CN105170853B - 超大型空心盘形锻件的整锻成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型空心盘形锻件的整锻成形方法，包括如下步骤：钢锭镦粗、拔长下料—坯料镦粗、冲孔—马杠扩孔—平砧旋压扩孔，最终成形时将圆环形坯料(1)放置在回转台(3)上，并采用平砧(2)沿圆环形坯料径向排砧旋压使金属主要沿圆周方向流动，保证坯料在高度减小的同时，内外径同步增大，最终实现了超大型空心盘形锻件的扩孔成形，本发明首创的通过采用平砧对空心件径向排砧旋压从而实现空心件扩孔成形的方法，解决了超大型空心盘形锻件无法整体锻造的难题，使锻件的金属流线保持完整，避免了拼焊结构带来的质量隐患，提高了锻件的整体性能。

Description

超大型空心盘形锻件的整锻成形方法

技术领域

本发明涉及到金属的锻造加工领域，具体涉及一种超大型空心盘形锻件的整锻成形方法。

背景技术

随着国民经济和科学技术的不断发展进步，矿山、隧道工程等领域的机械设备逐渐向大型化、重型化发展，作为设备中的关键零部件，承受交变载荷的超大型空心盘形锻件的应用也越来越广泛。

盾构机刀盘的支撑法兰环的主要作用是将刀盘与主驱动连接起来，驱动刀盘的旋转，刀盘在工作中既承受动力部分传递来的推力和扭矩，又承担着前方土壤或岩石的冲击，其使用寿命和工作质量直接影响着隧道挖掘施工进度和隧道工程质量，因此，支撑法兰环需采用机械性能更好的锻件来生产。

超大型盾构机用刀盘支撑法兰环锻件外径可达到8米以上，内径在5米以上，高度只有300mm左右，重量约100吨。该类锻件壁厚与高度的比值可以达到4.5甚至更高，属于典型的超大型空心盘形锻件。超大型空心盘形锻件由于尺寸和重量的限制，无法通过模锻或者轧环机扩孔的方法来制造，而只能采用自由锻造的方法来成形。同时，此类锻件内外径尺寸均较大，且高度太低，亦无法像普通环圈类自由锻件一样通过常规的马杠扩孔的方式来最终成形。

因此，针对此类超大型空心盘形锻件，目前传统的成形方法往往是采用分段锻造，即先根据锻件的截面尺寸，预制多件矩形截面轴，弯曲成扇形后拼焊成整环，采用该成形方法弯曲时预制矩形截面坯料与弯曲模接触部分变形大，而坯料厚壁中部基本不发生变形，因此同样存在难以弯曲成形的问题，此外，增加的焊接工序由于工艺本身所限，不可避免地会带来残余应力和焊接缺陷，在交变应力作用下很容易产生断裂，影响设备的寿命并对施工安全带来潜在隐患。

发明内容

本发明为锻件壁厚与高度的比值B/H≥1的空心盘形锻件提供了一种全新的锻造方法，尤其适用于超大型空心盘形锻件。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案为：

超大型空心盘形锻件的整锻成形方法，包括以下步骤：

(1)、将钢锭镦粗、拔长，使钢锭心部充分锻透，切除钢锭两头余料，制成圆柱状坯料，备用；

其中，镦粗比为2～2.5，拔长比为2～8，圆柱状坯料的高径比为1.8～2.1；

(2)、取步骤(1)的圆柱状坯料加热到1150～1250℃后，进行镦粗、冲孔工序，应保证(D₁-d₁)/H₁＜4.0。其中D₁为下料镦粗后的坯料直径，d₁为冲孔直径，H₁为坯料高度，形成圆环形坯料备用；

(3)、采用马杠、马架对步骤2中的圆环形坯料进行冲孔，再对冲孔后的圆环形坯料进行扩孔至坯料壁厚B₁与锻件壁厚B的比值为B₁/B=0.3～1，扩孔后平整端面；

(4)、将扩孔后的坯料平放在回转台上，采用砧宽W₀与坯料壁厚B₁的比值 W₀/B₁≤1.2的平砧沿圆环形坯料径向排砧进行旋压，每压下一次后通过回转台使圆环形坯料均匀转动10～25°，保证每道次的进砧量W与该道次压下前圆环形坯料壁厚B₂的比值W/B₂=0.3～0.8为宜，然后平砧再次压下，每道次压下量在12%-18%之间，如此循环至圆环形坯料尺寸达到锻件工艺要求。

