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1、(10)申请公布号 CN 102489591 A (43)申请公布日 2012.06.13 C N 1 0 2 4 8 9 5 9 1 A *CN102489591A* (21)申请号 201110377657.6 (22)申请日 2011.11.24 B21D 31/00(2006.01) (71)申请人贵州安大航空锻造有限责任公司 地址 561005 贵州省安顺市西秀区黄果树大 街东段322号 (72)发明人叶俊青 张衡 刘峰 易文燕 俞隽 李本江 周子文 (54) 发明名称 铝合金矩形环轧件的热胀形方法 (57) 摘要 本发明公开了一种铝合金矩形环轧件的热胀 形方法，其步骤为：把热轧铝合。
2、金矩形环轧件套 装在胀形机内经预热的胀形块外围，启动胀形机 使胀形块从环轧件的内圆周表面沿径向挤压环轧 件完成第一次胀形，胀形温度330400，胀 形时间15s20s，保压时间12s14s，变形量 0.50.9；再使环轧件沿中心轴线旋转45 完成第一次旋转；之后，再按上述操作进行第二 次胀形，胀形温度290350，胀形时间18s 30s，保压时间13s16s，变形量0.61； 按第一次旋转方向再旋转一次该环轧件完成第二 次旋转；再按上述操作进行第三次胀形，胀形温 度250320，胀形时间25s35s，保压时间 20s23s，变形量为0.61.1。胀形后的环 轧件其尺寸精度可达相应尺寸的12，主。
3、要 用于航空航天等领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/1页 2 1.一种铝合金矩形环轧件的热胀形方法，其特征在于，包括以下步骤： 把热轧铝合金矩形环轧件套装进胀形机，使其内环面套在经预热到250300的 胀形块的外圆周面外围，此时，径向滑块处于合拢状态； 启动胀形机对芯轴滑块施加轴向拉力F使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块的内 孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上的胀形 块从环轧件的内圆周表面沿径向挤压该环轧件，。
4、环轧件发生内、外径尺寸扩大及壁厚减薄 塑性变形，完成第一次胀形；在本次胀形过程中，所述环轧件的胀形温度为330400， 胀形时间为15s20s，保压时间为12s14s，胀形变形量为0.50.9； 胀形机驱动芯轴滑块在径向滑块内沿轴向向上移动，并驱动径向滑块沿径向同步移动 合拢使胀形块脱离胀形后的环轧件，启动胀形机的工作台上的导辊使其驱动所述环轧件沿 中心轴线旋转45，完成环轧件的第一次旋转； 按上述第一次胀形的操作对经过第一次胀形后的环轧件进行第二次胀形，在本次胀 形过程中，所述环轧件的胀形温度为290350，胀形时间为18s30s，保压时间为 13s16s，胀形变形量为0.61； 按上述第一。
5、次旋转的操作对经过第二次胀形后的环轧件进行第二次旋转，本次旋转， 所述环轧件与第一次旋转方向同向再旋转45； 按上述第一次胀形的操作对经过第二次胀形后的环轧件进行第三次胀形，在本次胀 形过程中，所述环轧件的胀形温度为250320，胀形时间为25s35s，保压时间为 20s23s，胀形变形量为0.61.1； 胀形结束后，向上移动芯轴滑块，合拢径向滑块，取出经胀形后的环轧件。 2.根据权利要求1所述的矩形环轧件的热胀形方法，其特征在于：所述铝合金是 2618A。 3.根据权利要求1或2所述的矩形环轧件的热胀形方法，其特征在于：所述胀形机对 芯轴滑块施加的轴向拉力F按下式计算确定： F 0.2 S 。
6、式中： 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0.2 胀形温度下铝合金材料的屈服强度(MPa)，2618A合金取110MPa160MPa； S环轧件的纵截面面积(mm 2 )。 4.根据权利要求1或2所述的矩形环轧件的热胀形方法，其特征在于：所述环轧件在 热态下的胀形尺寸按以下公式计算确定： DD 0 (1+ t )+d 式中： D环轧件经胀形后处于热态下的内径尺寸(mm)； D 0 环轧件经胀形后处于冷态下的最终产品内径尺寸(mm)； t 环轧件在胀形温度下的温度补偿系数()，2618A合金取0.71； d环轧件胀形后内径尺寸的回弹量(mm)，2618A合金取2mm8mm。 5.根据权。
7、利要求1或2所述的矩形环轧件的热胀形方法，其特征在于：所述胀形的矩形 环轧件，其内径尺寸范围为400mm4500mm，壁厚为10mm200mm，高度为40mm750mm。 权 利 要 求 书CN 102489591 A 1/5页 3 铝合金矩形环轧件的热胀形方法 技术领域 0001 本发明涉及一种环件的胀形方法，特别是涉及了铝合金矩形环轧件的热胀形方 法。 背景技术 0002 铝合金矩形环轧件(指纵截面是矩形截面的环轧件)采用环轧机轧制后，由于受 轧制工艺及设备局限性的影响，其尺寸精度一般不高；只有在环轧件形状较理想和设备性 能较优异的情况下，其尺寸精度才能达到相应尺寸的35(千分之三至千分之。
