薄壁铝镁合金圆筒旋压方法与流程

1.本发明属于圆筒旋压技术领域，具体涉及一种薄壁铝镁合金圆筒旋压方法。


背景技术：

2.随着航天、航空等制造业水平的飞速发展，飞行器战斗部壳体的结构制造材料越来越多向铝镁合金转变，铝镁合金是以镁和铝为主要元素，并以mg2si相为强化相的铝合金，6061铝合金就属于此类可热处理强化铝合金。6061铝合金合金具有优良的综合性能，铝合金密度小，能减小体壳体比重，增加弹药比重，提高武器威力。加热旋压(以下简称热旋)是获得此类薄壁筒形件的一种有效方法。
3.传统的铝镁合金薄壁圆筒热旋工艺方法是：采用热旋开坯冷旋成形。旋压前使用两把丙烷烤枪对旋压芯模和旋压坯料进行加热，模具需加热到350℃，坯料加热到300℃。加热时，旋压芯模匀速转动，模具和坯料经预热后进行反向多道次强力旋压成薄壁旋压圆筒。
4.该热旋工艺方法存在以下缺点：
5.1)旋压前使用两把丙烷烤枪对旋压芯模和旋压坯料进行加热，模具加热到350℃，坯料加热到300℃。加热耗时长达3h以上，旋压过程还需保温控温，生产效率低，周期长，单件旋压时间在6h 以上。
6.2)加热旋压成形，在变薄旋压过程中，很容易出现坯料堆积，旋轮成形角过大导致工件变形区畸变增大，使旋轮前隆起和堆积增大，降低工件的准确度和表面质量；旋轮成形角过小使旋轮和毛坯的接触面积增大，产生扩径，所以旋压过程进给率控制在≤0.8mm /n范围内，生产效率低，且圆筒容易扩径，尺寸精度很难保证。


