一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法技术

本发明专利技术提供了一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，包括连续挤轧大塑性变形、多道次冲压成形、低温去应力热处理，所述连续挤轧大塑性变形中坯料加热温度100～220℃，所述多道次冲压成形是在三向压应力作用下经过多道次冲压成形；所述低温去应力热处理的温度150～260℃。本发明专利技术克服了常规制备方法获得组织不均匀、尺寸精度不高、内部质量差等技术难题，使制备的薄壁构件组织细晶化、尺寸精确化、表面光亮化、性能稳定化，提升聚能战斗部的侵彻威力、稳定性。同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、易于实现工业化生产等优点。易于实现工业化生产等优点。易于实现工业化生产等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法


[0001]本专利技术属于金属塑性成形
，具体地说是一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法。

技术介绍

[0002]薄壁件具有重量轻、结构紧凑等特点，被广泛运用于航空航天、汽车、药型罩等领域。但由于其刚性差、强度弱，结构受力形式复杂，难以按照经典理论进行受力分析，制造过程中极易发生变形、失稳和振动等问题，制造难度极大，是公认的复杂制造工艺。而锥形变形区域及变形特点均与圆筒形件不同，变形程度大，既易产生变薄破裂，又易产生起皱现象，因此锥形薄壁件的加工更是困难。
[0003]现有的锥形薄壁构件塑性成形工艺以冲压、旋压、温挤压为主，冲压法是局部成形，板材各向异性严重，在变形弱区或剧烈变形区往往存在混晶组织；旋压法其织构不对称、组织不均匀，内锥与芯模贴合度不高，圆度达到0.05mm、旋压痕迹0.02～0.08mm；温挤压配合切削加工法，内部晶粒随温度的升高而迅速长大，表面氧化严重，需要经过切削加工，内表面带有约0.10mm加工刀痕，尺寸精度低，内外锥面同轴度约0.05mm。因此，现有锥形薄壁构件的加工工艺普遍存在大尺寸坯料内部缺陷多、晶粒度、组织均匀性差、不同部位应力值不一致，表面质量低、尺寸精度低、尺寸稳定性差、有加工刀痕等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于解决了在无切削加工工艺下，锥形薄壁构件的超细晶组织均匀化与几何尺寸高精度协同制造技术难题。
[0005]本专利技术是通过下列技术方案实现：
[0006]一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，包括连续挤轧大塑性变形、多道次冲压成形、低温去应力热处理，所述连续挤轧大塑性变形中坯料加热温度100～220℃，所述多道次冲压成形是在三向压应力作用下经过多道次冲压成形；所述低温去应力热处理的温度150～260℃。
[0007]优选的，所述连续挤轧大塑性变形采用氮气对棒材加热、挤轧过程进行防氧化保护，挤轧出口采用40～60℃水封冷却。
[0008]优选的，所述连续挤轧大塑性变形，棒材加热温度100～220℃，挤轧速度10～30mm/s。根据挤压速度和棒材直径选择，棒材直径20～30mm、挤轧速度15～30mm/s，加热温度150～220℃；棒材直径10～20mm、挤轧速度10～15mm/s，加热温度100～150℃。根据挤轧板材的规格选择，板材厚度1～2mm时，挤轧速度15～30mm/s；板材厚度3～6mm时，挤轧速度10～15mm/s。
[0009]优选的，所述多道次冲压成形的变形速率为5～10mm/s，经过3～9道次的冲压成形，根据构件形状、几何尺寸、壁厚等，确定冲压成形道次。
[0010]优选的，低温去应力热处理是在150～260℃保温2～5h，真空度≥3
×
10
‑3Pa。
[0011]一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，经过下列工艺步骤实现：
[0012](1)材料准备：依据锥形构件零件图，确定构件最大壁厚，并依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，选取直径10～30mm棒材，材料牌号可以是Ta、TaW2.5、TU1等材料。
[0013](2)连续挤轧大塑性变形：将步骤(1)所得的棒材表面进行除油除污，在挤轧设备上进行剧烈大塑性变形，棒材加热温度100～220℃，挤轧速度10～30mm/s，制备出厚度1～6mm、宽度50～150mm的板材；采用氮气对棒材加热、挤轧过程进行防氧化保护，挤轧出口采用40～60℃水封冷却；板材平均晶粒尺寸不大于5μm，表面粗糙度不大于1.6μm。
[0014](3)多道次冲压成形：将步骤(2)所得的板材按照薄壁构件的体积，进行剪切下料，坯料放入冲压模具型腔内，在三向压应力和变形速率为5～10mm/s的作用下，经过3～9道次的冲压成形，在成形过程中板料表面和模具型腔内表面涂布一层润滑剂，通过多道次冲压成形获得锥形构件，圆周壁厚差不大于0.03mm，内外表面直线度不大于0.03mm，圆度不大于0.02mm。