8、五)，而 且轧制后的环轧件由于应力较大，在后续加工工序中如果控制不好易产生翘曲、变形甚至 开裂等缺陷。 0003 2009年2月18日公开的中国发明专利说明书CN 101367104A公开了一种汽轮发 电机护环外补液液压胀形强化工艺，该工艺方法通过外设高压泵并使其产生的高压液体通 过高压缸内的通道，然后经由模具部分中的减力柱内的通道注入固定的上锥模与移动的下 锥模及护环形成的封闭空间，使护环在液体压力的作用下发生塑性变形来胀形护环，以达 到强化护环、提高护环成形精度的目的，从该专利说明书附图可以看出所述护环即矩形环 件。但该方法对于如何通过胀形来提高环件的尺寸精度未详细披露，只是笼统地得出可以。
9、 达到提高护环成形精度的目的，即该方法不能解决现有技术中存在的环轧件尺寸精度低的 问题。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是提供一种采用胀形块来实现铝合金矩形环轧件的热 胀形方法，该方法通过连续三次小变形量对所述铝合金矩形环轧件进行胀形，获得了尺寸 精度高的胀形环轧件。 0005 为解决上述技术问题，本发明所述铝合金矩形环轧件的热胀形方法，其技术方案 包括以下步骤： 0006 把热轧铝合金矩形环轧件套装进胀形机，使其内环面套在经预热到250 300的胀形块的外圆周面外围，此时，径向滑块处于合拢状态； 0007 启动胀形机对芯轴滑块施加轴向拉力F使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块 的内。
10、孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上 的胀形块从环轧件的内圆周表面沿径向挤压环轧件，环轧件发生内、外径尺寸扩大及壁厚 减薄的塑性变形，完成第一次胀形；在本次胀形过程中，所述环轧件的胀形温度为330 400，胀形时间为15s20s，保压时间为12s14s，胀形变形量为0.50.9； 0008 胀形机驱动芯轴滑块在径向滑块内沿轴向向上移动，并驱动径向滑块沿径向同步 移动合拢使胀形块脱离胀形后的环轧件，启动胀形机的工作台上的导辊使其驱动所述环轧 件沿中心轴线旋转45，完成环轧件的第一次旋转； 0009 按上述第一次胀形的操作对经过第一次胀形后的环轧件进行第二次胀形。
11、，在本次 说 明 书CN 102489591 A 2/5页 4 胀形过程中，所述环轧件的胀形温度为290350，胀形时间为18s30s，保压时间为 13s16s，胀形变形量为0.61； 0010 按上述第一次旋转的操作对经过第二次胀形后的环轧件进行第二次旋转，本次旋 转，所述环轧件与第一次旋转方向同向再旋转45； 0011 按上述第一次胀形的操作对经过第二次胀形后的环轧件进行第三次胀形，在本次 胀形过程中，所述环轧件的胀形温度为250320，胀形时间为25s35s，保压时间为 20s23s，胀形变形量为0.61.1； 0012 胀形结束后，向上移动芯轴滑块，合拢径向滑块，取出经胀形后的环轧件。。
12、 0013 上述铝合金优选材料牌号为2618A的铝合金。 0014 所述胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F按下式计算确定： 0015 F 0.2 S 0016 式中： 0017 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0018 0.2 胀形温度下铝合金材料的屈服强度(MPa)，2618A合金取110MPa 160MPa； 0019 S环轧件的纵截面面积(mm 2 )。 0020 所述环轧件在热态下的胀形尺寸按以下公式计算确定： 0021 DD 0 (1+ t )+d 0022 式中： 0023 D环轧件经胀形后处于热态下的内径尺寸(mm)； 0024 D 0 环轧件经胀形后处于冷态下的最终产。
13、品内径尺寸(mm)； 0025 t 环轧件在胀形温度下的温度补偿系数()，2618A合金取0.71； 0026 d环轧件胀形后内径尺寸的回弹量(mm)，2618A合金取2mm8mm。 0027 采用本发明所述热胀形方法胀形的铝合金矩形环轧件，其内径尺寸范围为 400mm4500mm，壁厚为10mm200mm，高度为40mm750mm。 0028 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 0029 本发明通过胀形机上的胀形块与铝合金矩形环轧件进行刚性接触来直接胀形，可 以获得所需要的胀形尺寸并有利于提高尺寸精度。 0030 本发明通过三次小变形量进行胀形，并且通过选择合适的胀形温度、胀形时间和 保。
