[發明專利]潛艇環肋圓柱殼的對輪旋壓應變誘發法的半固態制造工藝

有效

• 申請號: 201410829936.5
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104525890A
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 趙升噸;王永飛;張晨陽;趙永強;韓曉蘭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22D13/06
• 分類號: B22D13/06;B22D13/10;B23P15/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發明屬于半固態加工與成形技術領域，特別涉及潛艇環肋圓柱殼的對輪旋壓應變誘發法的半固態制造工藝。

背景技術

隨著地球上人口的急劇膨脹，陸上資源供應已趨于極限，占有地球表面積71％的海洋中，蘊藏著豐富的人類賴以生存的戰略資源，人們已經認識到海洋必將成為人類生存和發展的第二物質空間。因此，各國都把經濟發展的重心轉移到海洋，21世紀將是海洋的世紀。

海洋地位的日益提高，海下運載器的研究制造將得到更高的重視，從軍事方面來說，潛艇作為我國海軍的主戰兵力，是海上一種主要的威懾力量；從民用方面來說，潛水器也廣泛應用于科研、工程等各領域。無論是潛艇還是潛水器，其中的耐壓殼體承受深水壓力，保證艙室內部人員和各種設備的正常工作，同時組成一個水密空間，是浮力的主要提供者。相比于橢圓形及矩形橫剖面形狀，圓形剖面的耐壓殼體在均勻外壓作用下只產生均勻收縮變形，這樣殼體內部只有均勻壓縮應力而無彎曲應力，材料能得到充分利用，從而能做到結構重量輕、省材料，此外，由于深水壓力是外壓，為了有效地提高耐壓殼體在外水壓作用下的穩定性，在圓柱殼板上設置了一系列環向加強筋，即形成了環肋圓柱殼。環肋圓柱殼有優越的水動力形狀、更好的內部布置，更輕的外部結構，更低的建造成本，因此，目前潛艇耐壓殼體多采用環肋圓柱殼。

目前環肋圓柱殼采用的制造工藝主要有：(1)鍛件或軋制件切削加工，主要是先采用鍛造或軋制方法制備筒形毛坯，然后通過切削加工的方法將所有需要的筋加工出來。但是該方法材料損耗嚴重、加工時間長，且加強筋部位的金屬流線被切割，殼體的強度降低、力學性能變差，難以滿足潛艇環肋圓柱殼的高質量要求；(2)鑄造成形，雖然采用該方法材料利用率得到提高，但是由于鑄造狀態下的晶粒尺寸粗大，組織分布不均勻，且存在縮松、氣孔等缺陷的影響，零件合格率很低，最主要的是有時候鑄造材料機械性能低，不能滿足工件的設計要求；(3)焊接成形，通常先由特種鋼板焊接成圓形鋼筒(或擠壓成筒狀)后對接起來，再在其內壁上焊接環筋，這種方法簡單，成本低，但是制作的筒體焊接變形大、焊縫強度低(僅為基體的60％)，塑性、沖擊韌性差、焊接變形量大，易產生應力集中，對中性差，不能滿足產品的高精度要求，力學性能無法達到使用要求。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供潛艇環肋圓柱殼的對輪旋壓應變誘發法的半固態制造工藝，通過該工藝制備出具有非枝晶細小均勻球狀微觀組織的潛艇環肋圓柱殼。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

潛艇環肋圓柱殼的對輪旋壓應變誘發法的半固態制造工藝，包括以下步驟：

1)離心鑄造制坯：首先，將準備好的45#鋼材料放入中頻感應熔煉爐進行熔煉，其熔煉溫度為1600℃以上，且保溫10～20min；接著將得到的鋼液溫度穩定控制在1500～1550℃澆入離心鑄造設備，采用離心鑄造工藝制備出潛艇環肋圓柱殼鑄態殼體；

2)利用離心鑄造余熱進行對輪旋壓塑性變形：

2.1)待步驟1)中制備的潛艇環肋圓柱殼鑄態殼體的溫度降低到始旋溫度時，采用對輪旋壓工藝對該潛艇環肋圓柱殼余熱態殼體1-3進行對輪旋壓塑性變形，在進行對輪旋壓塑性變形時，先控制潛艇環肋圓柱殼余熱態殼體1-3作旋轉運動，內旋輪1-1和外旋輪1-2作軸向和徑向進給運動，從而使該潛艇環肋圓柱殼余熱態殼體1-3產生壁厚減小、內外徑擴大、軸向長度伸長的大塑性變形，得到潛艇環肋圓柱殼擴經態殼體1-4且該擴經態殼體1-4的壁厚縮減率達到40％以上，隨后控制潛艇環肋圓柱殼擴經態殼體1-4作旋轉運動，外旋輪1-2僅作軸向進給運動，內旋輪1-1作軸向和徑向進給運動，則在內旋輪1-1作軸向進給時，通過控制內旋輪1-1的徑向進給量的不同，在潛艇環肋圓柱殼擴經態殼體1-4的內孔壁上形成環肋，即成形出潛艇環肋圓柱殼擴經環肋態殼體1-5，其中，始旋溫度為1100～1150℃，終旋溫度為800～850℃；

2.2)對經步驟2.1)對輪旋壓工藝處理得到的潛艇環肋圓柱殼擴經環肋態殼體1-5進行整形處理：待步驟2.1)完成后，先控制潛艇環肋圓柱殼擴經環肋態殼體1-5作旋轉運動，外旋輪1-2作軸向進給運動，內旋輪1-1作軸向和微量徑向進給運動，從而完成對潛艇環肋圓柱殼擴經環肋態殼體1-5的圓整處理，進而得到潛艇環肋圓柱殼擴經環肋圓整態殼體1-6；接著，切除潛艇環肋圓柱殼擴經環肋圓整態殼體1-6不平整的軸向端面，待切除不平整軸向端面的潛艇環肋圓柱殼擴經環肋圓整態殼體1-6冷卻后即得到潛艇環肋圓柱殼畸變態坯料1-7；