CN105312367B - 高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法 - Google Patents
高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，包括：步骤S1：对高强度钢薄壁环形锻件进行测量，记录产生的椭圆度大小；步骤S2：根据测量参数，制定矫形尺寸，并获取内径的最小尺寸处的扩径量；步骤S3：选用矫形装置；步骤S4：制定加热温度参数；步骤S5：进行加热；步骤S6：将加热至第一预设温度的高强度钢薄壁环形锻件出炉，并将矫形装置置入环形锻件内径处；步骤S7：在空气中冷却；步骤S8：快速加热至第二预设温度出炉。本发明不仅使已经变形的高强度钢薄壁环形锻件内外径尺寸得到矫正、修复，满足后续机械加工余量的需求，而且产品矫正尺寸可实现精确控制，矫形方案简便、易于操作，同时矫形装置成本低廉、推广性强。
Description
技术领域
本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法。
背景技术
目前，高强度钢薄壁环形锻件的生产主要采用以下两种工艺方法：(1)在大型自由锻压机上马杠扩孔成型法，所述方法的工艺路线及方法为：钢锭(或连铸坯、锻坯)加热→自由锻压机下料→压机上坯料镦粗冲孔→压机上马杠扩孔修整成型，其依然为大型环形锻件生产的主要方法；(2)环形件轧机轧制扩孔成型法，简称轧制扩孔成型法，所述方法的工艺路线及方法为：钢锭(或连铸坯、锻坯)加热→自由锻压机下料→对坯料镦粗冲孔→扎环机上轧制扩孔成型，其在国内得到了长足的发展。
对于高强度钢薄壁环形锻件极易出现的主要问题是：由于产品壁厚较小，对冷却系数敏感度高，在加热及冷却的不均匀条件下，经热处理后变形，变形的方式往往是内外圆出现椭圆现象。明显地，所述变形势必导致产品在某些方向上无切削余量，而在另外的一些方向上则切削余量过大。
现有的矫形技术方法是用压机采用点压的方法矫形，即在尺寸变大的方向上施压。但是，实践证明，利用压机对高强度钢薄壁环形锻件矫形困难较大，所述矫形方法产生的主要问题如下：如果压机所施加的压力小，则会产生回弹，施压后又回到原来的尺寸和形状，矫形没有效果；如果所施加的压力大，则会发生局部畸变，造成产品报废。其原因主要是：材料的弹性极限高，壁厚薄，施力的大小难以控制。
故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法。
发明内容
本发明是针对现有技术中，传统的高强度钢薄壁环形锻件之矫形，如果压机所施加的压力小，则会产生回弹，施压后又回到原来的尺寸和形状，矫形没有效果；如果所施加的压力大，则会发生局部畸变，造成产品报废等缺陷提供一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置。
本发明之又一目的是针对现有技术中，传统的高强度钢薄壁环形锻件之矫形，如果压机所施加的压力小，则会产生回弹，施压后又回到原来的尺寸和形状，矫形没有效果；如果所施加的压力大，则会发生局部畸变，造成产品报废等缺陷提供一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法。
为实现本发明之目的，本发明提供一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置，所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置，包括：中心环本体，以及间隔设置在所述中心环本体之外侧的垫块。
可选地，所述垫块通过点焊固定设置在所述中心环本体之外侧。
可选地，所述垫块之大小和数量根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的尺寸大小和变形程度确定。
为实现本发明之又一目的，本发明提供一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的方法，所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，包括：
执行步骤S1：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进行测量，记录产生的椭圆度大小；
执行步骤S2：根据测量之参数，制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件所需要的矫形尺寸，并根据所述矫形尺寸获取内径的最小尺寸处需要扩大的变形量，简称扩径量；
执行步骤S3：根据需要矫形的尺寸选用相应的高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置；
执行步骤S4：制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的加热温度参数；
执行步骤S5：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进行加热；
执行步骤S6：将已加热至第一预设温度的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件出炉，并在高温下将所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置置入已产生膨胀量的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的内径处；
执行步骤S7：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件在空气中冷却；
执行步骤S8：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进炉快速加热至第二预设温度出炉。
可选地，所述椭圆度大小为内径的最小尺寸和内径的最大尺寸。
可选地，所述测量之参数为待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的尺寸变形参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的最终加工尺寸参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的内外径加工余量参数。
可选地，所述加热温度参数根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的材料化学成分、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的加热线膨胀系数，以及需要的加热线膨胀量进行确定。
可选地，所述需要的加热线膨胀量必须大于扩径量。
综上所述，利用本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的方法，不仅使已经变形的高强度钢薄壁环形锻件内外径尺寸得到矫正、修复，满足后续机械加工余量的需求，而且产品矫正尺寸可实现精确控制，矫形方案简便、易于操作，同时矫形装置成本低廉、推广性强。
附图说明
图1(a)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的截面图；
图1(b)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的俯视图；
