一種超大規(guī)格鋁合金矩形環(huán)的鍛造成型工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鍛造工藝，尤其涉及一種超大規(guī)格鋁合金矩形環(huán)的鍛造成型工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機械制造、船舶及化學(xué)工業(yè)中已大量應(yīng)用。鋁合金環(huán)件作為重要的結(jié)構(gòu)件，原先制造通常采用分段型材拼焊方案，但焊接接頭強度低，存在焊接變形、殘余應(yīng)力大、形狀和力學(xué)性能一致性差等缺點。同時由于超大直徑鋁合金鍛環(huán)的直徑規(guī)格超過8.7m，在鍛造過程中容易產(chǎn)生臨界變形，軋環(huán)過程中可能會引起失穩(wěn)、橢圓變形，熱處理工序中環(huán)件容易變形，熱處理后成品組織不均勻以及性能各向異性大，在熱加工過程中易存在變形溫度范圍窄、對變形溫度和變形速度敏感、摩擦系數(shù)大和流動性差、不均勻變形會引起局部粗晶、以及鍛件粘模等情況的發(fā)生，因此對于超大直徑鋁合金鍛環(huán)的生產(chǎn)難度極高，其已成為制約我國高性能結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展的一個瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本申請人針對上述現(xiàn)有問題，進行了研究改進，提供一種超大規(guī)格鋁合金矩形環(huán)的鍛造成型工藝，提高了超大規(guī)格鋁合金矩形環(huán)鍛造的成型性及力學(xué)性能。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
一種超大規(guī)格鋁合金矩形環(huán)的鍛造成型工藝，包括以下步驟:
第一步:下料:使用鑄鋁棒為坯料；
第二步:第一次鍛前加熱:第一加熱階段:將第一步所述坯料放入加熱爐中，使坯料溫度升溫至300°C以內(nèi)；第二加熱階段:從所述第一加熱階段的終點溫度繼續(xù)對坯料加熱，使所述坯料升溫至450°C ±5°C，保溫40h-45h ；
第三步:制坯:所述制坯包括以下過程:第一階段:采用十字鐓拔鍛造法將加熱所得坯料鐓拔形成圓餅件；第二階段:回爐加熱:將所述圓餅件重新放入加熱爐內(nèi)進行加熱，使圓餅件溫度升溫至450°C ±5°C，保溫4h-5h ;第三階段:對所述圓餅件進行沖孔形成帶有內(nèi)孔的環(huán)坯；第四階段:擴孔:對第三階段所述環(huán)坯采用自由鍛馬架擴孔；
第四步:機加排傷:采用車床對環(huán)坯進行單邊車加工至少為1mm ；
第五步:第二次鍛前加熱:將車加工后的環(huán)坯再次放入加熱爐中，使環(huán)坯溫度再次升溫至 450°C ±5°C，保溫 9h-10h ；
第六步:鍛造輾環(huán):采用輾環(huán)機對所述環(huán)坯進行輾制形成鋁合金矩形環(huán)鍛件，輾環(huán)機徑向進給速率為0.02?0.05mm/s，輾環(huán)過程中采用噴淋潤滑使所述鋁合金鍛件的表面不斷刷有潤滑劑；
第七步:熱處理:第一階段:將溫度為室溫的鋁合金矩形環(huán)鍛件加熱至535°C -550°C,保溫8-10h后放入水中進行淬火處理(l_2h);第二階段:將淬火處理后的鋁合金矩形環(huán)鍛件放入漲形機內(nèi)變形，變形后進行人工時效熱處理； 第八步:機加工至要求尺寸。
[0005]作為上述技術(shù)方案的進一步改進:
第三步第一階段所述十字鐓拔鍛造法的具體鐓拔過程如下:首先沿Z軸將坯料鐓粗形成圓盤，然后沿X軸將圓盤拔長形成扁長形坯料，再將扁長形坯料沿Z軸再次鐓粗形成長方形坯料，然后再沿X軸將所述長方形坯料再次拔長形成扁長形坯料，最后對所述扁長形坯料沿Z軸鐓粗、倒棱并滾圓形成圓餅件；