14、压时间等工艺参数，从而可以保证铝合金矩形环轧件在胀形过程中不会产生动态再结 晶，不会对环轧件的组织产生影响，不会出现胀裂现象，还可以使每次胀形后环轧件的回弹 量较小；并且在胀形过程中通过把所述环轧件两次同向旋转45，可以消除胀形块沿径向 扩散胀形时相邻胀形块之间的间隙对环轧件内圆周面形成的痕迹，从而有利于胀形过程的 顺利进行和获得尺寸精度较高的胀形环轧件；在整个胀形过程中，由于胀形块可以实时测 量环轧件内径尺寸的变化情况及每次胀形后内径尺寸的回弹量，并把测量数据及时传送到 胀形机的显示器上，从而在胀形时可以精确控制环轧件的胀形尺寸。综上所述，采用本发明 所述方法胀形的环轧件可以得到尺寸精度较高。
15、的最终产品尺寸。 0031 在胀形过程中，由于胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F是由胀形机的胀形系数 ()、胀形温度下材料的屈服强度( 0.2 )及环轧件的纵截面面积(S)来确定，因此，可以针 说 明 书CN 102489591 A 3/5页 5 对不同的胀形机和不同材料、尺寸的环轧件来确定轴向拉力F的大小，使环轧件在胀形过 程中受力比较均匀和合理，能够保证胀形过程的顺利进行，避免用力过大造成胀裂或用力 过小造成胀不动的现象发生。 0032 所述胀形环轧件的热态胀形内径尺寸(D)由环轧件经胀形后处于冷态下的最终 产品内径尺寸(D 0 )、环轧件在胀形温度下的温度补偿系数( t )及环轧件胀形后内。
16、径尺寸 的回弹量(d)来计算确定，从而在胀形时可以精确控制环轧件的热态尺寸，并在胀形环轧 件冷却后获得尺寸精度高的冷态尺寸即环轧件经胀形后的最终产品尺寸。 0033 本发明把刚从环轧机上轧制成形的铝合金矩形环轧件趁热进行胀形，不仅其余热 能够满足胀形温度的需要，而且可以避免环轧件冷却收缩后应力进一步增大的现象，趁热 胀形有利于在环轧件应力增大以前减少应力对环轧件尺寸精度的影响。趁热胀形还可以减 少重新加热的工序，节约能源和提高劳动生产率。并且，预热胀形块，还可以避免所述环轧 件胀形时温度降低过快，影响胀形温度参数。 0034 以牌号为2618A的铝合金矩形环轧件为例，经检测胀形后的该合金矩形环。
17、轧件的 冷态尺寸即最终产品尺寸，达到了相应尺寸的12；经检测该环轧件的内部组织，未发 生任何变化，而且无变形、翘曲等缺陷。 附图说明 0035 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0036 图1是热轧矩形环轧件沿其中心线的纵剖面图。 0037 图2是胀形机的结构简图。 0038 图3是热轧矩形环轧件的装机示意图。 0039 图4是热轧矩形环轧件的热胀形过程示意图。 0040 图5是胀形块脱离胀形后的矩形环轧件的示意图。 具体实施方式 0041 实施本发明所述的铝合金矩形环轧件的热胀形方法需要提供胀形机、机械手等设 备。下面以我国材料牌号为2618A的铝合金为例来详细说明该方法。
18、的具体实施方式： 0042 该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：含Si量0.150.25、含Fe 量0.91.4、含Cu量1.82.7、含Mn量0.25、含Mg量1.21.8、含 Ni量0.81.4、含Zn量0.15、含Ti+Zr量0.25、含Ti量0.20、其他元 素合计0.15、余量为Al。 0043 用于实施本发明所述热胀形方法的胀形机的结构简图如图2所示，该胀形机主要 由芯轴滑块1、径向滑块2、胀形块3、工作台4及导轨5组成。芯轴滑块1呈圆锥形并套装 在径向滑块2内与径向滑块2的锥形内圆周面配合，芯轴滑块1可由胀形机的液压缸带动 在径向滑块2内沿轴向上下移动并挤压径向滑块2；径向。
19、滑块2安装在胀形机的导轨5上并 可沿导轨5径向来回移动，径向滑块2从图2俯视方向看是12块分开的扇形块形状，各扇形 块的外圆周面上分别固定安装有胀形块3，各扇形块合拢时与胀形块3一起可以形成一个 圆环形状；当芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向下移动时可使各径向滑块2沿径向同步 移动扩散使胀形块3达到胀形环件的目的，当芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向上移动 说 明 书CN 102489591 A 4/5页 6 时胀形机可驱动各径向滑块2沿径向同步移动合拢使胀形块3脱离胀形后的环件，胀形块3 在胀形过程中具有实时测量环件内径尺寸并把测量数据传送到胀形机的显示器上的功能； 此外，在该胀形机的工作台4上。
