【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及金屬鍛件成形，具體地，涉及雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法及其雙曲率薄壁環(huán)鍛件。
技術(shù)介紹
1、傳統(tǒng)鋁合金“鍛坯-穿孔-環(huán)軋-車削”路線后為了提高材料強(qiáng)度，將車削工序拆分為“粗車和精車”，在其間增加了淬火熱處理和時(shí)效。在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中，大型環(huán)鍛件淬火芯部冷量明顯小于表層，導(dǎo)致芯部力學(xué)性能偏低，而芯部是最終用于零件使役性能評(píng)價(jià)的，表層均被車削去除。針對(duì)復(fù)雜薄壁雙曲率環(huán)鍛件，現(xiàn)有技術(shù)中均設(shè)計(jì)為大型預(yù)鍛坯，需在厚度方向留足車削余量，將導(dǎo)致材料淬透性風(fēng)險(xiǎn)增加。同時(shí)，淬火熱處理變形破壞了毛坯件的尺寸精度，變形超過(guò)數(shù)十毫米，極易造成整件報(bào)廢。
2、專利文獻(xiàn)cn110614295b（申請(qǐng)?zhí)枺篶n201910957568.5）公開(kāi)了多邊形環(huán)鍛件頂圓工藝，其工藝為：（1）準(zhǔn)備多邊形環(huán)鍛件頂圓裝置；（2）當(dāng)環(huán)鍛件的壁厚小于200mm時(shí)，多邊形環(huán)鍛件在頂圓時(shí)無(wú)需加熱，通過(guò)頂圓裝置將多邊形環(huán)鍛件頂圓；當(dāng)環(huán)鍛件的壁厚不小于200mm時(shí)，如果多邊形環(huán)鍛件在頂圓前未進(jìn)行熱處理，那么首先需要將多邊形環(huán)鍛件加熱至正火溫度，然后才可以通過(guò)頂圓裝置將多邊形環(huán)鍛件頂圓；如果多邊形環(huán)鍛件在頂圓前已進(jìn)行熱處理，那么首先需要將多邊形環(huán)鍛件加熱至回火溫度，然后才可以通過(guò)頂圓裝置將多邊形環(huán)鍛件頂圓；頂圓后，如果翹曲，還需壓機(jī)壓平，如果已熱處理，還需要去應(yīng)力退火。
3、傳統(tǒng)鋁合金環(huán)鍛件制造方法，均采用“鍛坯-穿孔-環(huán)軋-車削”為主路線的熱成形工藝，目標(biāo)是在一定加熱溫度下獲得一種中間毛坯，為典型的體積成形手段，制得坯料后采用機(jī)加方式去除大量材料
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本專利技術(shù)的目的是提供一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法及其雙曲率薄壁環(huán)鍛件。
2、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，包括：
3、步驟s1：確定制作雙曲率環(huán)鍛件所需展開(kāi)毛坯初始尺寸和幾何形狀；
4、步驟s2：根據(jù)雙曲率零件設(shè)計(jì)圖樣，確定在室溫條件下收口最大截面收縮率；
5、步驟s3：基于確定的在室溫條件下收口最大截面收縮率，設(shè)計(jì)室溫收口模具；
6、步驟s4：淬火態(tài)毛坯軋板采用卷板機(jī)壓制，塑形為預(yù)設(shè)直徑的卷圓毛坯；
7、步驟s5：卷圓毛坯的卷筒拼縫進(jìn)行焊接加工，獲得筒形毛坯；
8、步驟s6：采用收口模具將筒形毛坯加工成雙曲率環(huán)鍛件毛坯；
9、步驟s7：將雙曲率環(huán)鍛件毛坯送入熱處理爐進(jìn)行人工時(shí)效；
10、步驟s8：將人工時(shí)效處理后的雙曲率環(huán)鍛件毛坯放置于數(shù)控立車上進(jìn)行加工，并去除預(yù)留的加工余量，獲得最終的雙曲率薄壁環(huán)鍛件。
11、優(yōu)選地，所述步驟s1采用：當(dāng)采用長(zhǎng)方形坯料時(shí)，則長(zhǎng)方形長(zhǎng)度應(yīng)不小于環(huán)鍛件中性層周長(zhǎng)；當(dāng)采用扇形環(huán)狀坯料時(shí)，外弧長(zhǎng)應(yīng)不小于環(huán)鍛件大口展開(kāi)尺寸。
12、優(yōu)選地，所述毛坯為鋁合金。
13、優(yōu)選地，所述步驟s2采用：
14、
15、其中，表示最大截面收縮率；表示卷筒后毛坯理論外徑；表示毛坯收口后理論最小外徑。
16、優(yōu)選地，所述步驟s3采用：通過(guò)室溫收口成形有限元仿真校核室溫收口模具強(qiáng)度和剛度，同時(shí)獲得收口成形和回彈變形規(guī)律；將當(dāng)前有限元仿真得到的環(huán)鍛件毛坯與理論設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行對(duì)比，若毛坯無(wú)法包絡(luò)設(shè)計(jì)模型，則進(jìn)一步優(yōu)化模具型面設(shè)計(jì)，再次進(jìn)行有限元仿真；如此多次迭代，獲得優(yōu)化后收口模具設(shè)計(jì)模型；根據(jù)優(yōu)化后的模具設(shè)計(jì)結(jié)果，開(kāi)展收口模具加工。
17、優(yōu)選地，所述步驟s5采用：卷圓毛坯的卷筒拼縫采用攪拌摩擦焊的方式進(jìn)行焊接加工，獲得筒形毛坯。
18、優(yōu)選地，所述步驟s6采用：將筒形毛坯放置于大臺(tái)面壓力機(jī)的壓機(jī)臺(tái)面上，收口模具固定于大臺(tái)面壓力機(jī)的模具滑塊上，收口過(guò)程從筒形毛坯接觸收口模具內(nèi)型面開(kāi)始，隨液壓機(jī)加載，筒形毛坯在模具外部約束加載下，逐漸貼合模具型面，并在壓機(jī)卸載后，發(fā)生回彈變形，獲得雙曲率環(huán)鍛件毛坯。
19、優(yōu)選地，所述方法還包括：在所述將雙曲率環(huán)鍛件毛坯送入熱處理爐進(jìn)行人工時(shí)效之前，掃描雙曲率環(huán)鍛件毛坯的實(shí)際型面，并與理論零件模型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證毛坯是否完全包絡(luò)零件最終型面，當(dāng)驗(yàn)證成功后，則將雙曲率環(huán)鍛件毛坯送入熱處理爐進(jìn)行人工時(shí)效。
20、優(yōu)選地，所述方法還包括：將最終的雙曲率薄壁環(huán)鍛件進(jìn)行表面處理以及包裝防護(hù)處理。
21、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件，采用上述所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法制備獲得。
