CN1253258C - 矩形截面铝合金环件轧制成形的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现：1)下料：将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯；2)轧环：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径-轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。本发明具有成本低、生产效率高的特点。

Description

矩形截面铝合金环件轧制成形的方法

技术领域

本发明涉及一种矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。

背景技术

目前，矩形截面铝合金环件大多采用马架扩孔来完成，即将毛坯套在芯轴上，上砧锤打毛坯，产生沿圆周方向的拔长，使锻件壁厚减薄，内、外径同时增加，从而达到形状尺寸要求。加工工艺为：1)镦粗，2)冲孔，3)冲头扩孔，4)芯棒马架扩孔，5)修整。这种工艺生产铝合金环件的主要问题是：1)环件几何精度低、加工余量大、材料利用率低；2)环件需要多次马架扩孔、生产效率低、劳动强度大；3)环件需要反复加热、能耗高；4)生产成本高。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于提供了一种成本低、生产效率高的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现：1)下料：将铝合金棒材锯切成料段；2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成环件毛坯；3)轧环：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。

所述的环件毛坯内孔边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～15°，毛坯的孔径为 $d=\frac{d_f}{\mathrm{\λ}},$ 毛坯的轴向尺寸为B＝B_f+c，c＝0～0.4B_f，毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定；矩形截面铝合金环件锻件的外径为D_f，矩形截面铝合金环件锻件的孔径为d_f、轴向尺寸为B_f、轧制比为λ，λ＝2～8。

所述的轧环，环件轧制中进给速度数值按下式计算

$\mathrm{\υ}=\frac{{0.7f}^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_1}{R}-\frac{R_1}{r})$

其中：v为轧制进给速度，n₁为驱动辊转速，R₁，R₂分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝D_f/2，r＝d_f/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。

所述的料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸。

本发明采用环件轧制工艺，环件经过多转连续轧制变形达到预定尺寸，改善工件的金属组织和性能，缩短了生产时间，减少了锻件加热次数，节约了原材料，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸，节约了原材料，降低成本；减小了端面鱼尾变形和翘曲变形，保证了外台阶截面环件的质量。

附图说明

图1是本发明矩形截面铝合金环锻件结构示意图

图2是本发明矩形截面铝合金环件毛坯结构示意图

图3是本发明矩形截面铝合金环件径向轧制原理图

图4是图3左视图

图5是本发明矩形截面铝合金环件径—轴向轧制原理图

图中：1-驱动辊，2-环件，3-导向棍，4-芯辊，5-信号辊，6-端面轧辊。

具体实施方式

矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，按如下步骤实现：1)下料：将铝合金棒材锯切成料段，料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸。

2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯。

为了减小环件孔缘毛刺，在毛坯内孔边缘设计了一个斜角α，其数值为α＝0°～15°。矩形截面铝合金环件锻件的孔径为d_f、轴向尺寸为B_f、轧制比为λ，λ＝2～8，则轧制用毛坯的孔径为 $d=\frac{d_f}{\mathrm{\λ}};$ 毛坯的轴向尺寸为B＝B_f+c，c＝0～0.4B_f；毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定。

为了便于轧制成形，锻造制坯时要严格保证轧制用毛坯几何精度，消除毛坯内孔偏心、表面锤头印、冲孔毛刺等缺陷。

3)轧环：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为规定形状尺寸的环件锻件。

铝合金环件径向轧制成形如图3、图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大的连续局部塑性变形。通过多转反复轧制变形，使环件直径扩大到与信号辊5接触时，则达到了规定形状尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。图1中导向辊3的作用是保证轧制过程平稳。

铝合金环件径—轴向轧制成形如图5所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和芯辊4直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊4构成的轧制孔型，产生壁厚减小、内外直径扩大的连续局部塑性变形。同时，在端面轧辊6的作用下，环件毛坯2产生端面平整变形。通过多转反复轧制变形，使环件直径扩大到了规定尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。与径向轧制成形相比，径—轴向轧制成形的铝合金环件端面更平整，表面质量更好。

对于铝合金环件径向轧制成形，设计如图3、图4所示的半封闭孔型，该孔型的驱动辊直径较闭式孔型的小，也不要求轧环机驱动辊与芯辊有很大的中心距，且改善了芯辊的强度和刚度。随着轧制的进行，环件截面逐渐进入孔型，并在轧制结束时，环件截面完全进入孔型，有利于环件端面质量。对于铝合金环件径—轴向轧制成形，如图5所示的开式孔型，这种孔型制造简单，而环件端面质量可由轴向轧辊保证。

