[发明专利]一种径向反向复合挤压成形镁合金负重轮盘工艺及装置

说明书

技术领域

本发明一种履带车辆镁合金负重轮盘成形方法及装置，属金属材料先进制造技术范畴。主要用于镁合金负重轮盘的成形，同时可广泛应用于各种底部带孔的厚壁、低筒镁或铝合金筒形或盘形零件的成形制造。

背景技术

轻量化是武器装备发展的主要方向之一。作为履带车辆行动装置重要组成部分的负重轮，用于支持车体并保持车体在履带上滚动，其在整车中数量多，占车重比例大。因此，研究负重轮新型材料及其加工方式，从而减轻其重量，对减轻车辆重量并提升机动性具有重要的意义。

采用轻金属是车辆轻量化主要手段之一。对于履带车辆负重轮，传统采用钢制轮盘；而目前大多应用铝合金，主要采用挤压铸造、液态模锻、锻造等加工方式，如提出局部增强铝基复合材料挤压铸造一体化成形负重轮盘技术(《特种铸造及有色合金》、2010年第3期、P231)，以及采用LD5合金铸锭直接锻造负重轮盘方法(《铝加工》、2004年第3期、p46)等。同时为减重对其结构进行了优化设计，在负重轮受力状况得到改善的基础上，其重量比优化前减轻10％。(《中国制造业信息化》、2003年第2期、p94)。减重效果都十分有限。

镁合金是目前实际应用中最轻的金属结构材料，具有密度小、比强度及比刚度高、抗冲击性和抗震性能优越等良好性能，是负重轮的优良用材。作为行动构件，镁合金车轮已在轿车、赛车上获得应用，但在履带车辆的应用尚未见相关资料。

目前，镁合金构件主要采用铸造和锻造加工方式。但镁合金铸造产品抗拉强度低，韧性差，难以满足负重轮盘高强度、高冲击使用要求；因此，锻造镁合金负重轮盘就成为理想的解决方案。

然而，由于镁合金材料的难成形性、负重轮盘结构的复杂性以及产品性能要求的特殊性，给镁合金负重轮盘的成形制造增加了难度，主要存在以下问题：(1)镁合金属典型密排六方晶体结构，塑性差，成形过程中易开裂，且产品性能受成形工艺参数影响强烈，难以实现变形和强韧化的统一；(2)负重轮盘结构复杂，幅板形状多样，外形尺寸大，外径均在500mm以上，传统锻造或挤压需要大吨位设备；(3)负重轮盘作为高转速抗疲劳构件，力学性能要求高，尤其主承力部位的幅板，要求高的疲劳性能。

国内外已开展了镁合金车轮的相关研究，如专利“一种汽车轮毂省力挤压成形方法及装置”(ZL200610012829.9)，提出一种空心坯料反挤压后镦挤的成形方法，解决了车轮传统成形性能差、成形力大等问题，但成形工序多，工艺复杂，适用于壁薄、高筒类零件成形。专利“一种采用旋压工艺成形的装甲车辆专用负重轮盘”(申请号CN201220583199)，提出一种铝合金负重轮盘旋压成形工艺，具有重量轻、加工量小、能耗低等特点，但制坯仍需大吨位设备，生产效率低。

发明内容

本发明针对装甲车辆轻量化的发展需求，综合现有技术及存在的不足，结合负重轮盘性能要求、结构特点以及镁合金变形特性，提出一种镁合金负重轮盘成形方法及装置，提高产品性能，降低成形力，以实现镁合金负重轮盘在履带车辆上的应用。

一种径向反向复合挤压成形镁合金负重轮盘工艺，采用径向反向复合挤压成形镁合金负重轮盘装置，包括：下料—制坯—径向反向复合挤压—热处理—后续加工；其特征是：

所述的下料工序：

若选用棒料时主要确定其直径，对于铸造态棒料，应保证后续镦粗不失稳情况下达到大于50％以上的相对压下量；对于挤压态棒料，后续镦粗变形量不做要求；

若选用管料时主要确定其内、外直径，对于铸造态管料，应保证后续镦粗不失稳情况下达到大于50％以上的相对压下量；对于挤压态管料，后续镦粗变形量不做要求；

所述的制坯工序：

将切割好的坯料通过相应的成形工序制备成所需的环形坯料；

对于铸造态棒料，在自由状态下镦粗变形后通过冲孔变形制备所需的环形坯料；对于挤压态棒料，根据下料直径确定是否采用镦粗制坯，后进行冲孔；

对于铸造态管料，根据设定的变形量进行镦粗变形；

对于挤压态管料，根据选定的规格确定是否需要镦粗变形；

所述的径向反向复合挤压工序：

采用套装有随动凸模的固定凸模径向反向复合挤压制成的环形坯料，金属材料在固定凸模作用下同时向垂直于和平行于固定凸模运动的方向流动，金属径向流动形成负重轮盘辐板，随动凸模限制金属流动至所需底孔尺寸，金属正、反向流动形成负重轮盘辋部，反向流动为开放式充填至所需高度；

其中：所述的径向反向复合挤压工序中环形坯料尺寸确定为：

环形坯料外径:D＝D₁-(3～5)mm；