高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装及控制方法，针对高稀土镁合金筒形旋压件的结构特点和其材料特性，设计了专用旋压变形温度场均匀性调控工装，采用带中心孔旋压模具+带加热管空心环形钢架+压紧螺栓+尾顶的结构设计，使高稀土镁合金筒坯在整个旋压变形过程中其变形区获得双向加热效果，实现了其全旋程变形区温度场的均匀性，减小或者消除了高稀土镁合金筒坯变形区内、外壁的温度梯度，避免了旋压裂纹的出现，保障了大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件的成形质量和成形精度。本发明专利技术操作过程简单、高效，适宜于批量处理，具有较强的可操作性和实用性。

Control method and control method of spinning deformation temperature field of large size and high rare-earth magnesium alloy cylindrical parts

The invention relates to a large size and high rare earth magnesium alloy tube spinning deformation temperature control tooling and control method, according to the structure characteristics of high rare-earth magnesium alloy tube spinning parts and its material characteristics, design a special spinning deformation uniformity of temperature field control tooling with center hole spinning die + belt the heating pipe structure design of hollow circular steel bolts + + tail top, the rare earth magnesium alloy tube blank in the whole process of spinning deformation: the deformation zone for two-way heating effect, uniformity realizes the full rotation process of deformation zone temperature field, to reduce or eliminate the high temperature gradient of rare earth magnesium alloy tube billet deformation zone the inner and outer walls, avoid spinning cracks, protect the large size and high rare earth magnesium alloy tube spinning parts forming quality and accuracy. The invention has the advantages of simple and efficient operation, suitable for batch processing, and has strong operability and practicability.

