一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法

本发明公开了一种基于铝合金焊接拼板的薄壁曲面无模旋压成形方法。该方法的步骤如下：(1)将轧制的铝合金板材进行固溶时效强化处理，然后采用搅拌摩擦焊接技术拼焊铝合金板材；(2)对焊接板材进行外环约束无模旋压成形，将板材旋压为锥形件；(3)再通过2～3个旋压道次将锥形件扩旋为曲面零件。本发明提出的基于铝合金焊接板材的外环约束无模压方法，能够快速整体成形大规格曲面零件，解决现有轧制板材宽度有限的难题。同时，该方法可以保证焊接板材焊缝各区域材料的变形协调，获得成形精度高、性能优异的大规格薄壁曲面零件，而且旋压件表面光滑，不产生起皱、破裂等缺陷。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法专利目的

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》的目的在于提供一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，解决现有技术中铝合金高筒薄壁环件轧制时材料流动难以控制、轧制容易出现轧偏和喇叭口、环件两端壁厚尺寸较薄不能满足技术要求等问题。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法技术方案

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》采用以下技术方案予以实现：一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其特征在于：在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下：

（1）镦粗、冲孔

将变形铝合金棒材加热到460℃～480℃锻造温度，进行镦粗、冲孔；

（2）马架扩孔、平端面

控制锻锤的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯A变形量超过30%，旋转环坯A90°后锤锻，环坯A经充分变形后其圆角3尺寸缩小至R<15毫米，该步骤终锻温度不低于360℃；

（3）预轧环坯

将步骤（2）处理后的环坯A1回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主辊固定转动，芯辊做径向进给运动，第一阶段：主辊的转速为0.2～0.5弧度角/秒，主辊轧制力为300T～360T，芯辊的进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊轧制力为40T；第二阶段：主辊轧制力为400T，芯辊进给速度为0.7毫米/秒，锥辊的轧制力为80T，锥辊的轴向进给量为4.5毫米/分钟；第三阶段：环坯A达到尺寸要求后，保持芯辊稳定，空转主辊6～8圈后停转；该步骤终锻温度不低于360℃；

（4）终轧环件

将步骤（3）处理后的环坯B回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊转速为为0.2～0.5弧度角/秒；环件咬入阶段，主辊的轧制力为360T～400T，芯辊进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊轴向固定，其轧制力为40T；稳定轧制阶段，主的轧制力为410T，芯辊进给速度为0.6毫米/秒，锥辊转速不变，其轧制力为110T，轴向进给量为4毫米/分钟；符合要求尺寸阶段，使芯辊进给速度从0.6毫米/秒减小至0毫米/秒，该步骤环件终锻温度不低于360℃。

优选地，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A的高度按以下公式计算：H2=H1 △H2；其中，H1为预轧环坯B7的高度，H2为马架扩孔环坯A高度，△H2=2～4%H1。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A的内外径按以下公式计算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1为预轧环坯B的内外径，D2，d2为马架扩孔环坯A的内外径。

步骤（3）中的预制环坯B的高度按以下公式计算：H1=H △H1；其中H1为预轧环坯B的高度，H为终轧环件的高度，△H1=2～4%H。

步骤（3）中的预制环坯B的内外径按以下公式计算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d为终轧环件的内外径，D1，d1为预轧环坯B的内外径。

一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法有益效果

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》的有益效果：该发明所述的一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法，预轧步骤前再进行一道马架扩孔、平端面的工序，将冲孔后的环坯圆角尺寸缩小至R<15毫米，使得轧制变形时材料能够使圆角缩小至要求尺寸，从而解决了环件轴向变形材料分配难题；而且马架工序之后，所述环坯鼓肚大幅减小，端面变厚，在外径方向上环坯与主辊接触面积增加，极大减少环坯冲孔后直接轧制的失稳现象。

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》涉及一种环形锻件的轧制成形方法，特别是涉及了一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法。

实施《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》所述的一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、轧环机、机械手及其他工装模具等设备。结合附图，下面以材料牌号为147的铝合金为对象进行说明：

《一种铝合金高筒薄壁环件的轧制成形方法》依次包括将变形铝合金棒料镦粗、冲孔、预轧环坯、终轧环件步骤，其中：在冲孔步骤与预轧环坯步骤之间，还包括将所述冲孔后的环坯A1进行马架扩孔和平端面步骤，具体步骤如下：

（1）镦粗、冲孔

将变形铝合金棒材加热到460℃～480℃锻造温度，进行镦粗、冲孔；

（2）马架扩孔、平端面

控制锻锤4的下压力，每锤一次使所述冲孔后的环坯A1变形量超过30%，旋转环坯A190°后锤锻，环坯A1经充分变形后其圆角3尺寸缩小至R<15毫米，该步骤终锻温度不低于360℃；

（3）预轧环坯

将步骤（2）处理后的环坯A1回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行预轧制，主辊6固定转动，芯辊8做径向进给运动，第一阶段：主辊6的转速为0.2～0.5弧度角/秒，主辊6轧制力为300T～360T，芯辊8的进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊9轧制力为40T；第二阶段：主辊轧制力为400T，芯辊8进给速度为0.7毫米/秒，锥辊9的轧制力为80T，锥辊9的轴向进给量为4.5毫米/分钟；第三阶段：环坯A1达到尺寸要求后，保持芯辊8稳定，空转主辊66～8圈后停转；该步骤终锻温度不低于360℃；

（4）终轧环件

将步骤（3）处理后的环坯B7回炉加热至460℃～480℃的锻造温度，装入辗环机进行最终轧制，主辊6转速为为0.2～0.5弧度角/秒；环件咬入阶段，主辊6的轧制力为360T～400T，芯辊8进给速度为0.1～0.4毫米/秒，锥辊9轴向固定，其轧制力为40T；稳定轧制阶段，主辊6的轧制力为410T，芯辊8进给速度为0.6毫米/秒，锥辊9转速不变，其轧制力为110T，轴向进给量为4毫米/分钟；符合要求尺寸阶段，使芯辊8进给速度从0.6毫米/秒减小至0毫米/秒，该步骤环件终锻温度不低于360℃。

优选地，所述变形铝合金的牌号为147的铝合金棒。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A1的高度按以下公式计算：H2=H1 △H2；其中，H1为预轧环坯B7的高度，H2为马架扩孔环坯A1高度，△H2=2～4%H1。

步骤（2）中的马架扩孔环坯A1的内外径按以下公式计算：（D1-D2-d1 d2）/（D1-d1）=30%～60%；其中，D1，d1为预轧环坯B7的内外径，D2，d2为马架扩孔环坯A1的内外径。

步骤（3）中的预制环坯B7的高度按以下公式计算：H1=H △H1；其中H1为预轧环坯B7的高度，H为终轧环件10的高度，△H1=2～4%H。

步骤（3）中的预制环坯B7的内外径按以下公式计算：（D-d-D1 d1）/（D-d）=30%～50%；其中，D，d为终轧环件10的内外径，D1，d1为预轧环坯B7的内外径。

通过上述方法获得的薄壁高筒环件满足尺寸要求后，进行退火 固熔 时效处理，退火温度为375℃，固溶温度为535℃，时效温度为190℃。

采用上述马架扩孔制坯后辗轧的方法轧制的147铝合金高筒薄壁环件10，最小壁厚可达15毫米，高厚比最大可达30:1，高径比最大可达2.5:1（锻件高度≥700毫米）。

获得的薄壁高筒环件的力学性能：室温条件下，抗拉强度（σ_b）≥410兆帕，屈服强度（σ_0.2）≥290兆帕，延伸率（δ₅）≥15.5%，符合技术要求。