專利名稱：一種高精度鋁合金矩形管成形方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料加工技術領域，特別涉及一種高精度鋁合金矩形管的成形方法。
背景技術：
高精度鋁合金矩形管作為無線電微波通信導航設備的重要元件，廣泛的應用于航空、航天、雷達、遙測和遠距離通訊等重要科技領域。由于工作和使用環(huán)境的特殊性，對該類矩形管的尺寸精度及內(nèi)表面質(zhì)量均提出了較為嚴格的要求。目前，在實際生產(chǎn)中，制備該類管材主要采用初始圓管坯-過渡橢圓-成品矩形的拉拔成形方案。但是，由于管坯材料變形的不合理，金屬質(zhì)點流動的一致性與均勻性較差，加工過程中往往會出現(xiàn)管坯拉斷，角部形成橫向裂紋，尺寸超差，壁厚不均以及內(nèi)表面粗糙度不達標等成形問題，嚴重的影響了產(chǎn)品的使用性能。通過總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，工藝的制定及模具的設計與加工是影響成品管質(zhì)量精度的兩個最為重要的要素。因此，制定合理的生產(chǎn)工藝方案，設計優(yōu)良的模具結(jié)構(gòu)以及提高模具的加工精度是解決實際生產(chǎn)缺陷問題，制造出符合設計及使用要求的成品矩形管的關鍵措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種鋁合金矩形管的成形方法，該方法能有效改善成品管材的尺寸精度及表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品的使用性能及壽命，解決拉拔過程中管坯拉斷，角部出現(xiàn)明顯橫向裂紋的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的高精度鋁合金矩形管的成形方法具體步驟如下a)將已制備好的牌號為6061的鋁合金鑄錠均火加熱至415士5°C，并保持1_2小時；b)將步驟a)所得鑄錠加熱至450°C，然后在預熱溫度為400°C的擠壓分流模具上熱擠壓制得初始毛料管坯；c)將步驟b)所得毛料管坯進行溫度為500°C，保溫30min的鹽浴退火處理；d)將步驟c)所得毛料管坯冷軋成尺寸規(guī)格為Φ92. 6X2. 16mm的圓管；e)將步驟d)所得圓管坯放入38#汽缸油中浸泡M小時；f)將步驟e)所得管坯空拉拔為近似矩形管；g)將步驟f)所得近似矩形管通過矩形矯正模帶芯棒拉拔為矩形管；h)將步驟g)所得矩形管帶芯棒拉拔為尺寸規(guī)格為90. 12X45. 16X2. 06mm的成品管。本發(fā)明所涉及的高精度鋁合金矩形管的成形方法具有以下優(yōu)點和效果1)通過擠壓和軋制相配合的工藝以及合理的熱處理方法制得的初始圓管坯內(nèi)部晶粒細小，組織致密，表面質(zhì)量較好，力學性能優(yōu)良，為后續(xù)的多道次拉拔工藝奠定了堅實的基礎。2·)通過設計了圓管坯-近似矩形-矯正矩形-成品的拉拔配模方案，將初始圓管坯平滑穩(wěn)定的過渡到最終矩形，大大的降低了金屬變形的不均勻性，有效地提高了成品管的成形質(zhì)量，使成形尺寸精度以及表面光潔度得到大幅度的改善?；迷谠袀鹘y(tǒng)模具的基礎上，將對成品管質(zhì)量影響最為顯著的成品拉拔模具角部輪廓進行了改進，有效地平衡了管坯角部與邊部之間金屬變形的難易程度，提高了變形的一致性。4)新的工藝方案顯著地降低了成形載荷，消除了原有方法中成品管角部出現(xiàn)的橫向裂紋，而且管坯沒有出現(xiàn)拉斷的現(xiàn)象。


圖1是本發(fā)明步驟f)中所用過渡空拉模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1的AOA剖面圖；圖3為步驟g)中所用矩形矯正模具的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖3的BOB剖面圖；圖5為步驟g)中配合矯正模所用長芯棒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5的COC剖面圖；圖7為步驟h)中所用成品拉拔模的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖7的DOD剖面圖；圖9為圖7模具的角部放大視圖E ；圖10為步驟h)中配合成品拉拔模所用短芯頭的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為圖10的FOF剖面圖；圖12為本發(fā)明方法制得的高精度鋁合金矩形管的三維結(jié)構(gòu)示意圖。