CN111069333B - 一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法 - Google Patents

一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法 Download PDF

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Abstract

一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法，包括如下步骤：(1)采用半连续铸造的铝合金空心铸锭作为原始坯料，(2)对铝合金空心铸锭进行加热；(3)利用正向挤压机作为成形设备，(4)将筒坯进行退火；(5)对筒坯进行表面处理；(6)利用冷拔管机对筒坯进行变径冷拔，(7)对步骤(6)变径冷拔后的零件进行固溶处理；(8)重复步骤(5)的操作；(9)利用冷拔管机对步骤(8)中处理后的零件进行定径冷拔操；(10)对零件进行时效处理；(11)得到探伤合格的圆筒。本发明中采用形变热处理技术，固溶与时效两工序间为最后一道次冷拔，冷拔变形后零件不再进行剧烈水冷的固溶处理，圆筒表面质量、尺寸精度可得到有效保证。

Description

一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法
技术领域
本发明涉及铝合金压力加工技术领域，尤其涉及一种铝合金薄壁圆筒的精密成形方法。
背景技术
可热处理强化铝合金如2XXX、6XXX、7XXX因力学性能优异在航空航天、武器装备、核电以及高端民用市场有着广泛的应用。铝合金薄壁圆筒是指直径大于200mm、壁厚为2～10mm的大口径薄壁无缝管材，广泛应用于航天小型燃料箱、高端气瓶管、航空航天及核电管路等领域。
铝合金无缝管的传统生产方式有正挤压、反挤压、热轧、旋压等方式，但在薄壁无缝管制造方面上述方式存在一定的局限性，比如正挤压、反挤压多用于生产厚壁管，热轧管直径较小，旋压管表面有旋痕、长度较短等。此外，可热处理强化铝合金薄壁筒在热处理时会产生较大程度的变形，校形困难、尺寸精度低。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种表面质量好、尺寸精度高、力学性能优的铝合金薄壁圆筒制造方法。
本发明所采取的技术方案：
一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法，包括如下步骤：
(1)采用半连续铸造的铝合金空心铸锭作为原始坯料，空心铸锭先进行机加工，加工尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的铝合金空心铸锭进行加热；
(3)利用正向挤压机作为成形设备，对步骤(2)中加热后的铝合金空心铸锭进行挤压变形，使坯料通过带穿孔针的正挤压模具，变形为一定厚度及长度的筒坯，筒坯尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1，正挤压后切除筒坯两侧余料；
(4)将步骤(3)中所制筒坯进行退火；
(5)对步骤(4)中退火后的筒坯进行表面处理，先后进行酸洗、磷化、皂化处理；
(6)利用冷拔管机，对第5步中的筒坯进行变径冷拔，包括扩径或缩径操作，变径冷拔后零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；若变径冷拔道次较多，需在材料塑性变差时重复第4、5步的操作；
(7)对步骤(6)变径冷拔后的零件进行固溶处理；
(8)重复步骤(5)的操作对零件表面进行处理；
(9)利用冷拔管机，对步骤(8)中处理后的零件进行定径冷拔操作，定径冷拔为最后一道次冷拔，圆筒壁厚减薄量控制在1～2.5mm，冷拔模具采用钨钢模具，以达到质量较高的表面质量与较好的尺寸精度，定径冷拔后零件尺寸为外径D、内径d、高度H，外径、内径尺寸即目标尺寸，圆筒长度可根据需求锯切；
(10)对步骤(9)中定径冷拔后的零件进行时效处理；
(11)对步骤(10)中时效处理后的零件进行涡流探伤，参照GJB2908标准执行，得到探伤合格的圆筒。
所述的步骤(2)中对铝合金空心铸锭进行加热的温度范围为400℃～500℃。
