CN101862803A - 用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧及其锻造方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属锻造技术领域的用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧及其锻造方法，所述的菱形开口型砧，包括：上砧和下砧，在上砧和下砧的正中相对地设有开口角度为135°的菱形凹槽，菱形凹槽的深宽比为1∶5。本发明全部锻造、压实过程到获得锻件只要在一个型砧上无需更换型砧就能完成，而且加热次数最少，生产率提高1～1.5倍。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种金属锻造技术领域的装置及方法，具体是一种用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧及其锻造方法。
背景技术
在制造轴类锻件时，主要的变形工序是拔长。这个锻造工序在很大程度上决定锻件质量，因此优化选择砧块的几何形状、拔长规范、变形工步就变得非常迫切了。在压力机上制造锻件时，锻造的铸锭在圆截面上首先经受压缩和必须的-镦粗，故随后拔长圆截面的毛坯是原始坯料变形的主要形式。实际操作中由钢锭锻轴采用如下变形工序：《圆-圆》用组合型砧拔长，上砧为平面的，下砧为菱形的或具有开口；《圆-圆》上下砧均为菱形或都带有开口；《圆-扁方(或方)-方-八边形》在平砧上拔长并随后在组合砧或菱形砧(开口)滚圆。《圆-方-八边形-圆》在平砧上拔长。
经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101695737A，公开日2010-4-21，记载了一种角度型砧及使用角度型砧的锻造工艺，属于锻造设备及其应用技术领域。该角度型砧的左侧面和右侧面为倾斜的平面，与竖直方向夹角相同，设为f3，且0°≤f3≤12°；下表面为曲面，该曲面左右对称，下表面的左部分平面与水平面的夹角设为a，且10°≤a。采用角度型砧对转子类等大型轴类锻件进行锻造，可以省去第一次镦粗工艺，拔长工艺先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧。运用这种角度型砧组合的锻造工艺，不仅可以缩短工艺流程、提高锻件组织性能、实现小锻比锻造，而且可以有效控制锻造过程中内部缺陷的发展和变化，消除已有缺陷，防止新缺陷的产生。目前，我国锻造合金钢轴类锻件时，一般上下砧多采用平砧锻造，所锻锻件内部缺陷难以全部消除。偶有采用型砧锻造，但开口角可谓五花八门，明确提出上下砧开口角为135°菱形砧还没有过。而专利文献号CN101695737A现有技术与本发明完全不同：1.本发明上砧亦为菱形砧，专利文献号CN101695737A的上砧为凸形砧。2.生产效率低。所列举的实例中，对锻坯也要上下左右拔长4次；“先采用凹型角度砧，后采用凸型角度砧”，势必在锻造过程中要换型砧。众所周知，锻造大型锻件，换砧很费时间，很有可能要增加火次。由此，不仅降低生产率，而且要增加火耗，与当今节能降耗相抵触。
进一步检索发现，中国专利文献号CN100509207C，公告日2009-7-8，记载了一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，用于材料成型加工技术领域。本发明使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造：所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第二曲面与第一曲面之间采用圆角过渡，第二曲面的水平夹角用n表示，a角存一20°～20°之间。但是该技术的缺陷在于对本发明所述的长轴类锻坯难以实施镦粗工艺，这是因为：1.锭坯高径比≥2.5，易产生弯曲；2.一般轴较长，而压机的开档空间有限，难以竖起镦粗。
进一步检索发现，中国专利文献号CN2841194Y，公告日2006-11-29，记载了一种“V”型砧，该“V”型砧的两个工作面间的夹角为90-110°，工作面为梓形面，其顶面呈圆弧形，圆弧半径为800-1500mm，顶面与直立面交界处为圆弧角过渡，圆弧半径为40-200mm。但是该技术局限在“解决脆性材料的开裂问题”，所给出的砧的开口角为90～110°。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧及其锻造方法，通过采用所述的菱形开口砧进行整体锻造过程中不必更换型砧，并有效减少加热火次，经过实验室及批量实际生产所得出的锻坯内部孔隙的闭合率达到91％以上。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧，包括：上砧和下砧，在上砧和下砧的正中相对地设有开口角度α为135°的菱形凹槽，菱形凹槽3的深宽比为1∶5；
所述的上砧的燕尾中心开有定位键槽，燕尾两侧开有导向半圆槽，菱形凹槽的顶点与两边夹角斜面用大圆弧R100圆滑过渡。
本发明涉及上述用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧的锻造方法，包括以下步骤：
第一步、制备原始毛坯：用9Cr2MoV铸锭做轴类锻件毛坯。
