一种超高强度铝合金筒体的制备方法技术

本发明专利技术是一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，属于精密塑性成形技术领域。所述发明专利技术包括模具制备、车坯、退火、外形加工步骤，其特征在于：所述退火步骤后、外形加工步骤前依次进行挤盂、多道次变薄拉伸、收口步骤，所述外形加工后进行热处理步骤。采用本发明专利技术设计的大长径比变壁厚薄壁收口筒体，解决了超高强度铝合金塑形差，拉伸变形易开裂，制造筒体过程中收口处及锥形颈部易出现凹坑，表面粗糙有纹路，甚至开裂，厚薄、尺寸不可控，生产稳定性差等问题；本发明专利技术方法制得的产品合格率及成型率均在98%以上。

A Method for Preparing Ultra-High Strength Aluminum Alloy Cylinder

【技术实现步骤摘要】
一种超高强度铝合金筒体的制备方法
本专利技术涉及精密成形
，尤其涉及一种超高强度铝合金筒体的制备方法。
技术介绍
铝合金因其密度低、强度高、耐蚀性优于钢等优点，已广泛应用于交通运输、石化、建筑、日用品等行业。采用铝合金替代钢或铜，在结构不变的情况下可实现减重65%以上。因此，铝合金是实现构件轻量化的理想材料之一。收口筒体是应用较广泛的一种储存容器。为实现轻量化，已开始使用超高强铝合金替代铜和钢，特别是对轻量化要求较高的领域，如航空、兵器、个人便携产品等。因收口结构的特殊性，尤其是小尺寸、大长径比收口筒体，筒体内部加工难度大；收口筒体成形时要求筒体内部一次成形，不进行二次加工。此外，由于有些收口筒体为变壁厚薄壁结构，最薄处小于0.5mm，最厚处厚度是最薄处的几倍以上，且为长径比大（径比大于等于5），口部小，结构见图1所示，成形难度极大。超高强铝合金与铜和钢性能上有较大的差别。超高强铝合金的强度可达到一些牌号铜和钢的水平，但塑性较差，延伸率偏低，进行大塑性变形易出现粗糙纹路、凹坑甚至开裂现象，特别是薄壁处，进行大塑性变形极其困难。并且在制备过程中容易出现尺寸不可控，生产稳定性差，制备合格率低的问题。因此，为实现超高强铝合金在大长径比变壁厚薄壁收口筒体上的成功应用，基于现有7000系超高强铝合金材料的性能及塑性变形工艺特点，有必要开发出一种大长径比变壁厚薄壁高强铝合金筒体成形工装及工艺，提高大长径比变壁厚薄壁超高强铝合金收口筒体成形效率和制备合格率。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高强度铝合金筒体的制备方法，本专利技术方法制得的大长径比、变壁厚薄壁结构的收口筒体筒体表面光滑，没有开裂现象，尺寸可控，生产稳定性好，制备合格率高。本专利技术目的实现按如下技术方案实现：一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，包括模具制备、车坯、退火、外形加工步骤，其特征在于：所述退火步骤后、外形加工步骤前还依次进行挤盂、变薄拉伸、收口步骤，所述外形加工后还进行热处理步骤；所述挤盂对坯料进行挤盂，使得坯料高度尺寸较挤盂前增加60%~80%，挤盂后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min，从而很好的消除挤盂过程中产生的应力；所述变薄拉伸是对挤盂后的筒体进行3至5道次变薄拉伸至要求尺寸，每道次变薄拉伸伸长量5%~15%，在进行1至2道次变薄拉伸完成后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min，从而很好的消除变薄拉伸过程中产生的应力；所述收口根据口部尺寸要求，对变薄拉伸后的筒体进行2道次收口，每道次收口筒体伸长率控制在5%~10%，每次收口后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min，从而很好的消除收口过程中产生的应力；所述热处理采用固溶-淬火-时效工艺进行热处理。具体的，上述超高强度铝合金收口筒体采用的材质可以是7000系超高强度铝合金材料。进一步优选的，上述热处理采用的固溶-淬火-时效工艺中的固溶步骤具体是采用额定温度为1000℃的热处理炉进行固溶，保温温度为465~475℃，保温时间2.5~3.5h；淬火步骤中使用室温水，转移时间不超过20s，所述转移时间为开炉门到筒体完全淬入室温水中的时间；时效步骤中选用额定温度300℃的烘箱进行时效处理，保温温度115~125℃，时间10~15h，出炉空冷。