高強(qiáng)度鋁合金碟形工件壓扭成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的壓扭成型方法，包括以下步驟：（ⅰ）模具和坯料加熱：將模具和毛坯加熱至壓扭溫度為360～480℃，保溫1小時。（ⅱ）壓扭變形：在壓扭成型機(jī)上利用模具對坯料進(jìn)行壓扭變形，壓制壓力為500～5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000～200000牛·米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘1～5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)2～5圈，扭轉(zhuǎn)過程中模具和坯料的溫度保持在360～480℃。（ⅲ）冷卻及后處理：壓扭成型后的坯料進(jìn)行空冷，然后進(jìn)行后續(xù)的車削飛邊及后續(xù)熱處理。本發(fā)明操作方便，材料的晶體流線呈環(huán)向分布，特別適用于抗拉強(qiáng)度大于500MPa的7XXX系高強(qiáng)鋁合金的碟形工件成型。
【專利說明】高強(qiáng)度鋁合金碟形工件壓扭成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種材料加工成型方法，具體涉及一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的大塑性變形的壓扭成型方法。 【背景技術(shù)】
[0002]高強(qiáng)鋁合金碟形工件是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備的一個重要高比強(qiáng)度零部件，在離心力的作用下，環(huán)向受力為主要受力方向，所以對材料的環(huán)向力學(xué)性能要求較高。常規(guī)生產(chǎn)鋁合金蝶形件一般都是采用模鍛成型方法，采用上下模具沖壓的方式，把坯料直接鍛造成形，該技術(shù)鍛造出來的材料的晶粒的流線一般都是徑向，材料的形變量也相對較小，不能充分發(fā)揮材料的高強(qiáng)度特性。如果采用擠壓形變過的坯料進(jìn)行常規(guī)模鍛，鍛件的晶粒流線存在各向異性，環(huán)向力學(xué)性能不均勻，對于主要受環(huán)向應(yīng)力的高速旋轉(zhuǎn)蝶形工件來說，常規(guī)模鍛件的力學(xué)性能在環(huán)向應(yīng)力無法滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點而提出的，其目的是提供一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的壓扭成型方法，解決常規(guī)模鍛碟形件鋁合金材料環(huán)向力學(xué)性能較差的問題。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的壓扭成型方法，包括以下步驟:
(i )模具和坯料加熱
將模具和毛坯加熱至壓扭溫度為360~480°C，保溫I小時；
(ii)壓扭變形
在壓扭成型機(jī)上利用模具對坯料進(jìn)行壓扭變形，壓制壓力為500~5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000~200000牛?米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘I~5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)
2~5圈，扭轉(zhuǎn)過程中模具和坯料的溫度保持在360~480°C，通過壓扭變形，使材料的晶粒尺寸得到細(xì)化，且晶粒流線為環(huán)向，最后把坯料從模腔中頂出；
(iii)冷卻及后處理
壓扭成型后的坯料進(jìn)行空冷、車削飛邊處理。
[0005]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，由于受過在高壓下扭轉(zhuǎn)，材料晶粒得到環(huán)向剪切變形，材料的力學(xué)性能特別是環(huán)向力學(xué)性能比常規(guī)模鍛的好，材料的晶體流線呈環(huán)向分布，晶粒尺寸也比常規(guī)模鍛件小得多。特別適用于抗拉強(qiáng)度大于500MPa的7XXX系高強(qiáng)鋁合金的碟形工件成型。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是I號碟形工件示意圖；
圖2是適用于I號碟形工件的壓扭模具圖；
圖3是II號碟形工件示意圖；圖4是適用于II號碟形工件的壓扭模具圖。
[0007]其中:
II號碟形工件 2I號上模
3I號下模模套4I號下模模芯
5I號頂出芯桿6I號毛還料
7II號碟形工件 8II號上模
9II號下模模套10II號下模模芯
IIII號頂出芯桿12II號毛還料。
【具體實施方式】
[0008]下面，參照附圖和實施例 對本發(fā)明一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的壓扭成型方法進(jìn)行詳細(xì)說明:
一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件的壓扭成型方法，首先，模具設(shè)計和模具加工:根據(jù)壓扭成型機(jī)的結(jié)構(gòu)和最終碟形工件的形貌尺寸設(shè)計并加工出壓扭模具，其主要組成有上模、下模模套、下模模芯和頂出芯桿等。然后，毛坯料尺寸設(shè)計:綜合考慮最終零件的形狀尺寸和變形量等因素，確定出較合適的原料毛坯尺寸規(guī)格。
[0009]壓扭成型方法，包括以下步驟:
(i )模具和坯料加熱
將模具和毛坯加熱至壓扭溫度為360~480°C，保溫I小時。
[0010](ii)壓扭變形
