專利名稱：2a70鋁合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)形鍛件的軋制成形方法，特別是涉及了 2A70鋁合金薄壁環(huán)件 的輾軋成形方法。
背景技術(shù)：
2A70鋁合金是可熱處理強(qiáng)化的鋁合金。采用該合金環(huán)軋成形的航空航天等領(lǐng)域使 用的筒形殼體等回轉(zhuǎn)體零部件，要求在200 250°C的溫度范圍內(nèi)使用時具有高的耐熱性。 軋制時，由于合金變形量較小，環(huán)件壁厚較薄，尺寸精度、性能及組織要求較高，增加了軋制 成形的難度。2008年10月8日公開的中國發(fā)明專利說明書CN 101279344A公開了一種鋁合金 異形環(huán)鍛件的輾軋成形方法，該方法把按規(guī)格下料的合金棒料經(jīng)鐓粗、沖孔、軋環(huán)制坯(不 使用輾軋模具)，再把坯料裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)輾軋模具內(nèi)輾軋成形，通過在軋環(huán)制坯過程和在各工 藝步驟中控制準(zhǔn)確的變形量，軋制出了組織和性能良好的異形環(huán)鍛件。采用該方法軋制壁 厚較薄的2A70鋁合金薄壁環(huán)件時，由于輾軋模具被固定在軋輥上(即主輥和芯輥上)，軋制 時輾軋模具的孔型與預(yù)軋坯之間產(chǎn)生激烈的摩擦不僅使軋制過程非常不穩(wěn)定對生產(chǎn)造成 影響，而且還容易導(dǎo)致預(yù)軋坯溫度升高對合金的組織和性能產(chǎn)生影響，如出現(xiàn)組織變異、晶 粒粗大等缺陷。在采用上述方法及直接使用軋環(huán)機(jī)的主輥和芯輥軋制(如上述方法中的軋環(huán)制 坯)薄壁的2A70鋁合金薄壁環(huán)件時，由于受軋環(huán)機(jī)的芯輥等部件剛度的影響，加上薄壁環(huán) 件的結(jié)構(gòu)剛度較差和加工余量較小，軋制過程中易導(dǎo)致預(yù)軋坯出現(xiàn)塑性失穩(wěn)而產(chǎn)生軋扁、 喇叭口等現(xiàn)象，造成環(huán)件形狀和尺寸達(dá)不到設(shè)計使用或機(jī)加工要求而報廢，這對價格昂貴 的鋁合金材料來說損失較大。輾軋過程中，預(yù)軋坯剛開始軋制時由于先向其轉(zhuǎn)動方向一側(cè)的抱輥偏移，再向另 一側(cè)的抱輥偏移，使預(yù)軋坯在軋制過程中有朝其兩側(cè)的抱輥?zhàn)笥覕[動的現(xiàn)象，受抱輥扶持 產(chǎn)生的反作用力影響，環(huán)件容易被軋扁而報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種采用隨動模套來實(shí)現(xiàn)2A70鋁合金薄壁環(huán)件 的輾軋成形方法，采用該方法能夠軋制出尺寸精度高并具有優(yōu)良組織和性能的薄壁環(huán)件。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所述2A70鋁合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，其技術(shù) 方案包括以下步驟加熱2A70鋁合金預(yù)軋坯到455°C 475°C的變形溫度，并預(yù)熱隨動模套到220°C 270°C的溫度；把所述預(yù)軋坯和隨動模套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使預(yù)軋坯套住隨動模套、隨動模套套住芯 輥并且沿主輥和芯輥的中心距方向預(yù)軋坯與主輥的外周面之間、預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與隨動模 套的外周面之間、以及隨動模套的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，預(yù)軋坯被兩個抱輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個工 件；啟動軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動預(yù)軋坯、隨動模套、芯輥和兩個抱輥轉(zhuǎn)動，同時由 軋環(huán)機(jī)驅(qū)動上錐輥和下錐輥夾持住隨動模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動，芯輥沿徑向朝主輥方向作 進(jìn)給運(yùn)動并與主輥一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋 坯以4mm/s llmm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35% 55%后被輾軋 成薄壁環(huán)件。