一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法及模具技术

本发明专利技术公开了一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法及模具，所述精密成形方法包括以下步骤：S1：制坯：将铝合金金属锭制成空心圆柱形坯料；S2：预成形：对空心圆柱坯料进行矩形马扩，切削加工后得到异形预制坯；S3：终成形：将预制坯进行模内马扩，获得异形截面环锻件；S4：热处理：对异形截面环锻件依次进行模内固溶淬火、冷变形和时效处理。本发明专利技术相对于传统矩形环件制造方法，材料利用率高，后续机加工金属切削量小，生产周期短，预制坯在环形外模具及异形芯轴构成的型腔内均匀、顺畅流动并填满型腔，获得高精度异形截面环锻件；同时，按本发明专利技术方法制备的异形截面环锻件具有组织细小、均匀，三向性能优异且各向异性小的优点。三向性能优异且各向异性小的优点。三向性能优异且各向异性小的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法及模具


[0001]本专利技术涉及异形截面环件成形制造方法，尤其涉及一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法及模具。

技术介绍

[0002]推进剂贮箱是航天运载火箭的重要部件，不仅携带燃料，而且传递推力，是火箭的主承力结构。目前，运载火箭推进剂贮箱主结构一般采用轻质、高强铝合金材料制造，各零部件加工成形后通过焊接或其他工艺装配连接。火箭贮箱过渡环是推进剂贮箱的关键传力结构，连接着贮箱箱底、箱筒段以及前后短壳，在工作条件下承受轴压、弯矩、内压等复杂载荷，其综合力学性能对推进剂贮箱的承载能力和可靠性有直接影响。典型的过渡环截面为Y形，材料为2219铝合金。
[0003]现役的Y形过渡环由矩形截面环锻件机加工而成：2219铝合金铸锭经锻造开坯、滚圆、镦饼、冲孔后进行马架扩孔，不断扩大环件的直径；平整端面后将环件环轧到目标尺寸；热处理后将轧制的矩形截面环件机加工成得到最终零件。这种成形工艺方法材料利用率低，后续机加工金属切削量大，加工周期长，且金属流线被严重破坏。此外，材料利用率低使得所需铸锭体积更大，大铸锭内网状粗大结晶相偏析、富集现象更加严重，易遗传到最终环件，进一步影响了环件的组织和力学性能。
[0004]异形截面环件整体精确成形替代传统矩形截面环件，可大幅度提升材料利用率，缩短加工周期，获得有利的流线组织，是火箭贮箱过渡环高性能制造的发展趋势。然而，目前复杂异形截面环件精确成形技术尚不成熟，采用常规环轧工艺成形时极易出现轧制失稳，环件的尺寸精度和组织性能难以保证，亟需突破异形过渡环高性能精确成形制造方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种铝合金异形过渡环锻件制造方法及模具，用于制造出尺寸精度及力学性能合格的异形截面环件，解决现有工艺技术中异形环成形过程的失稳，尺寸精度低、截面填充差的技术问题。
[0006]为解决上述技术问题，第一方面，本专利技术提出了一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法，包括以下步骤：
[0007]S1：制坯：将铝合金金属锭加热至预设温度K1，对铝合金金属锭进行多向锻造得到实心圆柱形坯料，在实心圆柱形坯料中心开孔得到空心圆柱形坯料；
[0008]S2：预成形：通过普通马架工艺对空心圆柱形坯料进行扩孔，得到矩形截面环坯，对矩形截面环坯内圈上部进行切削加工，得到异形预制坯；
[0009]S3：终成形：将异形预制坯安装于环形外模具和异形芯轴形成的型腔内，然后将异形预制坯、环形外模具和异形芯轴加热至预设温度K2，在模具型腔内马扩得到异形截面环锻件；
[0010]S4：热处理：在不高于预设温度K3下对未脱模的异形截面环锻件依次进行固溶淬
火处理、模内冷变形和时效处理，处理完成后将异形截面环锻件脱模。
[0011]作为本专利技术的方法的进一步改进：
[0012]所述步骤S1具体为：
[0013]S11：将铝合金金属锭清除下料毛刺，并在铸锭表面均匀涂覆脱模剂；
[0014]S12：将铝合金金属锭加热至预设温度K1，并保温不低于预设时间T1；
[0015]S13：对铝合金金属锭进行多向锻造，随后滚圆并沿轴向镦粗，得到实心圆柱形坯料；
[0016]S14：在实心圆柱形坯料中心开孔得到空心圆柱形坯料。
[0017]所述步骤S2具体为：
[0018]S21：对空心圆柱形坯料进行固溶处理；
[0019]S22：通过锻压机对固溶处理后的空心圆柱形坯料进行扩孔，得到矩形截面环坯；
[0020]S23：对矩形截面环坯进行固溶处理；
[0021]S24：通过矩形截面环坯内圈上部进行切削加工，得到异形预制坯。
[0022]所述步骤S3具体为：
[0023]S31：在异形预制坯的外表面及环形外模具内壁均匀涂覆脱模剂，在异形芯轴与支架底座接触区域涂覆耐高温润滑脂；
[0024]S32：然后将异形预制坯安装于环形外模具和异形芯轴形成的型腔内，通过环形外模具抑制异形预制坯外径长大，异形芯轴控制环件内轮廓；
