CN105149869A - 内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺 - Google Patents

内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺 Download PDF

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Abstract

内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，先对用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的合金棒料进行预热，再对合金棒料进行楔横轧得到楔横轧畸变态坯料；随后对该楔横轧畸变态坯料进行二次加热以获得具有一定固相组分的高压共轨管半固态坯料；最后对该高压共轨管半固态坯料进行半固态模锻以获得高压共轨管成形件，本发明具有较低的成形压力，并且制件质量好、材料利用率高。

Description

内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺
技术领域
本发明涉及内燃机用高压共轨管制造技术领域，尤其是涉及内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺。
背景技术
20世纪70年代初，美国MIT的博士生D.B.Spencer等研究人员在自制的高温粘度集中测量Sn-15％Pb合金高温粘度时，发现了金属在凝固过程中的特殊力学行为，即半固态加工特性。所谓半固态加工就是对从液态向固态转变的金属进行强烈的搅拌，使其枝晶破碎，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料，并具有一定的流动性，然后成形的工艺技术。这是一种介于液态成形(铸造)与股态成形(压力加工)之间的新工艺。
高压共轨管是柴油机高压共轨燃油喷射技术中的核心部件之一，起着存贮高压油泵提供的高压燃油并将高压燃油分配到各喷油器的作用，可抑制高压泵供油和喷油而产生的压力波动。共轨管的质量直接影响直喷柴油机动力性能、燃油经济性和排放性能的好坏。随着我国排放法规日趋严格，提高共轨管的制造工艺水平将会变得越来越重要。
截至目前，高压共轨管的结构件材料以0Cr18Ni9和1Cr18Ni9Ti不锈钢为主，其制造工艺主要包括：(1)铸造成形，采用铸造的方法成形的高压共轨管晶粒粗大，组织分布不均，容易出现气孔、缩松的缺陷，从而造成高压共轨管力学性能差、强度不高。(2)锻造成形，该方法成形件强度高，组织致密，力学性能较好，但加工时存在设计余量比较大、所需的锻造成形力大、能耗大的缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，具有较低的成形压力，并且制件质量好、材料利用率高。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料1先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料2，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料1，再将合金棒料1进行电感应加热，温度范围为1000～1200℃，然后把加热后的合金棒料1放入辊式楔横轧机中，利用两个带楔形模具的轧辊6以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料1旋转，合金棒料1在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，再将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料2；
第二步：二次加热，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料2放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度在1400～1415℃的半固态温度区间范围内，保温时间为10～30min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料3；
第三步：半固态整体模锻成形，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料3装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模5内，进行模锻成形，成形速度为20～50mm/s，模腔压力为100～140MPa，成形出高压共轨管成形件4。
相对于现有技术，本发明将楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺用于制备内燃机用高压共轨管具有以下优点：
1.与传统通过锻造工艺制造高压共轨管相比，本发明为整体成形，金属流线性好，材料利用率高。此外，本发明对高压共轨管的半固态模锻工艺成形压力小，大约为普通模锻成形压力的1/4～1/10。
2.与传统铸造工艺制造高压共轨管相比，本发明减少了疏松、气孔等缺陷，而且制造质量要远远高于铸造.同时由于制坯和成形分离，专业化程度高，容易实现全过程智能控制，减少了“铸造”对环境的污染，实现绿色生产。
3.本发明利用楔横轧式应变诱发法制备的高压共轨管具有微观组织晶粒细小，分布均匀，产品力学性能好的特点。
4.本发明采用楔横轧工艺获得高压共轨管半固态坯料具有产品精度高、质量好、节省原材料、生产效率高、近净成形的优点。
附图说明
图1是本发明从圆柱形合金棒料1到高压共轨管成形件4的工艺流程图。
图2是本发明用于生产高压共轨管的不锈钢合金棒料1三维示意图。
图3是本发明对圆柱形合金棒料1进行楔横轧以获得楔横轧畸变态坯料2的原理示意图。
图4是本发明中楔横轧畸变态坯料2的三维示意图。
图5是本发明中高压共轨管半固态坯料3的三维示意图。
图6是本发明对高压共轨管半固态坯料3进行半固态模锻以成形出高压共轨管成形件4的原理示意图。
图7是本发明中高压共轨管成形件4的二维示意图，图7-1是主视图，图7-2是俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做详细描述。
实施例1
参照图1，内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：参照图2、图3，将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料1先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料2，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料1，再将合金棒料1进行电感应加热，温度为1000℃，然后把加热后的合金棒料1放入辊式楔横轧机中利用两个带楔形模具的轧辊6以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料1旋转，合金棒料1在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，再将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料2，如图4所示；
第二步：二次加热，参照图5，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料2放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1400℃，保温10min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料3；
第三步：半固态整体模锻成形，参照图6、图7，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料3装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模5内，进行模锻成形，成形速度为20mm/s，模腔压力为100MPa，成形出高压共轨管成形件4。
经对高压共轨管成形件4的强度进行测量，得到其屈服强度为242MPa，而模锻成形压力100MPa，约为普通模锻的1/10,均达到了预期的工艺要求。
实施例2
参照图1，内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：参照图2、图3，将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料1先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料2，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料1，再将合金棒料1进行电感应加热，温度为1100℃，然后把加热后的合金棒料1放入辊式楔横轧机中利用两个带楔形模具的轧辊6以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料1旋转，合金棒料1在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，再将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料2，如图4所示；
第二步：二次加热，参照图5，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料2放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1410℃，保温20min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料3；
第三步：半固态整体模锻成形，参照图6、图7，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料3装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模5内，进行模锻成形，成形速度为40mm/s，模腔压力为120MPa，成形出高压共轨管成形件4。
经对高压共轨管成形件4的强度进行测量，得到其屈服强度为244MPa，而模锻成形压力120MPa，约为普通模锻的1/8,均达到了预期的工艺要求。
实施例3
参照图1，内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：参照图2、图3，将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料1先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料2，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料1，再将合金棒料1进行电感应加热，温度为1200℃，然后把加热后的合金棒料1放入辊式楔横轧机中利用两个带楔形模具的轧辊6以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料1旋转，合金棒料1在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料2，如图4所示；
第二步：二次加热，参照图5，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料2放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1415℃，保温30min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料3；
第三步：半固态整体模锻成形，参照图6、图7，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料3装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模5内，进行模锻成形，成形速度为50mm/s，模腔压力为140MPa，成形出高压共轨管成形件4。
经对高压共轨管成形件4的强度进行测量，得到其屈服强度为256MPa，而模锻成形压力140MPa，约为普通模锻的1/7,均达到了预期的工艺要求。

