一種鋁合金錐筒環件徑向熱軋成形方法
【技術領域】
[0001] 本發明具體涉及一種鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形方法。
【背景技術】
[0002] 鋁合金錐筒環件是航天航空、國防裝備和民用裝備的重要結構件，環件的性能對 裝備的安全可靠、穩定運行和服役壽命都至關重要。該環件內外表面均帶有斜度，屬于復雜 異形環件范疇，而且鋁合金材料鍛造溫度范圍窄，造成該類環件制造難度大。
[0003] 目前鋁合金錐筒環件主要有以下兩種生產制造方式：一是采用自由鍛造成形，該 方法成形環件尺寸精度差、生產效率低、工作環境差、工人勞動強度大，而且材料反復加熱， 產品組織性能差，能源消耗大;二是先利用環件乳制技術成形矩形截面環件然后經過機加 工成形錐筒環件，這種方式材料利用率低，不能達到節能減排的目標，而且切削加工破壞了 環件內部金屬流線，不能最大限度的發揮環件乳制這種先進塑性成形技術高效、優質、精密 成形等優勢。
[0004] 因此，采用環件徑向熱乳方法直接乳制成形鋁合金錐筒環件具有顯著的技術經濟 優點。但是，對于該種異形截面環件乳制，毛坯尺寸設計直接影響成形環件尺寸精度;另外， 錐面接觸模式下，環件在乳制過程中容易產生軸向竄動行為，乳制過程極不穩定;此外，對 于鋁合金環件，其鍛造溫度范圍較窄，進行溫度的合理控制也是保證成形的重要前提。因 此，合理的設計和控制乳制工藝參數，保證乳制過程穩定進行，是實現鋁合金錐筒環件徑向 熱乳成形的關鍵問題。

【發明內容】

[0005] 本發明的目的在于提供一種鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形方法，它通過合理設計 毛坯、孔型和乳制工藝參數，并有效控制乳制過程相關參數，可以保證乳制過程順利進行， 獲得尺寸精度高和組織性能好的鋁合金錐筒環件。
[0006] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007] -種鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形方法，包括如下步驟：
[0008] S1、毛坯設計:根據錐筒環件尺寸，確定當量乳制比k取值范圍為1.5~3,以錐筒環 件的小端為基準，確定毛坯小端內徑doFcU/kA為錐筒環件小端內徑，根據毛坯小端內徑 以及錐筒環件各尺寸確定毛坯高度H〇、毛坯大端內徑d Q2、毛坯小端外徑DQ1、毛坯大端外徑 D〇2和毛還體積Vo;
[0009] S2、乳輥孔型設計:乳制孔型由驅動輥和芯輥工作面組成，驅動輥和芯輥工作面型 腔與錐筒環件截面形狀相對應，驅動輥型腔斜度a d = 0:，芯輥型腔斜度^ = 02，0:為錐筒環件 外表面斜度，02為錐筒環件內表面斜度；
[0010] 驅動輥型腔高度Hd = H+AH，芯輥型腔高度Hi = Hd+(100~200)mm，AH為軸向竄動 量，H為錐筒環件高度；
[0011] 驅動輥工作面的小端直徑Ddl和大端直徑Dd2以及芯輥工作面的小端直徑Du和大端 直徑Di2由以下5個公式確定：
[0017] 其中，cU為錐筒環件小端內徑，辦為錐筒環件大端內徑，DA錐筒環件小端外徑，D2 為錐筒環件端外徑，0為摩擦角，0 = arctanii，y為摩擦系數，y為0.35~0.45，Lmax和Lmin分別 為乳環機允許的最大和最小閉合中心距；
[0018] 驅動輥和芯輥閉合時驅動輥的型腔寬度
[0019] 按上述技術方案，還包括步驟S3、乳制工藝參數設計:錐筒環件乳制過程的工藝參 數包括驅動輥轉速和芯輥進給速度，
[0020] 驅動輥轉速nd=Vd2/(3TDd2)，Vd2為驅動輥最大線速度，取0.8~1.4m/s;
[0021 ]芯輥進給速度Vi滿足下式
[0023]按上述技術方案，還包括步驟S4、乳制成形過程控制：