22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下的有益效果：
23、1、本專利技術(shù)采用具有室溫良好塑性的淬火態(tài)板材，將原有以熱成形為主導(dǎo)工藝的大型鍛環(huán)復(fù)雜成形工藝替代為短流程、室溫、近凈成形工藝，屬于綠色環(huán)保、降本增效、近凈成形的新型工藝方法；
24、2、傳統(tǒng)熱成形鍛件工序目標(biāo)是在一定溫度下獲得中間毛坯，基于中間毛坯以體積成形的方式獲得雙曲率薄壁環(huán)鍛件，中間毛坯受鍛造工具的限制，形狀近似為圓柱形、方形、圓環(huán)形等，而最終型面僅是其中的一小片，大量材料后續(xù)均需去除；而本專利技術(shù)基于淬火態(tài)板材以殼體成形的方式獲得雙曲率薄壁環(huán)鍛件，達(dá)到“近凈成形”效果；
25、3、本專利技術(shù)基于猝火態(tài)板材通過(guò)“卷筒-拼焊-室溫收口”新路線，獲得雙曲率環(huán)鍛件毛坯，消除了傳統(tǒng)熱成形工序繁瑣、能耗高，作業(yè)環(huán)境差安全風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題；在實(shí)踐中，采用本專利技術(shù)提供的方法，至少能實(shí)現(xiàn)約30%的成本下降和25%以上的效率提升；
26、4、本專利技術(shù)通過(guò)將傳統(tǒng)的中間毛坯轉(zhuǎn)換為猝火態(tài)板材，降低了鍛坯材料至傳統(tǒng)的1/2-1/3，材料利用率提高50%-67%；鍛坯材料縮小后，鍛件淬火冷得越透，冷卻速率越高，過(guò)飽和固溶體在時(shí)效時(shí)析出充分，使得鍛件服役性能大幅提高；
27、5、本專利技術(shù)猝火態(tài)板材又經(jīng)塑性變形成為錐環(huán)鍛件，相當(dāng)于疊加了“時(shí)效強(qiáng)化”和“應(yīng)變強(qiáng)化”雙重強(qiáng)化效果，鍛件性能更高。
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1.一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟S1采用：當(dāng)采用長(zhǎng)方形坯料時(shí)，則長(zhǎng)方形長(zhǎng)度應(yīng)不小于環(huán)鍛件中性層周長(zhǎng)；當(dāng)采用扇形環(huán)狀坯料時(shí)，外弧長(zhǎng)應(yīng)不小于環(huán)鍛件大口展開(kāi)尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述毛坯為鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟S2采用：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟S3采用：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟S5采用：卷圓毛坯的卷筒拼縫采用攪拌摩擦焊的方式進(jìn)行焊接加工，獲得筒形毛坯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟S6采用：將筒形毛坯放置于大臺(tái)面壓力機(jī)的壓機(jī)臺(tái)面上，收口模具固定于大臺(tái)面壓力機(jī)的模具滑塊上，收口過(guò)程從筒形毛坯接觸收口模具內(nèi)型面開(kāi)始，隨液
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述方法還包括：在所述將雙曲率環(huán)鍛件毛坯送入熱處理爐進(jìn)行人工時(shí)效之前，掃描雙曲率環(huán)鍛件毛坯的實(shí)際型面，并與理論零件模型進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證毛坯是否完全包絡(luò)零件最終型面，當(dāng)驗(yàn)證成功后，則將雙曲率環(huán)鍛件毛坯送入熱處理爐進(jìn)行人工時(shí)效。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述方法還包括：將最終的雙曲率薄壁環(huán)鍛件進(jìn)行表面處理以及包裝防護(hù)處理。
10.一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件，其特征在于，采用權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法制備獲得。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟s1采用：當(dāng)采用長(zhǎng)方形坯料時(shí)，則長(zhǎng)方形長(zhǎng)度應(yīng)不小于環(huán)鍛件中性層周長(zhǎng)；當(dāng)采用扇形環(huán)狀坯料時(shí)，外弧長(zhǎng)應(yīng)不小于環(huán)鍛件大口展開(kāi)尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述毛坯為鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟s2采用：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟s3采用：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述步驟s5采用：卷圓毛坯的卷筒拼縫采用攪拌摩擦焊的方式進(jìn)行焊接加工，獲得筒形毛坯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙曲率薄壁環(huán)鍛件短流程近凈成形方法，其特征在于，所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡藍(lán)，楊洋，李夢(mèng)宇，孟金龍，張志超，堵同亮，李曉凱，王東帥，洪吉慶，劉婷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海航天設(shè)備制造總廠有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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