一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法

摘要

一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法，属于盒形件锻造成形技术领域，其特征在于包括以下工艺步骤：1)采用立式离心铸造方式铸造铝合金预制板坯；2)双级均匀化；3)热预锻：坯料初始温度为450～470℃，模具预热温度为380～400℃，压力机下压力为10～12MN；4)热终锻：锻件初始温度为440～460℃，模具预热温度为360～380℃，下压力为12～15MN；5)中间固溶；6)冷精锻：精整量为δ＝(0.15～0.25)B，B为壳体壁厚，下压力为8～10MN；7)双级时效。本发明优点是消除了壳体的尺寸回弹缺陷，外形尺寸精度高，无表面粗晶，散热性好。

权利要求

1.一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法，其特征在于按以下工艺步骤实现：(1)采用立式离心铸造方式铸造铝合金预制板坯：浇注温度为720～750℃，金属模具铸型转速为180～220r/min，浇注速度为10～15kg/s，浇槽距离模盖高度为20～30cm，得到的离心铸造预制板坯尺寸为：长度L0＝80～120mm、宽度W0＝30～60mm、高度H0＝10～15mm，四周壁厚B0＝5.0～8.5mm，凹槽深h0＝3～5mm，圆槽半径R0＝12～30mm；

(2)双级均匀化：第一次均匀化加热温度为480～490℃，保温6～10h，第二次均匀化是直接加热至520～540℃，保温12～18h；

(3)热预锻：坯料初始温度为450～470℃，模具预热温度为380～400℃，压力机下压力为10-12MN，下压速度为3.5～4mm/s；

(4)热终锻：锻件初始温度为440～460℃，模具预热温度为360～380℃，压力机下压力为12～15MN，下压速度为1.5～2.5mm/s；

(5)中间固溶处理：加热温度为530～550℃，保温时间为4～6h，再水冷至室温；

(6)冷精锻：压力机下压力为8～10MN，下压速度为0.5～1.2mm/s，消除薄壁区域尺寸回弹的冷精整量为δ＝(0.15～0.25)B，B为壳体的壁厚，保证壳底平面的平行度为0.05～

0.10mm，精整阶段保压力为6～8MN，保压时间5～10s，得到冷精锻壳体锻件尺寸为：长度L＝

100～150mm、宽度W＝50～80mm、高度H＝20～30mm，壳底厚度h＝3～5mm，四周壁厚B＝2.5～

5.5mm，圆槽半径R＝18～40mm；

(7)双级时效处理：第一次时效温度为140～150℃，保温4～6h，第二次时效温度为190～200℃，保温8～12h，最后空冷至室温。

说明书

一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法

技术领域

[0001] 本发明属于盒形件锻造成形技术领域，具体涉及一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法。

背景技术

[0002] 轻量化铝合金薄壁壳体(四周壁厚为2.5～5.5mm、壳底厚度为3～5mm)是大型台式工作主机、便携式移动硬盘的关键部件，目前主流的硬盘容量均在6TB以下，转速为5400～7200转/分，其壳体传统制造工艺主要为机械切削加工、低压铸造成形、1火次等温热锻成形、1火次热预锻+1火次等温热锻、4～6火次热锻成形，材料和能源浪费严重，生产效率低，设备吨位要求高，四周壁厚成形极限小，热锻后在高度方向上存在褶皱现象，壳体在热锻后的冷却过程中极易发生应力松弛而导致薄壁区域尺寸回弹严重，壳体外形尺寸精度降低；
并且由于应力松弛引发的组织不均匀分布和表面粗晶会使得壳体在大存储、长时运转条件下存在发热严重等问题，严重降低其服役性能和使用寿命。当硬盘存储容量达到10TB、转速达到3万转/分以上时，需要在薄壁壳体腔内充惰性保护气体，兼具轻量化、高强、高导热散热、高气密性的特殊性能要求，对其壳体的轻量化、耐热性制造随之也提出了更高要求，现有的技术无法满足该类壳体的高性能精确成形制造。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种控制铝合金壳体等温精锻过程尺寸回弹的方法，可以有效克服现有技术存在的缺点。

[0004] 本发明目的是这样实现的，其特征在于包括以下工艺步骤：

[0005] (1)如图1～3所示，采用立式离心铸造方式铸造铝合金预制板坯，浇注温度为660～680℃，金属模具铸型转速为180～220r/min，浇注速度为10～15kg/s，浇槽距离模盖高度为20～30cm，得到的离心铸造预制板坯尺寸为：长度L0＝80～120mm、宽度W0＝30～60mm、高度H0＝10～15mm，四周壁厚B0＝5.0～8.5mm，凹槽深h0＝3～5mm，圆槽半径R0＝12～30mm；

