[发明专利]一种基于超低温加工的合金管件旋压成形工艺

说明书

本发明公开了一种基于超低温加工的合金管件旋压成形工艺，该工艺为：首先将合金管件和芯模装夹到主轴上，控制管件和芯模的水平放置，继而在管坯尾端安装尾顶，用尾顶支撑芯模的非夹持端，然后选择合适的旋压成形参数，对合金管金进行旋压成形加工。在整个旋压加工过程中，加工区域采用超低温冷却加工方式，降低成形温度至超低温范围，改善加工区域的摩擦状态，最终获得高加工精度、高表面质量和高综合机械性能的成形合金管件。

技术领域

本发明涉及金属空心构件先进制造技术领域，特别涉及一种基于超低温加工的合金管件旋压成形工艺。

背景技术

金属旋压技术是一种少无切削加工工艺，综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺特点。作为塑性成形的一个分支，具有金属变形条件好、材料利用率高、柔性好及成本低等特点。旋压技术目前已成为小批量、多品种对称及非对称回转体空心薄壁件的核心加工方法，发展前景广阔。不仅在轻工业中占有重要地位，而且在航空、航天中应用较广的轻合金材料成形也得到了广泛应用。

目前，越来越恶劣的服役环境对合金管件的旋压加工质量提出了严峻的挑战，包括尺寸精度高、内外表面质量好、力学及机械性能良好等要求。然而，目前传统的旋压成形工艺在加工过程中会放出大量的变形热，产生的热量无法及时散发，使得成形管件的表面加工质量降低，材料微观组织变形不均匀，进而降低旋压件的抗拉强度、屈服强度和硬度，严重影响合金管件在实际服役环境下的疲劳性能和使用寿命。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种基于超低温加工的合金管件旋压工艺，使得旋压过程中产生的热量可以及时散发，防止材料微观组织变形不均匀，有效提高旋压加工精度和材料表面加工质量。

技术方案：本发明提供的一种基于超低温加工的合金管件旋压成形工艺，包括以下步骤：

1）选取合适壁厚和合适管径的合金管件为旋压加工材料；

2）将合金管件套在芯模上，固定芯模和合金管件的相对位置；

3）将合金管件和芯模装夹到旋转主轴上，在安装过程中控制管件和芯模的水平放置，并在管坯尾端安装尾顶，用尾顶支撑芯模的非夹持端，实现对管坯在旋压成形过程中轴向跳动的控制；

4）选择合适的旋轮直径、旋轮圆角半径、旋轮进给量、主轴转速、旋压路径和尾顶拉力，对合金管件进行旋压成形加工；在整个旋压加工过程中，尾顶对管坯施加轴向拉力，控制管坯的轴向跳动，加工区域采用超低温冷却加工方式，降低成形温度至超低温范围，改善加工区域的摩擦状态；

5）旋压程序完成后退出旋轮、卸下尾顶，将合金管件从芯模上取下，通过铣切的方式切除余料，获得最终成形合金管件。

本发明中，所述步骤1）中的合金管件为铝合金、镍基高温合金等金属材料。

本发明中，所述步骤3）中的尾顶运动方向和材料的流动方向保持一致。

本发明中，所述步骤4）中的旋轮直径为120~360 mm，旋轮圆角半径为2-10 mm，旋轮进给量为0.1~3.0 mm/r，主轴转速为400~800 r/min。

本发明中，所述步骤4）中的尾顶轴向拉力可控，通过对管坯施加的轴向拉力实现对材料轴向流动的控制，避免管件成形弯曲或者厚度不均匀。

本发明中，所述步骤4）中的超低温冷却加工，采用沸点低、易汽化的液氮作为冷却介质，而在冷却介质的施加方式中，选择具有冷却效果好、浪费小等优势的内喷式冷却技术进行超低温冷却加工；超低温范围在-100 ℃~-200 ℃。