一種提高力學性能的貯箱半球殼體成形方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高力學性能的貯箱半球殼體成形方法，屬于貯箱制造技術領 域。
【背景技術】
[0002] 目前國內(nèi)的2219等可熱處理強化鋁合金貯箱半球殼體成形方法分為瓜瓣成形和 采用板材整體旋壓或沖壓成毛坯。前者中的瓜瓣成形主要是利用厚板預拉伸后淬火，再進 行終成形拉伸和時效，最終狀態(tài)為T87態(tài)，強度較高，但其貯箱殼體需要保留縱向焊縫，而 且較厚的板材拉伸需要較大噸位設備，需要工序、模具較多，拉伸完的毛坯壁厚不均勻且不 易控制。后者整體旋壓成形后再進行淬火時效熱處理和機加工，消除了縱向焊縫，而且由于 旋壓是點接觸，單位壓力高，對于高強度難變形的材料旋壓所需總變形力較小，設備噸位大 大降低。旋壓后的材料晶粒細小并具有纖維狀特征，強度和硬度提高，相對于拉伸或沖壓， 旋壓還可以大大簡化工藝和模具，旋壓完的毛坯壁厚均勻，容易控制。但按目前的工藝，旋 壓后再進行淬火時效熱處理以提高力學性能，其貯箱殼體最終狀態(tài)為T62態(tài)，強度要低于 2219等可熱處理強化鋁合金的最佳性能狀態(tài)（T87態(tài)），因此沒有發(fā)揮出2219等可熱處理 強化鋁合金的高強度的優(yōu)勢，降低了設計要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種提高力學性能的貯箱半球殼體 成形方法，將可熱處理強化鋁合金平板整體成形為貯箱半球殼體，大幅提高其力學性能。
[0004] 本發(fā)明目的通過如下技術方案予以實現(xiàn)：
[0005] 提供一種提高力學性能的貯箱半球殼體成形方法，其特征在于：包括如下步驟：
[0006] 1)加熱預成形旋壓芯模（1)，將所述預成形旋壓芯模（1)加熱至溫度100~200°C; 將鋁合金圓板（2)固定在預成形旋壓芯模（1)上，鋁合金圓板（2)中心與預成形旋壓芯模 (1)半球體的平頂端端面中心對齊；
[0007] 所述預成形旋壓芯模（1)包括具有平頂?shù)陌肭蝮w及與半球體同軸連接的圓柱體， 半球體具有平頂端和連接端，所述平頂端的端面與連接端的端面平行，兩個端面的半徑比 為：0. 3~0. 5 ;半球體的直徑比IC箱半球殼體內(nèi)徑小1~2mm ;圓柱體的一端與所述連接端 端面相接，二者端面半徑相同；
[0008] 2)加熱旋壓鋁合金圓板（2)至與預成形旋壓芯模（1)的外形匹配，得到預成形工 件⑷；
[0009] 3)將預成形工件（4)進行淬火處理；
[0010] 4)將步驟3)得到的預成形工件（4)固定在終成形旋壓芯模（5)上，預成形工件 (4)中心與終成形旋壓芯模（5)半球體的小端端面中心對齊；
[0011] 終成形旋壓芯模（5)包括具有平頂?shù)陌肭蝮w及與半球體同軸連接的圓柱體，半球 體具有平頂端和連接端，所述平頂端的端面與連接端的端面平行，兩個端面的半徑比為： 0. 3~0. 5 ;終成形旋壓芯模（5)半球體的直徑比預成形旋壓芯模（1)半球體直徑小2~ 4mm;終成形旋壓芯模（5)圓柱體的一端與所述連接端端面相接，二者端面半徑相同；
[0012] 5)在室溫下旋壓預成形工件（4)至與終成形旋壓芯模（5)匹配，獲得終成形旋壓 件（6);
[0013] 6)將步驟5)得到的終成形旋壓件（6)進行時效熱處理，然后機械加工成貯箱半球 殼體。
[0014] 進一步地，預成形旋壓芯模及終成形旋壓芯模的圓柱體高度大于200mm，半球殼體 的半球段連接柱面段，該柱面段的高度小于100mm。
[0015] 進一步地，預成形旋壓芯模（1)及終成形旋壓芯模（5)半球體平頂端端面中心設 有10~20mm的孔，錯合金圓板⑵厚度為8~20mm，圓板中心設有10~20mm的孔。
