CN102513482A - 整体式铰链梁锻造成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大型锻件锻造成形领域，具体涉及一种超高压合成用的六面顶压机中的整体式铰链梁锻造成形方法。按加热规范将钢锭加热至始锻温度，每个工序间需要依据加热规范重新加热，锻造时终锻温度不低于900℃；将钢锭镦粗至高径比为1后，换用型砧将坯料镦粗成底部带有斜面的圆饼；将圆饼状坯料拔长为十字形坯料后，切钳把，冲中心孔，机械加工。本发明解决铰链梁的锻造过程中存在的中心压实问题，在产品上达到提高产品性能，增加使用寿命的目的。本发明在生产上达到简化锻造工艺过程，压实心部缺陷，提高钢锭利用率，提高生产效率，达到降低生产成本的目的。

Description

整体式铰链梁锻造成形方法
技术领域
本发明属于大型锻件锻造成形领域，具体涉及一种超高压合成用的六面顶压机中的整体式铰链梁锻造成形方法。
背景技术
在人造金刚石合成领域用到的合成设备主要有三类：年轮式两面顶压机、凹模式两面顶压机和六面顶压机。欧美及日韩国家主要使用年轮式两面顶压机，俄罗斯及独联体国家主要使用凹模式两面顶压力机。两面顶压机的特点是能够生产出高品质的金刚石，且生产技术较为成熟，但模具制造费用高，生产技术复杂。六面顶压机是中国具有自主知识产权的设备，该设备不仅在中国的超硬材料合成领域得到了广泛的应用，而且在国际上也逐渐得到了一定的认可，如美国、日本、韩国、印度、伊朗等国都从中国购进了该产品，世界金刚石领域的霸主，元素六公司也从中国购进了上百台的六面顶压机用来进行金刚石的生产。六面顶压机的优点为生产成本低，生产效率高，缺点是六面顶压机生产的金刚石品质与两面顶压力机的有一定差距。随着我国科研工作者的不断研究，六面顶压机在生产高品质金刚石方面有了一定的突破，这些研究使人们认识到使用六面顶压力机生产高品质金刚石是可能的。要在六面顶压机上生产出高品质金刚石还需要从以下几个方面对其进行改进：1.主机结构设计制造方面；2.液压控制方面；3.电气控制方面。在主机结构设计制造方面主要的工作内容为六面顶压机的大型化。现有六面顶压机的缸体直径多为400mm-650mm，随着生产要求的提高，设计人员已经设计出缸体直径为1000mm的六面顶压机。这就对六面顶压机的相应零件的性能提出了更高的要求，零件的制造工艺也要有相应的改进。
铰链梁是六面顶压机的核心零件之一，其质量好坏直接影响人造金刚石的品位。目前，铰链梁基本采用铸造工艺生产，由于铰链梁形状复杂，所以铸造缺陷难以控制，常见铸造铰链梁的缺陷有：1.缸底圆角处裂纹，缸顶耳根处裂纹；2.缸内砂眼、气孔和砂气孔；3.缸顶缩松；4.缸内壁、缸底内圆角严重粘砂；5.铸件外表面严重粘砂，这些缺陷导致产品质量不稳定和生产成本提高。一些科研工作者对铰链梁的铸造工艺进行了研究，研究者通过改变浇注系统、改善型腔设计等措施，降低了某些铸造缺陷的发生率，但是铸造成品率还是不能达到较为理想的水平。此外，即使是铸造合格的铰链梁产品其性能也不高，在使用过程中容易出现缸体掉底和耳孔断裂等事故。为了达到使用性能要求，在设计大型铰链梁时还要加大铸造铰链梁的壁厚，这种做法不仅浪费原材料，而且单纯的加大壁厚也未必能够带来铸造铰链梁整体性能的提高。因此，需要通过改变成形工艺以满足铰链梁的机械性能要求，增长铰链梁的使用寿命。
锻造产品的质量一般高于铸造产品的质量，但铰链梁的质量大，形状复杂，根据现有锻造技术分析，铰链梁不适合整体锻造，主要表现为锻造工艺复杂，材料利用率低，容易出现锻造缺陷，从而导致铰链梁锻造成本上升。中国发明专利申请(申请号200810141516.2)针对大型化的六面顶压机提出了一种整体式锻造铰链梁结构，其优点是可以实现大腔体合成，重量轻、使用寿命长，但是制造大型的整体式锻造铰链梁这一问题在技术上还没有实现。
铰链梁的净重在几吨至十几吨之间，属于大型锻件。大型锻件采用钢锭锻造，按照60％的钢锭利用率来算，生产铰链梁所用钢锭重量至少在10吨以上。由于大型钢锭内部组织成分不均匀，孔洞等缺陷现象严重，所以在铰链梁的锻造过程中要考虑到中心压实问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高压合成用的六面顶压机中的整体式铰链梁锻造成形方法，解决铰链梁的锻造过程中存在的中心压实问题。
本发明的技术方案是：
一种整体式铰链梁锻造成形方法，整体式铰链梁的生产过程包括加热过程和锻造过程，具体步骤如下：
(1)锻造所用材料为合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1150-1250℃并保温15-20小时使内部温度均匀；