[0015](4)低温去应力热处理：将步骤(3)所得的锥形薄壁构件在真空热处理炉中进行去应力热处理，热处理温度150～260℃，保温时间2～5h，真空度≥3
×
10
‑3Pa。
[0016]有益效果
[0017]1、本专利技术包括连续挤轧大塑性变形控性、多道次冲压控形、低温去应力尺寸稳定化等步骤，通过小规格尺寸棒材挤轧制备出大规格尺寸的板材，克服传统大尺寸坯料内部缺陷多、组织均匀性差等问题，实现由高品质小规格尺寸棒材制备出高性能板材；满足锥形构件几何尺寸、锥角、表面质量等要求；消除冲压过程局部变形引起的应力，保证几何尺寸稳定性。通过该方法获得均匀、细小等轴晶组织结构，不同部位应力值低、均匀一致，尺寸精度高、表面质量好、尺寸稳定性好，为高性能细晶锥形构件的研制提供了一种新的制备方法。
[0018]2、本专利技术从连续射流长度与侵彻深度之间的关系以及聚能射流流体力学理论，实现锥形薄壁构件组织细小、均匀，并提高聚能射流的凝聚性、稳定性。
[0019]3、本专利技术克服了常规制备方法获得组织不均匀、尺寸精度不高、内部质量差等技术难题，使制备的薄壁构件组织细晶化、尺寸精确化、表面光亮化、性能稳定化，提升聚能战斗部的侵彻威力、稳定性。同时还具有生产效率高、工艺稳定性好、易于实现工业化生产等优点。
[0020](1)产品尺寸精度高。采用该方法制备的产品同轴度≤0.025mm、圆度≤0.01mm、锥角度偏差≤2
′
。
[0021](2)产品性能好。锥形构件内外形面不加工，克服了加工切削刀痕对构件高温、高压作用下射流塑性流动性、延展性不好的技术难题。
[0022](3)产品质量有效控制。通过对工艺参数窄规格控制，获得所需的组织结构与表面质量，平均晶粒尺寸不大于5μm，表面粗糙度不大于Ra0.2μm。
附图说明
[0023]图1连续挤轧大塑性变形板材
[0024]图2金相组织
[0025]图3多道次冲压成形过程
[0026]图4锥形构件
具体实施方式
[0027]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]实施例1
[0029]一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，包括以下步骤：
[0030](1)材料准备：某单锥构件口径80mm，变壁厚结构，最大壁厚值1.76mm；选用直径16mm的Ta棒材。
[0031](2)连续挤轧大塑性变形：将步骤(1)所得的棒材表面进行除油除污，在挤轧设备上进行剧烈大塑性变形，棒材加热温度135℃，挤轧速度15mm/s，制备出厚度2mm、宽度100mm的板材；在棒材加热和挤轧过程采用氮气保护，挤轧出口采用40℃水封冷却；表面粗糙度0.4～0.8μm(图1)，板材平均晶粒尺寸1～3μm(图2)。
[0032](3)多道次冲压成形：将步骤(2)所得的板材按照锥形构件的体积，进行剪切下料，坯料放入冲压模具型腔内，在三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，包括连续挤轧大塑性变形、多道次冲压成形、低温去应力热处理，所述连续挤轧大塑性变形中材料加热温度100～220℃，所述多道次冲压成形是在三向压应力作用下经过多道次冲压成形；所述低温去应力热处理的温度150～260℃。2.如权利要求1所述的锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，所述连续挤轧大塑性变形采用氮气对材料加热、挤轧过程进行防氧化保护，挤轧出口采用40～60℃水封冷却。3.如权利要求1或2所述的锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，所述连续挤轧大塑性变形中棒材直径20～30mm、挤轧速度15～30mm/s，加热温度150～220℃；棒材直径10～20mm、挤轧速度10～15mm/s，加热温度100～150℃。4.如权利要求1
‑
3任一所述的锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，所述连续挤轧大塑性变形的挤轧速度10～30mm/s。5.如权利要求4所述的锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，板材厚度1～2mm时，挤轧速度15～30mm/s；板材厚度3～6mm时，挤轧速度10～15mm/s。6.如权利要求1
‑
5任一所述的锥形薄壁构件剧烈塑性成形方法，所述多道次冲压成形的变形速率为5～10mm/s，经过3～9道次的冲压成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴洋，宋阳曦，舒大禹，苏柳，詹红，屈俊岑，赵祖德，王长朋，陈文，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：