矩形截面铝合金环件轧制工艺参数主要包括轧制温度、轧制进给速度和轧制比。铝合金环件轧制温度可以取为350℃-550℃。实际轧制操作中，应严格控制始锻和终锻温度，防止低于终锻温度的轧制变形，以保证环件内部组织质量。毛坯轧制前加热应严格控制加热温度、保温时间，保证毛坯整体均匀热透，并防止过热和过烧。

为了减小和控制矩形截面铝合金环件端面鱼尾变形，环件轧制中采用中等进给速度，其进给速度数值按下式计算

$\mathrm{\υ}=\frac{{0.7f}^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_2}{R}-\frac{R_1}{r})$

这里v为轧制进给速度，n₁为驱动辊转速，R₁，R₂分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝D_f/2，r＝d_f/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。

轧制比综合反映了环件轧制变形量、变形力和轧制成形规律。对于矩形截面铝合金环件轧制成形，其轧制比λ可以在2～8范围选取。

铝合金环件轧制过程中，非常容易产生与轧辊粘连现象，这时将会严重损坏铝合金环件表面质量，并产生轧制废品。为此，铝合金环件轧制过程中，要保证良好的润滑，彻底消除轧制粘辊现象。

a、铝合金环件径向轧制成形

要求径向轧制成形的铝合金环件尺寸为：外圆直径D_f为Φ800mm，内孔直径d_f为Φ700mm，轴向尺寸B_f为90mm。毛坯的内孔直径d为Φ175mm，轴向尺寸B为90mm。毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定，毛坯的外圆直径D为Φ426mm，为了减小环件孔缘毛刺，毛坯内孔边缘的斜角α为10°(如图2所示)。采用如图3、图4所示的半封闭孔型。轧制进给速度为3.5mm/s，轧制比为4。将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到550℃时取出，放入轧环机孔型内进行径向轧制，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，环件外圆表面与信号辊接触(如图4所示)，完成轧制成锻件。

b、铝合金环件径—轴向轧制成形

要求径—轴向轧制成形的铝合金环件尺寸为：外圆直径D_f为Φ3600mm，内孔直径d_f为Φ3000mm，轴向尺寸B_f为300mm。毛坯的内孔直径d为Φ600mm，轴向尺寸B为360mm。毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定，毛坯的外圆直径D为Φ1913mm，径—轴向轧制由于有端面轧辊6的作用(如图5所示)，毛坯端面成形质量较好，设计毛坯内孔边缘的斜角α为0°(如图2所示)。采用如图5所示的开式孔型。轧制进给速度为4.2mm/s，轧制比为5。将毛坯放入加热炉中加热，当温度达到550℃时取出，放入径—轴向轧环机内进行径—轴向轧制成形，轧制过程中环件与轧辊间保持良好的润滑，当环件经过多转轧制变形且直径扩大到预定尺寸时，完成轧制成为锻件。

4)锻件机械切削加工成产品。

Claims (2)

1.矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是按如下步骤实现：1)下料：将铝合金棒材锯切成料段，所述的料段长度为L＝(1～3)B，B为毛坯的轴向尺寸；2)制坯：将料段从室温均匀加热到高塑性、低抗力的热变形温度350℃～550℃，将热态的铝合金料段镦粗、冲孔、冲连皮，制成规定形状尺寸的轧制用环件毛坯；所述的环件毛坯内孔边缘与水平面成倾斜角α，α＝0°～15°，毛坯的孔径为 $d=\frac{d_f}{\mathrm{\λ}},$ 毛坯的轴向尺寸为B＝B_f+c，c＝0～0.4B_f，毛坯的外径D根据矩形截面铝合金环件锻件体积与环件毛坯相等的条件确定；其中，d_f为矩形截面铝合金环件锻件的孔径，B_f为矩形截面铝合金环件锻件的轴向尺寸，λ为轧制比，λ＝2～8；3)轧环：将环件毛坯放入加热炉中加热，当温度达到350℃～550℃时取出，放入轧环机孔型内，通过径向轧制或径—轴向轧制，使环件毛坯壁厚减小、内外直径扩大，成为环件锻件；4)锻件机械切削加工成产品。

2.根据权利要求1所述的矩形截面铝合金环件轧制成形的方法，其特征是：所述的轧环，环件轧制中进给速度数值按下式计算

$\mathrm{\υ}=\frac{0.7f^2{n}_1{R}_1^2}{R{(1+\frac{R_1}{R_2})}^2}(1+\frac{R_1}{R_2}+\frac{R_1}{R}-\frac{R_1}{r})$

其中：v为轧制进给速度，n₁为驱动辊转速，R₁，R₂分别为驱动辊和芯辊半径，R，r分别为铝合金环件锻件外半径和内半径，R＝D_f/2，r＝d_f/2，f为铝合金环件与轧制孔型之间的摩擦系数，f＝0.05～0.4。

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