一種大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大尺寸鎂合金薄壁筒形件的精密旋壓成形工藝，特別是涉及大尺 寸鎂合金薄壁筒形件的精密旋壓成形工藝、細晶粒協(xié)調(diào)變形技術(shù)、組織熱行為強化技術(shù)，屬 于大尺寸鎂合金筒形件工程化應(yīng)用的通用制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 為提高我國某型號導(dǎo)彈的射程和機動性能，艙體結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)化是其發(fā)展的必然趨 勢，也是我國武器裝備研制的重要方向。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計以及輕質(zhì)材料的應(yīng)用均是實現(xiàn)結(jié)構(gòu) 減重的主要手段。目前，我國艙體常用結(jié)構(gòu)材料為鎂合金，采用現(xiàn)有材料體系，僅僅通過結(jié) 構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，艙體結(jié)構(gòu)件減重的空間已經(jīng)很小，不能滿足型號導(dǎo)彈的需求，而在不改變艙體 結(jié)構(gòu)設(shè)計的情況下，采用強度與鎂合金相當?shù)逆V合金材料制造，可實現(xiàn)艙體減20-30%的目 的，才能夠滿足該導(dǎo)彈的應(yīng)用技術(shù)指標。
[0003] 目前，大型鎂合金結(jié)構(gòu)件產(chǎn)品的制備主要采用鍛件機加工方法進行生產(chǎn)，鎂合金 具有密排六方晶體結(jié)構(gòu)，與面心立方和體心立方晶體相比，其滑移系數(shù)目較少，這就造成了 鎂合金材料塑性較差，發(fā)生形變較為困難；雖然鎂合金還存在一些特殊的錐面、棱柱面和 錐面等非基面滑移系，但這些滑移系臨界切應(yīng)力遠大于基面滑移，一般情況下不易啟動；當 溫度升高或晶粒尺寸細化至IOym以下時，才能夠在塑性變形過程中發(fā)揮重要作用，但能 夠使鎂合金晶粒組織達到IOym以下的成形工藝技術(shù)罕有文獻可查，尤其是針對直徑超過 700_以上的大型鎂合金結(jié)構(gòu)件，還未見此類細晶產(chǎn)品的相關(guān)報道，因此，現(xiàn)有技術(shù)在大型 鎂合金構(gòu)件生產(chǎn)過程中，鍛造成形過程困難，形變過程中易發(fā)生開裂，生產(chǎn)效率低，且變形 后的鍛件在各方向上存在較大的力學(xué)性能差異，導(dǎo)致實際的安全系數(shù)低于設(shè)計指標，不滿 足設(shè)計要求，
[0004] 另外，采用常規(guī)工藝如鐵?；蛏靶丸T造制備的鎂合金錠坯，其晶粒通常無明顯的 擇優(yōu)取向（織構(gòu)），但在隨后的鍛造、擠壓、拉拔、乳制等塑性變形過程中，會由于滑移和孿 生使晶粒發(fā)生轉(zhuǎn)動而形成織構(gòu)，由于變形方式的不同，形成的織構(gòu)也存在差異；針對帶加強 筋的鎂合金艙體結(jié)構(gòu)而言，采用鍛造工藝而制備的坯料，由于織構(gòu)的產(chǎn)生，其力學(xué)性能在軸 向和高向存在較大的各向異性，導(dǎo)致鎂合金艙體產(chǎn)品在使用過程中存在安全隱患，因此，需 減少軸向和高向力學(xué)性能差異，提高其使用穩(wěn)定性。
[0005] 此外，鎂合金是通過熱處理來改善或調(diào)整材料力學(xué)性能和加工性能，但由于其合 金元素的擴散和合金相的分解過程極其緩慢，固溶處理和時效處理時間較長，且在長時間 加熱過程中，由于材料本身內(nèi)應(yīng)力釋放，導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生變形，尤其是針對尺寸精度要求較高 的構(gòu)件，會造成局部尺寸超差使產(chǎn)品報廢；同時，產(chǎn)品在大批量生產(chǎn)時，該工藝方法的生產(chǎn) 周期較長，往往不能滿足任務(wù)進度需求，因此，在滿足性能需求的基礎(chǔ)上，應(yīng)減少熱處理時 間，提尚生廣效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種大尺寸鎂合金筒形件精密 旋壓成形工藝方法，該方法解決了鎂合金筒形件產(chǎn)品力學(xué)各向異性、生產(chǎn)效率低、成品率 低、成本高等問題，有效提高了產(chǎn)品軸向、周向力學(xué)性能，減少了各向異性，增加了產(chǎn)品使用 過程中的安全性，同時，旋壓后產(chǎn)品尺寸精度高，接近產(chǎn)品最終尺寸要求，大幅度縮短了后 續(xù)機加工周期，提高了材料的利用率，降低了產(chǎn)品生產(chǎn)成本。
