專利名稱：鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法
技術領域：
本發明涉及一種環件的脹形方法，特別是涉及了鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法。
背景技術：
鋁合金矩形環軋件(指縱截面是矩形截面的環軋件)采用環軋機軋制后，由于受軋制工藝及設備局限性的影響，其尺寸精度一般不高；只有在環軋件形狀較理想和設備性能較優異的情況下，其尺寸精度才能達到相應尺寸的3%。 5%。(千分之三至千分之五)，而且軋制后的環軋件由于應力較大，在后續加工工序中如果控制不好易產生翹曲、變形甚至開裂等缺陷。
2009年2月18日公開的中國發明專利說明書CN 101367104A公開了一種汽輪發電機護環外補液液壓脹形強化工藝，該工藝方法通過外設高壓泵并使其產生的高壓液體通過高壓缸內的通道，然后經由模具部分中的減力柱內的通道注入固定的上錐模與移動的下錐模及護環形成的封閉空間，使護環在液體壓力的作用下發生塑性變形來脹形護環，以達到強化護環、提高護環成形精度的目的，從該專利說明書附圖可以看出所述護環即矩形環件。但該方法對于如何通過脹形來提高環件的尺寸精度未詳細披露，只是籠統地得出可以達到提高護環成形精度的目的，即該方法不能解決現有技術中存在的環軋件尺寸精度低的問題。發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種采用脹形塊來實現鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法，該方法通過連續三次小變形量對所述鋁合金矩形環軋件進行脹形，獲得了尺寸精度高的脹形環軋件。
為解決上述技術問題，本發明所述鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法，其技術方案包括以下步驟
把熱軋鋁合金矩形環軋件套裝進脹形機，使其內環面套在經預熱到250°C 300°C的脹形塊的外圓周面外圍，此時，徑向滑塊處于合攏狀態；
啟動脹形機對芯軸滑塊施加軸向拉力F使其沿軸向向下移動并沿所述徑向滑塊的內孔錐面擠壓徑向滑塊使各徑向滑塊沿徑向同步移動擴散，裝在徑向滑塊外圓周面上的脹形塊從環軋件的內圓周表面沿徑向擠壓環軋件，環軋件發生內、外徑尺寸擴大及壁厚減薄的塑性變形，完成第一次脹形；在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為330°C 400°C，脹形時間為15s 20s，保壓時間為12s 14s，脹形變形量為0. 5% 0. 9% ；
脹形機驅動芯軸滑塊在徑向滑塊內沿軸向向上移動，并驅動徑向滑塊沿徑向同步移動合攏使脹形塊脫離脹形后的環軋件，啟動脹形機的工作臺上的導輥使其驅動所述環軋件沿中心軸線旋轉45°，完成環軋件的第一次旋轉；
按上述第一次脹形的操作對經過第一次脹形后的環軋件進行第二次脹形，在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為290°C 350°C，脹形時間為18s 30s，保壓時間為 13s 16s，脹形變形量為0. 6% ；
按上述第一次旋轉的操作對經過第二次脹形后的環軋件進行第二次旋轉，本次旋轉，所述環軋件與第一次旋轉方向同向再旋轉45° ；