图2(a)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的阶段性截面图；
图2(b)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的阶段性俯视图；
图3所示为利用本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的流程图；
图4所示为热处理后待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的椭圆变形示意图；
图5(a)所示为高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置之截面图；
图5(b)所示为高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置之俯视图。
具体实施方式
为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
目前，高强度钢薄壁环形锻件的生产主要采用以下两种工艺方法：(1)在大型自由锻压机上马杠扩孔成型法，所述方法的工艺路线及方法为：钢锭(或连铸坯、锻坯)加热→自由锻压机下料→压机上坯料镦粗冲孔→压机上马杠扩孔修整成型，其依然为大型环形锻件生产的主要方法；(2)环形件轧机轧制扩孔成型法，简称轧制扩孔成型法，所述方法的工艺路线及方法为：钢锭(或连铸坯、锻坯)加热→自由锻压机下料→对坯料镦粗冲孔→扎环机上轧制扩孔成型，其在国内得到了长足的发展。
对于高强度钢薄壁环形锻件极易出现的主要问题是：由于产品壁厚较小，对冷却系数敏感度高，在加热及冷却的不均匀条件下，经热处理后变形，变形的方式往往是内外圆出现椭圆现象。明显地，所述变形势必导致产品在某些方向上无切削余量，而在另外的一些方向上则切削余量过大。
现有的矫形技术方法是用压机采用点压的方法矫形，即在尺寸变大的方向上施压。但是，实践证明，利用压机对高强度钢薄壁环形锻件矫形困难较大，所述矫形方法产生的主要问题如下：如果压机所施加的压力小，则会产生回弹，施压后又回到原来的尺寸和形状，矫形没有效果；如果所施加的压力大，则会发生局部畸变，造成产品报废。其原因主要是：材料的弹性极限高，壁厚薄，施力的大小难以控制。
请参阅图1(a)～图1(b)，图1(a)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的截面图。图1(b)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的俯视图。所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1，包括：中心环本体11，以及间隔设置在所述中心环本体11之外侧的垫块12。作为具体实施方式，非限制性地，例如所述垫块12通过点焊13固定设置在所述中心环本体11之外侧。
请参阅图2(a)～图2(b)、图3，图2(a)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的阶段性截面图。图2(b)所示为本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的阶段性俯视图。图3所示为利用本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的流程图。所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的方法，包括：
执行步骤S1：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2进行测量，记录产生的椭圆度大小；其中，所述椭圆度大小包括但不限于内径的最小尺寸和内径的最大尺寸。
执行步骤S2：根据测量之参数，制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2所需要的矫形尺寸，并根据所述矫形尺寸获取内径的最小尺寸处需要扩大的变形量，简称扩径量；其中测量之参数包括但不限于待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的尺寸变形参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的最终加工尺寸参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的内外径加工余量参数。
执行步骤S3：根据需要矫形的尺寸选用相应的高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1；所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1，包括：中心环本体11，以及间隔设置在所述中心环本体11之外侧的垫块12，且所述垫块12之大小和数量根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的尺寸大小和变形程度确定。
执行步骤S4：制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的加热温度参数；所述加热温度参数根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的材料化学成分、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的加热线膨胀系数，以及需要的加热线膨胀量进行确定。明显地，所述需要的加热线膨胀量必须大于扩径量。
执行步骤S5：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2进行加热；加热的目的是使待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2随着温度的上升产生尺寸膨胀，得到需要的膨胀量。
执行步骤S6：将已加热至第一预设温度的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2出炉，并在高温下将所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1置入已产生膨胀量的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的内径处；
执行步骤S7：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2在空气中冷却；冷却的目的是使待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2随着温度降低逐步收缩，当待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的内径与高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1抱紧后继续冷却时，所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1会施加于待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2变形力，冷却至室温，待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2尺寸得以矫正修复。
