[发明专利]潜艇环肋圆柱壳的对轮旋压应变诱发法的半固态制造工艺

说明书

技术领域

本发明属于半固态加工与成形技术领域，特别涉及潜艇环肋圆柱壳的对轮旋压应变诱发法的半固态制造工艺。

背景技术

随着地球上人口的急剧膨胀，陆上资源供应已趋于极限，占有地球表面积71％的海洋中，蕴藏着丰富的人类赖以生存的战略资源，人们已经认识到海洋必将成为人类生存和发展的第二物质空间。因此，各国都把经济发展的重心转移到海洋，21世纪将是海洋的世纪。

海洋地位的日益提高，海下运载器的研究制造将得到更高的重视，从军事方面来说，潜艇作为我国海军的主战兵力，是海上一种主要的威慑力量；从民用方面来说，潜水器也广泛应用于科研、工程等各领域。无论是潜艇还是潜水器，其中的耐压壳体承受深水压力，保证舱室内部人员和各种设备的正常工作，同时组成一个水密空间，是浮力的主要提供者。相比于椭圆形及矩形横剖面形状，圆形剖面的耐压壳体在均匀外压作用下只产生均匀收缩变形，这样壳体内部只有均匀压缩应力而无弯曲应力，材料能得到充分利用，从而能做到结构重量轻、省材料，此外，由于深水压力是外压，为了有效地提高耐压壳体在外水压作用下的稳定性，在圆柱壳板上设置了一系列环向加强筋，即形成了环肋圆柱壳。环肋圆柱壳有优越的水动力形状、更好的内部布置，更轻的外部结构，更低的建造成本，因此，目前潜艇耐压壳体多采用环肋圆柱壳。

目前环肋圆柱壳采用的制造工艺主要有：(1)锻件或轧制件切削加工，主要是先采用锻造或轧制方法制备筒形毛坯，然后通过切削加工的方法将所有需要的筋加工出来。但是该方法材料损耗严重、加工时间长，且加强筋部位的金属流线被切割，壳体的强度降低、力学性能变差，难以满足潜艇环肋圆柱壳的高质量要求；(2)铸造成形，虽然采用该方法材料利用率得到提高，但是由于铸造状态下的晶粒尺寸粗大，组织分布不均匀，且存在缩松、气孔等缺陷的影响，零件合格率很低，最主要的是有时候铸造材料机械性能低，不能满足工件的设计要求；(3)焊接成形，通常先由特种钢板焊接成圆形钢筒(或挤压成筒状)后对接起来，再在其内壁上焊接环筋，这种方法简单，成本低，但是制作的筒体焊接变形大、焊缝强度低(仅为基体的60％)，塑性、冲击韧性差、焊接变形量大，易产生应力集中，对中性差，不能满足产品的高精度要求，力学性能无法达到使用要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供潜艇环肋圆柱壳的对轮旋压应变诱发法的半固态制造工艺，通过该工艺制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的潜艇环肋圆柱壳。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

潜艇环肋圆柱壳的对轮旋压应变诱发法的半固态制造工艺，包括以下步骤：

1)离心铸造制坯：首先，将准备好的45#钢材料放入中频感应熔炼炉进行熔炼，其熔炼温度为1600℃以上，且保温10～20min；接着将得到的钢液温度稳定控制在1500～1550℃浇入离心铸造设备，采用离心铸造工艺制备出潜艇环肋圆柱壳铸态壳体；

2)利用离心铸造余热进行对轮旋压塑性变形：

2.1)待步骤1)中制备的潜艇环肋圆柱壳铸态壳体的温度降低到始旋温度时，采用对轮旋压工艺对该潜艇环肋圆柱壳余热态壳体1-3进行对轮旋压塑性变形，在进行对轮旋压塑性变形时，先控制潜艇环肋圆柱壳余热态壳体1-3作旋转运动，内旋轮1-1和外旋轮1-2作轴向和径向进给运动，从而使该潜艇环肋圆柱壳余热态壳体1-3产生壁厚减小、内外径扩大、轴向长度伸长的大塑性变形，得到潜艇环肋圆柱壳扩经态壳体1-4且该扩经态壳体1-4的壁厚缩减率达到40％以上，随后控制潜艇环肋圆柱壳扩经态壳体1-4作旋转运动，外旋轮1-2仅作轴向进给运动，内旋轮1-1作轴向和径向进给运动，则在内旋轮1-1作轴向进给时，通过控制内旋轮1-1的径向进给量的不同，在潜艇环肋圆柱壳扩经态壳体1-4的内孔壁上形成环肋，即成形出潜艇环肋圆柱壳扩经环肋态壳体1-5，其中，始旋温度为1100～1150℃，终旋温度为800～850℃；

2.2)对经步骤2.1)对轮旋压工艺处理得到的潜艇环肋圆柱壳扩经环肋态壳体1-5进行整形处理：待步骤2.1)完成后，先控制潜艇环肋圆柱壳扩经环肋态壳体1-5作旋转运动，外旋轮1-2作轴向进给运动，内旋轮1-1作轴向和微量径向进给运动，从而完成对潜艇环肋圆柱壳扩经环肋态壳体1-5的圆整处理，进而得到潜艇环肋圆柱壳扩经环肋圆整态壳体1-6；接着，切除潜艇环肋圆柱壳扩经环肋圆整态壳体1-6不平整的轴向端面，待切除不平整轴向端面的潜艇环肋圆柱壳扩经环肋圆整态壳体1-6冷却后即得到潜艇环肋圆柱壳畸变态坯料1-7；