按上述第一次脹形的操作對經過第二次脹形后的環軋件進行第三次脹形，在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為250°C 320°C，脹形時間為2 35s，保壓時間為 20s 23s，脹形變形量為0. 6% 1. ；
脹形結束后，向上移動芯軸滑塊，合攏徑向滑塊，取出經脹形后的環軋件。
上述鋁合金優選材料牌號為^lSA的鋁合金。
所述脹形機對芯軸滑塊施加的軸向拉力F按下式計算確定
F=IXo 0 2XS
式中
ξ—脹形機脹形系數，本發明取1. 26 1. 52 ；
σα2——脹形溫度下鋁合金材料的屈服強度(MPa)，2618Α合金取IlOMPa 160MPa ；
S——環軋件的縱截面面積(mm2)。
所述環軋件在熱態下的脹形尺寸按以下公式計算確定
D = 0(1+β t)+d
式中
D——環軋件經脹形后處于熱態下的內徑尺寸(mm)；
D0——環軋件經脹形后處于冷態下的最終產品內徑尺寸(mm)；
β t——環軋件在脹形溫度下的溫度補償系數(％ )，2618A合金取0. 7% ；
d——環軋件脹形后內徑尺寸的回彈量(mm)，2618A合金取2mm 8mm。
采用本發明所述熱脹形方法脹形的鋁合金矩形環軋件，其內徑尺寸范圍為 Φ400mm Φ4500mm，壁厚為 IOmm 200mm，高度為 40mm 750mm。
與現有技術相比，本發明的有益效果如下
本發明通過脹形機上的脹形塊與鋁合金矩形環軋件進行剛性接觸來直接脹形，可以獲得所需要的脹形尺寸并有利于提高尺寸精度。
本發明通過三次小變形量進行脹形，并且通過選擇合適的脹形溫度、脹形時間和保壓時間等工藝參數，從而可以保證鋁合金矩形環軋件在脹形過程中不會產生動態再結晶，不會對環軋件的組織產生影響，不會出現脹裂現象，還可以使每次脹形后環軋件的回彈量較小；并且在脹形過程中通過把所述環軋件兩次同向旋轉45°，可以消除脹形塊沿徑向擴散脹形時相鄰脹形塊之間的間隙對環軋件內圓周面形成的痕跡，從而有利于脹形過程的順利進行和獲得尺寸精度較高的脹形環軋件；在整個脹形過程中，由于脹形塊可以實時測量環軋件內徑尺寸的變化情況及每次脹形后內徑尺寸的回彈量，并把測量數據及時傳送到脹形機的顯示器上，從而在脹形時可以精確控制環軋件的脹形尺寸。綜上所述，采用本發明所述方法脹形的環軋件可以得到尺寸精度較高的最終產品尺寸。
在脹形過程中，由于脹形機對芯軸滑塊施加的軸向拉力F是由脹形機的脹形系數 (I )、脹形溫度下材料的屈服強度(σ α2)及環軋件的縱截面面積( 來確定，因此，可以針對不同的脹形機和不同材料、尺寸的環軋件來確定軸向拉力F的大小，使環軋件在脹形過程中受力比較均勻和合理，能夠保證脹形過程的順利進行，避免用力過大造成脹裂或用力過小造成脹不動的現象發生。
所述脹形環軋件的熱態脹形內徑尺寸(D)由環軋件經脹形后處于冷態下的最終產品內徑尺寸(Dtl)、環軋件在脹形溫度下的溫度補償系數(i3t)及環軋件脹形后內徑尺寸的回彈量(d)來計算確定，從而在脹形時可以精確控制環軋件的熱態尺寸，并在脹形環軋件冷卻后獲得尺寸精度高的冷態尺寸即環軋件經脹形后的最終產品尺寸。
本發明把剛從環軋機上軋制成形的鋁合金矩形環軋件趁熱進行脹形，不僅其余熱能夠滿足脹形溫度的需要，而且可以避免環軋件冷卻收縮后應力進一步增大的現象，趁熱脹形有利于在環軋件應力增大以前減少應力對環軋件尺寸精度的影響。趁熱脹形還可以減少重新加熱的工序，節約能源和提高勞動生產率。并且，預熱脹形塊，還可以避免所述環軋件脹形時溫度降低過快，影響脹形溫度參數。
