阅读说明：本技术 大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法 (Rolling process method of large aluminum alloy Y-shaped cross-section ring piece ) 是由 兰箭 华林 毛华杰 钱东升 邓加东 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法,采用的环坯外表面平直、内表面具有用于贴合芯辊的周向槽型,环坯的叉型结构向下放置且叉型结构下端面具有斜角,采用的驱动辊为平直形状、芯辊外表面与设计环锻件内表面吻合,芯辊具有凸缘且凸缘上端面具有斜角,凸缘斜角能抵消叉型结构斜角的轴向偏载,芯辊安装时凸缘斜角的底端外缘低于工作台平面、顶端高于工作台平面,叉型结构斜角接触在凸缘斜角上,凸缘斜角和叉型结构斜角形成的空间使得环坯在轧制过程中外边缘下端产生自然拉缩,减小驱动辊与环坯的贴合长度从而减小所需径向轧制力。该方法使用现有卧式环轧机即可完成大型铝合金叉型截面环件轧制,工艺调整简单,易于使用,稳定性好。(The invention discloses a rolling process method of a large aluminum alloy ring with a fork-shaped section, which adopts a ring blank with a straight outer surface and a circumferential groove shape for being attached to a core roller, wherein a fork-shaped structure of the ring blank is placed downwards, the lower end surface of the fork-shaped structure is provided with an oblique angle, an adopted driving roller is in a straight shape, the outer surface of the core roller is matched with the inner surface of a designed ring forging, the core roller is provided with a flange, the upper end surface of the flange is provided with an oblique angle, the flange oblique angle can offset the axial offset load of the fork-shaped structure oblique angle, the outer edge of the bottom end of the flange oblique angle is lower than the plane of a workbench when the core roller is installed, the top end of the flange oblique angle is higher than the plane of the workbench, the fork-shaped structure oblique angle is contacted with the flange oblique angle, and a space formed by the flange oblique angle and the fork-shaped structure oblique angle enables the lower end of the outer edge of the ring blank to generate natural shrinkage in the rolling process, and the attachment length of the driving roller and the ring blank is reduced so as to reduce the required radial rolling force. The method can finish rolling the large aluminum alloy fork-shaped section ring piece by using the existing horizontal ring rolling mill, and has the advantages of simple process adjustment, easy use and good stability.)

大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法。

背景技术

铝合金叉型截面环件是一类非常典型、截面形状非常复杂的环件，被广泛用于航天工业，具有若干个直径尺寸系列，5米及以上等级直径尺寸由于用料多、径厚比大，制造困难。目前，铝合金叉型截面环件的制造工艺是先进行矩形截面环件轧制，再进行大量的后续机械加工得到叉型截面环件，不但浪费原材料，而且极大增加了制造周期。

为顺应航天轻量化要求，新型铝铜、铝锂合金的合金化程度提高，限制了合金铸锭的直径，因而限制了能用于环件轧制的铸锭重量，无法进一步提高航天装备的轻量化水平和环件的直径等级，因此进行异型截面环件轧制是唯一可行的途径。

现有卧式轧环机力能刚好满足原来5米直径铝合金矩形截面环件锻件的轧制要求，同时芯辊的轴向极限偏载小于20吨，但是异型截面环件锻件要包含径向、轴向和周向的试样块，必须增加原来矩形截面环件锻件的轴向高度，从而提高了轧环机轧制力能要求。因此，在现有卧式轧环机上进行大型铝合金叉型截面环件轧制，面临轧制力能不足、轧制过程不稳定、轴向偏载过大等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法，该方法针对现有卧式环轧机轧制力能不足、轧制过程不稳定、轴向偏载过大等问题，使用现有卧式环轧机即可完成大型铝合金叉型截面环件的轧制生产，工艺调整简单，易于使用，稳定性好。

本发明所采用的技术方案是：

一种大型铝合金叉型截面环件轧制工艺方法，采用的环坯外表面平直、内表面具有用于贴合芯辊的周向槽型，环坯的叉型结构向下放置且叉型结构下端面具有斜角，采用的驱动辊为平直形状、芯辊外表面与设计环锻件内表面吻合，芯辊具有凸缘且凸缘上端面具有斜角，凸缘斜角能抵消叉型结构斜角的轴向偏载，芯辊安装时凸缘斜角的底端外缘低于工作台平面、顶端高于工作台平面，叉型结构斜角接触在凸缘斜角上，凸缘斜角和叉型结构斜角形成的空间使得环坯在轧制过程中外边缘下端产生自然拉缩，减小驱动辊与环坯的贴合长度从而减小所需径向轧制力。

进一步地，设凸缘斜角为α，α增大会增加径向轧制力需求，必须使α增加后的径向轧制力小于卧式环轧机的公称径向轧制力，同时使径向轧制力的最大值与轴向轧制力的最大值在轧制过程的时间上错开，α的计算式为

其中，F_max为卧式环轧机芯辊与基座连接部位能承受的最大轴向载荷，P为大型铝合金叉型截面环件所需的径向轧制力。

进一步地，设凸缘宽度为L，L的计算式为

其中，θ为叉型结构斜角，F_max为卧式环轧机芯辊与基座连接部位能承受的最大轴向载荷，P为大型铝合金叉型截面环件所需的径向轧制力，L₁为大型铝合金叉型截面环件在轴向的投影总长度，L₂为大型铝合金叉型截面环件上的叉型结构在轴向的投影长度。