并且，所述隨動模套在設(shè)計時，其最小壁厚按下式計算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動模套的最小壁厚；L為主輥與芯輥的最小中心距；D1為薄壁環(huán)件的徑向最小壁厚；R1為主輥的半徑；&為芯輥的半徑。采用上述輾軋成形方法軋制成形的薄壁環(huán)件，其壁厚最小值是25mm，高厚比的最 大值是25mm0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明把加熱到變形溫度的2A70鋁合金預(yù)軋坯和經(jīng)預(yù)熱的隨動模套套裝進(jìn)軋環(huán) 機(jī)定位后，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動并與主輥一起在隨動模套的支撐下輾軋 預(yù)軋坯使其變形成形，獲得了薄壁及組織和性能優(yōu)良的薄壁環(huán)件。輾軋過程中，由于隨動模套只進(jìn)行了預(yù)熱處理，其在軋制過程中幾乎是不會變形 的。軋制時由于在預(yù)軋坯和芯輥之間隔了一層隨動模套，并且隨動模套在預(yù)軋坯內(nèi)與其一 起同向轉(zhuǎn)動，克服了預(yù)軋坯與隨動模套之間由于產(chǎn)生激烈的摩擦使軋制過程不穩(wěn)定和易導(dǎo) 致預(yù)軋坯溫度升高的現(xiàn)象，從而有利于組織生產(chǎn)和獲得優(yōu)質(zhì)鍛件。輾軋過程中，由于預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面緊貼在隨動模套的外周面上并與其一起同向、 同步轉(zhuǎn)動，避免了預(yù)軋坯受芯輥剛性部件的影響，從而避免其出現(xiàn)塑性失穩(wěn)而產(chǎn)生軋扁、喇 叭口等現(xiàn)象，而且與預(yù)軋坯一起同向、同步轉(zhuǎn)動的隨動模套還可對預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面進(jìn)行整 圓防止其軋扁和出現(xiàn)喇叭口等現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)精密軋制成形尺寸精度高的環(huán)件，節(jié)省貴重的 鋁合金材料。輾軋過程中，由于預(yù)軋坯內(nèi)套裝有隨動模套，對預(yù)軋坯起到了較好的支撐和穩(wěn)固 作用，從而可以有效減輕預(yù)軋坯在軋制過程中朝其兩側(cè)的抱輥?zhàn)笥覕[動的現(xiàn)象，防止環(huán)件 被軋扁而報廢。經(jīng)檢測該合金薄壁環(huán)件的尺寸精度，達(dá)到了相應(yīng)尺寸的3%。(千分之三)。經(jīng)檢測該合金薄壁環(huán)件的室溫拉伸性能，其縱向抗拉強(qiáng)度為410MPa 425MPa (大 于設(shè)計使用要求的382MPa)，斷后伸長率為12% 16% (大于設(shè)計使用要求的5% )，布氏 硬度為115HB 123HB(大于設(shè)計使用要求的110HB)。經(jīng)檢測該合金薄壁環(huán)件的金相組織并對環(huán)件進(jìn)行探傷檢測，達(dá)到了《航空航天用 鋁合金鍛件規(guī)范》(GJB 2351)航空航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是2A70鋁合金預(yù)軋坯的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是隨動模套和預(yù)軋坯的裝機(jī)定位及輾軋狀態(tài)示意圖。圖3是預(yù)軋坯輾軋成薄壁環(huán)件的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施本發(fā)明所述的2A70鋁合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法需要提供鍛造加熱爐、 壓力機(jī)、軋環(huán)機(jī)、機(jī)械手等設(shè)備。