在壓扭成型機(jī)上利用模具對坯料進(jìn)行壓扭變形，壓制壓力為500~5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000~200000牛?米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘I~5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)2~5圈，扭轉(zhuǎn)過程中模具和坯料的溫度保持在360~480°C。通過壓扭變形，使材料的晶粒尺寸得到細(xì)化，且晶粒流線為環(huán)向，最后把坯料從模腔中頂出。
[0011](iii)冷卻及后處理
從模具中頂出的坯料進(jìn)行空冷，最后車削飛邊。
[0012]實施例1:
如圖1、2所示，對于I號碟形工件1，其合金牌號為7075的鋁合金，工件外徑D = 100~200mm,高度H = 10~50mm, d = 5~30mm, h = 8~20mm,根據(jù)工件的形貌特點，設(shè)計并加工出I號上模2、I號下模模套3、I號下模模芯4和I號頂出芯桿5,根據(jù)7075招合金材料的工藝特性和最終件的規(guī)格尺寸，采用Φ75πιπι的擠壓棒為I號毛坯料6，坯料高度30~100mm。模具和毛坯料均加溫至360~480°C并保溫I小時，接著在壓扭成型機(jī)上進(jìn)行模壓和扭轉(zhuǎn)，模壓壓力500~5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000~200000牛?米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘I~5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件到限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)2~5圈，最后卸壓并把工件從模具中頂出，空冷后車削去坯料的飛邊，即可制得I號碟形工件。
[0013]經(jīng)過壓扭成型，從圓柱狀坯料形變成碟形工件形貌和最終規(guī)格尺寸，對比采用模鍛沖壓工藝加工成型的碟形工件，該工藝生產(chǎn)出來的零件形貌尺寸與模鍛件無異，但是由于受過在高壓下扭轉(zhuǎn)，材料晶粒得到環(huán)向剪切變形，材料的力學(xué)性能特別是環(huán)向力學(xué)性能比常規(guī)模鍛的好，材料的晶體流線呈環(huán)向分布，晶粒尺寸也比常規(guī)模鍛件小得多。[0014]經(jīng)測試，經(jīng)過壓扭變形后的7075鋁合金碟形件的抗拉強(qiáng)度達(dá)到613MPa，比普通模鍛件的抗拉強(qiáng)度538MPa提高了 14%，而材料的延伸率變化不大，經(jīng)扭轉(zhuǎn)后外緣部位的材料晶粒尺寸由初始的30 μ m細(xì)化到300nm以下,且呈環(huán)向流線分布。
[0015]實施例2:
如圖3、4所示，對于II號碟形工件7，其合金牌號為7A04的鋁合金，工件外徑D = 120~300mm,高度 H = 10 ~50mm, d = 5 ~30mm, h = 8 ~20mm, s = 50 ~100mm,根據(jù)工件的形貌特點，設(shè)計并加工出II號上模8、II號下模模套9、II號下模模芯10和II號頂出芯桿11，根據(jù)7A04鋁合金材料的工藝特性和最終件的規(guī)格尺寸，采用Φ80πιπι的鑄錠為II號毛坯料12，坯料高度20~80mm。模具和毛坯料均加溫至360~480°C并保溫I小時，接著在壓扭成型機(jī)上進(jìn)行模壓和扭轉(zhuǎn)，模壓壓力500~5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000~200000牛?米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘I~5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件到限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)2~5圈，最后卸壓并把工件從模具中頂出，空冷后車削去坯料的飛邊，即可制得II號碟形工件。
[0016]經(jīng)測試，經(jīng)過壓扭變形后的7A04鋁合金碟形件的抗拉強(qiáng)度達(dá)到630MPa，比普通模鍛件的抗拉強(qiáng)度550MPa提高了 15%，而材料的延伸率變化不大，經(jīng)過扭轉(zhuǎn)后外緣部位的材料晶粒尺寸由初始的90 μ m細(xì)化到500nm以下,且晶粒流線呈環(huán)向分布。
[0017]本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、操作方便，由于受過在高壓下扭轉(zhuǎn)，材料晶粒得到環(huán)向剪切變形，材料的力學(xué)性能特別是環(huán)向力學(xué)性能比常規(guī)模鍛的好，材料的晶體流線呈環(huán)向分布，晶粒尺寸也比常規(guī)模鍛件小得 多。特別適用于抗拉強(qiáng)度大于500MPa的7XXX系高強(qiáng)鋁合金的碟形工件成型。
【權(quán)利要求】
1.一種高強(qiáng)度鋁合金碟形工件壓扭成型方法，其特征在于:包括以下步驟: (i )模具和坯料加熱 將模具和毛坯加熱至壓扭溫度為360~480°C，保溫I小時； (ii)壓扭變形 在壓扭成型機(jī)上利用模具對坯料進(jìn)行壓扭變形，壓制壓力為500~5000噸，扭轉(zhuǎn)扭矩10000~200000牛?米，扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為每分鐘I~5轉(zhuǎn)，當(dāng)壓扭到碟形工件限位尺寸后再扭轉(zhuǎn)2~5圈，扭轉(zhuǎn)過程中模具和坯料的溫度保持在360~480°C，通過壓扭變形，使材料的晶粒尺寸得到細(xì)化，且晶粒流線為環(huán)向，最后把坯料從模腔中頂出； (iii)冷卻及后處理 壓扭成型后的坯料進(jìn)行 空冷、車削飛邊處理。
【文檔編號】B21J13/02GK103480789SQ201310491103
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】吳雷, 寇益強(qiáng), 韓秋良, 吳福, 趙凱, 李昂, 鄭曉靜, 高蔚 申請人:核工業(yè)理化工程研究院