进一步，上述变薄拉伸步骤中，每道次变薄拉伸的伸长量在所述范围内依次减小。进一步优选的，在上述挤盂步骤之前、退火步骤之后还需要分别进行磷化及皂化处理；所述磷化及皂化处理是首先进行脱脂，其次进行水洗，接着进行磷化，再进行水洗，然后进行皂化，最后进行烘干，形成完整的磷化和皂化膜；其中脱脂采用浓度为5-15g/L的Na2CO3溶液，温度40-55℃，时间2-5min；水洗先采用室温水，浸泡时间30-60s，浸泡过程中晃动工件框，然后采用室温纯水清洗，30-60s；磷化采用质量浓度为10-30g/L的锌系磷化剂，温度50-60℃,时间10-20min；第二次水洗同第一次；皂化采用由氢氧化钠和碳酸钠组成的质量浓度为70-90g/L的皂化剂，温度70-80℃，温度10-25min；皂化后先沥干，无液体滴落，放入干燥箱中，在50-60℃，保温20-30min。进一步，上述车坯后的退火步骤具体温度为360~390℃，保温20~40min。进一步，上述的模具制备需要对挤盂、变薄拉伸及收口设计及制造对应的挤盂模具、变薄拉伸模具及收口模具；上述挤盂模具主要由固定板、凸模镶套、凸模、凹模、导向垫板和顶料杆组成；上述变薄拉伸模具主要由冲头、拉伸导向筒、拉伸凹模、上垫板、刮板、下垫板组成；上述收口模具主要由冲头、收口凹模、收口顶料杆、导向垫板组成，各模具工作原理见图2~4；上述挤盂模具、变薄拉伸模具及收口模具中凸模正公差为0.1，负公差为0；凹模正公差为0，负公差为0.1；凸模、凹模和顶料杆等采用Cr12MoV或W6Mo5Cr4V2模具钢，固定板、导向垫板等采用45钢等材料；通过机加的方式制造出模具，凹模、凸模、冲头等关键模具表面粗糙度要求小于等于Ra0.8μm。进一步，上述的车坯步骤中，选用直径比收口筒体底部最大直径大于等于10%的超高强度铝合金棒料；根据等体积原理，计算出坯料的长度，考虑机加余量，长度应大于理论长度5%以上；通过带锯下料，并采用车床将截取的棒料车削加工到坯料要求的尺寸，正偏差为0，负偏差为0.1mm。进一步，上述外形加工步骤采用机械加工的方式齐口、加工筒体底部，使筒体外形尺寸达到设计要求。进一步，一种超高强度铝合金筒体的制备方法，按如下步骤：步骤一：模具设计根据铝合金收口筒体的形状及尺寸要求，采用挤盂、变薄拉伸和收口工艺制造超高强度铝合金收口筒体，设计出挤盂模具、变薄拉伸模具和收口模具，详见各模具工作原理见图2~4；设计的模具中凸模正公差为0.1，负公差为0；凹模正公差为0，负公差为0.1；步骤二：模具加工根据设计的挤盂、变薄拉伸和收口模具尺寸要求，挤盂、变薄拉伸和收口模具的凸模、凹模和顶料杆采用Cr12MoV或W6Mo5Cr4V2模具钢，其固定板、导向垫板采用45钢，通过机加的方式制造出模具；其中凹模、凸模、冲头表面粗糙度要求小于等于Ra0.8μm；步骤三：车坯按照等体积原理，结合大长径比收口筒体形状及尺寸，选取直径比收口筒体底部最大直径大于等于10%的超高强度铝合金棒料；坯料的长度大于理论长度5%以上；带锯下料后采用车床将截取的棒料车到坯料要求的尺寸，正偏差为0，负偏差为0.1mm；步骤四：退火挤盂前，将坯料进行退火处理，降低坯料硬度，便于塑性变形；变薄拉伸和收口过程中也进行退火热处理，消除变形过程中产生的应力，避免后续成形过程筒体开裂；退火温度为360~390℃，保温20~40min；步骤五：磷化及皂化处理首先进行脱脂，其次进行水洗，接着进行磷化，再进行水洗，然后进行皂化，最后进行烘干，形成完整的磷化和皂化膜；其中脱脂采用浓度为5-15g/L的Na2CO3溶液，温度40-55℃，时间2-5min；水洗先采用室温水，浸泡时间30-60s，浸泡过程中晃动工件框，然后采用室温纯水清洗，30-60s；磷化采用质量浓度为10-30g/L的锌系磷化剂，温度50-6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，包括模具制备、车坯、退火、外形加工步骤，其特征在于：所述退火步骤后、外形加工步骤前还依次进行挤盂、变薄拉伸、收口步骤，所述外形加工后还进行热处理步骤；所述挤盂对坯料进行挤盂，使得坯料高度尺寸较挤盂前增加60%~80%，挤盂后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min，；所述变薄拉伸是对挤盂后的筒体进行3至5道次变薄拉伸至要求尺寸，每道次变薄拉伸伸长量5%~15%，在进行1至2道次变薄拉伸完成后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min；所述收口根据口部尺寸要求，对变薄拉伸后的筒体进行2道次收口，每道次收口筒体伸长率控制在5%~10%，每次收口后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃左右，保温20~40min；所述热处理采用固溶‑淬火‑时效工艺进行热处理。