該合金的主要化學(xué)元素含量(重量百分比)為含Cu量1.9% 2.5%、含Mg量 1. 4% 1. 8%、含 Fe 量 0. 9% 1. 5%、含 Ni 量 0. 9% 1. 5%、含 Ti 量 0. 02% 0. 10%、 含Mn量0. 20%、含Si量0. 30%、含Si量0. 、其他元素單個< 0. 05%且總和<0. 10%, 余量為Al。該合金從棒料到生產(chǎn)出合格的薄壁環(huán)件的工藝步驟如下步驟1 制坯。把按規(guī)格下料的2A70鋁合金棒料經(jīng)加熱、鐓粗、沖孔、拔長、預(yù)軋后制取預(yù)軋坯 10°，其形狀如圖1所示。步驟2:裝機(jī)。如圖2所示，把預(yù)軋坯10°在鍛造加熱爐內(nèi)加熱到455 °C 475 °C的變形溫度后裝 進(jìn)軋環(huán)機(jī)并平放在該機(jī)的底盤上(圖中未示出)，預(yù)軋坯10°套進(jìn)軋環(huán)機(jī)的芯輥2，其外周 面與軋環(huán)機(jī)的主輥1及兩個抱輥3的外周面相切接觸，兩個抱輥3對預(yù)軋坯10°起扶持作 用；同時把隨動模套4在鍛造加熱爐內(nèi)預(yù)熱到220°C 270°C后裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)套進(jìn)軋環(huán)機(jī)的芯 輥2并套在預(yù)軋坯10°內(nèi)后平放在該機(jī)的底盤上(圖中未示出)，預(yù)軋坯10°的外周面與 主輥1的外周面之間、預(yù)軋坯10°的內(nèi)環(huán)面與隨動模套4的外周面之間、及隨動模套4的內(nèi) 環(huán)面與芯輥2的外周面之間均沿芯輥2和主輥4的中心距方向相切接觸；啟動軋環(huán)機(jī)使其 上錐輥5和下錐輥6沿隨動模套4和預(yù)軋坯10°的上下端面夾持該兩個工件，完成該兩個 工件的裝機(jī)定位。裝機(jī)時工件的裝運(yùn)主要通過機(jī)械手操作完成。步驟3:輾軋。啟動軋環(huán)機(jī)使其主輥1按圖2所示方向旋轉(zhuǎn)，主輥1驅(qū)動預(yù)軋坯10°、隨動模套 4、芯輥2和兩個抱輥3按圖2所示的方向轉(zhuǎn)動，同時由軋環(huán)機(jī)驅(qū)動上錐輥5和下錐輥6按 圖2所示方向轉(zhuǎn)動并在預(yù)軋坯10°和隨動模套4軋制過程中夾持該兩個工件的上、下端面， 使軋環(huán)機(jī)的兩個抱輥3扶持住預(yù)軋坯10°的外周面；芯輥2沿徑向朝主輥1方向作進(jìn)給運(yùn) 動并與主輥1 一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動模套4的支撐下輾軋預(yù)軋坯10°，預(yù) 軋坯10°以4mm/s llmm/s的速度沿徑向展寬，其壁厚逐漸減小。預(yù)軋坯10°在隨動模套4的支撐下被輾軋產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，當(dāng)其變形量達(dá) 35% 55%后被軋制成形為薄壁環(huán)件10(如圖3所示)，關(guān)閉軋環(huán)機(jī)，所有轉(zhuǎn)動部件停止后 移開主輥1、上錐輥5和下錐輥6、兩個抱輥3以及壓在芯輥2頂部的軋環(huán)機(jī)懸臂，從芯輥2 頂部取出薄壁環(huán)件10。薄壁環(huán)件10終軋后進(jìn)行淬火+人工時效處理。淬火即把鍛件加熱至530°C左右，按壁厚保溫后水冷；人工時效即把鍛件加熱至190°C左右，按壁厚保溫后空冷。在上述步驟1和步驟3中，該合金的終鍛或終軋溫度不小于350°C。所述變形量的計算方法為變形量=[(預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積-薄 壁環(huán)件10沿中心線的縱截面面積)/預(yù)軋坯10°沿中心線的縱截面面積]X 100%。在上述軋制過程中，為保證隨動模套4在軋制過程中不變形和預(yù)軋坯10°能夠在 該模套內(nèi)充分變形成形，該模套的最小壁厚按下式進(jìn)行設(shè)計計算D0 = L-D1-R1-R2式中Dq為隨動模套4的最小壁厚；L為主輥1與芯輥2的最小中心距；D1為薄壁環(huán)件10的徑向最小壁厚；R1為主輥1的半徑；&為芯輥2的半徑。采用上述輾軋方法軋制的該合金薄壁環(huán)件10，其最小壁厚可達(dá)25mm，高厚(指壁 厚)比最大可達(dá)25mm。經(jīng)檢測，采用上述方法輾軋成形的2A70鋁合金薄壁環(huán)件10具有較高的尺寸精度 和優(yōu)良的內(nèi)部組織及性能，完全滿足了該合金鍛件的設(shè)計使用要求。
