CN100528400C

CN100528400C - 热模式锻压机以及用于该锻压机的绝热装置

Info

Publication number: CN100528400C
Application number: CNB2006100003556A
Authority: CN
Inventors: 让-皮埃尔·博格; 吉尔贝·勒孔特
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2026-01-06
Also published as: RU2399455C2; US7178376B2; FR2880827B1; RU2006101187A; EP1681113A1; EP1681113B1; JP5112633B2; CN1864887A; US20060156783A1; DE602006000241T2; JP2006192502A; DE602006000241D1; UA87271C2; FR2880827A1

Abstract

本发明公开一种操作温度大于温度T的热模式锻压机，包括位于两个压模支撑构件(4，5)之间的两个模(7、8)在每个模(7、8)和其支撑构件(4、5)之间设置的绝热层(6、6’)。锻压机的特征在于所述绝热装置(6、6’)包括至少两个叠放层(A、B)，第一层(A)具有适合在高于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第一材料和具有适合在低于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第二层(B)的第二材料，其导热率低于第一材料的导热率，大约等于0.2W/m.K，公差为10%。采用本发明，就可以获得厚度较小的有效的绝热装置。

Description

热模式锻压机以及用于该锻压机的绝热装置

技术领域

本发明涉及一种热模式锻压机，尤其是用于等温锻造；同时也涉及一种用于该锻压机的绝热装置。

背景技术

在热模锻造中，将上模降低抵住下模以逐渐锻压要锻造的部件，这两个模被加热到很高的温度(一般高于800℃)。在这种类型的锻造工艺中，由于温度的原因，锻件材料会呈现一种与其可锻性范围相应的状态。在热模锻造时，锻造的持续时间相对较长；而且，无论如何这个时间都不会缩短到相当于冲击(shock)那样的短暂瞬间。这种类型的锻造通常用于成形难于锻造的部件，例如，那些具有大的表面面积或金相复杂的材料。

本发明首先涉及一种热模锻压机，更确切地说，是涉及一种用于等温锻造的锻压机，也就是说，锻造时，所述模和所述锻件都保持相同温度，该温度在整个锻造过程中始终是恒定的。本发明还可应用于更为普通的热模锻造，在该普通的热模锻造中模保持在恒定温度，锻件在锻造之前加热到高于压模的温度且在操作过程中冷却。

热模锻压机一般包括下模和上模，它们分别被下压机座和上压机座支撑，也可通过支撑压板。由于锻件材料的温度必须保持均匀，以避免出现诸如折叠或裂纹等锻造缺陷和提高锻件高性能微结构的形成，模必须处在非常高的温度(高于800℃)，然而，压机座或中间压板通常是由钢制成的，其必须保持在低温状态以便保持其机械性能。因此，在所述模和其支撑压机座或压板之间需要进行良好的绝热。

为此，现有技术提出了在每个模和其支撑构件之间使用绝热装置，该绝热装置由若干个金属合金和低导热性材料制成的厚板(通常是两到三个厚板)接续而成，例如，这种材料可以是诸如氧化锆、硅或热解石墨这样的大块陶瓷，且在高温环境下具有高机械强度。

文件JP 63 171 239提出了在每个中间压板之间使用一层陶瓷(Si₃N₄或ZrO₂)，该陶瓷被置放在由并列布置的多边形横截面的结构内。

由于模和它们的支持构件之间的热梯度很大，所以这些绝热装置很厚。例如，用于4000吨锻压机的每个压机座，这种绝热装置的厚度可以是600毫米，即，用于该锻压机，其总厚度为1200毫米，这就相应地降低了压机座之间的可用距离，从而可以放置需要锻造的部件。

因此，就不可能一直使用传统的锻压机进行热模锻造，不得不用新型的较大尺寸的锻压机来取代，结果大大提高了投资费用和生产成本。

此外，这些绝热装置还涉及使用大量的材料，这些材料本身都非常昂贵(镍基超耐热合金、钴基合金、陶瓷)，而且很难加工，因此成本非常高。

发明内容

本申请人旨在降低热模锻压机的绝热装置的厚度，以便减少上述缺陷。

因此，本发明涉及一种工作温度高于温度T的热模式锻压机，该锻压机包括位于两个压模支撑构件之间的两个模，在每个压模和其支撑构件之间具有绝热装置，其特征在于，所述绝热装置包括至少两个重叠在一起的层。第一层包括具有适于在高于温度T的温度下使用的机械特性和热特性的第一材料；第二层包括具有适于在低于温度T的温度下使用的机械特性和热特性的第二材料，该材料的导热性低于第一材料的导热性，所述温度T等于800℃，所述第一材料的导热率等于2W/m.K且公差为10％，所述第二材料的导热率等于0.2W/m.K，其公差为10％。

