第二道次旋压；所述第二道次旋压采用双旋轮普旋放倒坯料，保证坯料与芯模夹角由90°减小至60°，主轴转速为80r/min，普旋进给速度为260mm/min；

组合旋压；后段零件采用多道次普旋与强旋相结合的旋压方式；具体包括：强旋逐段贴胎、普旋逐步降低坯料外径，坯料与芯模夹角由60°减小至0°，直至球面完全贴模，主轴转速为80r/min，强旋进给速度为110mm/min，普旋进给速度为260mm/min，此段为多道次旋压成型，最后道次保证直段贴模效果采用负角度贴模；

退火处理；将经旋压成型得到的铝合金内衬送热处理去应力退火；

机加工；将经过退火处理后的铝合金内衬进行机加工，以去除双面加工余量。

2.如权利要求1所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，

所述预成型，还包括以下步骤：

使用百分表检查旋压工装的旋轮外圆最高点、找正芯模柱面和顶部球面的圆跳动，旋轮外圆最高点和找正芯模柱面的圆跳动均不大于0.1mm，顶部球面的圆跳动不大于0.2mm，调节旋轮与芯模球面之间的间隙，使得该间隙为12mm。

3.如权利要求1所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，

在步骤坯料加工中，所述预设规格的变壁厚的圆形坯料的坯料直径为835mm，所述圆形坯料的一端具有小端直径为43.8mm的锥形凸台。

4.如权利要求1所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，在步骤坯料加工中，所述对得到的圆形坯料进行热处理具体为：

热处理的退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min，冷却方式为空冷。

5.如权利要求1所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，在步骤坯料加工中，所述对得到的圆形坯料进行探伤处理具体为：

探伤处理为超声波探伤，超声波探伤按GB/T6519进行检测，要求坯料等级不低于A级。

6.如权利要求4所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，在旋压成型步骤中，所述旋压成型包括以下步骤：

配置好二硫化钼油剂，在芯模及圆形坯料的外圆表面涂覆二硫化钼油剂涂层，旋压过程连续对旋轮进行润滑；

采用加热旋压，旋压前先对圆形坯料进行预热，预热时间为10min～15min，红外测温仪检测加热温度在250℃～300℃后开始旋压，旋压过程时应控制旋轮前端坯料温度在260℃～300℃；

经过多道次旋压以得到成型的铝合金内衬；

旋压结束后松开尾顶，待零件冷却后脱模。

7.如权利要求1所述的铝合金内衬旋压成型方法，其特征在于，在退火处理步骤中，退火温度为320℃±10℃，保温时间为165min。

8.一种旋压工装，用于如权利要求1-7任一项所述的铝合金内衬旋压成型方法中，其特征在于，所述旋压工装包括芯模、转接盘、尾顶、旋轮和旋轮基座；

所述芯模与所述转接盘固定连接，所述转接盘具有U形缺口和凸台，所述U形缺口用于与旋压设备的卡盘T形槽相对齐，所述凸台装入所述旋压设备的卡盘中心圆孔中，并与所述卡盘固定连接；

所述尾顶与圆形坯料相固定，并带动所述圆形坯料随芯模运动，所述尾顶带球面内腔，用于墩压，以对圆形坯料进行预成型加工；

所述旋轮包括第一旋轮和第二旋轮，所述第一旋轮为高度74.8mm的球面R20单旋轮，所述第二旋轮为球面R30双旋轮，所述第一旋轮和所述第二旋轮均安装在45°设置的旋轮基座上。

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