CN104624879B - 轴承钢厚壁环锻件的轧制成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轴承钢厚壁环锻件的轧制成形方法,其步骤为:先将中间坯设计成靠近内壁处具有凸台的异形环坯;再根据等体积原则计算出异形环坯的各个尺寸;根据异形环坯的形状及尺寸设计专用模具;再将轴承钢棒材加热到变形温度后,经镦粗、冲孔、预轧,并在专用模具的作用下制备成异形环坯;将该异形环坯重新加热至变形温度,并配合合适的轧制参数,将异形环坯轧制成厚壁环锻件。该方法,能够有效地解决厚壁环锻件轧制过程中出现的凹槽、折叠等缺陷,提高厚壁环锻件的轧制质量。该方法用于厚壁环锻件的轧制成形。

Description

轴承钢厚壁环锻件的轧制成形方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种环形锻件的乳制成形方法,特别是涉及了轴承钢厚壁环锻件的乳 制成形方法。
背景技术
[0002] 环件的乳制成形是指在主辊和芯辊乳制力的作用下,壁厚减小,内外径增大的塑 性成形方式。这种成形方式在生产厚壁环锻件时,靠近环件内壁和外壁的金属材料的流动 速度要高于中间部位金属材料的流动速度,而且壁厚越大,两者之间的差异也越大,如果采 用矩形环坯乳制成形时,会导致成形后的厚壁环锻件的上端面出现凹槽,即靠近外壁部分 和靠近内壁部分的高度要大于中间部分的高度。
[0003] 目前,这类环件缺陷的解决方法通常有两种:一是放大锻件高度方向尺寸,然后机 加车除端面凹槽或者折叠的方法;二是加大锥辊的下压速度,防止靠近内壁和外壁两侧的 高度增长过快。第一种方法会破坏锻件端面的金属流线,降低环件的强度,而且浪费材料。 第二种方法虽然内壁和外壁两侧的高度增长得到了抑制,却也容易使过量的金属材料流向 内壁和外壁两侧上端,并在此处积压形成折叠;而且如果锥辊的下压速度过快,还会使锻件 端面出现严重的温升现象,严重影响锻件质量。
发明内容
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种采用靠近内壁处具有凸台的异形环坯成形 为厚壁环锻件的方法,该方法能够避免锻件端面出现凹槽或折叠等缺陷,并且提高环件的 性能和材料利用率。
[0005] 为解决上述技术问题,本发明所述轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,其技术方 案包括以下步骤:
[0006] 把按规格下料的轴承钢棒材在锻造加热炉内加热到1120°C~1220 °C的变形温度, 镦粗、冲孔、预乳成矩形环坯;
[0007] 把矩形环坯放在压力机的砧板上,再将专用模具均匀放在矩形环坯上,以F = 380KN~3500KN的下压力驱动压锤向下移动,并将矩形环坯压成所需异形环坯,其中,异形 环坯的外壁高度^小于厚壁环锻件的高度h,异形环坯的内壁高度出要大于厚壁环锻件的高 度h;异形环还的凸台上端面厚度d2是异形环还总厚度di的0.25~0.35倍,下端面厚度d3要 大于或等于〇. 4倍异形环坯的总厚度cU;
[0008] 将异形环坯重新加热到1120 °C~1220 °C的变形温度后装入环乳机,设定主辊转速 为1. Orad/s、锥辑转速为0.9rad/s,当异形环还被咬入进行乳制后,控制径向乳制力为 280KN~2600KN、轴向乳制力为200KN~2400KN,分别驱动主辊以vi = 2.00mm/s~4.00mm/s 径向进给速度、锥辑以V2 = 1.1 〇mm/s~2.20mm/s的轴向进给速度进行乳制成形;
[0009] 所述主辊的径向进给速度V1和锥辊的轴向进给速度^满足关系如下:
Figure CN104624879BD00041
[0011 ]式中:di异形环还的总厚度、h2为异开$环还内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h厚 壁环锻件的高度;
[0012] 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件所需尺寸;控制锥辊不 再向下作进给运动,调整径向进给速度为〇.40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形,最终 成形为矩形的厚壁环锻件。
[0013] 所述专用模具的上、下两端分别设计了形状相同、尺寸不同的两个模具型腔。