进一步地，叉型结构斜角比凸缘斜角大2-5°。

进一步地，环坯内表面的周向槽型深度为30-50mm。

进一步地，芯辊轧制进给速度为0.1～0.6mm/s。

进一步地，环坯的加工方法是：先铸锭，多向镦拔破碎粗大相细化均化晶粒，然后镦粗冲孔去连皮得到初始饼状环坯，然后通过自由锻马架扩孔得到直径尽量大的矩形环坯，然后径向轧制整圆得到矩形环坯，然后机加工矩形环坯内表面和下端面得到所需的异形截面环坯。

本发明的有益效果是：

该方法针对现有卧式环轧机轧制力能不足、轧制过程不稳定、轴向偏载过大等问题，使用原有的平直驱动辊和带凸缘的芯辊，使用现有卧式环轧机即可完成大型铝合金叉型截面环件的轧制生产，工艺调整简单，易于使用，稳定性好。

附图说明

图1是本发明实施例中大型2xxx系铝合金叉型截面环件锻件示意图。

图2是本发明实施例中卧式轧环机的芯辊示意图。

图3是本发明实施例中异形截面环坯的示意图。

图4是本发明实施例中开始轧制时异形截面环坯在卧式轧环机上的装配关系示意图。

图5是实际轧制成形的大型2xxx系铝合金叉型截面环件锻件图。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明作进一步的说明。

现有卧式轧环机最大径向轧制力300吨，最大轴向轧制力200吨，芯辊轴向承载范围±20吨。本发明实施例中环锻件如图1所示，外径最大壁厚175mm，最小壁厚60mm，整体轴向高度529mm，叉型结构部分轴向高度207mm，叉型结构斜角28°，根据图1所示的环锻件体积，考虑体积不变、中间制坯过程的消耗和2xxx铝合金铸锭质量，得到所需去皮铸锭为从去皮铸锭到最终大型2xxx系铝合金叉型截面环件锻件的生产工艺过程包括：1)铸锭多向镦拔破碎粗大相细化均化晶粒；2)镦粗冲孔去连皮得到初始饼状环坯1555x300x530mm；3)自由锻马架扩孔得到直径尽量大的矩形环坯3000x2600x552mm；4)径向轧制整圆得到矩形环坯3200x2828x552mm；5)机加工矩形环坯内表面和下端面得到异形截面环坯；6)异形截面环坯装上环轧机轧制成大型2xxx系铝合金叉型截面环件锻件。

在本实施例中，凸缘宽度L的计算公式为：叉型结构斜角θ＝28°，卧式环轧机芯辊与基座连接部位能承受的最大轴向载荷F_max＝20吨，卧式轧环机最大径向轧制力300吨，叉型截面环件所需径向轧制力取为卧式轧环机最大径向轧制力P＝300吨，叉型截面环件在轴向的投影总长度L₁＝529mm，叉型截面环件的叉型部分在轴向的投影长度L₂＝207mm，得到取L＝165mm。

在本实施例中，凸缘斜角α计算公式为：卧式环轧机芯辊与基座连接部位能承受的最大轴向载荷F_max＝20吨，卧式轧环机最大径向轧制力300吨，将达到最大轴向载荷F_max时叉型截面环件所需径向轧制力与卧式轧环机最大径向轧制力错开，取P＝250吨，得到取α＝5°。

在本实施例中，带凸缘的芯辊如图2所示，工作状态为轴向竖直方位，图2中左端连接到卧式轧环机底座工作箱，其连接方式和工作箱强度只允许±20吨的轴向载荷，超过该范围将发生芯辊上移或工作箱压溃。由上述计算得到，该芯辊的凸缘宽度165mm，最大外径凸缘上端面有一个5°的斜面。

在本实施例中，异形截面环坯如图3所示。该异型截面环坯内表面轮廓与图1所示实施实例环锻件内表面轮廓相似，环坯内表面轮廓深度为50mm，下端面有一个斜面，即叉型结构斜角，该斜角比对应的凸缘斜角大3°，此处取为8°。

在本实施例中，将异形截面环坯装上卧式轧环机轧制成大型2xxx系铝合金叉型截面环件锻件。在开始轧制时，异形截面环坯在卧式轧环机上的装配关系示意图如图4所示。轧环机的驱动辊保持平直，不需要更换，将带凸缘的芯辊的轴向位置向上平移到高出工作台平面25mm处，凸缘外缘为R60圆角。

在本实施例中，将异形截面环坯吊装转运到卧式轧环机工作台面上尽量靠近驱动辊的位置，然后芯辊向驱动辊方向快速进给，通过芯辊法兰斜面与异形截面环坯下端斜面的配合，当异形截面环坯接触到驱动辊后，控制芯辊轧制进给速度在0.1～0.6mm/s之间，保证轧制过程连续持续进行10～12分钟，直到达到预定的外径5052mm。实际轧制得到的大型铝合金叉型截面环件如图5所示。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。