權(quán)利要求
1.一種2A70鋁合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，其特征在于，包括以下步驟加熱2A70鋁合金預(yù)軋坯到455°C 475°C的變形溫度，并預(yù)熱隨動模套到220°C 270°C的溫度；把所述預(yù)軋坯和隨動模套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，使預(yù)軋坯套住隨動模套、隨動模套套住芯輥并 且沿主輥和芯輥的中心距方向預(yù)軋坯與主輥的外周面之間、預(yù)軋坯的內(nèi)環(huán)面與隨動模套的 外周面之間、以及隨動模套的內(nèi)環(huán)面與芯輥的外周面之間分別相切接觸，預(yù)軋坯被兩個抱 輥在其外周面扶持，上錐輥和下錐輥沿隨動模套和預(yù)軋坯的上、下端面夾持該兩個工件；啟動軋環(huán)機(jī)使其主輥旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動預(yù)軋坯、隨動模套、芯輥和兩個抱輥轉(zhuǎn)動，同時由軋環(huán) 機(jī)驅(qū)動上錐輥和下錐輥夾持住隨動模套和預(yù)軋坯一起轉(zhuǎn)動，芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給 運(yùn)動并與主輥一起以100KN 2500KN的軋制力在隨動模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，預(yù)軋坯以 Ws llmm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35% 55%后被輾軋成薄 壁環(huán)件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述隨動模套的最小壁厚按下 式進(jìn)行設(shè)計計算D0 = L-D1-R1-R2式中 為隨動模套的最小壁厚；L為主輥與芯輥的最小中心距；D1為薄壁環(huán)件的徑向最小壁厚；R1為主輥的半徑；R2為芯輥的半徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輾軋成形方法，其特征在于所述薄壁環(huán)件的壁厚最小值是 25mm,高厚比的最大值是25mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種2A70鋁合金薄壁環(huán)件的輾軋成形方法，為軋制成形尺寸精度高及組織和性能優(yōu)良的薄壁環(huán)件，其技術(shù)方案為先把經(jīng)加熱到變形溫度的鋁合金預(yù)軋坯和預(yù)熱的隨動模套套裝進(jìn)軋環(huán)機(jī)，隨動模套被套在預(yù)軋坯內(nèi)，由軋環(huán)機(jī)的主輥、芯輥、抱輥和上、下錐輥對該兩個工件進(jìn)行定位；再啟動軋環(huán)機(jī)，由其芯輥沿徑向朝主輥方向作進(jìn)給運(yùn)動并與主輥一起以100KN～2500KN的軋制力在隨動模套的支撐下輾軋預(yù)軋坯，使其以4mm/s～11mm/s的速度沿徑向展寬，壁厚逐漸減小，其變形量達(dá)35％～55％后被輾軋成薄壁環(huán)件。采用該方法軋制成形的鋁合金薄壁環(huán)件的壁厚最小值是25mm，高厚比的最大值是25mm，該環(huán)件主要用于航空航天等領(lǐng)域使用的筒形殼體等回轉(zhuǎn)體零部件。
文檔編號B21H1/06GK102085552SQ20101058209
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者劉小剛, 盧漫宇, 吳永安, 宋捷, 張華 , 雷鎮(zhèn)威, 項春花 申請人:貴州航宇科技發(fā)展有限公司