[0014] 所述轴承钢为G20Cr2Ni4合金。
[0015] 与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
[0016] 本发明所述轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,通过采用靠近内壁处具有凸台的 异形环坯成形为厚壁环锻件,该异形环坯的优点在于,终乳成形的时候,异形环坯外壁的上 端是一个放空状态,不受外力作用,在乳制力的作用下,金属材料除了部分金属材料会沿切 线方向流动,使环件的内径、外径增大,壁厚减小外,还有一部分金属材料会沿轴向和径向 流动,填充异形部分的空腔,而不会在内壁和外壁两侧上端处积压形成折叠。而且经计算, 该异形环坯乳制成厚壁环锻件,其变形量为30 %~50 %,能够满足变形量要求。
[0017] 本方法采用主辑以vi = 2 .OOmm/s~4 .OOmm/s径向进给速度、锥辑以V2 = 1 • 10mm/s ~2.20mm/s的轴向进给速度的进给方式,使他们满足公式
Figure CN104624879BD00042
_,_保证当外径尺寸达 到要求尺寸时,异形部分刚好被填充完整,避免了径向进给速度和轴向进给速度不匹配而 形成的缺陷,如径向进给速度过快导致异形部分填充不满等缺陷,或者轴向进给速度过快 而导致出现折叠或凹槽等缺陷。而且主辑的径向进给速度为vi = 2.00mm/s~4.00mm/s、锥 车昆轴向进给速度为V2=l. 10mm/s~2.20mm/s不会造成温升现象。
[0018]以牌号为G20Cr2Ni4的轴承钢厚壁环锻件为例:
[0019] 经检测该合金厚壁环锻件无凹槽、折叠等表面缺陷。
[0020] 经检测该合金厚壁环锻件的室温拉伸性能,其抗拉强度为l〇75MPa(大于设计使用 要求的1058.4MPa),断后伸长率为6% (大于设计使用要求的5%)。
[0021] 经检测该合金厚壁环锻件的高温拉伸持久试验的检测结果也均符合技术条件要 求。
[0022]上述理化检测结果表明,采用改进后的中间坯乳制成形的G20Cr2Ni4厚壁环锻件 各项性能指标均符合要求,解决了端面凹坑、折叠等缺陷,并且其力学性能和组织性能达到 了厚壁环件的使用要求。
附图说明
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0024]图1是中间坯压型过程示意图。
[0025]图2是中间坯的结构示意图。
[0026]图3是专用模具的结构示意图。
[0027]图4是乳制过程中中间坯的截面变化示意图。
[0028] 图5是厚壁环锻件结构示意图。
具体实施方式
[0029] 实施本发明所述的轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法需要提供锻造加热炉、压力 机、乳环机、机械手等设备。下面以我国材料牌号为G20Cr2Ni4的轴承钢为例来详细说明该 方法的具体实施方式:
[0030] 该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为:含C量0.17%~0.23%、含Mn量 0.30%~0.60%、含Si量0• 15%~0.40%、含S量 < 0.030%、含P量 < 0.030%、含Cr量 1.25%~1.75%、含Ni量3.25%~3.75%、含Cu量 <0.25、余量为Fe。
[0031]本方法的步骤如下:
[0032] 步骤1:制备中间坯
[0033]把按规格下料的G20Cr2Ni4合金棒材在锻造加热炉内加热到1120°C~1220°C的变 形温度,镦粗、冲孔、预乳成矩形环坯。
[0034]把矩形环坯放在压力机的砧板300上,再将专用模具200均匀放在矩形环坯上,如 图1所示,以F = 380KN~3500KN的下压力驱动压锤400向下移动,并将矩形环坯压成所需异 形环还100。
[0035]由于厚壁环锻件500的尺寸是已知的,根据等体积原则,可以将异形环坯100设计 成如图2所示结构,其中,异形环坯100的外壁高度匕小于厚壁环锻件500的高度h,异形环坯 100的内壁高度h2要大于厚壁环锻件500的高度h;异形环坯100的凸台上端面厚度d 2是异形 环还100总厚度di的0.25~0.35倍,下端面厚度d3要大于或等于0.4倍异形环还100的总厚度 di〇
[0036]图3为制备中间坯100的专用模具200结构示意图。专用模具200的上、下两端分别 设计了形状相同、尺寸不同的模具型腔201和202,用于乳制不同规格的厚壁环锻件。