[0025]S33：将异形预制坯、环形外模具的环形外模具和异形芯轴一起加热至预设温度K2，并保温不低于预设时间T2；
[0026]S34：冷态下异形预制坯与环形外模具为间隙配合，由于铝合金和热作模具钢之间热膨胀系数的差异，二者之间的配合关系在加热过程逐渐转化为过盈配合，使异形预制坯马扩成形时不发生松动；马扩成形时，压机下压环形外模具，通过不断转动异形芯轴，使坯料逐渐填满型腔，实现异形件精确成形。
[0027]所述步骤S4具体为：
[0028]S41：将异形截面环锻件、环形外模具和异形芯轴一起加热至预设温度K4；
[0029]S42：将加热的异形截面环锻件在冷却介质中淬火，淬火时间为T3；
[0030]S43：淬火后立即对异形截面环锻件进行模内冷变形；
[0031]S44：冷变形后对异形截面环锻件进行时效处理；
[0032]S45：将异形截面环锻件脱模。
[0033]所述预设温度K1具体为450℃～510℃，预设温度K2具体为250
‑
300℃；预设温度K3具体为538℃。
[0034]所述步骤S21中的固溶处理和所述步骤S23中的固溶处理相同，具体为：将空心圆柱形坯料或矩形截面环坯加热至预设温度K5，并保温预设时间T4，然后随炉冷却至室温。
[0035]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种铝合金异形截面环锻件精密成形模具，所述精密成形模具应用于第一方面所述的成形方法。
[0036]进一步地，所述终成形模具包括支架底座、异形芯轴和环形外模具，异形预制坯安装在环形外模具内；异形芯轴穿过所述异形预制坯和环形外模具，与所述异形预制坯内轮廓完全吻合后安装，所述异形芯轴两端放置于所述支架底座的两端支架上。
[0037]进一步地，所述环形外模具截面轮廓为L形，所述异形预制坯定位于下端部台阶处。
[0038]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法及模具，相对于传统过渡环制造方法材料利用率高，后续机加工金属切削量小，可大幅缩短环件产品的生产周期，同时，本专利技术的制造方法中成形设备仅有锻压机，设备投资小，可一定程度降低生产成本；将异形预制坯、环形外模具的环形外模具和异形芯轴一起加热，由于铝合金和热作模具钢之间热膨胀系数的差异，使异形预制坯在环形外模具及异形芯轴构成的型腔内均匀、流畅地流动，形成良好的截面填充。
[0039]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0040]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0041]图1是本专利技术优选实施例的铝合金异形截面环锻件制造方法的工艺流程图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：制坯：将铝合金金属锭加热至预设温度K1，对铝合金金属锭进行锻造得到实心圆柱形坯料，在实心圆柱形坯料中心开孔得到空心圆柱形坯料；S2：预成形：通过普通马架工艺对空心圆柱形坯料进行扩孔，得到矩形截面环坯，对矩形截面环坯内圈上部进行切削加工，得到异形预制坯(3)；S3：终成形：将异形预制坯(3)安装于环形外模具(4)和异形芯轴(2)形成的型腔内，然后将异形预制坯(3)、环形外模具(4)和异形芯轴(2)加热至预设温度K2，通过马架扩孔得到异形截面环锻件(5)；S4：热处理：在不高于预设温度K3下对未脱模的异形截面环锻件(5)依次进行固溶淬火处理、冷变形和时效处理，处理完成后将异形截面环锻件(5)脱模。2.根据权利要求1所述的一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：S11：将铝合金金属锭清除下料毛刺，并在铸锭表面均匀涂覆脱模剂；S12：将铝合金金属锭加热至预设温度K1，并保温不低于预设时间T1；S13：对铝合金金属锭进行多向锻造，随后滚圆并沿轴向镦粗，得到实心圆柱形坯料；S14：在实心圆柱形坯料中心开孔得到空心圆柱形坯料。3.根据权利要求1所述的一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：S21：对空心圆柱形坯料进行固溶处理；S22：通过锻压机对固溶处理后的空心圆柱形坯料进行扩孔，得到矩形截面环坯；S23：对矩形截面环坯进行固溶处理；S24：通过矩形截面环坯内圈上部进行切削加工，得到异形预制坯(3)。4.根据权利要求1所述的一种铝合金异形截面环锻件精密成形方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：S31：在异形预制坯(3)的外表面及环形外模具内壁均匀涂覆脱模剂，在异形芯轴(2)与支架底座(1)接触区域涂覆耐高温润滑脂；S32：然后将异形预制坯(3)安装于环形外模具(4)和异形芯轴(2)形成的型腔内，通过环形外模具(4)抑制异形预制坯(3)外径长大，异形芯轴(2)控制环件内轮廓；S33：将异形预制坯(3)、环形外模具的环形外模具(4)和异形芯轴(2)一起加...

【专利技术属性】
技术研发人员：易幼平，何海林，黄始全，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：