【技术实现步骤摘要】
大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装及控制方法
本专利技术涉及一种大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装及控制方法，属于舱体制造
，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)，温度场控制是指对筒形件旋压过程中其变形区的温度场均匀性进行调控，即确保镁合金筒形件在整个旋压变形过程中其变形区内、外壁温度基本一致，而且镁合金筒形件在整个旋压变形过程中其变形区温度控制在440～470℃范围内。
技术介绍
我国新一代远程空面导弹全程在大气层内高超音速机动飞行，用于防区外对敌地面/地下高价值目标、大中型水面舰艇等目标的快速精确打击，导弹具有飞行速度快、突防能力强、毁伤威力大等特点。由于飞机对携弹重量要求严格，且射程相比现有的导弹大幅增加，因此，对导弹舱体等关键构件的减重要求十分迫切。为满足导弹舱体的轻量化要求，其对大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件提出了需求。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件，一般采用环件-机械加工方法进行制备，该方法存在如下不足：大规格镁合金环件在环轧、挤压成形过程中将出现比较严重的力学性能各向异性问题，而且上述问题在后续的热处理以及机械加工过程中无法获得改善，因此，上述现象将延续至最终的镁合金筒形件；另外，将环件通过机械加工成形为高稀土镁合金筒形件，还存在材料利用率极低、产品成本过高、生产效率低下等一系列问题。采用旋压成形工艺制备大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件可以解决上述问题，达到大幅提升材料利用率、降低产品成本、提高生产效率、减缓各向异性以及显著细晶强化的目的。但镁合金筒形件旋压成形存在以下难点：由于镁合金室温下塑性变形能力较差，因此必须在较高温度下进行热旋成形，而高温下热旋过程中其变形区的温度场均匀性无法保障，极易导致镁合金筒坯内、外壁出现较大的温度梯度，从而出现旋裂的情况，导致构件直接报废。现有技术的经验是采用喷枪首先加热旋压模具，然后将筒坯固定在旋压模具上开始旋压且在全旋程中加热筒坯外壁，这种方法筒坯内壁仅可通过其外壁及模具传导余热的方式进行补偿加热，筒坯内、外壁的温度梯度较大，导致镁合金筒形件变形区温度场不均匀，极易出现旋压裂纹，严重影响了镁合金筒形件的成形质量和成形精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于改善、解决现有技术的不足之处，提供一种大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装及控制方法，从而保障高稀土镁合金筒形件在整个旋压变形过程中其变形区温度场的均匀性，减缓或消除了全旋程中镁合金筒形件内、外壁的温度梯度，避免了出现旋压裂纹的现象，保障了大尺寸高稀土镁合金筒形件的成形质量和成形精度。本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，该工装包括旋压模具、辐射加热装置和尾顶；所述的旋压模具为带中心孔的空心圆柱，尾顶固定连接在辐射加热装置上，旋压过程中，辐射加热装置和尾顶安装在旋压模具的中心孔内。旋压模具的带中心孔的空心圆柱定义为第一空心圆柱，第一空心圆柱的底端带有垭口，该垭口用于与旋压设备进行连接，第一空心圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯的内径相匹配，高稀土镁合金筒坯套装在第一空心圆柱上。第一空心圆柱的外径为Φ750～800mm，第一空心圆柱的高度为800～900mm，第一空心圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，第一空心圆柱中心孔的深度为400～600mm。所述的辐射加热装置包括第一撑板、加热管和第二撑板，辐射加热装置上自带控温箱；加热管固定连接在第一撑板和第二撑板之间。第一撑板和第二撑板的外形和尺寸规格均完全相同，其直径均为Φ400～500mm，其厚度均为20～40mm，第一撑板和第二撑板上分别均匀分布有12个圆孔且其圆心均在一个同心圆上，此同心圆上各点与第一撑板或第二撑板最外缘的距离均为20～40mm，第一撑板和第二撑板上12个圆孔的直径均为Φ16～24mm。加热管为实心圆柱且两端带有螺纹，实心圆柱的数量为12根且其直径与第一撑板和第二撑板上圆孔的直径相匹配，实心圆柱的总长度为400～600mm，实心圆柱两侧的螺纹长度均为15～20mm。所述的尾顶为带有实心锥段和第二空心圆柱的组合体，实心锥段和第二空心圆柱为一体成型，且实心锥段的小端直径与第二空心圆柱的直径一致，第二空心圆柱带有中心孔。锥段底端的直径为Φ200～300mm，锥段顶端的直径为Φ100～120mm，锥段的高度为40～60mm；第二空心圆柱的直径为Φ100～120mm，高度为150～200mm，中心孔的直径为Φ40～60mm，深度为100～120mm；尾顶的底端通过压紧螺栓与第二撑板固定连接。旋压模具、辐射加热装置、压紧螺栓以及尾顶的材料均采用A3钢。大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制方法，包括如下步骤：步骤(一)，将旋压变形温度场控制工装进行连接：将尾顶与辐射加热装置固定连接在一起，拧紧力矩为20～30N·m，然后将尾顶的中心孔套装在旋压设备的尾顶杆上，从而实现将辐射加热装置及尾顶整体与旋压设备的尾顶装置连接在一起；步骤(二)，将高稀土镁合金筒坯置入热处理炉中整体预热，保温温度为300～350℃，保温时间为1.5～2h，预热结束后，将高稀土镁合金筒坯出炉；步骤(三)，将旋压模具通过垭口固定安装在旋压设备上，使用氧-乙炔喷枪对旋压模具进行预热，加热时间为30～40min，直至旋压模具的温度达到100～150℃时为止；步骤(四)，将通过步骤(二)预热后的高稀土镁合金筒坯沿着旋压模具的顶端固定安装在通过步骤(三)预热后的旋压模具上；步骤(五)，开始旋压，当旋压设备的旋轮与高稀土镁合金筒坯接触时，将辐射加热装置通过旋压设备尾顶装置伸入到旋压模具的中心孔内，开始辐射加热，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，将大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件与旋压模具分离，然后置入水槽中进行冷却；接着将冷却后的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件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(七)，将通过步骤(六)时效结束后的大尺寸高稀土镁合金筒形旋压件从热处理炉中取出，冷却到室温后得到大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：(1)本专利技术针对大尺寸高性能高稀土镁合金筒形件的结构特点和其材料特性，设计了旋压变形温度场均匀性控制工装，采用带中心孔旋压模具+带加热管空心环形钢架+压紧螺栓+尾顶的结构设计，使得高稀土镁合金筒坯在整个旋压变形过程中其变形区获得双向加热效果，减小或消除了变形区筒坯内、外壁的温度梯度，保障了变形区在全旋程中的温度场均匀性，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成形精度。(2)本专利技术旋压变形温度场均匀性控制工装，可通过调节施加给加热管的电压和电流实时调整辐射热量，从而实现对高稀土镁合金筒坯变形区内壁温度的精确调控。(3)本专利技术旋压变形温度场均匀性控制工装，可通过旋压设备尾顶装置的自由伸缩实时调节其辐射加热位置，从而使高稀土镁合金筒坯变形区内壁在全旋程中均可以获得良好的辐射加热本文档来自技高网...