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，钢锭的高径比范围为1.2-3.0∶1；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(3)将坯料镦粗至高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成带有四个对称斜面的圆饼状；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳和宽凸耳，拔长后的坯料为十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(5)用冲子冲中心孔，锻造完成后的锻件单面机加余量在30-50mm；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸。
所述的整体式铰链梁锻造成形方法，步骤(1)所用的钢锭重量在10吨以上。
所述的整体式铰链梁锻造成形方法，锻造时终锻温度不低于900℃。
本发明的优点及有益效果是：
1、本发明开发整体式铰链梁锻造技术，按加热规范将钢锭加热至始锻温度，每个工序间需要依据加热规范重新加热，锻造时终锻温度不低于900℃；将钢锭镦粗至高径比为1后，换用型砧将坯料镦粗成底部带有斜面的圆饼；将圆饼状坯料拔长为十字形坯料后，切钳把，冲中心孔，机械加工。本发明在产品上达到提高性能，增加使用寿命的目的。
2、本发明在生产上达到简化锻造工艺过程，压实心部缺陷，提高钢锭利用率、生产效率和降低生产成本的目的。
附图说明
图1是钢锭的锭身图形；
图2是将坯料镦粗为高径比为1时的示意图；
图3是将坯料镦粗为底部带有斜度的圆饼的示意图；
图4是将坯料拔长为十字形后的示意图；
图5是将十字形坯料冲孔后的示意图；
图6是机加后的零件示意图。
图中，1中心孔；2窄凸耳；3宽凸耳；4斜面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1-6所示，整体式铰链梁的生产过程包括加热过程和锻造过程，具体步骤如下：
(1)锻造所用材料为合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1150-1250℃并保温15-20小时使内部温度均匀，所用的钢锭重量在10吨以上；锻造时终锻温度不低于900℃。
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，完成后的钢锭主体部分如图1所示(该图省略了钳把)，钢锭的高径比范围为1.2-3.0∶1；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(3)将坯料镦粗至如图2所示高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成如图3所示的带有四个对称斜面4的圆饼状；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳2和宽凸耳3，拔长后的坯料为如图4所示的十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(5)用冲子冲中心孔1，锻造完成后的锻件图形如图5所示，该锻件的单面机加余量在30-50mm左右；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸，加工后的零件如图6所示。
(7)生产大型锻件通常的材料利用率为60％左右，采用本发明工艺生产的整体式锻造铰链梁的材料利用率为70-80％，可见本工艺明显节约了原材料。
实施例1
(1)锻造所用材料为35CrMo合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1200℃并保温18小时使内部温度均匀，所用的钢锭重量在15吨；锻造时终锻温度950℃。
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，完成后的钢锭主体部分如图1所示(该图省略了钳把)，钢锭的高径比范围为2.0∶1；将坯料加热至1200℃，保温18小时；
(3)将坯料镦粗至如图2所示高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成如图3所示的带有四个对称斜面4的圆饼状；将坯料加热至1200℃，保温18小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳2和宽凸耳3，拔长后的坯料为如图4所示的十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1200℃，保温18小时；