Claims (4)

1.内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料(1)先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料(2)，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料(1)，再将合金棒料(1)进行电感应加热，温度范围为1000～1200℃，然后把加热后的合金棒料(1)放入辊式楔横轧机中，利用两个带楔形模具的轧辊(6)以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料(1)旋转，合金棒料(1)在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，再将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料(2)；
第二步：二次加热，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料(2)放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度在1400～1415℃的半固态温度区间范围内，保温时间为10～30min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料(3)；
第三步：半固态整体模锻成形，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料(3)装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模(5)内，进行模锻成形，成形速度为20～50mm/s，模腔压力为100～140MPa，成形出高压共轨管成形件(4)。
2.根据权利要求1所述的内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料(1)先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料(2)，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料(1)，再将合金棒料(1)进行电感应加热，温度为1000℃，然后把加热后的合金棒料(1)放入辊式楔横轧机中，利用两个带楔形模具的轧辊(6)以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料(1)旋转，合金棒料(1)在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料(2)；
第二步：二次加热，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料(2)放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1400℃，保温10min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料(3)；
第三步：半固态整体模锻成形，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料(3)装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模(5)内，进行模锻成形，成形速度为20mm/s，模腔压力为100MPa，成形出高压共轨管成形件(4)。
3.根据权利要求1所述的内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料(1)先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料(2)，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料(1)，再将合金棒料(1)进行电感应加热，温度为1100℃，然后把加热后的合金棒料(1)放入辊式楔横轧机中利用两个带楔形模具的轧辊(6)以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料(1)旋转，合金棒料(1)在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，再将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料(2)；
第二步：二次加热，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料(2)放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1410℃，保温20min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料(3)；
第三步：半固态整体模锻成形，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料(3)装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模(5)内，进行模锻成形，成形速度为40mm/s，模腔压力为120MPa，成形出高压共轨管成形件(4)。
4.根据权利要求1所述的内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：棒料楔横轧：将准备用于成形高压共轨管的0Cr18Ni9不锈钢材质的圆柱形的合金棒料(1)先进行预热，利用楔横轧工艺获得楔横轧畸变态坯料(2)，具体为：利用剪切机锯切得到合金棒料(1)，再将合金棒料(1)进行电感应加热，温度为1200℃，然后把加热后的合金棒料(1)放入辊式楔横轧机中，利用两个带楔形模具的轧辊(6)以相同的方向旋转并带动圆形轧件合金棒料(1)旋转，合金棒料(1)在楔形的作用下经过径向压缩和轴向延伸，楔形凸起在合金棒料上压出一个环形槽，楔块侧面使环形槽扩宽，将成形后的工件外形进行整形，使其表面光整，获得楔横轧畸变态坯料(2)；
第二步：二次加热，将第一步中得到的楔横轧畸变态坯料(2)放入高温箱形电阻加热炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度达到1415℃，保温30min，获得具有均匀、细小、球状微观非枝晶组织的高压共轨管半固态坯料(3)；
第三步：半固态整体模锻成形，将第二步得到的加热均匀的高压共轨管半固态坯料(3)装入到用于半固态模锻成形的模锻机下模(5)内，进行模锻成形，成形速度为50mm/s，模腔压力为140MPa，成形出高压共轨管成形件(4)。
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