一种非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，适用于力学性能要求较高的形状复杂的铝合金盘形状构件，属于精密塑性成形领域。本发明方法如下：①根据法兰盘零件图，转化为基本挤压件；②确定挤压坯料尺寸；③设计并加工非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压模具；④坯料的自由锻；⑤扩孔；⑥去冲孔连皮；⑦热挤压；⑧精加工。本发明方法简单易行，成形的法兰盘尺寸精度高，力学性能优异，可以实现零件的近净成形，非配合面无需再机械加工，有效减少后续的加工量，缩短成形周期，提高效率。
1.一种非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，其特征在于包括以下步骤：S1，根据需要成形的非对称带凸耳铝合金法兰盘零件图，将其转化为基本的法兰盘挤压件；
S2，由所述法兰盘零件图计算出法兰盘零件的体积，进而确定热挤压成形所需要的圆柱坯料的尺寸，然后加工得到所述圆柱坯料；
S3，根据S1中所述法兰盘挤压件制备出包括上模和下模的热挤压模具，所述热挤压模具下模的模型腔外侧设有两个定位凹槽；
S4，将S2中所述圆柱坯料加热并进行保温，然后将所述圆柱坯料墩粗；
S6，将S5扩孔后的坯料放在冲孔模具上，去除所述坯料的中心扩孔连皮，得到圆环坯料；
S7，将S6得到的圆环坯料加热并保温，同时将S3中制备出的所述热挤压模具加热，然后将加热的圆环坯料置于所述热挤压模具中进行挤压成形，再将得到的挤压件进行碱洗、修伤、清除飞边；
S8,对S7挤压成形的法兰盘进行精加工，最终得到需要的非对称带凸耳铝合金法兰盘；
S1中所述挤压件中非配合面不留余量，配合面留加工余量δ，同时对挤压件进行拔模，拔模斜度为β；其中，δ为0.1～6mm，β为3～5°；
所述热挤压模具的分模面选在挤压件的直径尺寸最大处，所述热挤压模具还包括定位导向装置和加热部件；所述定位导向装置包括设置于所述热挤压模具上模和下模的导柱和导套，所述上模和下模的导套位置相对应，所述导柱贯穿于上模和下模的导套中；所述的加热部件包括上模和下模上的若干加热孔；
S4中将所述圆柱坯料墩粗的方法为将S2得到的圆柱坯料加热至温度T1并保温一定的时间t1，同时也将自由锻模具加热至温度T2，然后将加热的圆柱坯料放入自由锻模具的下模中心位置，设置墩粗时液压机的成形吨位为Q1，然后将坯料墩粗至高度h1；
S5中所述扩孔的方法为：将扩孔模具加热至温度T3，设定液压机的成形吨位为Q2，然后将坯料扩孔至外径d1，内径d2；
S7中法兰盘热挤压成形的方法为：将S6得到的圆环坯料加热至温度T4并保温一定的时间t2，同时将S3制备的热挤压模具加热至温度T5，然后将加热的圆环坯料置于热挤压模具中，设定液压机的成形吨位为Q3，进行挤压成形使上模与下模差h2闭合。
2.根据权利要求1所述的非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，其特征在于：所述T1为380～450℃，T2为350～450℃，t1为1.5～4h，Q1＞600t，h1为70～100mm。
3.根据权利要求1所述的非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，其特征在于：所述T3为350～450℃，Q2＞1000t，d1为300～340mm，d2为260～280mm。
4.根据权利要求1所述的非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，其特征在于：所述T4为380～450℃，t2为1.5～4h，T5为350～450℃，Q3＞1300t，h2为0～8mm。
一种非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种精密塑性成形方法，特别是一种非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，适用于力学性能要求较高的形状复杂的铝合金盘形状构件，属于精密塑性成形领域。
背景技术
[0002] 随着环境和能源问题的日益尖锐，环境保护与能源节约逐渐受到人们越来越多的重视与关注。因此，二十一世纪的产品逐渐向整体化、轻量化、高精度、低能耗的方向发展。铝合金因具有优异的使用性能，在航空航天、轨道交通、武器装备等领域应用十分广泛。在航空航天领域，产品的轻量化、高强度、低能耗要求越来越高，法兰盘作为航空航天产品中常用于连接各种管路的重要零件，采用铝合金作为法兰盘的材料，可显著减轻各型号的重量。