[0007] 本發(fā)明的上述目的主要是通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的：
[0008] -種大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法，包括如下步驟：
[0009] ( -）、將旋壓模具和旋輪安裝在旋壓機上，將鎂合金坯料裝卡至旋壓模具中，使 鎂合金坯料與旋壓模具內(nèi)表面接觸，旋輪設(shè)置在旋壓模具內(nèi)部，所述旋壓模具為與待制備 鎂合金筒形件結(jié)構(gòu)匹配的筒形結(jié)構(gòu)；
[0010] (二）、對鎂合金坯料進行三道次旋壓，其中第一道次旋壓中鎂合金坯料的變形量 為30 %~40 %，第二道次旋壓中鎂合金坯料的變形量為20 %~30 %，第三道次旋壓中鎂合 金坯料的變形量為15%~20% ;三道次旋壓過程中設(shè)置旋壓機的主軸轉(zhuǎn)速為55r/min~ 85r/min，旋輪縱向進給速度為55r/min~95r/min，對鎂合金還料的加熱溫度為85°C~ 210°C;對鎂合金坯料進行旋壓過程中，加強筋位置留出，不進行旋壓；
[0011] (三）、對鎂合金坯料進行多道次精密旋壓，每道次旋壓的變形量為5%~10% ;
[0012] (四）、對旋壓后的產(chǎn)品進行時效熱處理。
[0013] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，步驟（二）中三道次 旋壓的具體工藝條件如下：
[0014] 第一道次旋壓：將鎂合金坯料加熱至85°C~115°C，設(shè)置旋壓機的主軸轉(zhuǎn)速為 75~85r/min，旋輪縱向進給速度為85~95r/min;
[0015] 第二道次旋壓：將鎂合金坯料繼續(xù)加熱至120°C~140°C，設(shè)置旋壓機的主軸轉(zhuǎn)速 為75~85r/min，旋輪縱向進給速度為85~95r/min;
[0016] 第三道次旋壓：將鎂合金坯料繼續(xù)加熱至190°C~210°C，保溫10~15min，設(shè)置 旋壓機的主軸轉(zhuǎn)速為55~65r/min，旋輪縱向進給速度為55~60r/min。
[0017] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，步驟（三）中精密旋 壓的工藝條件為：將鎂合金坯料溫度降至50~60°C，提高旋壓機的主軸轉(zhuǎn)速至80~90r/ min，旋輪縱向進給速度為95~105mm/min。
[0018] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，步驟（三）中精密旋 壓的次數(shù)為2~3次。
[0019] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，步驟（四）中時效處 理的工藝條件為：時效溫度為190°C~210°C，保溫時間為IlOmin~130min，之后進行空 冷。
[0020] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，步驟（三）精密旋壓 完成后，待鎂合金坯料冷卻至室溫，進行最后一道次精整，保證壁厚、圓度及軸向形位公差。
[0021] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，采用環(huán)乳后機加工料 做為坯料；采用氧氣乙炔槍對鎂合金坯料進行加熱。
[0022] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，旋輪的半徑R為10~ 12mm〇
[0023] 在上述大尺寸鎂合金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法中，將鎂合金坯料裝卡至 旋壓模具之前，在鎂合金坯料外表面與旋壓模具內(nèi)表面分別涂抹潤滑油，所述潤滑油具體 為N46#液壓油。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果：