以牌號為^lSA的鋁合金矩形環軋件為例，經檢測脹形后的該合金矩形環軋件的冷態尺寸即最終產品尺寸，達到了相應尺寸的1%。 2%。;經檢測該環軋件的內部組織，未發生任何變化，而且無變形、翹曲等缺陷。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。
圖1是熱軋矩形環軋件沿其中心線的縱剖面圖。
圖2是脹形機的結構簡圖。
圖3是熱軋矩形環軋件的裝機示意圖。
圖4是熱軋矩形環軋件的熱脹形過程示意圖。
圖5是脹形塊脫離脹形后的矩形環軋件的示意圖。
具體實施方式
實施本發明所述的鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法需要提供脹形機、機械手等設備。下面以我國材料牌號為2618A的鋁合金為例來詳細說明該方法的
具體實施例方式
該合金的主要化學元素含量(重量百分比)為含Si量0. 15% 0.25%、含!^ 量 0. 9% 1. 4%、含 Cu 量 1. 8% 2. 7%、含 Mn 量彡 0. 25%、含 Mg 量 1. 2% 1. 8%、含 Ni 量 0. 8% 1. 4%、含 Zn 量;^ 0. 15%、含 Ti+Zr 量;^ 0. 25%、含 Ti 量;^ 0. 20%、其他元素合計< 0. 15%、余量為Al。
用于實施本發明所述熱脹形方法的脹形機的結構簡圖如圖2所示，該脹形機主要由芯軸滑塊1、徑向滑塊2、脹形塊3、工作臺4及導軌5組成。芯軸滑塊1呈圓錐形并套裝在徑向滑塊2內與徑向滑塊2的錐形內圓周面配合，芯軸滑塊1可由脹形機的液壓缸帶動在徑向滑塊2內沿軸向上下移動并擠壓徑向滑塊2 ；徑向滑塊2安裝在脹形機的導軌5上并可沿導軌5徑向來回移動，徑向滑塊2從圖2俯視方向看是12塊分開的扇形塊形狀，各扇形塊的外圓周面上分別固定安裝有脹形塊3，各扇形塊合攏時與脹形塊3—起可以形成一個圓環形狀；當芯軸滑塊1在徑向滑塊2內沿軸向向下移動時可使各徑向滑塊2沿徑向同步移動擴散使脹形塊3達到脹形環件的目的，當芯軸滑塊1在徑向滑塊2內沿軸向向上移動時脹形機可驅動各徑向滑塊2沿徑向同步移動合攏使脹形塊3脫離脹形后的環件，脹形塊3 在脹形過程中具有實時測量環件內徑尺寸并把測量數據傳送到脹形機的顯示器上的功能； 此外，在該脹形機的工作臺4上還有可驅動環件在該工作臺上沿中心軸線旋轉的導輥(圖中未示出)。
該合金從軋制成矩形環軋件后進行熱脹形的工藝步驟如下
步驟1 裝機。
如圖3所示，先把脹形機上的脹形塊3預熱到250°C 300°C，再把剛從環軋機上軋制成形的如圖1所示的2618A合金矩形環軋件10趁熱套裝進脹形機，使其內環面套在脹形塊3的外圓周面外圍，其底面平放在工作臺4的上面，此時，徑向滑塊2處于合攏狀態。裝機時工件的裝運主要通過機械手操作完成。
步驟2:第一次脹形。
如圖4所示，啟動脹形機使其芯軸滑塊1沿其軸向向下移動，芯軸滑塊1在徑向滑塊2內沿其錐形面擠壓徑向滑塊2使各徑向滑塊2沿徑向同步移動擴散，徑向滑塊2上的脹形塊3的外圓周面與環軋件10的內圓周表面接觸，并沿環軋件10的內圓周表面擠壓環軋件10，使環軋件10從內圓周表面到外圓周表面受到來自脹形塊3的徑向擠壓力，導致環軋件10的內圓周面沿徑向擴大，環軋件10發生內、外徑尺寸擴大，壁厚減薄的塑性變形，環軋件10被脹形塊3第一次脹形，脹形時脹形機的液壓缸對芯軸滑塊1施加軸向拉力F，環軋件10的脹形溫度為330°C 400°C，脹形時間為1 20s，保壓時間為1 14s，環軋件 10的脹形變形量為0.5^-0.9 ^