技术实现要素：

7.本发明的目的就是针对现有评估方法的缺陷，提供一种生产效率高、表观质量优良且强度高的薄壁铝镁合金圆筒旋压方法。
8.为实现上述目的，本发明所设计的薄壁铝镁合金圆筒旋压方法，所述薄壁铝镁合金圆筒包括不带底的薄壁圆筒和变壁厚圆筒；所述旋压方法如下：
9.1)将铝镁合金圆棒锻压制成厚壁锻环并进行预处理；
10.2)将厚壁锻环机加成环坯获得旋压坯料；
11.3)将旋压坯料装模并用防转齿固定，采用数控三旋轮旋压机，一次装模三道次冷态旋压，获得不带底的薄壁圆筒预制件；
12.4)将薄壁圆筒预制件放置在固溶炉中，对薄壁圆筒预制件进行固溶时效处理，消除旋压应力，获得薄壁圆筒。
13.进一步地，所述步骤1)中，预处理：入炉温度≤410℃，410℃
±
10℃保温2～4h，随炉冷至≤260℃，出炉空冷至室温。
14.进一步地，所述步骤1)中，铝镁合金按圆棒的铝镁合金按质量百分比包括：cu 0.15～0.4％、mg 0.45～0.9％、si 0.4～0.8％、cr 0.04～0.15％。
15.进一步地，所述步骤2)中，旋压坯料表面粗糙度达到1.6μm 以上，旋压坯料直径为480～880mm，单边壁厚10～20mm。
16.进一步地，所述步骤3)中，一次装模三道次冷态旋压的具体过程为：
17.a)安装芯模和旋轮，并将防转齿通过螺栓安装在芯模的端部，用铜片插入安装端面调整安装状态，用百分表检测旋压芯模圆跳动≤0.15mm，三个旋轮圆跳动≤0.10mm；b)用毛刷在旋压坯料内壁均匀涂覆润滑剂；c)将内壁涂覆润滑剂的旋压坯料的一部分套入直筒芯模上，然后用旋轮将旋压坯料推入直筒旋压芯模。
18.进一步地，所述步骤3)中，采取三旋轮错距旋压，旋压时主轴转速45～50rpm、进给比0.8～1.0mm/r、道次减薄率25～30％。
19.进一步地，所述润滑剂由机油、水、石墨、二硫化钼调和而成，其中，石墨与水的重量比例为5:90～95。
20.进一步地，所述步骤4)中，薄壁圆筒预制件入炉温度≤530℃，放置在固溶炉中，固溶炉的温度控制530℃
±
10℃保温30～50min，从固溶炉出来10～20s内，在50～70℃的溶液里淬火；在温度为 100～150℃，持续时间10～18小时的人工时效。
21.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
22.1)本发明采用一次装模、三道次强力冷态旋压成形铝镁合金薄壁圆筒，该加工方法解决了旋压前使用丙烷烤枪对旋压芯模和旋压坯料进行加热(即模具加热到350℃，坯料加热到300℃。加热耗时长达3h以上)旋压过程需保温控温、生产效率低、周期长、单件旋压时间在6h以上问题；本发明无需加热旋压芯模和旋压坯料，单件圆筒旋压时间仅为1.5h，提高工效4倍以上。
23.2)该旋压加工方法所选用的旋轮可以有效防止冷旋过程坯料堆积；
24.3)该旋压加工方法只需投入一套旋压芯模，利用设备尾顶机构，旋压过程模具刚性优良，筒体直线度高，有效地提高了筒体的整体加工精度、外观质量和内部质量。
25.4)本发明的旋压成形工艺方法加工效率大幅度提高，加工成本大幅度降低；无需准备加热装置，制造周期短及研制成本低。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
27.本发明中旋压芯模为整体 中心开孔结构，芯模材料选用 5crnimo、硬度hrc50～55，表面碎硬层深度大于15mm。芯模结构形式设计为空心，壁厚为90mm，选用锻件形式，芯模直线度≤ 0.02。用于冷态强力旋压的旋轮选用选用工作角30
°
的旋轮，旋轮硬度为hrc60～65，表面粗糙度ra1.6μm，双锥面结构形式，旋轮工作角α均为30
°
、退出角β均为30
°
，圆角半径r20mm。
28.薄壁铝镁合金圆筒包括不带底的薄壁圆筒和变壁厚圆筒，薄壁铝镁合金圆筒直径为480～880mm、长度为1300～2000mm、壁厚 3.2～6.7mm。薄壁铝镁合金圆筒旋压方法具体如下：
29.1)将牌号6061的铝镁合金圆棒锻压制成厚壁锻环并进行预处理；
30.其中，锻环晶粒度≥4级；预处理：入炉温度≤410℃，410℃
±
10℃保温2～4h，随炉
冷至≤260℃，出炉空冷至室温；
31.其中，6061的铝镁合金按圆棒的铝镁合金按质量百分比包括： cu 0.15～0.4％、mg 0.45～0.9％、si 0.4～0.8％、cr 0.04～0.15％；
32.2)将厚壁锻环机加成环坯获得旋压坯料，旋压坯料表面粗糙度达到1.6μm以上，旋压坯料直径为480～880mm，单边壁厚 10～20mm；
33.3)将旋压坯料装模并用防转齿固定，采用数控三旋轮旋压机，一次装模三道次冷态旋压，获得不带底的薄壁圆筒预制件；
34.旋压前，为减小旋轮与旋压坯料的摩擦，提高零件表面质量和旋压后的脱模，在旋压坯料内壁需涂抹润滑剂，润滑剂由机油、水、石墨、二硫化钼调和而成，其中石墨与水的重量比例为5:90～95，利于装模和旋压件脱模；