所述的筒坯退火步骤中退火操作规范参照GJB1694执行。
所述的筒坯进行表面处理过程为先酸洗除去表面油污及脏物，再磷化使筒坯内外表面形成一层均匀的磷化膜，最后皂化处理，在筒坯表面形成润滑层，达到减小冷拔工序摩擦的效果；
所述的固溶处理操作规范参照GJB1694执行。
所述的时效处理操作规范参照GJB1694执行。
本发明的有益效果：本发明中(1)采用形变热处理技术，固溶与时效两工序间为最后一道次冷拔，冷拔变形后零件不再进行剧烈水冷的固溶处理，圆筒表面质量、尺寸精度可得到有效保证，而且该技术可大幅提高产品强度指标。
(2)正向挤压、冷拔两种变形方式相结合生产铝合金薄壁圆筒，较传统生产方式可大幅提高生产效率，挤压、冷拔成形过程无切削加工，材料利用率得以有效提升。
(3)冷拔可实现缩径或扩径，一种规格的挤压筒坯可生产不同规格的薄壁圆筒，减少了模具的投入。
具体实施方式
一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法，包括如下步骤：
(1)采用半连续铸造的铝合金空心铸锭作为原始坯料，空心铸锭先进行机加工，加工尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的铝合金空心铸锭进行加热，加热温度范围在400℃～500℃；
(3)利用正向挤压机作为成形设备，对步骤(2)中加热后的铝合金空心铸锭进行挤压变形，使坯料通过带穿孔针的正挤压模具，变形为一定厚度及长度的筒坯，筒坯尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1，正挤压后切除筒坯两侧余料；
(4)将步骤(3)中所制筒坯进行退火，退火操作规范参照GJB1694执行；
(5)对步骤(4)中退火后的筒坯进行表面处理，先酸洗除去表面油污及脏物，再磷化使筒坯内外表面形成一层均匀的磷化膜，最后皂化处理，在筒坯表面形成润滑层，达到减小冷拔工序摩擦的效果；
(6)利用冷拔管机，对第5步中的筒坯进行变径冷拔，包括扩径或缩径操作，变径冷拔后零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；若变径冷拔道次较多，需在材料塑性变差时重复第4、5步的操作；
(7)对步骤(6)变径冷拔后的零件进行固溶处理，固溶处理操作规范参照GJB1694执行；
(8)重复步骤(5)的操作对零件表面进行处理；
(9)利用冷拔管机，对步骤(8)中处理后的零件进行定径冷拔操作，定径冷拔为最后一道次冷拔，圆筒壁厚减薄量控制在1～2.5mm，冷拔模具采用钨钢模具，以达到质量较高的表面质量与较好的尺寸精度，定径冷拔后零件尺寸为外径D、内径d、高度H，外径、内径尺寸即目标尺寸，圆筒长度可根据需求锯切。
(10)对步骤(9)中定径冷拔后的零件进行时效处理，时效处理操作规范参照GJB1694执行；
(11)对步骤(10)中时效处理后的零件进行涡流探伤，参照GJB2908标准执行，得到探伤合格的圆筒。
下面结合实施例说明本发明具体实施方式。
实施例1：2219铝合金薄壁圆筒零件，成品尺寸外径D＝582mm、长度h＝1500mm，壁厚为6mm。
(1)采用半连续铸造的2219铝合金空心铸锭作为原始坯料，空心铸锭应进行机加工，加工后尺寸D0＝650mm、内径d0＝535mm、高度H0＝1000mm。
(2)对第1步中的空心铸锭进行加热，加热温度为450℃，保温时间为120min。
(3)利用正向挤压机对加热后的空心铸锭进行挤压变形操作，并切除筒坯两侧余料，筒坯尺寸为外径D1＝550mm、内径d1＝530mm、高度H1＝4000mm。
(4)将第3步所制筒坯进行退火，退火温度为400℃、保温90min，并以不大于30℃/h的冷却速度随炉冷至260℃以下后出炉空冷。
(5)对第4步退火后的筒坯进行表面处理，先后进行酸洗、磷化、皂化。
(6)利用冷拔管机，对第5步中的筒坯进行扩径冷拔，冷拔后零件尺寸为外径D2＝586mm、内径d2＝570mm、高度H2＝4600mm。
(7)对第6步的零件进行固溶处理，热处理参数为：加热温度为535℃、保温60min、水冷。
(8)重复第5步的操作，再次进行酸洗、磷化、皂化。
