环状异形锻件残余应力消除方法技术

本发明专利技术公开了一种环状异形锻件残余应力消除方法，利用上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形锻件的上下两端同时胀形，使环状异形锻件在径向上产生小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，在保证变形后锻件尺寸满足设计要求的前提下，实现残余应力的消减。该方法不仅能够对残余应力进行有效消除，而且操作难度小，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
环状异形锻件残余应力消除方法
本专利技术属于材料加工
，尤其涉及一种环状异形锻件残余应力消除方法。
技术介绍
随着我国航空、轨道交通等工业的快速发展，结构件的损伤容限和耐久准则逐步形成，铝合金锻件向着高强韧、抗疲劳、耐腐蚀、低成本、多功能等相仿全面发展，更好的满足运载工具功能设计、生产制造领域的多方面要求。为了获得高强高韧性，超高强度铝合金锻件必须进行固溶淬火处理。淬火冷却期间工件表面和芯部存在着极大的温度梯度，这将在淬火后结构件中诱发极大的淬火残余应力。最终的残余应力大小和分布是工件温度梯度和几何特征共同作用下的结果，且通常表现为“外压内拉”的应力分布状态。研究表明，高强铝合金锻件由于淬火产生的表层应力将会大于200MPa。此外，高端装备产业对零件的形位精度具有极高要求，但由于其尺寸较大、材料去除率高、刚度弱，较大的残余应力将导致零件在机加工过程中产生严重的弯曲、翘曲等加工变形，增加了后续工件校形的成本，甚至导致工件报废。因此，为降低铝合金锻件制造成本、提高加工质量及效率，对淬火残余应力尽可能的消减是后续加工变形控制的关键因素。目前，针对等径的标准环状锻件可以利用胀形机胀形消除残余应力，但是对于内孔两端带有斜度的环状异形锻件(环状异形锻件是指内孔的两端带有拔模锥角的环状锻件)，用胀形机胀形需要配备专用工装，消减成本高，且内孔有斜度，难以实施。因此，如何提供一种环状异形锻件残余应力消除方法，不仅能够对残余应力进行有效消除，而且操作难度小，成本低廉是本领域技术人员亟需解决的技术问题。>
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种环状异形锻件残余应力消除方法，不仅能够对残余应力进行有效消除，而且操作难度小，成本低廉。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种环状异形锻件残余应力消除方法，利用上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形锻件的上下两端同时胀形，使环状异形锻件在径向上产生小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，在保证变形后锻件尺寸满足设计要求的前提下，实现残余应力的消减；其中，环状异形锻件是指内孔的两端带有拔模锥角的环状锻件。具体包括如下步骤：步骤一：基于所设计的锻件尺寸对部分尺寸进行优化，包括锻件的内外径、内孔锥面的拔模斜度、内孔铣削量；步骤二：基于优化后的锻件尺寸设计冷压模具尺寸，包括模具的高度、锥面斜角和直径；步骤三：对含有残余应力的环状异形锻件进行冷压胀形处理。具体的，锻件优化后的内径D1为0.97-0.975D10，锻件优化后的外径D2为0.98-0.985D20，其中D10和D20分别为优化前的内径和外径。具体的，锻件优化后内孔锥面的拔模斜度θD为5°-11°。具体的，锻件锻造成型后，通过铣削加工或车削加工将内孔的中部加工成平整、垂直的圆柱面，加工后垂直面与剩下的拔模斜面的高度比H1∶(H2+H3)为2∶3；其中：H1为圆柱面的高度；H2为圆柱面上端的拔模斜面的高度；H3为圆柱面下端的拔模斜面的高度。具体的，冷压模具的锥面斜角θM＝θD-(0.5°～1.0°)；每个冷压模具的高度HM＝(0.65～0.70)HF，其中HF为锻件高度，冷压模具的小端直径DMmin小于环状异形锻件的最大内径D1max，冷压胀形前上下冷压模具之间的端面距离H1为20～50mm。具体的，冷压胀形时下模保持静止，通过对上模压下实现胀形，确保胀形前后环状异形锻件的内孔最小直径的变形量ΔD1min为2.0％～2.5％。具体的，上模的压下量由如下公式计算：具体的，所述环状异形锻件为铝合金锻件。具体的，对固溶淬火后的铝合金锻件进行冷压胀形处理，冷压胀形完成后进行时效处理。原理与优势：本专利技术通过上下两个冷压模使环状异形锻件在径向上产生较小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，从而达到消减残余应力的目的，仅仅通过两个上下配合的冷压模即可实现环状异形锻件残余应力的消除，操作难度小，成本低廉。此外，上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形铝合金锻件的上下两端同时胀形，能显著改善因堆料问题导致的锻件胀形量在高度上的不对称性。本专利技术基于环状异形铝合金锻件的几何特征，对传统胀形工艺进行了适当的调整与优化，并提出了一种新的双向压下胀形工艺，此工艺为消减环状异形铝合金锻件的残余应力提供了新方向。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例涉及的锻件尺寸设计图；图2是本专利技术实施例涉及的锻件内孔铣平后示意图；图3是本专利技术实施例涉及的冷压胀形前的模具装配；图4是本专利技术实施例涉及的冷压胀形后的工艺示意图；图5是对比例1涉及的环形异形锻件1尺寸图；图6是实施例2涉及的环形件异形锻件2尺寸(优化后)及冷压模尺寸图；图7是实施例3涉及的环形件异形锻件3尺寸图(优化后)及冷压模尺寸图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。一种环状异形锻件残余应力消除方法，利用上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形锻件的上下两端同时胀形，使环状异形锻件在径向上产生小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，在保证变形后锻件尺寸满足设计要求的前提下，实现残余应力的消减。为解决环状异形锻件(内孔的两端带有拔模锥角的环状锻件)残余应力消除的问题，专利技术人进行了大量研究，专利技术人首先想到的是利用顶部凸模的单向压下实现胀形，来消除环状异形锻件的残余应力。然而专利技术人研究发现，胀形过程中，环形锻件的内孔处将产生堆料的问题，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.环状异形锻件残余应力消除方法，其特征在于：利用上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形锻件的上下两端同时胀形，使环状异形锻件在径向上产生小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，在保证变形后锻件尺寸满足设计要求的前提下，实现残余应力的消减；其中，环状异形锻件是指内孔的两端带有拔模锥角的环状锻件。/n