其中1)空拉模的標號為1 ;1-1，1-2，1-3，1-4分別表示為空拉模1的入口錐，工作錐，定徑區(qū)，出口錐； Rn，R12，R13' R14分別為空拉模1各相連部分過渡圓角半徑；κ1; L1分別為空拉模ι的長、短邊對應入模角。2)矯正模的標號為2 ；2-1，2-2，2-3，2-4分別表示為矯正模2的入口錐，工作錐， 定徑區(qū)，出口錐；R21，R22, R23, R24分別為矯正模2各相連部分過渡圓角半徑；Κ2，L2分別為矯正模2的長、短邊對應入模角。3)與矯正模配合使用的長芯棒的標號為3 ；3-1, 3-2, 3-3分別表示為長芯棒3的入口錐，定徑區(qū)，出口錐；民為長芯棒3各相連部分過渡圓角半徑。4)成品模的標號為4 ；4-1，4-2，4-3，4-4分別表示為成品模4的入口錐，工作錐， 定徑區(qū)，出口錐；R41，R42，R43，R44分別為成品模4各相連部分過渡圓角半徑；Κ3，L3分別為成品模4的長、短邊對應入模角。5)Reo, Rei, Re2表示為局部放大視圖E中模具輪廓圓角尺寸。6)與成品模配合使用的短芯頭的標號為5 ；5-1, 5-2, 5-3分別表示為短芯頭5的入口錐，定徑區(qū)，出口錐；R51為短芯頭5各相連部分過渡圓角半徑；Ii52為短芯棒5定徑區(qū)角部圓角半徑。7)B、H表示為本發(fā)明中矩形管的寬、高。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明如下
實施例本實施例以高H和寬B比為1 2. 0，尺寸規(guī)格90. 12mmX45. 16mmX2. 06mm，內(nèi)表
面粗糙度Ral.O的鋁合金管為例，提出了一種制造此類型號矩形管的成形工藝方法，具體實施步驟如下a)將已制備好的牌號為6061的鋁合金鑄錠均火加熱至415士5°C，并持續(xù)1_池。鑄錠均火處理的目的在于消除金屬熔鑄結(jié)束后內(nèi)部形成的殘余應力，提高金屬鑄錠的塑性加工能力，改善產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)和力學性能，為后續(xù)的進一步加工做好準備。在實際生產(chǎn)中， 大多數(shù)鋁合金鑄錠在進行壓力加工之前都要進行必要的均火處理。b)首先對擠壓分流模具進行預熱處理至400°C，然后將加熱溫度為450°C鋁合金鑄錠放入模具的擠壓筒內(nèi)，由設備推動擠壓棒對鑄錠進行壓縮，強迫金屬通過模具上的分流孔劈成三束金屬流，接著金屬流在擠壓筒前端的焊合室內(nèi)進行高溫焊合，并最終通過?？妆谂c芯棒之間的間隙擠壓出去形成具有一定尺寸及形狀的毛料管。該方法的優(yōu)點是明顯降低了成形載荷，提高了模具的壽命，而且最重要的是由于模具芯棒、擠壓筒、擠壓棒三者之間較好的同軸度配合，因此所制得的毛料管坯壁厚均勻性程度較高。c)對步驟b)所得毛料管坯進行500°C，保溫30min的鹽浴退火處理。其目的主要有兩個①保證再結(jié)晶的充分進行，以細化晶粒，提高管坯的強度。②隔離管坯與空氣，防止氧化皮的出現(xiàn)，提高表面質(zhì)量。d)將步驟C)所得毛料管坯進行冷軋成形，溫度為室溫，得到尺寸規(guī)格為 Φ92.6Χ2. 16mm的圓管坯。冷軋的主要目的是提高熱擠壓管坯的尺寸精度以及表面光潔度，獲得質(zhì)量優(yōu)良的初始圓管坯。e)將軋制后的圓管坯放入38#汽缸油中浸泡M小時，使管坯表面形成優(yōu)良的油膜層，以改善后續(xù)加工的潤滑狀態(tài)，減小摩擦。f)使用過渡拉拔模1來空拉伸圓管坯得到近似矩形管。該模具由入口錐1-1，工作錐1-2，定徑區(qū)1-3以及出口錐1-4四部分組成，各相連部分之間用圓角(Rn，R12，R13，R14) 平滑過渡，如圖1，圖2標示，其中入口 1-1為近似圓形，出口 1-4為近似矩形，模具長邊對應入模角度K1為11°，短邊L1為3°。拉拔溫度為室溫，拉拔速度選為750mm/min，屬慢速拉拔。g)使用矩形矯正模2配合芯棒3拉伸得到矩形管。其中模具由入口錐2-1，工作錐2-2，定徑區(qū)2-3以及出口錐2-4四部分組成，各相連部分之間用圓角(R21，R22, R23, R24) 平滑過渡，如圖3，圖4標示，其中入口 2-1與出口 2-4均為矩形，模具長邊對應入模角度K2 為2. 