(9)利用冷拔管机，对第8步零件进行最后一道次的冷拔，圆筒壁厚减薄量控制为2mm，冷拔模具采用钨钢模具。冷拔后零件尺寸为外径D＝582mm、内径d＝570mm、高度H＝6000mm。
(10)对第9步冷拔后的零件进行时效处理，加热温度为165℃，保温18h，空冷。
(11)对第10步的零件进行涡流探伤，参照GJB2908标准执行，经检验未发现尺寸大于或等于验收水平的缺陷，零件为合格产品，最后将零件锯切为长度1500mm的圆筒零件。
实施例2：2A14铝合金薄壁圆筒零件，成品尺寸外径D＝280mm、长度h＝1000mm，壁厚为5mm。
(1)采用半连续铸造的2A14铝合金空心铸锭作为原始坯料，空心铸锭应进行机加工，加工后尺寸D0＝350mm、内径d0＝255mm、高度H0＝1000mm。
(2)对第1步中的空心铸锭进行加热，加热温度为470℃，保温时间为90min。
(3)利用正向挤压机对加热后的空心铸锭进行挤压变形操作，并切除筒坯两侧余料，筒坯尺寸为外径D1＝268mm、内径d1＝250mm、高度H1＝5000mm。
(4)将第3步所制筒坯进行退火，退火温度为400℃、保温90min，并以不大于30℃/h的冷却速度随炉冷至260℃以下后出炉空冷。
(5)对第4步退火后的筒坯进行表面处理，先后进行酸洗、磷化、皂化。
(6)利用冷拔管机，对第5步中的筒坯进行扩径冷拔，冷拔后零件尺寸为外径D2＝283mm、内径d2＝270mm、高度H2＝6200mm。
(7)对第6步的零件进行固溶处理，加热温度为505℃、保温50min、水冷。
(8)重复第5步的操作，再次进行酸洗、磷化、皂化。
(9)利用冷拔管机，对第8步零件进行最后一道次的冷拔操作，圆筒壁厚减薄量控制为1.5mm，冷拔模具采用钨钢模具。冷拔后零件尺寸为外径D＝280mm、内径d＝270mm、高度H＝8000mm。
(10)对第9步冷拔后的零件进行时效处理，加热温度为160℃，保温14h，空冷。
(11)对第10步的零件进行涡流探伤，参照GJB2908标准执行，经检验未发现尺寸大于或等于验收水平的缺陷，零件为合格产品，最后将零件锯切为长度1000mm的圆筒零件。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种铝合金薄壁圆筒精密成形方法，其特征在于，其操作步骤如下：
(1)采用半连续铸造的铝合金空心铸锭作为原始坯料，空心铸锭先进行机加工，加工尺寸表示为外径D0、内径d0、高度H0；
(2)对步骤(1)中的铝合金空心铸锭进行加热，加热的温度范围为400℃～500℃；
(3)利用正向挤压机作为成形设备，对步骤(2)中加热后的铝合金空心铸锭进行挤压变形，使坯料通过带穿孔针的正挤压模具，变形为一定厚度及长度的筒坯，筒坯尺寸表示为外径D1、内径d1、高度H1，正挤压后切除筒坯两侧余料；
(4)将步骤(3)中所制筒坯进行退火，退火操作规范参照GJB1694执行；
(5)对步骤(4)中退火后的筒坯进行表面处理，先后进行酸洗、磷化、皂化处理；
(6)利用冷拔管机，对第5步中的筒坯进行变径冷拔，包括扩径或缩径操作，变径冷拔后零件尺寸表示为外径D2、内径d2、高度H2；若变径冷拔道次较多，需在材料塑性变差时重复第(4)、(5)步的操作；
(7)对步骤(6)变径冷拔后的零件进行固溶处理，固溶处理操作规范参照GJB1694执行；
(8)重复步骤(5)的操作对零件表面进行处理；
(9)利用冷拔管机，对步骤(8)中处理后的零件进行定径冷拔操作，定径冷拔为最后一道次冷拔，圆筒壁厚减薄量控制在1～2.5mm，冷拔模具采用钨钢模具，以达到质量较高的表面质量与较好的尺寸精度，定径冷拔后零件尺寸为外径D、内径d、高度H，外径、内径尺寸即目标尺寸，圆筒长度可根据需求锯切；
(10)对步骤(9)中定径冷拔后的零件进行时效处理，时效处理操作规范参照GJB1694执行；
(11)对步骤(10)中时效处理后的零件进行涡流探伤，参照GJB2908标准执行，得到探伤合格的圆筒。
2.根据权利要求1所述的铝合金薄壁圆筒精密成形方法，其特征在于，所述的筒坯进行表面处理过程为先酸洗除去表面油污及脏物，再磷化使筒坯内外表面形成一层均匀的磷化膜，最后皂化处理，在筒坯表面形成润滑层，达到减小冷拔工序摩擦的效果。
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