本发明提出，由于低导热性材料通常在高温时都具有较低的机械强度，采用第一材料层可以有效地降低温度，从而使得第二材料可以处于其机械性能在锻压机中能够有效利用的温度范围内。由于其导热性低，该第二材料可以使支撑构件与模有效绝缘。因此，绝热装置的厚度就可以降低：它可以使第一层的厚度足以对第二层进行热保护，从而保持其机械性能。若第二层的导热性非常低，它的厚度就能够非常小。

因此，通过这两层的机械性能和热性能的结合，缩小设置在每个模和其支撑构件之间的绝热装置的厚度是可能的。

再优选地，压模支撑构件由钢制成。

又一优选地，锻压机被设计成用于在高于20MPa的压力下锻造的锻件。

有益地，所述第一材料是陶瓷材料。

另外，第二材料是一种加热压平的云母纸。

通过使用这些材料，申请人就能够设计一种用于4000吨的锻压机的绝热装置，其总厚度有100毫米的两层，从而绝热装置的厚度相对于现有技术可缩小了83％以上。

作为一种中间产品，本发明还涉及一种用于上述热模式锻压机的绝热装置。这种绝热装置呈板状，包括至少两个叠放的层，第一层包括具有可适合在高于温度T的温度下使用的机械特性和热特性的第一材料，第二层包括具有可适合在低于温度T的温度下使用的机械特性和热特性的第二材料，后者的导热率低于第一材料的导热率，大约等于0.2W/m.K，公差为10％。

本发明尤其适用于等温锻造，但是本申请人并不意欲以此限制本专利的权利范围。通过对本发明热模式锻压机和绝热装置的下述说明，并结合下面附图可以更清楚的理解本发明：

附图说明

图1为本发明热模式锻压机的优选实施例的剖面示意图；

图2为本发明绝热装置的优选实施例的剖面和立体图的局部示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明热模式锻压机1包括下压机座2和面向下压机座2的上压机座3。上压机座3可相对于下压机座2垂直移动。下压机座2和上压机座3各支撑一个中间压板，分别称为下压板4和上压板5，此处均由钢制成。

每个中间压板4和5各支撑一个模，分别称为下模7和上模8，用来支撑和锻压锻件9。锻件9一般都是金属合金，要求使用热压模锻造工艺锻造。特别需要提到的是，这是一种等温锻造操作。横向绝热装置，图中未示，但对本领域技术人员是众所周知的，它可使这种锻造工艺得以实施。

绝热装置6、6’布置在每个压板4、5和其支撑的模7、8之间。这两个绝热装置6和6’是相同的，为带有一个平行六面体形状的多边形底座的板状，与其所处的压板4、5及模7、8的几何形状相匹配，这些绝热层根据其所处的下部位置或上部位置而面向一个方向或另一个方向。压板、模和绝热装置的形状在此只给以示意，不受此限制。压板和模可以呈圆形或多边形的横截面，因此绝热装置为具有适应圆形或者多边形底座的板状。

使用适当的加热设备，如电阻器(未示出)，将模7和8加热到高温T，例如，如果是钛合金或镍合金制成的锻件时，加热到800℃以上。

如图2所示，每个绝热装置6、6’都包括两个堆叠的由不同的材料制成的绝热层A和B。第一层A包括第一材料，在此处是一种陶瓷，更确切地说是一种氧化锆式的单片陶瓷，其具有第一导热性。在这种情况下，它是一种稳定的镁氧(MgO)(Magnesia-stabilized)陶瓷。材料的导热性越低，这种材料的绝热性能越好。第二层B包括第二材料，在此处它是一种云母，更确切地说是一种具有第二导热性的以牌子PAMITHERM出售的云母。由于它的两个堆叠的层A和B，每个绝热装置6、6’在模7、8和它们的中间支撑压板4、5之间提供了一种绝热功能。第一层A位于模7或8的同一侧，第二层B位于中间压板4或5的同一侧。第二层B的导热性低于第一层A的导热性。

此处的第一层A包括具有多边形或圆形横截面的陶瓷柱10的并列布置。此处，陶瓷柱10呈圆柱形。这些陶瓷柱可以彼此完全地有规则地叠盖，正如上述文件JP63171239中所述，或如正在研究的具体例子所述，由隔板11或填充材料11隔开，填充材料包括别的合适的材料，例如矿毛绝缘纤维式的纤维绝缘材料。陶瓷柱10和绝热填充材料11之间的这种结合的方式对于绝热领域内的技术人员是熟知的。此处的圆柱形的柱10彼此偏置(offset)以便缩小它们之间的空间。氧化锆式的单片陶瓷具有非常好的机械性能，特别是强度，可达到接近1200℃，因此，在模7和8的工作温度T的情况下完全可以保持其机械性能，此处所述温度高于800℃。在这种情况下，其导热率等于2W/m.k，公差为10％(在这种情况下，导热性就是第一层A的导热性，也就是说，是陶瓷柱10和填充材料11的结合)。陶瓷柱10的排列要使第一层A的上下表面非常平整，因此力被均匀地分布。