5°，短邊L2Sl. 5°。類似的，長直芯棒3也由入口錐3-1.，定徑區(qū)3-2，出口錐3-3 三部分組成，各相連部分用圓角(R3)平滑過渡，如圖5，圖6所示。拉拔溫度為室溫，拉拔速度選為，750mm/min,屬慢速拉拔。h)步驟h)中使用成品拉拔模4配合芯頭5拉伸得到成品管。其中模具由入口錐 4-1，工作錐4-2，定徑區(qū)4-3以及出口錐4-4四部分組成，各相連部分之間用圓角(R41，R42， R43，R44)平滑過渡，如圖7，圖8標示，其中入口 4-1與出口 4-4均為矩形，模具長邊對應入模角度1(3為9°，短邊“為9°。其中值得說明的是，此道次中拉拔模具的四個角部設計為圖 9中實線所示結(jié)構(gòu)(虛線為改進前輪廓)。其設計原理可闡述如下矩形截面管材拉拔成形不同于普通圓管類，四角部位金屬質(zhì)點流動所受阻力較大，而邊部則相對較小，這樣勢必使得管坯同一截面金屬的變形難易程度存在差異，引起管坯變形不均勻，進而影響成品質(zhì)量。 本發(fā)明中，在不影響成品外部輪廓的前提下，將模具角部做適當程度的外擴處理，以降低管坯角部金屬流動阻力，平衡同一截面各處金屬變形的難易程度，以提高管坯變形的一致性及均勻性。類似的，芯頭5由入口錐5-1.，定徑區(qū)5-2，出口錐5-3三部分組成，各相連部分用圓角(R51)平滑過渡，R52則用來保證成品管內(nèi)圓角尺寸，如圖10，圖11所示。拉拔溫度為室溫，拉拔速度選為750mm/min，屬慢速拉拔。為了使圓管坯合理的成形為最終矩形管，本發(fā)明中拉拔工藝共分為三個道次，依次為過渡?？绽@得近似矩形管，矩形矯正模帶芯棒拉拔獲得矩形管以及成品模帶芯頭拉拔制得最終成品管。過渡空拉的目的是將初始圓截面過渡為近似矩形，該道次承擔了絕大部分的金屬變形量，降低了后續(xù)工藝管坯變形的劇烈程度。矩形矯正的目的是將道次一制得的近似矩形管進行一次形狀矯正，使其更接近于最終形狀，并且該道次采用芯棒拔制，保證了管坯優(yōu)良的內(nèi)表面質(zhì)量，同時將壁厚減為2. 10mm，起到較好的承上啟下作用。成品帶芯棒拉拔則是為了得到形狀、尺寸，表面質(zhì)量均合格的矩形管，也是三道次中最為關鍵的必要步驟。本實施例表明，本發(fā)明所涉及的高精度鋁合金矩形管的成形方法能有效地改善了成品管材的尺寸精度及表面質(zhì)量，解決了拉拔過程中管坯拉斷，角部出現(xiàn)明顯橫向裂紋的問題，使產(chǎn)品的使用性能及壽命得到大幅度的提高。同時，該方法也可為其他規(guī)格矩形管的研制提供較強的借鑒意義。
權(quán)利要求
1. 一種高精度鋁合金矩形管成形方法，其特征是步驟如下a)將已制備好的牌號為6061的鋁合金鑄錠均火加熱至415士5°C，并保持Ι-air；b)將步驟a)所得鑄錠加熱至450°C，然后在預熱溫度為400°C的擠壓分流模具上熱擠壓制得初始毛料管坯；c)將步驟b)所得毛料管坯進行溫度為500°C、保溫30min的鹽浴退火處理；d)將步驟c)所得毛料管坯冷軋成尺寸規(guī)格為Φ92.6X2. 16mm的圓管；e)將步驟d)所得圓管坯放入38#汽缸油中浸泡Mhr；f)將步驟e)所得管坯空拉拔為近似矩形管；g)將步驟f)所得近似矩形管通過矩形矯正模帶芯棒拉拔為矩形管；h)將步驟g)所得矩形管帶芯棒拉拔為尺寸規(guī)格為90.12X45. 16X2. 06mm的成品管。
全文摘要
一種高精度鋁合金矩形管成形方法，步驟如下a)將已制備好的牌號為6061的鋁合金鑄錠均火加熱至415±5℃，并保持1-2hr；b)在預熱溫度為400℃的擠壓分流模具上熱擠壓制得初始毛料管坯；c)鹽浴退火處理；d)將步驟c)所得毛料管坯冷軋成圓管；e)將步驟d)所得圓管坯放入38#汽缸油中浸泡24hr；f)將步驟e)所得管坯空拉拔為近似矩形管；g)將步驟f)所得近似矩形管通過矩形矯正模帶芯棒拉拔為矩形管；h)將步驟g)所得矩形管帶芯棒拉拔成成品管。本發(fā)明有效地改善了成品管材的尺寸精度及表面質(zhì)量，解決了拉拔過程中管坯拉斷，角部出現(xiàn)明顯橫向裂紋的問題，使產(chǎn)品的使用性能及壽命得到大幅度的提高。
文檔編號B21C3/02GK102172665SQ20111000092
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月4日
發(fā)明者周杰, 徐戊矯, 朱若嶺, 楊小兵, 王凱慶, 王鵬程 申請人:重慶大學