【技术保护点】
大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：该工装包括旋压模具(1)、辐射加热装置(3)和尾顶(5)；所述的旋压模具(1)为带中心孔的空心圆柱，尾顶(5)固定连接在辐射加热装置(3)上，旋压成形过程中，辐射加热装置(3)和尾顶(5)安装在旋压模具(1)的中心孔内。

【技术特征摘要】
1.大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：该工装包括旋压模具(1)、辐射加热装置(3)和尾顶(5)；所述的旋压模具(1)为带中心孔的空心圆柱，尾顶(5)固定连接在辐射加热装置(3)上，旋压成形过程中，辐射加热装置(3)和尾顶(5)安装在旋压模具(1)的中心孔内。2.根据权利要求1所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：旋压模具(1)的带中心孔的空心圆柱定义为第一空心圆柱，第一空心圆柱的底端带有垭口，该垭口用于与旋压设备进行连接，第一空心圆柱的外径与高稀土镁合金筒坯(2)的内径相匹配，高稀土镁合金筒坯(2)套装在第一空心圆柱上。3.根据权利要求2所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：第一空心圆柱的外径为Φ750～800mm，第一空心圆柱的高度为800～900mm，第一空心圆柱的中心孔直径为Φ500～550mm，第一空心圆柱中心孔的深度为400～600mm。4.根据权利要求1所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：所述的辐射加热装置(3)包括第一撑板(6)、加热管(7)和第二撑板(8)，辐射加热装置(3)上自带控温箱；加热管(7)固定连接在第一撑板(6)和第二撑板(8)之间。5.根据权利要求4所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：第一撑板(6)和第二撑板(8)的外形和尺寸规格均完全相同，其直径均为Φ400～500mm，其厚度均为20～40mm，第一撑板(6)和第二撑板(8)上分别均匀分布有12个圆孔且其圆心均在一个同心圆上，此同心圆上各点与第一撑板(6)或第二撑板(8)最外缘的距离均为20～40mm，第一撑板(6)和第二撑板(8)上12个圆孔的直径均为Φ16～24mm。6.根据权利要求4所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：加热管(7)为实心圆柱且两端带有螺纹，实心圆柱的数量为12根且其直径与第一撑板(6)和第二撑板(8)上圆孔的直径相匹配，实心圆柱的总长度为400～600mm，实心圆柱两侧的螺纹长度均为15～20mm。7.根据权利要求4所述的大尺寸高稀土镁合金筒形件旋压变形温度场控制工装，其特征在于：所述的尾顶(5)为带有实心锥段和第二空心圆柱的组合体，实心锥段和第二空心圆柱为一体成型，且实心锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：阴中炜，温涛，赵磊，张景琪，微石，朱兆旭，张绪虎，
申请(专利权)人：航天材料及工艺研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11