【技术特征摘要】
1.环状异形锻件残余应力消除方法，其特征在于：利用上下两个冷压模具彼此配合，对环状异形锻件的上下两端同时胀形，使环状异形锻件在径向上产生小的塑性变形，使外加应力与锻件的原始淬火残余应力相互叠加，在保证变形后锻件尺寸满足设计要求的前提下，实现残余应力的消减；其中，环状异形锻件是指内孔的两端带有拔模锥角的环状锻件。


2.根据权利要求1所述的环状异形锻件残余应力消除方法,其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤一：基于所设计的锻件尺寸对部分尺寸进行优化，包括锻件的内外径、内孔锥面的拔模斜度、内孔铣削量；
步骤二：基于优化后的锻件尺寸设计冷压模具尺寸，包括模具的高度、锥面斜角和直径；
步骤三：对含有残余应力的环状异形锻件进行冷压胀形处理。


3.根据权利要求2所述的环状异形锻件残余应力消除方法,其特征在于：锻件优化后的内径D1为0.97-0.975D10，锻件优化后的外径D2为0.98-0.985D20，其中D10和D20分别为优化前的内径和外径。


4.根据权利要求3所述的环状异形锻件残余应力消除方法,其特征在于：锻件锻造成型后，通过铣削加工或车削加工将内孔的中部加工成平整、垂直的圆柱面，加工后垂直面与剩下的拔模斜面的高度比H1∶(H2+H3)为2∶3；
其中：H1为圆柱面的高度；H2为圆柱面上端的拔模斜面的高...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁武华，杨靖雲，张鹏，张枫，李科，朱佳佳，
申请(专利权)人：湖南大学，中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43