所述脹形時間是環軋件10從一開始被脹形到脹形結束后的時間；所述保壓時間是指環軋件10被脹形達變形量后不再發生變形并一直保持到脹形結束的時間。
步驟3:第一次旋轉。
如圖5所示，使脹形機驅動芯軸滑塊1在徑向滑塊2內沿軸向向上移動，并驅動徑向滑塊2沿徑向同步移動合攏使脹形塊3脫離脹形后的環軋件10，啟動脹形機的工作臺4 上的導輥使其驅動環軋件10在該工作臺上沿中心軸線順時針或逆時針旋轉45°，從而完成環軋件10的第一次旋轉。
步驟4:第二次脹形。
重復步驟1的脹形過程使脹形塊3對環軋件10進行第二次脹形，脹形時脹形機的液壓缸對芯軸滑塊1施加軸向拉力F，環軋件10的脹形溫度為290°C 350°C，脹形時間為 18s 30s，保壓時間為13s 16s，環軋件10的脹形變形量為0. 6% 1%。
步驟5:第二次旋轉。
重復步驟3，使脹形機的導輥驅動環軋件10與第一次旋轉方向同向再旋轉45°， 從而完成環軋件10的第二次旋轉。
步驟6:第三次脹形。
重復步驟1的脹形過程使脹形塊3對環軋件10進行第三次脹形，脹形時脹形機的液壓缸對芯軸滑塊1施加軸向拉力F，環軋件10的脹形溫度為250°C 320°C，脹形時間為 25s :35s，保壓時間為20s 23s，環軋件10的脹形變形量為0. 6% 1. 1%。
三次脹形結束后，向上移動芯軸滑塊1，合攏徑向滑塊2并使脹形塊3脫離環軋件 10，用機械手取出環軋件10從而完成脹形過程。
環軋件10在脹形過程中，所述軸向拉力F按下式計算
F=IXo 0 2XS
式中
ξ——脹形機脹形系數，本發明取1.洸 1. 52 ；
σ α2——脹形溫度下鋁合金材料的屈服強度(MPa)，本發明取IlOMPa 160MPa ；
S——環軋件10的縱截面面積(mm2)；
所述環軋件10的脹形變形量的計算方法為脹形變形量=[(脹形后環軋件10的中徑尺寸-脹形前環軋件10的中徑尺寸)/脹形前環軋件10的中徑尺寸]X 100%。
所述環軋件10的中徑尺寸=(環軋件10的內徑尺寸+環軋件10的外徑尺寸)+2
為保證所述環軋件10經脹形后能夠得到產品要求的最終尺寸，環軋件10在熱態下的脹形尺寸按以下公式計算
D = 0(1+β t)+d
式中
D——環軋件10經脹形后處于熱態下的內徑尺寸(mm)；
D0——環軋件10經脹形后處于冷態下的最終產品內徑尺寸(mm)；
β t—環軋件10在脹形溫度下的溫度補償系數(％ )，對于不同的材料在不同溫度下的溫度補償系數不同，本發明取0.7% ；
d——環軋件10脹形后內徑尺寸的回彈量(mm)，本發明取2mm 8mm。
采用上述方法脹形的鋁合金矩形環軋件，其內徑尺寸范圍為Φ400πιπι Φ4500mm,壁厚為 IOmm 200mm，高度為 40mm 750mm。
權利要求
1.一種鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法，其特征在于，包括以下步驟把熱軋鋁合金矩形環軋件套裝進脹形機，使其內環面套在經預熱到250°C 300°C的脹形塊的外圓周面外圍，此時，徑向滑塊處于合攏狀態；啟動脹形機對芯軸滑塊施加軸向拉力F使其沿軸向向下移動并沿所述徑向滑塊的內孔錐面擠壓徑向滑塊使各徑向滑塊沿徑向同步移動擴散，裝在徑向滑塊外圓周面上的脹形塊從環軋件的內圓周表面沿徑向擠壓該環軋件，環軋件發生內、外徑尺寸擴大及壁厚減薄塑性變形，完成第一次脹形；在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為330°C 400°C， 脹形時間為1 