【技术特征摘要】
1.一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，包括模具制备、车坯、退火、外形加工步骤，其特征在于：所述退火步骤后、外形加工步骤前还依次进行挤盂、变薄拉伸、收口步骤，所述外形加工后还进行热处理步骤；所述挤盂对坯料进行挤盂，使得坯料高度尺寸较挤盂前增加60%~80%，挤盂后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min，；所述变薄拉伸是对挤盂后的筒体进行3至5道次变薄拉伸至要求尺寸，每道次变薄拉伸伸长量5%~15%，在进行1至2道次变薄拉伸完成后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃，保温20~40min；所述收口根据口部尺寸要求，对变薄拉伸后的筒体进行2道次收口，每道次收口筒体伸长率控制在5%~10%，每次收口后进行退火处理，所述退火采用温度为360~390℃左右，保温20~40min；所述热处理采用固溶-淬火-时效工艺进行热处理。2.如权利要求1所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述热处理采用的固溶-淬火-时效工艺中的固溶步骤，具体是采用额定温度为1000℃的热处理炉进行固溶，保温温度为465~475℃，保温时间2.5~3.5h；淬火步骤中使用室温水，转移时间不超过20s，所述转移时间为开炉门到筒体完全淬入室温水中的时间；时效步骤中选用额定温度300℃的烘箱进行时效处理，保温温度115~125℃，时间10~15h，出炉空冷。3.如权利要求1或2所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述变薄拉伸步骤中，每道次变薄拉伸的伸长量在所述范围内依次减小。4.如权利要求1、2或3所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述挤盂步骤之前、退火步骤之后还需要分别进行磷化及皂化处理；首先进行脱脂，其次进行水洗，接着进行磷化，再进行水洗，然后进行皂化，最后进行烘干，形成完整的磷化和皂化膜。5.如权利要求1-4任一项所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述磷化及皂化中脱脂采用浓度为5-15g/L的Na2CO3溶液，温度40-55℃，时间2-5min；水洗先采用室温水，浸泡时间30-60s，浸泡过程中晃动工件框，然后采用室温纯水清洗，30-60s；磷化采用质量浓度为10-30g/L的锌系磷化剂，温度50-60℃,时间10-20min；第二次水洗同第一次；皂化采用由氢氧化钠和碳酸钠组成的质量浓度为70-90g/L的皂化剂，温度70-80℃，温度10-25min；皂化后先沥干，无液体滴落，放入干燥箱中，在50-60℃，保温20-30min。6.如权利要求1-5任一项所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述车坯后的退火步骤具体温度为360~390℃，保温20~40min。7.如权利要求1-6任一项所述的一种超高强度铝合金收口筒体的制备方法，其特征在于：所述模具制备需要对挤盂、便薄拉伸及收口设计及制造对应的挤盂模具、变薄拉伸模具及收口模具；所述挤盂模具主要由固定板、凸模镶套、凸模、凹模、导向垫板和顶料杆组成；所述变薄拉伸模具主要由冲头、拉伸导向筒、拉伸凹模、上垫板、刮板、下垫板等组成；所述收口模具主要由冲头、收口凹模、收口顶料杆、导向垫板等组成，各模具工作原理见图2~4；所述挤盂模具、变薄拉伸模具及收口模具中凸模正公差为0.1，负公差为0；凹模正公差为0，负公差...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汉宾，吴护林，李忠盛，李立，张昭林，付扬帆，杨九州，陈亮，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆,50