CN101972830A - 超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺 - Google Patents

超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺 Download PDF

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兰箭
李承鼎
华林
赵玉民
毛华杰
钱东升
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Abstract

本发明涉及热镦粗工艺。超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于它包括如下步骤：1)将加热的大高径比的高温铸锭吊放在下凹模具上；2)调整上凸模具位置确保上凸模具中心线与铸锭、下凹模具中心线重合；3)由动力机构驱动上凸模具下移；4)随着上凸模具进一步下移，铸锭高径比不断变小；5)将已经被镦粗至贴模状态的铸锭倒转，将下凹模具更换成平板模具，上凸模具进一步下降；6)将上凸模具更换为平板模具，进一步下降，使得铸锭镦平至所要求的毛坯高度尺寸，得到镦粗毛坯。本发明能在保证大高径比铸锭热镦粗过程顺利进行的情况下，还要保证镦粗完成后的镦粗毛坯应力、应变分布均匀、鼓形小，内部组织均匀，为后续锻件的制造提供了良好性能的镦粗毛坯。

Description

超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺
技术领域
本发明涉及超大型黑色金属、钛合金锻件自由锻开坯过程中热镦粗工艺。
背景技术
大型锻件制造具有形大体重，生产品种多而数量少，生产周期长而质量要求高，生产管理复杂等特点。其中冶金、锻压与发电设备等是需要大型锻件的主要产品，而制造这些设备的关键之一是大型锻件的生产。超大型轴承内、外圈、液压机缸体等不仅面临恶劣的工况条件，而且要求很高的使用寿命，这就需要具有良好的性能。因此制造高质量、高性能的锻造毛坯对于制造良好性能的锻件具有重要意义。
锻造工艺因为具有细化工件晶粒和提高工件强度的优点，所以广泛应用于工业生产，锻件的质量包括外在质量和内部质量，其中锻件的内部质量是锻件生产的核心环节。要提高锻件质量，就必须通过控制塑性变形过程，通过调节各种参数来消除铸态组织，得到均匀细小的晶粒组织，以改善性能。其中铸锭的热镦粗是锻造开坯的基础工艺，热镦粗工艺的好坏很大程度上决定了锻件的质量。
传统的平板自由锻热镦粗方法，当高径比H/D大于3.0时，铸锭在镦粗过程中易发生失稳，产生折叠现象，同时镦粗开始的过程中铸锭呈现双鼓形，当鼓形过大时，铸锭内应力就会过大而且分布不均，容易导致铸锭镦粗过程中开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，该工艺热镦粗过程能顺利进行。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于它包括如下步骤：
1)将加热的大高径比的高温铸锭吊放在下凹模具上，保证铸锭和下凹模具中心线重合，通过工作台输送铸锭和下凹模具进入压力机；
2)调整上凸模具位置确保上凸模具中心线与铸锭、下凹模具中心线重合；
3)由压力机的动力机构驱动上凸模具下移，缓慢给铸锭施加压力：开始铸锭上端面中心线处发生变形，同时铸锭下端面的外沿发生变形，随着上凸模具继续下移，铸锭的上端面逐渐贴模(贴上凸模具)，铸锭的下端面与下凹模具之间的空腔逐渐充填；
4)随着上凸模具进一步下移，铸锭高径比不断变小；
5)将已经被镦粗至贴模状态的铸锭倒转，工作台移动，将下凹模具更换成平板模具，将倒转的铸锭在平板模具上定位好，上凸模具进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭下端镦平，铸锭上端贴模(贴上凸模具)；
6)将完成上述步骤的铸锭，吊往另一台更大压力机上，将上凸模具更换为平板模具(此时下模也为平板模具)，然后上方的平板模具进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭镦平至所要求的毛坯高度尺寸，完成大高径比的铸锭热镦粗，得到镦粗毛坯。
所述步骤3)中的压力机采用液压机。
所述上凸模具的凸面呈弧形或锥形。下凹模具的凹面呈弧形。
所述上凸模具的凸面可以具有同一半径的弧面，也可以具有多种不同半径的弧度且弧面之间平滑过渡，下凹模具同样具有多种不同半径的弧度且弧面之间平滑过渡。
所述超大型环锻件是指外径在5米以上的环锻件。
所述大高径比是指高径比H/D≥3.0。
所述高温铸锭是指铸锭的温度为不同材料铸锭的始锻温度。
所述缓慢是以10-50mm/s的位移向下移动。
所述给铸锭施加压力为根据不同材料铸锭施加所需的压力。
所述更大压力机是指吨位更大的压力机(液压机)。
上凸模具与下凹模具的工作面可为相对的弧形面，也可为不相对的弧形面。
本发明的有益效果是：在保证大高径比铸锭热镦粗过程能顺利进行(不会导致铸锭镦粗过程中开裂、倾斜)的情况下，还要保证镦粗完成后的镦粗毛坯应力、应变分布均匀、鼓形小，内部组织均匀，为后续锻件的制造提供了良好性能的镦粗毛坯。
附图说明
图1为本发明采用第一种上凸模的镦粗制坯过程示意图。
图2为本发明采用第二种上凸模的镦粗制坯过程示意图。
图3为本发明采用第三种上凸模的镦粗制坯过程示意图。
图4为本发明的上凸模具的第一种结构示意图。
图5为本发明的上凸模具的第二种结构示意图。
图6为本发明的上凸模具的第三种结构示意图。
图7为本发明的下凹模具的结构示意图。
图8为鼓形系数的结构示意图。
图9为镦粗后毛坯的应力应变分布图。
图中；1-上凸模具，2-下凹模具，3-铸锭。图8中：r1表示镦粗后毛坯上端面半径，r2表示镦粗后毛坯下端面半径，rmax表示镦粗后毛坯最大半径，H表示镦粗后毛坯的高度。
具体设施方式
为了能更好地对本发明的工艺方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：
实施例1(本例以42CrMo材料说明)：
如图1、图4、图7所示，超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，它包括如下步骤：
1)42CrMo圆铸锭的高径比H/D为3.0，42CrMo圆铸锭的高为3000mm，直径为1000mm，将42CrMo圆铸锭加热至始锻温度1150℃，将加热的大高径比的高温铸锭(42CrMo圆铸锭)吊放在下凹模具2上，保证铸锭和下凹模具中心线重合，通过工作台输送铸锭和下凹模具进入压力机；
2)调整上凸模具1位置确保上凸模具中心线与铸锭、下凹模具2中心线重合；此时上凸模具、下凹模具间距为2930mm；
3)调整完毕后，由液压机驱动上凸模具下移，以10mm/s的速度给铸锭施加压力：开始铸锭3的上端面中心线处发生变形，同时铸锭下端面的外沿发生变形，随着上凸模具继续下移，铸锭的上端面逐渐贴模(贴上凸模具)，铸锭的下端面与下凹模具之间的空腔逐渐充填；
4)随着上凸模具进一步下移，铸锭高径比不断变小；此时上、下模具间距为2216mm；
5)将已经被镦粗至贴模状态的铸锭倒转，工作台移动，将下凹模具更换成平板模具，将倒转的铸锭在平板模具上定位好(此时上、下模具间距为2246mm)，上凸模具进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭下端镦平，铸锭上端贴模(贴上凸模具)；此时上、下模具间距为1842mm；
6)将完成上述步骤的铸锭，吊往另一台更大吨位压力机(液压机)上，将上凸模具更换为平板模具(此时下模也为平板模具，此时上、下模具间距为1951mm)，然后进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭镦平至所要求的毛坯高度尺寸约为600mm，完成大高径比的铸锭热镦粗(42CrMo圆铸锭热镦粗，此时上、下模具间距为600mm)，得到镦粗毛坯。
采用超声波探伤仪器对冷态的镦粗毛坯进行裂纹检测，未发现镦粗毛坯开裂(铸锭热镦粗过程中也未出现开裂现象)，即本发明能在保证大高径比铸锭热镦粗过程顺利进行。
采用测量鼓形系数的方法确定鼓形的大小，如图8所示。应力应变分布情况可由应力应变分布图确定，如图9所示。
实施例2：
与实施例1基本相同，不同之处在于：铸锭的材料为TA2，铸锭的高径比H/D为3，铸锭的始锻温度为980℃；上凸模具采用图2、图5的结构。
实施例3：
与实施例1基本相同，不同之处在于：铸锭的材料为GCr15，铸锭的高径比H/D为3，铸锭的始锻温度为1050-1100℃；上凸模具采用图3、图6的结构。