(5)用冲子冲中心孔1，锻造完成后的锻件图形如图5所示，该锻件的单面机加余量在40mm左右；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸，加工后的零件如图6所示。
(7)生产大型锻件通常的材料利用率为60％左右，采用本工艺生产的整体式锻造铰链梁的材料利用率为73％，可见本工艺明显节约了原材料。
实施例2
(1)锻造所用材料为40CrMnMo合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1150℃并保温20小时使内部温度均匀，所用的钢锭重量在10吨；锻造时终锻温度930℃。
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，完成后的钢锭主体部分如图1所示(该图省略了钳把)，钢锭的高径比范围为1.2∶1；将坯料加热至1150℃，保温20小时；
(3)将坯料镦粗至如图2所示高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成如图3所示的带有四个对称斜面4的圆饼状；将坯料加热至1150℃，保温20小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳2和宽凸耳3，拔长后的坯料为如图4所示的十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1150℃，保温20小时；
(5)用冲子冲中心孔1，锻造完成后的锻件图形如图5所示，该锻件的单面机加余量在30mm左右；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸，加工后的零件如图6所示。
(7)生产大型锻件通常的材料利用率为60％左右，采用本工艺生产的整体式锻造铰链梁的材料利用率为75％，可见本工艺明显节约了原材料。
实施例3
(1)锻造所用材料为20CrNi合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1250℃并保温15小时使内部温度均匀，所用的钢锭重量在20吨；锻造时终锻温度980℃。
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，完成后的钢锭主体部分如图1所示(该图省略了钳把)，钢锭的高径比范围为3∶1；将坯料加热至1250℃，保温15小时；
(3)将坯料镦粗至如图2所示高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成如图3所示的带有四个对称斜面4的圆饼状；将坯料加热至1250℃，保温15小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳2和宽凸耳3，拔长后的坯料为如图4所示的十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1250℃，保温15小时；
(5)用冲子冲中心孔1，锻造完成后的锻件图形如图5所示，该锻件的单面机加余量在50mm左右；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸，加工后的零件如图6所示。
(7)生产大型锻件通常的材料利用率为60％左右，采用本工艺生产的整体式锻造铰链梁的材料利用率为74％，可见本工艺明显节约了原材料。

Claims (3)

1.一种整体式铰链梁锻造成形方法，其特征在于，整体式铰链梁的生产过程包括加热过程和锻造过程，具体步骤如下：
(1)锻造所用材料为合金结构钢，根据加热规范将钢锭加热至始锻温度1150-1250℃并保温15-20小时使内部温度均匀；
(2)进行常规的钢锭压钳把、倒棱和去锭尾的工序，钢锭的高径比范围为1.2-3.0∶1；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(3)将坯料镦粗至高径比为1的圆柱后，换用型砧将坯料镦粗成带有四个对称斜面的圆饼状；将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(4)用型砧先后拔长出窄凸耳和宽凸耳，拔长后的坯料为十字形；切掉钳把后，将坯料加热至1150-1250℃，保温15-20小时；
(5)用冲子冲中心孔，锻造完成后的锻件单面机加余量在30-50mm；
(6)将坯料进行机械加工至成品尺寸。
2.按照权利要求1所述的整体式铰链梁锻造成形方法，其特征在于，步骤(1)所用的钢锭重量在10吨以上。
3.按照权利要求1所述的整体式铰链梁锻造成形方法，其特征在于，锻造时终锻温度不低于900℃。
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