本发明中采用对空心件进行旋压的工艺实现了超大型空心盘形锻件的扩孔成形，在控制进砧量的前提下，采用砧宽W₀与坯料壁厚B₁的比值 W₀/B₁≤1.2的平砧沿空心坯料径向排砧旋压可以使金属主要沿圆周方向流动，实为沿圆周方向的拔长，这样在坯料高度减小的同时，实现了内外径的同步增大，最终保证了锻件外观尺寸满足工艺要求。

有益效果：本发明通过在超大型空心盘形锻件成形阶段采用平砧径向排砧旋压扩孔的锻造方法，将超大型空心盘形锻件以整体成形的方式锻造而成，使锻件的金属流线保持完整，避免了拼焊结构带来的质量隐患，提高了锻件的整体性能。

附图说明：

图1为超大型空心盘形锻件传统成形方法的示意图；

图2为本发明平砧径向旋压锻造的示意图；

图中标记：1、圆环形坯料；2、平砧；3、回转台。

具体实施方式：

通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切变化和改进，本发明并不局限于下面的实施例；

一种超大型空心盘形锻件的整锻成形方法，包括以下步骤：

(1)、将钢锭镦粗、拔长，使钢锭心部充分锻透，切除钢锭两头余料，制成圆柱状坯料，备用，其中，镦粗比为2.3，拔长比为3，圆柱状坯料的高径比为2.0；

(2)、取步骤(1)的圆柱状坯料加热到1200℃后，进行镦粗、冲孔工序，直到(D₁-d₁)/H₁=3.1为止，其中D₁为下料镦粗后的坯料直径，d₁为冲孔直径，H₁为坯料高度，形成圆环形坯料备用；

(3)、采用马杠、马架对冲孔后的圆环形坯料进行扩孔至坯料壁厚B₁与锻件壁厚B的比值为B₁/B=0.5，扩孔后平整端面；

(4)、将扩孔后的坯料平放在回转台上采用砧宽W₀与坯料壁厚B₁的比值W₀/B₁=0.8的平砧沿圆环形坯料径向排砧进行旋压，使金属主要沿圆周方向流动，保证坯料在高度减小的同时，内外径同步增大；每压下一道次后通过回转台使圆环形坯料转动18°，平砧再次压下，如此循环至圆环形坯料尺寸达到锻件工艺要求。旋压成形过程控制每道次的进砧量W与该道次压下前圆环形坯料壁厚B₂的比值W/B₂=0.6之间，每道次压下量在15%。

Claims (2)

1.超大型空心盘形锻件的整锻成形方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、将钢锭镦粗、拔长，使钢锭心部充分锻透，切除钢锭两头余料，制成圆柱状坯料，备用，其中，镦粗比为2～2.5，拔长比为2～8，圆柱状坯料的高径比为1.5～2.1；

(2)、取步骤(1)的圆柱状坯料加热到1150~1250℃后，进行镦粗、冲孔工序，应保证(D₁-d₁)/H₁＜4.0；其中D₁为下料镦粗后的坯料直径，d₁为冲孔直径，H₁为坯料高度，形成圆环形坯料备用；

(3)、采用马杠、马架对步骤（2）中冲孔后的圆环形坯料进行扩孔至坯料壁厚B₁与锻件壁厚B的比值B₁/B=0.3~1.0，扩孔后平整端面；

(4)、将扩孔后的坯料平放在回转台上，采用砧宽W₀与坯料壁厚B₁的比值 W₀/B₁≤1.2的平砧沿圆环形坯料径向排砧进行旋压，每压下一次后通过回转台使圆环形坯料均匀转动10°~25°，保证每道次的进砧量W与该道次压下前圆环形坯料壁厚B₂的比值W/B₂=0.3~0.8为宜，然后平砧再次压下，每道次压下量在12%~18%之间为宜，如此循环至圆环形坯料尺寸达到锻件工艺要求。

2.根据权利要求1所述的超大型空心盘形锻件的整锻成形方法， 其特征在于，在步骤(1)到步骤(4)的过程中，同时对坯料进行加热保持其温度在1050～1250℃。