[0037]步骤2:终乳成形
[0038] 将异形环坯100重新加热到1120 °C~1220 °C的变形温度后装入环乳机,设定主辊 转速为1. 〇rad/s、锥辑转速为0.9rad/s,当异形环还100被咬入进行乳制后,控制径向乳制 力为280KN~2600KN、轴向乳制力为200KN~2400KN,分别驱动主辊以vi = 2.00mm/s~ 4.00mm/s径向进给速度、锥辑以V2 = 1 • 10mm/s~2 • 20mm/s的轴向进给速度进行乳制成形, 其中,主辊的径向进给速度^和锥辊的轴向进给速度^满足关系如下:
Figure CN104624879BD00051
[0040]式中:di异形环还的总厚度、h2为异形环还内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h厚 壁环锻件的高度。
[0041] 在主辊和芯辊的配合下,异形环坯100如同处于一个半封闭式的型腔中,异形环坯 100靠近外壁处的上端面是一个放空状态,不受外力作用,在乳制过程中,异形环坯100在径 向乳制力以及施加在内壁处凸台上端的轴向乳制力的作用下,除了部分金属材料会沿切线 方向流动,使环件的内径、外径增大,壁厚减小外,还有一部分金属材料会沿轴向和径向流 动,填充异形部分的空腔,其填充过程如图4所示。
[0042] 步骤3:校圆、整形
[0043] 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件500所需尺寸;控制锥辊 不再向下作进给运动,调整径向进给速度为〇. 40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形,最 终成形为矩形的厚壁环锻件500,如图5所示。
[0044] 采用上述方法乳制成形的G20Cr2Ni4合金厚壁环锻件,其高厚比在0.5~1.2之间。

Claims (4)

1. 一种轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,其特征在于,包括以下步骤: 把按规格下料的轴承钢棒材在锻造加热炉内加热到1120 °C~1220 °C的变形温度,镦 粗、冲孔、预乳成矩形环坯; 把矩形环坯放在压力机的砧板上,再将专用模具均匀放在矩形环坯上,以F = 380KN~ 3500KN的下压力驱动压锤向下移动,并将矩形环坯压成所需异形环坯,其中,异形环坯的外 壁高度hi小于厚壁环锻件的高度h,异形环坯的内壁高度h 2要大于厚壁环锻件的高度h;异形 环坯的凸台上端面厚度办是异形环坯总厚度Cl1的0.25~0.35倍,下端面厚度d 3要大于或等 于0.4倍异形环还的总厚度di; 将异形环坯重新加热到1120°C~1220°C的变形温度后装入环乳机,设定主辊转速为 1.0抑(1/8、锥辑转速为0.9抑(1/8,当异形环还被咬入进行乳制后,控制径向乳制力为2801™ ~2600KN、轴向乳制力为200KN~2400KN,分别驱动主辊以vi = 2.00mm/s~4.00mm/s径向进 给速度、锥辑以V2 = I. I Omm/ s~2.20mm/ s的轴向进给速度进行乳制成形; 所述主辊的径向进给速度V1和锥辊的轴向进给速度^满足关系如下:
Figure CN104624879BC00021
式中:Cl1异形环坯的总厚度、h2为异形环坯内壁的高度、d为厚壁环锻件的厚度、h厚壁环 锻件的高度; 当异形部分的空腔被全部充满时,刚好达到了厚壁环锻件所需尺寸;控制锥辊不再向 下作进给运动,调整径向进给速度为0.40mm/s并逐步减小,对其进行校圆、整形,最终成形 为矩形的厚壁环锻件。
2. 根据权利要求1所述的轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,其特征在于,所述轴承钢 为 G20Cr2Ni4 合金。
3. 根据权利要求1或2所述的轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,其特征在于,所述专 用模具的上、下两端分别设计了形状相同、尺寸不同的两个模具型腔。
4. 根据权利要求1或2所述的轴承钢厚壁环锻件的乳制成形方法,其特征在于,所述厚 壁环锻件的高厚比在〇. 5~1.2之间。
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