Claims (10)

1.超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于它包括如下步骤：
1)将加热的大高径比的高温铸锭吊放在下凹模具上，保证铸锭和下凹模具中心线重合，通过工作台输送铸锭和下凹模具进入压力机；
2)调整上凸模具位置确保上凸模具中心线与铸锭、下凹模具中心线重合；
3)由压力机的动力机构驱动上凸模具下移，缓慢给铸锭施加压力：开始铸锭上端面中心线处发生变形，同时铸锭下端面的外沿发生变形，随着上凸模具继续下移，铸锭的上端面逐渐贴模，铸锭的下端面与下凹模具之间的空腔逐渐充填；
4)随着上凸模具进一步下移，铸锭高径比不断变小；
5)将已经被镦粗至贴模状态的铸锭倒转，工作台移动，将下凹模具更换成平板模具，将倒转的铸锭在平板模具上定位好，上凸模具进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭下端镦平，铸锭上端贴模；
6)将完成上述步骤的铸锭，吊往另一台更大压力机上，将上凸模具更换为平板模具，然后上方的平板模具进一步下降，铸锭高径比不断变小，使得铸锭镦平至所要求的毛坯高度尺寸，完成大高径比的铸锭热镦粗，得到镦粗毛坯。
2.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述步骤3)中的压力机采用液压机。
3.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述上凸模具的凸面呈弧形或锥形。
4.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：下凹模具的凹面呈弧形。
5.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述上凸模具的凸面为具有同一半径的弧面。
6.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述上凸模具的凸面为具有多种不同半径的弧度且弧面之间平滑过渡。
7.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：下凹模具为具有多种不同半径的弧度且弧面之间平滑过渡。
8.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述大高径比是指高径比H/D≥3.0。
9.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述高温铸锭是指铸锭的温度为不同材料铸锭的始锻温度。
10.根据权利要求1所述的超大型环锻件大高径比铸锭热镦粗工艺，其特征在于：所述缓慢是以10-50mm/s的下行速度向下移动。
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