[发明专利]可控制薄壁高厚筋锥筒周-轴向性能的近净复合辗轧方法

说明书

本发明涉及一种可控制薄壁高厚筋锥筒周‑轴向性能的近净复合辗轧方法，包括以下步骤：S1、获得周向力学性能好的锥形预制坯；S2、将加热的锥形预制坯进行约束辗轧成形，模套限制锥形预制坯直径扩大，轴向挡板限制锥形预制坯轴向长高；在套模、径向轧辊和轴向挡板的共同作用下，锥形预制坯壁厚减小、内锥面长出环筋，当环筋完全与径向轧辊型腔接触时开始形成环形飞边，获得预锻件；S3、将模套、预锻件和轴向挡板整体固溶处理；S4、在室温下对预锻件进行约束辗轧成形，最终获得薄壁高厚筋锥筒终锻件；S5、时效处理；S6、将终锻件从模套中顶出。本发明可以实现大型薄壁高厚筋锥筒近净成形，大幅提高大型薄壁高厚筋锥筒力学性能。

技术领域

本发明涉及大型薄壁高厚筋锥筒精密塑性成形方法，更具体地说，涉及可控制薄壁高厚筋锥筒周-轴向性能的近净复合辗轧方法。

背景技术

新型高端装备为了提升运载能力、速度及航程等关键性能指标，其主体结构大量使用薄壁带筋构件。大型薄壁高厚筋锥筒是新型高端装备的关键主承力构件，其特点是壁薄、筋宽且高、尺寸跨度大、各向力学性能一致性要求高。极端结构增加了薄壁高厚筋锥筒的制造难度，目前主要通过切削加工获得这类构件。然而，切削加工量极大、生产效率极低、材料利用率极低，而且切削加工不能细化晶粒，切断金属流线，从而降低构件力学性能，导致其难以满足薄壁高厚筋锥筒高性能制造要求。塑性成形构件内部可形成致密、连续的金属流线，其力学性能够大幅提升。本专利提出了大型薄壁高厚筋锥筒复合辗轧成形方法，生产效率高、材料利用率高，不仅可以实现大型薄壁高厚筋锥筒近净成形，而且可以细化晶粒，形成连续金属流线，从而大幅提高大型薄壁高厚筋锥筒力学性能。同时，复合辗轧成形方法可以实现大型薄壁高厚筋锥筒周向-轴向变形精确控制，进而实现大型薄壁高厚筋锥筒周向-轴向力学性能精确控制。目前，还没有关于可控制薄壁高厚筋锥筒周-轴向性能的近净复合辗轧方法的报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可控制薄壁高厚筋锥筒周-轴向性能的近净复合辗轧方法，可以大幅提高大型薄壁高厚筋锥筒力学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种可控制薄壁高厚筋锥筒周-轴向性能的近净复合辗轧方法，包括以下步骤：

S1、终锻件设计：在薄壁高厚筋锥筒两端环筋处设置环形飞边，环形飞边位于锥筒两端环筋顶端的外侧，两侧环形飞边的壁厚相等，并在锥筒表面增加余量，获得薄壁高厚筋锥筒终锻件；

S2、预锻件设计：将终锻件内表面整体沿径向往内收缩，收缩量等于终锻件蒙皮厚度的1％～3％，并减小环形飞边的轴向高度，保证预锻件与终锻件体积一致；

S3、锥形预制坯设计：锥形预制坯内外表面均为锥面，其体积等于预锻件体积，其轴向高度等于预锻件外表面轴向高度，其内外锥面的锥角均等于预锻件内外锥面的锥角，其外径小于预锻件蒙皮外径，保证锥形预制坯可以放入模套中；

S4、锥形截面环坯设计：锥形截面环坯的轴向高度大于锥形预制坯的轴向高度，锥形截面环坯的内外锥角等于锥形预制坯的内外锥角，锥形截面环坯的外径确保锥形截面环坯在辗轧扩孔中有足够的周向变形；

S5、辗轧扩孔成形锥形预制坯：成形锥形预制坯的模具包括驱动辊、径向轧辊、两个导向辊和两个轴向轧辊；驱动辊、径向轧辊、导向辊和轴向轧辊的工作面均为圆锥面，其中，驱动辊、径向轧辊、导向辊的锥角等于锥形预制坯的锥角；将步骤S4设计的锥形截面环坯加热到可辗轧温度，并预热模具；将加热的锥形截面环坯放入驱动辊和径向轧辊构成的孔型中，锥形导向辊与锥形截面环坯外表面贴合，轴向轧辊与锥形截面环坯上下端面贴合；驱动辊主动旋转，并带动锥形截面环坯、径向轧辊和导向辊转动，径向轧辊主动径向进给并挤压锥形截面环坯内锥面，轴向轧辊主动转动和轴向进给并挤压锥形截面环坯上下端面；在驱动辊、径向轧辊、导向辊和轴向轧辊的共同作用下，锥形截面环坯壁厚减小、整体直径扩大、轴向高度减小；当锥形截面环坯壁厚减薄至锥形预制坯壁厚且其轴向高度减小至锥形预制坯轴向高度时，辗轧扩孔成形结束，获得锥形预制坯；