[0003] 目前，航空航天领域中带凸耳的铝合金法兰盘主要制造方法是铝合金棒材经自由锻然后机械加工或者铝合金厚板材直接机械加工成零件。这两种传统方法材料的利用率均较差，并且零件的力学性能也不高；另外，该类型非对称的不同大小的带凸耳铝合金法兰盘，其几何形状和结构较为复杂，锻造后机械加工余量较多且加工凸耳时定位难度较大，因此传统加工方法不仅增加了工时与加工成本，生产效率也较低。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压近净成形方法，它能克服现有技术加工的零件力学性能差、加工周期长、材料利用率低等缺点，同时能有效地保证非对称带凸耳铝合金法兰盘的精密近净成形。这种方法不仅大幅提高产品的精度及机械性能，还充分发挥材料的潜能，提高了材料的利用率，并且明显缩短成形周期，减少加工成本，进而实现“绿色制造”。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] S1，根据需要成形的非对称带凸耳铝合金法兰盘零件图，将其转化为基本的法兰盘挤压件；
[0007] S2，由所述法兰盘零件图计算出法兰盘零件的体积，进而确定热挤压成形所需要的圆柱坯料的尺寸，然后加工得到所述圆柱坯料；
[0008] S3，根据S1中所述法兰盘挤压件制备出包括上模和下模的热挤压模具，所述热挤压模具下模的模型腔外侧设有两个定位凹槽；
[0009] S4，将S2中所述圆柱坯料加热并进行保温，然后将所述圆柱坯料墩粗；
[0010] S5，将S4中墩粗后的坯料进行扩孔；
[0011] S6，将S5扩孔后的坯料放在冲孔模具上，去除所述坯料的中心扩孔连皮，得到圆环坯料；
[0012] S7，将S6得到的圆环坯料加热并保温，同时将S3中制备出的所述热挤压模具加热，然后将加热的圆环坯料置于所述热挤压模具中进行挤压成形，再将得到的挤压件进行碱洗、修伤、清除飞边；
[0013] S8,对S7挤压成形的法兰盘进行精加工，最终得到需要的非对称带凸耳铝合金法兰盘。
[0014] 进一步地，S1中所述挤压件中非配合面不留余量，配合面留加工余量δ，同时对挤压件进行拔模，拔模斜度为β；其中，δ为0.1～6mm，β为3～5°。
[0015] 进一步地，所述热挤压模具的分模面选在挤压件的直径尺寸最大处，所述热挤压模具还包括定位导向装置和加热部件；所述定位导向装置包括设置于所述热挤压模具上模和下模的导柱和导套，所述上模和下模的导套位置相对应，所述导柱贯穿于上模和下模的导套中；所述的加热部件包括上模和下模上的若干加热孔。
[0016] 进一步地，所述加热孔按等边三角形分布。
[0017] 进一步地，S4中将所述圆柱坯料墩粗的方法为将S2得到的圆柱坯料加热至温度T1并保温一定的时间t1，同时也将自由锻模具加热至温度T2，然后将加热的圆柱坯料放入自由锻模具的下模中心位置，设置墩粗时液压机的成形吨位为Q1，然后将坯料墩粗至高度h1。
[0018] 进一步地，所述T1为380～450℃，T2为350～450℃，t1为1.5～4h，Q1＞600t，h1为70～100mm。
[0019] 进一步地，S5中所述扩孔的方法为：将扩孔模具加热至温度T3，设定液压机的成形吨位为Q2，然后将坯料扩孔至外径d1，内径d2。
[0020] 进一步地，所述T3为350～450℃，Q2＞1000t，d1为300～340mm，d2为260～280mm。
[0021] 进一步地，S7中法兰盘热挤压成形的方法为：将S6得到的圆环坯料加热至温度T4并保温一定的时间t2，同时将S3制备的热挤压模具加热至温度T5，然后将加热的圆环坯料置于热挤压模具中，设定液压机的成形吨位为Q3，进行挤压成形使上模与下模差h2闭合。
[0022] 进一步地，所述T4为380～450℃，t2为1.5～4h，T5为350～450℃，Q3＞1300t，h2为0～8mm。
[0023] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0024] (1)本发明所提供的挤压模具，结构设计简单，在挤压下模增加的两个定位凹槽，可明显降低后续机械加工定位的难度；
[0025] (2)本发明提供的方法简单易行，成形的法兰盘尺寸精度高，力学性能优异；