20s，保壓時間為12s 14s，脹形變形量為0.5% 0.9% ；脹形機驅動芯軸滑塊在徑向滑塊內沿軸向向上移動，并驅動徑向滑塊沿徑向同步移動合攏使脹形塊脫離脹形后的環軋件，啟動脹形機的工作臺上的導輥使其驅動所述環軋件沿中心軸線旋轉45°，完成環軋件的第一次旋轉；按上述第一次脹形的操作對經過第一次脹形后的環軋件進行第二次脹形，在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為290°C 350°C，脹形時間為18s 30s，保壓時間為 13s 16s，脹形變形量為0. 6% ；按上述第一次旋轉的操作對經過第二次脹形后的環軋件進行第二次旋轉，本次旋轉， 所述環軋件與第一次旋轉方向同向再旋轉45° ；按上述第一次脹形的操作對經過第二次脹形后的環軋件進行第三次脹形，在本次脹形過程中，所述環軋件的脹形溫度為250°C 320°C，脹形時間為25s 35s，保壓時間為 20s 23s，脹形變形量為0. 6% 1. ；脹形結束后，向上移動芯軸滑塊，合攏徑向滑塊，取出經脹形后的環軋件。
2.根據權利要求1所述的矩形環軋件的熱脹形方法，其特征在于所述鋁合金是 2618A。
3.根據權利要求1或2所述的矩形環軋件的熱脹形方法，其特征在于所述脹形機對芯軸滑塊施加的軸向拉力F按下式計算確定F=IXo 0 2XS 式中
4.根據權利要求1或2所述的矩形環軋件的熱脹形方法，其特征在于所述環軋件在熱態下的脹形尺寸按以下公式計算確定D = D0(l+^t) +d 式中D——環軋件經脹形后處于熱態下的內徑尺寸(mm)；D0——環軋件經脹形后處于冷態下的最終產品內徑尺寸(mm)；β t—環軋件在脹形溫度下的溫度補償系數(％ )，2618A合金取0. 7% ；d——環軋件脹形后內徑尺寸的回彈量(mm)，2618A合金取2mm 8mm。
5.根據權利要求1或2所述的矩形環軋件的熱脹形方法，其特征在于所述脹形的矩形環軋件，其內徑尺寸范圍為Φ400ι πι Φ4500ι πι，壁厚為IOmm 200mm，高度為40mm 750mm。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金矩形環軋件的熱脹形方法，其步驟為把熱軋鋁合金矩形環軋件套裝在脹形機內經預熱的脹形塊外圍，啟動脹形機使脹形塊從環軋件的內圓周表面沿徑向擠壓環軋件完成第一次脹形，脹形溫度330℃～400℃，脹形時間15s～20s，保壓時間12s～14s，變形量0.5％～0.9％；再使環軋件沿中心軸線旋轉45°完成第一次旋轉；之后，再按上述操作進行第二次脹形，脹形溫度290℃～350℃，脹形時間18s～30s，保壓時間13s～16s，變形量0.6％～1％；按第一次旋轉方向再旋轉一次該環軋件完成第二次旋轉；再按上述操作進行第三次脹形，脹形溫度250℃～320℃，脹形時間25s～35s，保壓時間20s～23s，變形量為0.6％～1.1％。脹形后的環軋件其尺寸精度可達相應尺寸的1‰～2‰，主要用于航空航天等領域。
文檔編號B21D31/00GK102489591SQ20111037765
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月24日 優先權日2011年11月24日
發明者俞雋, 劉峰, 葉俊青, 周子文, 張衡, 易文燕, 李本江 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司