第二步、锻造：将加热后的铸锭在30MN液压机上，毛坯在开口角为135°菱形砧上拔出钳夹头，匀整铸锭体，然后依次锻造为菱形-8边形后火锻出轧轴的锻坯。
所述的拔长的相对送进量为0.6～0.8，锻造比y＝1.56。
第三步、滚圆处理：在上述同一型砧上依次以翻转角为90°、45°、22.5°进行滚圆。
本发明与常规工艺锻件比较具有如下优点：全部锻造、压实过程到获得锻件只要在一个型砧上无需更换型砧就能完成，而且加热次数最少，生产率提高1～1.5倍。消除了在平砧上由方-8边形工序，因在此工序中，锻件的轴向区域形成了不希望有的拉应力。在菱形砧中压扁铸锭时，在有利的应力状态下，锻件金属的剧烈变形和缺陷的闭合得到保证。由于型砧上大的切口，当剁刀表面形状与锻件相适应时，锻后能在型砧上实现切去料头。使用菱形砧的工艺已做了几个批次工业试验的辊轴。按照规定检验结果，包括存在内部缺陷的轴经超声波探伤，全部合格。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例涉及一种菱形开口型砧，包括上砧1和下砧2，在上砧1和下砧2的正中相对地设有开口角度α为135°的菱形凹槽3，菱形凹槽3的深宽比为1∶5；
所述的上砧1的燕尾中心开有定位键槽4，燕尾两侧开有导向半圆槽5，菱形顶点与两边夹角斜面用大圆弧R100圆滑过渡。
该菱形开口型砧在滚圆时的翻转角依次为90°、45°、22.5°。
本实施例采用上述菱形开口型砧进行锻造的具体步骤如下：
第一步、制备原始毛坯：用9Cr2MoV重15.2t铸锭做轴类锻件毛坯。
第二步、锻造：将加热后的铸锭在30MN液压机上：
1.毛坯平砧上毛坯在平砧上拔出钳夹头，匀整铸锭体；经过“板型-方-8边形”，随后在组合砧上滚圆(方案1)。所述的拔长的相对送进量为0.6～0.8，锻造比y＝1.44。
2.毛坯在开口角为135°菱形砧上拔出钳夹头，匀整铸锭体，然后依次锻造为菱形-8边形后一火锻出轧轴的锻坯。
第三步、滚圆处理：在上述同一型砧上依次以翻转角为90°、45°、22.5°进行滚圆。
经过“菱形-8边形”一火锻出轧轴的锻坯。所述的拔长的相对送进量为0.6～0.8，锻造比y＝1.46。
如表1所示，几乎同样锻造比中，孔隙的最好闭合度ΔV/V 0＝0.91(ΔV-试验坯料中孔隙的总体积，V0-试验坯料总体积)锻件是圆截面，在开口135°菱形砧中锻造，这是毛坯在拔长宽展时与型砧工作表面接触面积增加，在毛坯体积内存在压缩应力。
表1轴向孔隙闭合试验结果
| 试样编号 | 锻件最终截面 | 锻比y | 型砧几何形状 | 锻件略图 | ΔV/V 0 |
| 1 | 圆 | 1.44 | 平 | 圆-方-圆 | 0.64 |
| 2 | 圆 | 1.44 | 组合 | 圆-圆 | 0.42 |
| 3 | 圆 | 1.46 | 菱形(135°) | 圆-菱形-八边形-圆 | 0.91 |
在平砧上锻造圆坯(方案圆-方-圆)有几个结果差些(ΔV/V 0＝0.64)，这是因为毛坯在平砧上滚圆时由于出现轴向拉应力造成孔隙裂开。
在组合砧上锻造，孔隙闭合率仅为42％，不可取。
在上下开口135°的菱形型砧上试验出的锻件与常规工艺锻件比较具有如下优点：
1、超声波检验所获得的辊轴，轴的内外均未发现缺陷。全部锻造、压实过程到获得锻件只要在一个型砧上无需更换型砧就能完成，而且加热次数最少，生产率提高1～1.5倍。
2、消除了在平砧上由方-8边形工序，因在此工序中，锻件的轴向区域形成了不希望有的拉应力。
3、在菱形砧中压扁铸锭时，在有利的应力状态下，锻件金属的剧烈变形和缺陷的闭合得到保证。
4、由于型砧上大的切口，当剁刀表面形状与锻件相适应时，锻后能在型砧上实现切去料头。
采用另一种锭子对本实施例进行试验，该锭子的铸锭重11.1t，比标准锻造锭高度H/平均直径Dp小(H/Dp＝1.5)，并且增加了锥度(11％)。虽然增大了铸锭的直径(直径增大，内部孔隙度也会增加)，也没有对铸锭进行中间镦粗，仅在开口135°菱形砧上经过“菱形——8边形”变形。对锻件例行常规检验，包括超声波探伤、力学性能检验，都超过标准要求。
Claims (5)
1.一种用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧，包括：上砧和下砧，其特征在于：在上砧和下砧的正中相对地设有开口角度为135°的菱形凹槽，菱形凹槽的深宽比为1∶5。
2.根据权利要求1所述的用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧，其特征是，所述的上砧的燕尾中心开有定位键槽，燕尾两侧开有导向半圆槽。
3.根据权利要求1所述的用于轴类的合金钢锭的菱形开口型砧，其特征是，所述的菱形凹槽的顶点与两边夹角斜面用大圆弧R100圆滑过渡。
4.一种根据权利要求1所述的菱形开口型砧的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、制备原始毛坯：用9Cr2MoV铸锭做轴类锻件毛坯；
第二步、锻造：将加热后的铸锭在30MN液压机上，毛坯在开口角为135°菱形砧上拔出钳夹头，匀整铸锭体，然后依次锻造为菱形-8边形，一火锻出轧轴的锻坯；
第三步、滚圆处理：在上述同一型砧上依次以翻转角为90°、45°、22.5°进行滚圆。
5.根据权利要求4所述的菱形开口型砧的锻造方法，其特征是，所述的拔长的相对送进量为0.6～0.8，锻造比y＝1.56。
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