35.一次装模、三道次反向强力冷态旋压成形：a)安装芯模和旋轮，并将防转齿通过螺栓安装在芯模的端部，可以使用铜片插入安装端面调整安装状态，用百分表检测旋压芯模圆跳动≤0.15mm，三个旋轮圆跳动≤0.10mm；b)用毛刷在旋压坯料内壁均匀涂覆润滑剂，利于旋压件脱模；c)将内壁涂覆润滑剂的旋压坯料的一部分套入直筒芯模上，然后用旋轮将旋压坯料推入直筒旋压芯模；旋压坯料头部与旋转齿紧密接触，利于后续旋压过程卡紧旋压坯料；c) 旋压前，根据所需成型零件的外形尺寸，来确定旋压道次数量、每道次压下量、旋轮进给速率、主轴转速等旋压参数，旋压过程为防止产生堆料，采取三旋轮错距旋压，三旋轮错距量用垫片调整获得；其中，防转齿内径应略大于芯模外径，并用海绵缠绕防转齿，防止防转齿与坯料卡滞磨损的金属削脱落进入旋压圆筒内壁形成划伤。
36.旋压坯料经一次装模多道次旋压加工，旋压时主轴转速 45～50rpm、进给比0.8～1.0mm/r、道次减薄率25～30％；薄壁圆筒预制件直径为480～880mm、长度为1000～2000mm、壁厚3.2～6.7mm；
37.4)将薄壁圆筒预制件放置在固溶炉中，对薄壁圆筒预制件进行固溶时效处理，消除旋压应力，获得薄壁圆筒；
38.其中，薄壁圆筒预制件入炉温度≤530℃，放置在固溶炉中，固溶炉的温度控制530℃
±
10℃保温30～50min，从固溶炉出来 10～20s内，在50～70℃的溶液里淬火；在温度为100～150℃，持续时间10～18小时的人工时效；
39.实施例1
40.制备规格为φ480mm
×
6.7mm的6061铝镁合金薄壁圆筒。
41.1)将牌号6061的铝镁合金圆棒锻压制成26mm厚的厚壁锻环并进行预处理；
42.其中，锻环晶粒度≥4级；预处理：入炉温度≤410℃，410℃保温3h，随炉冷至≤260℃，出炉空冷至室温；
43.2)将厚壁锻环机加成环坯获得壁厚为20mm的旋压坯料，旋压坯料表面粗糙度达到1.6μm以上，旋压坯料内径尺寸精度为
±ꢀ
0.08mm、壁厚尺寸精度为
±
0.05mm，旋压坯料直径为480mm、单边壁厚20mm；
44.3)将旋压坯料装模并用防转齿固定，采用数控三旋轮旋压机，一次装模三道次冷态旋压，获得不带底的薄壁圆筒预制件；
45.旋压坯料经一次装模多道次旋压加工三旋轮错距，错距量为0、 5mm、10mm，要求旋轮径向圆跳动不大于0.15mm；第一道次减薄率30％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm，
得到φ480mm
×ꢀ
14mm半成品筒体；第二道次减薄率28.5％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm，得到φ480mm
×
10mm半成品筒体；第三道次减薄率30％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm；旋压过程采用浓度为20％的乳化液作为润滑剂，获得直径为480mm、长度为1000mm、壁厚6.7mm薄壁圆筒预制件；
46.4)将薄壁圆筒预制件放置在固溶炉中，对薄壁圆筒预制件进行固溶时效处理，消除旋压应力，获得薄壁圆筒；
47.其中，薄壁圆筒预制件入炉温度≤530℃，放置在固溶炉中，固溶炉的温度控制530℃保温40min，从固溶炉出来10～20s内，在 70℃的溶液里淬火；在温度为150℃，持续时间13小时的人工时效。
48.实施例2
49.制备规格为φ880mm
×
7mm的6061铝镁合金薄壁圆筒。
50.1)将牌号6061的铝镁合金圆棒锻压制成18mm厚的厚壁锻环并进行预处理；
51.其中，锻环晶粒度≥4级；预处理：入炉温度≤410℃，415℃保温2h，随炉冷至≤260℃，出炉空冷至室温；
52.2)将厚壁锻环机加成环坯获得壁厚为18mm的旋压坯料，旋压坯料表面粗糙度达到1.6μm以上，旋压坯料内径尺寸精度为
±ꢀ
0.08mm、壁厚尺寸精度为
±
0.05mm，旋压坯料直径为880mm、单边壁厚10mm；
53.3)将旋压坯料装模并用防转齿固定，采用数控三旋轮旋压机，一次装模三道次冷态旋压，获得不带底的薄壁圆筒预制件；
54.旋压坯料经一次装模多道次旋压加工三旋轮错距，错距量为0、 5mm、10mm，要求旋轮径向圆跳动不大于0.15mm；第一道次减薄率30％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm，得到φ480mm
×ꢀ
14mm半成品筒体；第二道次减薄率28.5％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm，得到φ480mm
×
10mm半成品筒体；第三道次减薄率30％、进给比0.8mm/r、主轴转速45～50rpm；旋压过程采用浓度为20％的乳化液作为润滑剂，获得直径为880mm、长度为1600mm、壁厚3.2～5mm薄壁圆筒预制件；
55.4)将薄壁圆筒预制件放置在固溶炉中，对薄壁圆筒预制件进行固溶时效处理，消除旋压应力，获得薄壁圆筒；
56.其中，薄壁圆筒预制件入炉温度≤530℃，放置在固溶炉中，固溶炉的温度控制535℃保温30min，从固溶炉出来10～20s内，在 60℃的溶液里淬火；在温度为120℃，持续时间18小时的人工时效。