此处，第二层B采取加热压平的云母薄片的叠层的形式。云母具有非常低的导热率，在这种情况下，大约等于0.2W/m.K，公差为10％，但是在高于稍微低于T的温度其机械强度大大地降低，在这种情况下，高于T₀＝750℃。如果其所经受的温度低于T₀，第二层B能够承受被使用在锻压机中，同时具有良好的绝热能力。

在每个绝热装置6、6’中，两层A和B的一面彼此接触，两个接触面均用S1表示，层B在面S3上与中间压板4、5接触，而层A在面S2上与模7、8接触。

陶瓷层A在机械上保护了云母层B不受模7、8的高温T的影响，它是表面S2的温度，在这种温度下，陶瓷层A保持了自己的机械性能，由于其导热性的缘故，其厚度的设计应使表面S1的温度低于T₀，在此处，等于约550℃，也就是说，相应于使云母层B保持有效机械强度所需要的温度，以便在锻压机中使用。由于低导热性，层B本身可以大大降低它的表面S 1和它的表面S3之间的温度。在这里，表面S3的温度为约300℃。

换句话说，这两层A和B的选择应根据它们相关的机械特性和热特性，并相对于模7、8来设置位置，以便能够利用低导热性的第二层B，由于相对于模7、8的第一层A所提供的绝热性能，从而保持了层B的机械特性。

为了使表面S1处在低于T₀的温度，由于它的导热性的原因，第一层A的厚度有必要至少等于给定的最小厚度Ha。对于4000吨的锻压机来讲，这个厚度Ha可以小于80毫米。陶瓷柱10的横截面，不论是方形还是长方形，都可以如本例一样具有长等于约40至60毫米的边。如果陶瓷柱10的横截面为圆形，它的直径可以为60毫米左右。

由于它的导热性，第二层B的厚度的选择至少等于最小高度Hb，以便使表面S3的温度降低至中间压板4、5可以接受的温度。在上例中，Hb可以小于20毫米。

当然，厚度Ha和Hb选择应尽可能地小，但是也能足够实现刚刚描述过的绝热功能，这取决于本领域技术人员所确定的温度。

对于4000吨的锻压机来讲，所得到的绝热装置的总厚度(Ha+Hb)就可以小于每模100毫米，即两个绝热装置的总计厚度为200毫米。因此，由压机座、其中间压板和其所支撑的模组成的系统的尺寸，特别是厚度，可大大地缩小了。因此，可以在常规的锻压机上应用热模锻造工艺，而不需要增加其尺寸，从而可以使模之间的垂直空间足以搁置要锻造的部件9。

这两层A和B既可以简单地彼此叠放在一起，也可以适当地粘结在一起。在它们之间可以使用机械连接，例如，使用穿过层A和层B的连接杆，并分别固定在压板4、5和相应的模7、8上。

另外，用于热模锻造工艺使用的锻压机1的操作也完全是常规做法，将上压机座3降下以便将要锻造的部件9在两个模7和8之间被锻压。

Claims

1、操作温度高于温度T的热模式锻压机，包括位于两个压模支撑构件(4、5)之间的两个模(7、8)，设置在每个模(7、8)和其支撑构件(4、5)之间的绝热装置(6，6’)，所述绝热装置(6、6’)包括至少两个叠放的层(A、B)，第一层(A)包括具有适合在高于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第一材料，第二层(B)包括具有适合在低于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第二材料，第二材料的导热性低于第一材料的导热性，其特征在于，所述温度T等于800℃，所述第一材料的导热率等于2W/m.K，且公差为10％，所述第二材料的导热率等于0.2W/m.K，公差为10％。

2、如权利要求1所述的锻压机，其中，所述压模支撑构件由钢制成。

3、如权利要求1所述的锻压机，被设计用于在高于20Mpa的压力下锻造锻件。

4、如权利要求2所述的锻压机，被设计用于在高于20Mpa的压力下锻造锻件。

5、如权利要求1所述的锻压机，其中，第一材料是陶瓷。

6、如权利要求2所述的锻压机，其中，第一材料是陶瓷。

7、如权利要求3所述的锻压机，其中，第一材料是陶瓷。

8、如权利要求4所述的锻压机，其中，第一材料是陶瓷。

9、如权利要求1至8所述的任意一种锻压机，其中，第二材料是一种加热压平的云母纸。

10、如权利要求1至8所述的任意一种锻压机，该锻压机被设计成可进行等温锻造。

11、如权利要求9所述的锻压机，该锻压机被设计成可进行等温锻造。

12、用于依据权利要求1至11所述的任意一种热模式锻压机的绝热装置，该绝热装置呈板状，包括至少两个叠放的层，第一层包括具有适合在高于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第一材料，第二层包括具有适合在低于温度T的温度下操作的机械性能和热性能的第二材料，第二材料的导热性低于第一材料的导热性性，其特征在于，所述温度T等于800℃，所述第一材料的导热率等于2W/m.K且公差为10％，所述第二材料的导热率等于0.2W/m.K，公差为10％。

13、如权利要求12所述的绝热装置，其中，所述第一材料是陶瓷，所述第二材料是加热压平的云母纸。