[0024] (a)溫度控制:乳制成形過程的溫度控制包括：
[0025] ①毛坯由加熱爐轉移到乳環機附近的保溫控制:將毛坯置于預熱過的保溫罩中進 行轉移，以減少毛坯轉移過程中熱量散失；
[0026] ②上料過程中毛坯保溫控制：在上料過程中，在夾持毛坯的機械手外包裹一層石 棉，以減少毛坯與機械手接觸過程的熱量散失；
[0027] ③乳輥預熱：乳制鋁合金錐筒環件前，利用熱的鋼環空轉的方式對乳輥進行預熱， 預熱溫度控制在300°C左右，以減少毛坯與模具接觸過程中的熱量散失。
[0028]按上述技術方案，步驟S4還包括(b)潤滑控制：
[0029] ①保證乳輥加工的表面粗糙度；
[0030] ②在乳輥預熱后清理乳輥表面的氧化皮，然后在芯輥和導向輥上涂抹潤滑劑，以 防止鋁合金材料在熱鍛過程中發生粘輥等缺陷；
[0031] ③在錐筒環件乳制過程中通過潤滑噴槍向驅動輥與錐筒環件間噴涂潤滑劑。
[0032]按上述技術方案，步驟S4還包括(c)軸向躥動方式控制:在乳機擋板與毛坯端面間 預留一定的距離作為竄動量，以減少錐筒環件端面的切料現象以及對擋板的側壓力。
[0033]按上述技術方案，步驟S4還包括(d)進給過程控制：在乳制過程前期，采用緩慢進 給速度，以為使毛坯順利咬入孔型；當毛坯咬入后，逐漸增大進給速度，以使毛坯鍛透產生 車L制變形應;在乳制末期，采用較小的進給速度進行整圓乳制，以保證錐筒環件乳制精度。 [0034]按上述技術方案，步驟S1中：
[0035] 毛坯高度Ho=H，
[0036] 毛還大端內徑d〇2 = doi+(d2_di)，
[0037] 毛坯小端外徑
[0038] 毛坯大端外徑
[0039] 毛坯體積
[0040] 其中，Si*錐筒環件小端的端面面積，
，S2為錐筒環件大端的端面 面積
[0041] 本發明具有以下有益效果：因乳制錐筒環件的毛坯尺寸直接影響成形環件尺寸精 度，故首先需合理設計毛坯，本發明為了改善等斜度毛坯體積分配不均勻的問題，提出毛坯 內表面與錐筒環件內表面斜度相等，而毛坯兩端壁厚不相等，使得毛坯兩端的截面積與錐 筒環件兩端的截面積相等的等截面毛坯設計方法，其以錐筒環件的小端為基準，通過設置 合理的當量乳制比，先確定毛坯小端內徑，再據此結合錐筒環件尺寸確定毛坯其他尺寸;另 外，本發明結合錐筒環件乳制過程金屬流動規律、乳制設備結構和環件乳制過程的運動規 律，設計合理的乳輥孔型，可以保證錐筒環件在乳制過程中的穩定性，保證乳制過程順利進 行。本發明具有生產效率高、能源和材料消耗低、產品尺寸精度和組織性能好等優點。
【附圖說明】
[0042] 下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
[0043] 圖1是本發明實施例中鋁合金錐筒環件的截面示意圖；
[0044] 圖2是本發明實施例中毛坯的截面示意圖；
[0045] 圖3是本發明實施例中驅動輥工作面的結構示意圖；
[0046] 圖4是本發明實施例中芯輥工作面的結構示意圖；
[0047] 圖5是本發明實施例中鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形過程示意圖一；
[0048] 圖6是本發明實施例中鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形過程示意圖二。
[0049] 圖中：1-驅動輥;2-芯輥;3-毛坯;4-錐筒環件;5-擋板。
【具體實施方式】
[0050] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不 用于限定本發明。
[0051] 在本發明的較佳實施例中，如圖1-圖4所示，一種鋁合金錐筒環件徑向熱乳成形方 法，包括如下步驟：
[0052] S1、毛坯設計:根據錐筒環件尺寸，確定當量乳制比k取值范圍為1.5~3,以錐筒環 件的小端為基準，確定