[0006] (2)双级均匀化：第一次均匀化加热温度为480～490℃，保温6～10h，第二次均匀化是直接加热至520～540℃，保温12～18h；

[0007] (3)热预锻：坯料初始温度为450～470℃，模具预热温度为380～400℃，压力机下压力为10-12MN，下压速度为3.5～4mm/s；

[0008] (4)热终锻：锻件初始温度为440～460℃，模具预热温度为360～380℃，压力机下压力为12～15MN，下压速度为1.5～2.5mm/s；

[0009] (5)中间固溶处理：加热温度为530～550℃，保温时间为4～6h，再水冷至室温；

[0010] (6)冷精锻：压力机下压力为8～10MN，下压速度为0.5～1.2mm/s，消除薄壁区域尺寸回弹的冷精整量为δ＝(0.15～0.25)B，B为壳体的壁厚，保证壳底平面的平行度为0.05～0.10mm，精整阶段保压力为6～8MN，保压时间5～10s，得到冷精锻壳体锻件尺寸为：长度L＝
100～150mm、宽度W＝50～80mm、高度H＝20～30mm，壳底厚度h＝3～5mm，四周壁厚B＝2.5～
5.5mm，圆槽半径R＝18～40mm，如图4～5所示；

[0011] (7)双级时效处理：第一次时效温度为140～150℃，保温4～6h，第二次时效温度为190～200℃，保温8～12h，最后空冷至室温。

[0012] 本发明的优点及有益效果是：可以大幅节约材料，壳体四周壁厚的成形极限大，冷精锻阶段的精整量、保压力和保压时间控制有利于消除薄壁区域的尺寸回弹，以及消除由应力松弛引发的组织分布不均和表面粗晶现象，壳底平面的平行度可以达到0.05～0.10mm，壳体外形尺寸精度高。在薄壁壳体腔内充惰性保护气体能够满足硬盘存储容量达到10TB、转速达到3万转/分以上时，兼具轻量化、高强、高导散热、高气密性的特殊性能优点。

附图说明

[0013] 图1是立式离心铸造示意图；

[0014] 图2是立式离心铸造铝合金预制板坯的俯视图；

[0015] 图3是图2中A-A剖视图；

[0016] 图4是冷精锻后铝合金壳体的俯视图；

[0017] 图5是图4中B-B剖视图；

[0018] 图中：1—浇包2—浇道3—浇口4—锁紧销5—模具盖板6—上沙垫6′—下沙垫7—金属模具铸型8—预制板坯铸件9—冷却水管；

[0019] L0—板坯的长度，W0—板坯的宽度，H0—板坯的高度，B0—板坯的四周壁厚，h0—板坯的凹槽深度，R0—板坯的圆槽半径，L—壳体锻件的长度，W—壳体锻件的宽度，H—壳体锻件的高度，B—壳体锻件的四周壁厚，h—壳体锻件的底部厚度，R—壳体锻件的圆槽半径。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

[0021] 图4和图5所示为冷精锻后铝合金壳体的俯视图和B-B剖视图，即本发明的一种铝合金壳体，设定其尺寸为：长度L＝100mm、宽度W＝50mm、高度H＝20mm，壳底厚度h＝3mm，四周壁厚B＝2.5mm，圆槽半径R＝22mm；控制其精锻成形过程尺寸回弹的工艺步骤是：

[0022] (1)采用立式离心铸造方式铸造铝合金预制板坯，图1所示为立式离心铸造示意图，图中1是浇包，2是浇道，3是浇口，4是锁紧销，5是模具盖板，6是上沙垫，6′是下沙垫，7是金属模具铸型，8是预制板坯铸件，9是冷却水管，浇注温度为670℃，金属模具铸型转速为220r/min，浇注速度为15kg/s，浇槽距离模盖高度为30cm，得到的离心铸造预制板坯尺寸为：长度L0＝120mm、宽度W0＝60mm、高度H0＝15mm，四周壁厚B0＝7.0mm，凹槽深h0＝3mm，圆槽半径R0＝20mm，如图2～3所示；

[0023] (2)双级均匀化：第一次均匀化温度为490℃，保温8h，再直接加热至530℃，保温12h，进行第二次均匀化处理；

[0024] (3)热预锻：坯料初始温度为450℃，模具预热温度为390℃，压力机下压力为12MN，下压速度为3.5mm/s；

[0025] (4)热终锻：锻件初始温度为450℃，模具预热温度为380℃，压力机下压力为15MN，下压速度为2.5mm/s；

[0026] (5)中间固溶处理：加热温度为540℃，保温时间为5h，再水冷至室温；

[0027] (6)冷精锻：压力机下压力为10MN，下压速度为0.5mm/s，消除薄壁区域尺寸回弹的冷精整量为δ＝0.62mm，保证壳底平面的平行度为0.10mm，精整阶段保压力为8MN，保压时间5s，得到冷精锻壳体锻件尺寸为：长度L＝100mm、宽度W＝50mm、高度H＝20mm，壳底厚度h＝
3mm，四周壁厚B＝2.5mm，圆槽半径R＝22mm，如图4～5所示；

[0028] (7)双级时效处理：第一次时效温度为140℃，保温6h，第二次时效温度为200℃，保温8h，最后空冷至室温。