[发明专利]一种超大规格铝合金矩形环的锻造成型工艺

说明书

技术领域

本发明涉及锻造工艺，尤其涉及一种超大规格铝合金矩形环的锻造成型工艺。

背景技术

     铝合金是工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中已大量应用。铝合金环件作为重要的结构件，原先制造通常采用分段型材拼焊方案，但焊接接头强度低，存在焊接变形、残余应力大、形状和力学性能一致性差等缺点。同时由于超大直径铝合金锻环的直径规格超过8.7m，在锻造过程中容易产生临界变形，轧环过程中可能会引起失稳、椭圆变形，热处理工序中环件容易变形，热处理后成品组织不均匀以及性能各向异性大，在热加工过程中易存在变形温度范围窄、对变形温度和变形速度敏感、摩擦系数大和流动性差、不均匀变形会引起局部粗晶、以及锻件粘模等情况的发生，因此对于超大直径铝合金锻环的生产难度极高，其已成为制约我国高性能结构件制造技术发展的一个瓶颈。

发明内容

本申请人针对上述现有问题，进行了研究改进，提供一种超大规格铝合金矩形环的锻造成型工艺，提高了超大规格铝合金矩形环锻造的成型性及力学性能。

本发明所采用的技术方案如下：

一种超大规格铝合金矩形环的锻造成型工艺，包括以下步骤：

第一步：下料：使用铸铝棒为坯料；

第二步：第一次锻前加热：第一加热阶段：将第一步所述坯料放入加热炉中，使坯料温度升温至300℃以内；第二加热阶段：从所述第一加热阶段的终点温度继续对坯料加热，使所述坯料升温至450℃±5℃，保温40h-45h；

第三步：制坯：所述制坯包括以下过程：第一阶段：采用十字镦拔锻造法将加热所得坯料镦拔形成圆饼件；第二阶段：回炉加热：将所述圆饼件重新放入加热炉内进行加热，使圆饼件温度升温至450℃±5℃，保温4h-5h；第三阶段：对所述圆饼件进行冲孔形成带有内孔的环坯；第四阶段：扩孔：对第三阶段所述环坯采用自由锻马架扩孔；

第四步：机加排伤：采用车床对环坯进行单边车加工至少为10mm；

第五步：第二次锻前加热：将车加工后的环坯再次放入加热炉中，使环坯温度再次升温至450℃±5℃，保温9h-10h；

第六步：锻造辗环：采用辗环机对所述环坯进行辗制形成铝合金矩形环锻件，辗环机径向进给速率为0.02～0.05mm/s，辗环过程中采用喷淋润滑使所述铝合金锻件的表面不断刷有润滑剂；

第七步：热处理：第一阶段：将温度为室温的铝合金矩形环锻件加热至535℃-550℃，保温8-10h后放入水中进行淬火处理（1-2h）；第二阶段：将淬火处理后的铝合金矩形环锻件放入涨形机内变形，变形后进行人工时效热处理;

第八步：机加工至要求尺寸。

作为上述技术方案的进一步改进：

第三步第一阶段所述十字镦拔锻造法的具体镦拔过程如下：首先沿Z轴将坯料镦粗形成圆盘，然后沿X轴将圆盘拔长形成扁长形坯料，再将扁长形坯料沿Z轴再次镦粗形成长方形坯料，然后再沿X轴将所述长方形坯料再次拔长形成扁长形坯料，最后对所述扁长形坯料沿Z轴镦粗、倒棱并滚圆形成圆饼件；

在第三步第三阶段中，所述圆饼件的冲孔首先采用小直径冲头冲出盲孔，然后将圆饼件翻转180°后利用大直径冲头倒冲，所述大直径冲头带有刃口；

在第三步第四阶段中，所述述自由锻马架扩孔采用不同直径的芯轴分二次扩孔，第一次扩孔用芯轴的直径小于第二次扩孔用芯轴的直径；

第六步锻造辗环过程中，所述环坯的终锻温度不小于380℃

第七步热处理第一阶段中，所述铝合金矩形环锻件在淬火处理时，水温为50～60°；

第七步热处理第二阶段中，铝合金矩形环锻件在涨形机内的变形量为0.2%-0.4%，人工时效热处理的温度为150-160℃。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明方法在制坯时采用十字镦拔锻造法，一方面可以使铝合金坯料充分变形，使铸态组织变成锻造组织，另外利用十字镦拔法可以减小铝合金环件性能的各向异性，增加铝合金环件径向延伸率。

（2）本发明方法在冲孔时采用带刃口的大直径冲头倒冲，可以防止冲孔时拉伤内孔。

（3）本发明方法利用马架扩孔并采用不同直径的芯轴分二次冲孔能有效防止环坯内壁留有较深的锤印，对后续机加工排伤减少料损。

（4）本发明方法在辗环过程中采用喷淋润滑的方式，能有效改善润滑效果，提高工作效率。