在第三步第三階段中，所述圓餅件的沖孔首先采用小直徑?jīng)_頭沖出盲孔，然后將圓餅件翻轉(zhuǎn)180°后利用大直徑?jīng)_頭倒沖，所述大直徑?jīng)_頭帶有刃口 ；
在第三步第四階段中，所述述自由鍛馬架擴孔采用不同直徑的芯軸分二次擴孔，第一次擴孔用芯軸的直徑小于第二次擴孔用芯軸的直徑；
第六步鍛造輾環(huán)過程中，所述環(huán)坯的終鍛溫度不小于380°C
第七步熱處理第一階段中，所述鋁合金矩形環(huán)鍛件在淬火處理時，水溫為50?60° ;第七步熱處理第二階段中，鋁合金矩形環(huán)鍛件在漲形機內(nèi)的變形量為0.2%-0.4%，人工時效熱處理的溫度為150-160°C。
[0006]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)本發(fā)明方法在制坯時采用十字鐓拔鍛造法，一方面可以使鋁合金坯料充分變形，使鑄態(tài)組織變成鍛造組織，另外利用十字鐓拔法可以減小鋁合金環(huán)件性能的各向異性，增加鋁合金環(huán)件徑向延伸率。
[0007](2)本發(fā)明方法在沖孔時采用帶刃口的大直徑?jīng)_頭倒沖，可以防止沖孔時拉傷內(nèi)孔。
[0008](3)本發(fā)明方法利用馬架擴孔并采用不同直徑的芯軸分二次沖孔能有效防止環(huán)坯內(nèi)壁留有較深的錘印，對后續(xù)機加工排傷減少料損。
[0009](4)本發(fā)明方法在輾環(huán)過程中采用噴淋潤滑的方式，能有效改善潤滑效果，提高工作效率。
[0010](5)通過改變輾環(huán)時輾環(huán)機的進給速率，一方面可以防止鋁合金矩形環(huán)鍛件過熱，另外還能防止鋁合金矩形環(huán)鍛件的端面起皮和凹槽。
[0011]( 6 )另外對鋁合金矩形環(huán)鍛件熱處理不僅增加了鍛件強度，使鋁合金矩形環(huán)鍛件在該熱處理溫度下析出的強話相更加細小彌散分布，還減小了鋁合金矩形環(huán)鍛件的參與應(yīng)力，防止后續(xù)機加工變形。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明方法中下料時坯料的尺寸示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明在第一次鍛前加熱的溫度曲線示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明制坯過程的示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明在回爐加熱時的溫度曲線示意圖。
[0016]圖5為本發(fā)明在第二次鍛前加熱的溫度曲線示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0018]實施例1:
第一步:下料:使用鑄鋁棒為坯料，該坯料的材質(zhì)為2219，該坯料的直徑為1200 ±2_，長度為2498 ± 5mm，本實施例中選取直徑為1200mm，高度為2498mm。
[0019]第二步:第一次鍛前加熱:第一加熱階段:將第一步所述坯料放入加熱爐中，使坯料溫度升溫至300°C以內(nèi)；第二加熱階段:如圖2所示，從所述第一加熱階段的終點溫度繼續(xù)對坯料加熱，使坯料升溫至455 °C，保溫40h。
[0020]第三步:制坯；
制坯包括以下過程:
第一階段:采用十字鐓拔鍛造法將加熱所得坯料鐓拔形成圓餅件。十字鐓拔鍛造法的具體過程如下:如圖3所示，坯料初始尺寸如圖3a所示，直徑為1200mm，高度為2498mm。首先沿Z軸將坯料鐓粗形成圓盤(圖3中3b)，圓盤的直徑為1630mm，高度為1385mm，然后沿X軸將圓盤拔長形成扁長形坯料(如圖3中3c所示)，扁長形坯料的長度為2850mm，寬度為1046mm，高度為1046mm，再將扁長形坯料沿Z軸再次鐓粗形成長方形坯料(如圖3中3d所示)，該長方形坯料的長度為1362mm，高度為1520mm，寬度為1362mm，然后再沿X軸將所述長方形坯料