[0026] (3)本发明提供采用的挤压成形方法可以实现零件的近净成形，非配合面无需再机械加工，有效减少后续的加工量，缩短成形周期，提高效率；
[0027] (4)本发明提供的方法可显著的提高材料的利用率。
附图说明
[0028] 图1为非对称带凸耳铝合金法兰盘示意图；
[0029] 图2为非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压模具的上模；
[0030] 图3为非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压模具的下模；
[0031] 图4为非对称带凸耳铝合金法兰盘热挤压过程示意图。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图对本发明的最佳实施例作进一步详细说明。
[0033] 本发明要成形的非对称带凸耳法兰盘，包括法兰盘外形呈圆环状，并且以一定的角度在圆环的外侧边沿带有三个大小不完全相同的凸耳。
[0034] 以某非对称带凸耳铝合金法兰盘为例，其形状尺寸见图1，零件材料为2A50铝合金，法兰盘外径为337.4mm，内径为266mm，三个凸耳的半径分别为16.3mm、16.3mm、15.7mm，同时三个凸耳的相对位置分别为109.8°、140°、110.2°。
[0035] 具体实施方式按如下工艺步骤进行：
[0036] 步骤一，基本的挤压件确定：根据需要成形的非对称带凸耳铝合金法兰盘零件图，将其转化为基本的挤压件，挤压件中非配合面不留余量，配合面留加工余量5mm，同时考虑脱模难易程度，挤压件进行拔模，拔模斜度为2°；
[0037] 步骤二，热挤压坯料尺寸的计算：根据塑性变形体积不变原理，可计算出热挤压成形所需要的圆柱坯料的尺寸(即 为200mm、h为140mm)，并加工出来；
[0038] 步骤三，设计热挤压模具：根据步骤一得到的法兰盘挤压件，设计制造非对称带凸耳铝合金法兰盘的热挤压模具。挤压模具包括上模和下模，如图2、图3、图4所示，由于考虑挤压件几何形状、模具装配等因素，挤压模具的分模面应选在挤压件的直径尺寸最大处，凸耳在下模的上部且下模上设计有飞边槽；另外，由于该法兰盘的三个凸耳是大小不相同，且以一定角度分布在法兰盘外侧，考虑到法兰盘后续的机械加工定位问题，则在下模型腔的外侧上添加两个定位的凹槽；所述的挤压模具还包括定位导向装置和加热装置；所述导向装置包括分别设置于挤压模上模和下模的导柱和导套；所述的加热装置包括上模上有6个成等三角形分布的加热孔，下模上有9个成等边三角形分布的加热孔；
[0039] 步骤四，自由锻：将步骤二得到的圆柱坯料放在电阻炉中加热至420℃并保温2h；同时也将自由锻模具加热至温度400℃，然后将加热的圆柱坯料放入自由锻模具的下模中心位置，设置墩粗时液压机的成形吨位为700t，然后将坯料墩粗至90mm；
[0040] 步骤五，扩孔：将步骤五墩粗后的坯料立即进行扩孔，扩孔时模具温度为400℃，设定液压机的成形吨位为1200t，然后将坯料扩孔至外径为350mm，内径为250mm；
[0041] 步骤六，去中心扩孔连皮：将步骤五扩孔后的坯料立即放在冲孔模具上，去除坯料的中心扩孔连皮；
[0042] 步骤七，热挤压：将步骤六得到的圆环坯料放入电阻炉中加热至420℃保温2h，同时将步骤三设计制作的挤压模具加热至400℃，然后将加热的圆环坯料置于挤压模具中，设定液压机的成形吨位为1450t，进行挤压成形使上模与下模完全闭合，再将得到的挤压件碱洗、修伤、清除飞边；
[0043] 步骤八，精加工：将步骤七得到的挤压件按零件的原始尺寸进行精加工，主要是去除需加工面留的余量以及起定位作用的两个凸台。
[0044] 采用此种方法热挤压的非对称带凸耳铝合金法兰盘，比现有方法材料利用率提高40％，制造成本降低35％，加工效率提高30％。
[0045] 本发明还有一种优选方案，在步骤(1)所述的拔模斜度为3～5°时，可使热挤压的非对称带凸耳铝合金法兰盘加工效率比现有方法提高40％。
[0046] 本发明还有一种优选方案，在步骤(6)所述的坯料扩孔后的外径d1为300～340mm，内径d2为260～280mm，可使热挤压的非对称带凸耳铝合金法兰盘制造成本比现有办法降低45％，加工效率提高45％。
[0047] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