[0016] 進一步地，預成形工件（4)固定在預成形旋壓芯模（1)上的方式為：將鋁合金圓板 ⑵用鋼銷（7)固定在預成形旋壓芯模⑴半球體平頂端端面中心，用尾頂（3)將鋁合金圓 板（2)的中心及預成形旋壓芯模（1)的半球體平頂端端面中心頂緊；預成形工件（4)固定 在終成形旋壓芯模（5)上的方式為：將預成形工件（4)固定在終成形旋壓芯模（5)的半球 體平頂端端面中心上，用尾頂（3)將預成形工件（4)的中心及終成形旋壓芯模（5)的半球 體平頂端端面中心頂緊；所述鋼銷的直徑比預成形旋壓芯模（1)及終成形旋壓芯模（5)中 心孔和圓板中心孔的孔徑小〇? 10~〇? 20mm〇
[0017] 進一步地，加熱旋壓過程中旋輪工作圓角半徑Rp= 12~20mm
[0018] 進一步地，步驟2)中預成形旋壓的加熱溫度為280~350°C。
[0019] 進一步地，終成形旋壓芯模半球體的直徑要比IC箱殼體零件直徑小4~6mm。
[0020] 進一步地，步驟2)中加熱旋壓時，加熱旋壓后的壁厚h=tosina，其中t。為錯合 金圓板（2)壁厚，a為預成形芯模（1)半錐角；加熱旋壓時的旋壓間隙在壁厚^的基礎上 負偏離10~20%設置，以應對旋壓設備、預成形旋壓芯模⑴與鋁合金圓板⑵的彈性變 形。
[0021] 進一步地，步驟5)中室溫下旋壓時，旋壓后的壁厚
，其中^為預成形 工件（4)壁厚，a 預成形件工件（4)半錐角，a2為終成形旋壓芯模（5)半錐角。
[0022] 進一步地，室溫下旋壓時，半錐角a在90~30°范圍內(nèi)時，旋壓間隙在壁厚七2的 基礎上負偏離10~20%設置；半錐角a在30~0°范圍內(nèi)時，旋壓間隙在壁厚t2負偏離 5~10%設置。
[0023] 進一步地，室溫下旋壓時，旋輪工作圓角半徑Rp= 9~16mm。
[0024] 進一步地，室溫下旋壓時，旋壓經(jīng)過1~3道次強旋至毛坯完全貼模，總減薄率： 5~10%，芯模轉速：20~50r/min;強旋時旋輪進給比：f= 1~2mm/r。
[0025] 進一步地，將得到的終成形旋壓件（6)進行時效熱處理具體為：將得到的終成形 旋壓件（6)的開口端固定圓盤形時效工裝上進行時效。
[0026] 進一步地，預成形旋壓芯模（1)為中空結構，一體成型；終成形旋壓芯模（5)為中 空結構，一體成型。
[0027] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：
[0028] (1)本發(fā)明工藝簡單，只需要兩套不同直徑的模具，即可將鋁合金平板直接整體旋 壓成形為貯箱半球殼體毛坯，通過設置合理的旋壓間隙值，變形量約5%~10%，旋壓后進 行時效處理，最終狀態(tài)可達到T87態(tài)，殼體的屈服強度和抗拉強度較原工藝方法的T62態(tài)能 提高10~20%。旋壓后的工件貼模良好，成形后的半球內(nèi)型面與樣板單邊間隙小于0. 2_， 壁厚尺寸易于控制，壁厚差小于〇. 1_。成形后的半球殼體強度高，發(fā)揮了 2219等可熱處理 強化鋁合金的最佳性能狀態(tài)，充分體現(xiàn)出可熱處理強化鋁合金比一般的不可熱處理強化鋁 合金強度高的優(yōu)勢。
[0029] (2)本發(fā)明實現(xiàn)了貯箱半球殼體的整體成形的同時提高了力學性能，既避免了瓜 瓣成形的縱向焊縫，又克服了現(xiàn)有工藝方法T62態(tài)力學性能不高的劣勢。
[0030] (3)本發(fā)明可發(fā)揮出2219等可熱處理強化鋁合金的最佳性能狀態(tài)，充分體現(xiàn)出可 熱處理強化鋁合金比一般的不可熱處理強化鋁合金強度高的優(yōu)勢，殼體的屈服強度和抗拉 強度較旋壓成形的不可熱處理強化鋁合金貯箱殼體分別高出15%和10%以上，為貯箱殼 體進一步減重提供有力支持。
[0031] (4)本發(fā)明采用兩次旋壓變形與熱處理相結合，從而獲得形變熱處理的強化效果。 兩次旋壓芯模結構都較為簡單，并始終利用芯模和坯料的中心孔定位，有利于提高工件的 尺寸精度。終成形旋壓芯模半球