20、还有可驱动环件在该工作台上沿中心轴线旋转的导辊(图 中未示出)。 0044 该合金从轧制成矩形环轧件后进行热胀形的工艺步骤如下： 0045 步骤1：装机。 0046 如图3所示，先把胀形机上的胀形块3预热到250300，再把刚从环轧机上 轧制成形的如图1所示的2618A合金矩形环轧件10趁热套装进胀形机，使其内环面套在胀 形块3的外圆周面外围，其底面平放在工作台4的上面，此时，径向滑块2处于合拢状态。装 机时工件的装运主要通过机械手操作完成。 0047 步骤2：第一次胀形。 0048 如图4所示，启动胀形机使其芯轴滑块1沿其轴向向下移动，芯轴滑块1在径向滑 块2内沿其锥形面挤压径向滑块2使各径。
21、向滑块2沿径向同步移动扩散，径向滑块2上的 胀形块3的外圆周面与环轧件10的内圆周表面接触，并沿环轧件10的内圆周表面挤压环 轧件10，使环轧件10从内圆周表面到外圆周表面受到来自胀形块3的径向挤压力，导致环 轧件10的内圆周面沿径向扩大，环轧件10发生内、外径尺寸扩大，壁厚减薄的塑性变形，环 轧件10被胀形块3第一次胀形，胀形时胀形机的液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，环轧 件10的胀形温度为330400，胀形时间为15s20s，保压时间为12s14s，环轧件 10的胀形变形量为0.50.9。 0049 所述胀形时间是环轧件10从一开始被胀形到胀形结束后的时间；所述保压时间 是指环轧件10被。
22、胀形达变形量后不再发生变形并一直保持到胀形结束的时间。 0050 步骤3：第一次旋转。 0051 如图5所示，使胀形机驱动芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向上移动，并驱动径 向滑块2沿径向同步移动合拢使胀形块3脱离胀形后的环轧件10，启动胀形机的工作台4 上的导辊使其驱动环轧件10在该工作台上沿中心轴线顺时针或逆时针旋转45，从而完 成环轧件10的第一次旋转。 0052 步骤4：第二次胀形。 0053 重复步骤1的胀形过程使胀形块3对环轧件10进行第二次胀形，胀形时胀形机的 液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，环轧件10的胀形温度为290350，胀形时间为 18s30s，保压时间为13s16s，环。
23、轧件10的胀形变形量为0.61。 0054 步骤5：第二次旋转。 0055 重复步骤3，使胀形机的导辊驱动环轧件10与第一次旋转方向同向再旋转45， 从而完成环轧件10的第二次旋转。 0056 步骤6：第三次胀形。 0057 重复步骤1的胀形过程使胀形块3对环轧件10进行第三次胀形，胀形时胀形机的 液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，环轧件10的胀形温度为250320，胀形时间为 25s35s，保压时间为20s23s，环轧件10的胀形变形量为0.61.1。 0058 三次胀形结束后，向上移动芯轴滑块1，合拢径向滑块2并使胀形块3脱离环轧件 10，用机械手取出环轧件10从而完成胀形过程。 说 明 。
24、书CN 102489591 A 5/5页 7 0059 环轧件10在胀形过程中，所述轴向拉力F按下式计算： 0060 F 0.2 S 0061 式中： 0062 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0063 0.2 胀形温度下铝合金材料的屈服强度(MPa)，本发明取110MPa160MPa； 0064 S环轧件10的纵截面面积(mm 2 )； 0065 所述环轧件10的胀形变形量的计算方法为：胀形变形量(胀形后环轧件10的 中径尺寸-胀形前环轧件10的中径尺寸)/胀形前环轧件10的中径尺寸100。 0066 所述环轧件10的中径尺寸(环轧件10的内径尺寸+环轧件10的外径尺寸)2 00。
25、67 为保证所述环轧件10经胀形后能够得到产品要求的最终尺寸，环轧件10在热态 下的胀形尺寸按以下公式计算： 0068 DD 0 (1+ t )+d 0069 式中： 0070 D环轧件10经胀形后处于热态下的内径尺寸(mm)； 0071 D 0 环轧件10经胀形后处于冷态下的最终产品内径尺寸(mm)； 0072 t 环轧件10在胀形温度下的温度补偿系数()，对于不同的材料在不同温 度下的温度补偿系数不同，本发明取0.71； 0073 d环轧件10胀形后内径尺寸的回弹量(mm)，本发明取2mm8mm。 0074 采用上述方法胀形的铝合金矩形环轧件，其内径尺寸范围为：400mm 4500mm，壁厚为10mm200mm，高度为40mm750mm。 说 明 书CN 102489591 A 1/3页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102489591 A 2/3页 9 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102489591 A 3/3页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102489591 A 10 。