[0025] (1)、本發(fā)明使用環(huán)乳后機加工料做為內(nèi)旋壓毛坯，采用精密旋壓成形工藝、細晶 粒協(xié)調(diào)變形工藝和組織熱行為強化工藝相結(jié)合的工藝方法，解決了鎂合金筒形件產(chǎn)品力學(xué) 各向異性、生產(chǎn)效率低、成品率低、成本高等問題，有效提高了產(chǎn)品軸向、周向力學(xué)性能，減 少了產(chǎn)品力學(xué)性能的各向異性，增加了產(chǎn)品使用過程中的安全性，同時，旋壓后產(chǎn)品尺寸精 度高，接近產(chǎn)品最終尺寸要求，大幅度縮短了后續(xù)機加工周期，提高了材料的利用率，降低 了產(chǎn)品生產(chǎn)成本；
[0026] (2)、本發(fā)明采用精密旋壓成形工藝，通過選擇適合的工藝參數(shù)，如變形量、主軸轉(zhuǎn) 速、旋壓道次、進給比等參數(shù)，制備出的結(jié)構(gòu)件接近產(chǎn)品最終尺寸，解決了產(chǎn)品成形后尺寸 精度難以控制等問題，以及后續(xù)機加工周期長、效率低等問題，有效提高了材料利用率；
[0027] (3)、本發(fā)明采用細晶粒協(xié)調(diào)變形工藝，將原始坯料的大晶粒細化至10 ym以下， 不但可以大幅度增加材料中基礎(chǔ)滑移系數(shù)量，同時，特殊的錐面、棱柱面和錐面等非基面滑 移系參與協(xié)調(diào)變形，此外，隨著晶粒細化，晶界數(shù)量增加，改善了材料在同溫度下的塑性，在 這些因素的協(xié)調(diào)變形過程中，有效提高了材料力學(xué)性能，尤其是軸向性能大幅度提高，弱化 各項異性；
[0028] (4)、本發(fā)明采用組織熱行為強化工藝，通過對溫度的控制，選擇合適的溫度條件， 能夠使鎂合金發(fā)生動態(tài)析出，析出相可以起到強化材料的作用，用來改善或調(diào)整材料的組 織形態(tài)，從而進一步提高材料力學(xué)性能，且經(jīng)工序后，可大幅度縮短產(chǎn)品原有后續(xù)時效熱處 理時間，能夠有效解決鎂合金材料時效熱處理后力學(xué)性能偏低，固溶和時效熱處理周期長， 以及長時間熱處理導(dǎo)致的鎂合金產(chǎn)品發(fā)生變形等一系列問題。
[0029] (5)、本發(fā)明與傳統(tǒng)鍛造機加工工藝相比，采用該技術(shù)能夠有效提高材料利用率， 可節(jié)約材料30 %~60 %，使生產(chǎn)成本降低40 %~70 %，且結(jié)構(gòu)件在旋壓過程中經(jīng)過組織熱 行為強化，力學(xué)性能達到指標需求，可大幅度減少產(chǎn)品后續(xù)時效熱處理工序時間，以及減少 產(chǎn)品在熱處理過程中的尺寸變形，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明鎂合金筒形件精密旋壓工藝示意圖；
[0031] 圖2為本發(fā)明鎂合金筒形件精密旋壓工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述：
[0033] 如圖1所示為本發(fā)明鎂合金薄壁筒形件精密旋壓工藝示意圖，本發(fā)明大尺寸鎂合 金薄壁筒形件精密旋壓成形工藝方法，具體包括如下步驟：
[0034] (一）、將旋壓模具2和旋輪3安裝在旋壓機上，將鎂合金坯料4裝卡至旋壓模具 2中，使鎂合金坯料4與旋壓模具2內(nèi)表面接觸，旋輪3設(shè)置在旋壓模具2內(nèi)部，旋壓模具 2為與待制備鎂合金筒形件結(jié)構(gòu)匹配的筒形結(jié)構(gòu)；采用環(huán)乳后機加工料做為鎂合金坯料4。 旋輪3的半徑R為10~12mm。其中鎂合金坯料4裝卡至旋壓模具2之前，在鎂合金坯料4 外表面與旋壓模具2內(nèi)表面分別涂抹潤滑油，潤滑油具體為N46#液壓油。
[0035] (二）、對鎂合金坯料4進行三道次旋壓，三道次旋壓過程中設(shè)置旋壓機的主軸轉(zhuǎn) 速為55r/min~85r/min，旋輪3縱向進給速度為55r/min~95mm/min，對儀合金還料4的 加熱溫度為85°C~210°C;對鎂合金坯料4進行旋壓過程中，加強筋1位置留出，不進行旋 壓。采用氧氣乙炔槍對鎂合金坯料4進行加熱。三道次旋壓的具體工藝條件為：
[0036] 第一道次旋壓：將鎂