执行步骤S8：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2进炉快速加热至第二预设温度出炉；快速加热的目的是使高强度钢薄壁环形锻件2之内径随温度产生膨胀，其膨胀量大于高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1之外径线膨胀量，已抱紧的高强度钢薄壁环形锻件2与高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1分离。
在本发明中，所述加热线膨胀量的计算公式如下：
ΔL＝L0αΔT
式中，ΔL表示温度变化ΔT下高强度钢薄壁环形锻件2长度尺寸的改变；
L0高强度钢薄壁环形锻件2初始长度尺寸；
α表示材料的线膨胀系数；
ΔT表示温度变化。
为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方案进行阐述。在具体实施方式中，所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2，以及高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置1的具体尺寸、大小等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。便于简便描述，在具体实施方式中，相同的元器件采用相同的数字编号。
作为具体的实施方式，例如所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2为导弹一级发动机壳体锻件。作为待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的导弹一级发动机壳体，具有以下特点：(1)直径大，壁厚小，刚性差。环件尺寸为：外径φ＝2120，内径φ＝2000，高度H＝700；(2)材料为超高强度钢。
请参阅图4，图4所示为经热处理后待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的椭圆变形示意图。经热处理后所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2所产生的变形测量：经热处理后产生了椭圆变形，即在某一方向上内外圆尺寸变大，而在另一方向上内外圆尺寸变小。经对批量产品进行测量，变形尺寸D-D1＝10～25。
请参阅图5(a)～5(b)，图5(a)所示为高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置之截面图。图5(b)所示为高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置之俯视图。所述高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置1之外径D＝2000，高度H＝800。
又，作为本领域技术人员，容易知晓地，所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2之材料线膨胀系数为α＝1.5×10-5。故，按照加热线膨胀量计算公式计算得出：加热温度1000℃时，所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2的膨胀量为30，制定第一预设温度之加热工艺温度为1000℃。
将所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2进入台车加热炉加热，并在加热到第一预设温度后出炉，将所述高强度钢薄壁环形锻件的矫形装置1置入所述待矫形之高强度钢薄壁环形锻件2内孔，空冷至室温，再次进炉快速加热至第二预设温度200℃，出炉，取出高强度钢薄壁环形锻件2，矫形合格。
综上所述，利用本发明高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置进行矫形的方法，不仅使已经变形的高强度钢薄壁环形锻件内外径尺寸得到矫正、修复，满足后续机械加工余量的需求，而且产品矫正尺寸可实现精确控制，矫形方案简便、易于操作，同时矫形装置成本低廉、推广性强。
本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。
Claims (5)
1.一种高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，其特征在于，所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，包括：
执行步骤S1：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进行测量，记录产生的椭圆度大小；
执行步骤S2：根据测量之参数，制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件所需要的矫形尺寸，并根据所述矫形尺寸获取内径的最小尺寸处需要扩大的变形量，简称扩径量；
执行步骤S3：根据需要矫形的尺寸选用相应的高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置，所述高强度钢薄壁环形锻件，包括：中心环本体，以及间隔设置在所述中心环本体之外侧的垫块，所述垫块通过点焊固定设置在所述中心环本体之外侧，所述垫块之大小和数量根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的尺寸大小和变形程度确定；
执行步骤S4：制定待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的加热温度参数；
执行步骤S5：对待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进行加热；
执行步骤S6：将已加热至第一预设温度的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件出炉，并在高温下将所述高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置置入已产生膨胀量的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的内径处；
执行步骤S7：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件在空气中冷却；
执行步骤S8：将容置高强度钢薄壁环形锻件之矫形装置的待矫形之高强度钢薄壁环形锻件进炉快速加热至第二预设温度出炉。
2.如权利要求1所述的高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，其特征在于，所述椭圆度大小为内径的最小尺寸和内径的最大尺寸。
3.如权利要求1所述的高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，其特征在于，所述测量之参数为待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的尺寸变形参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的最终加工尺寸参数、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的内外径加工余量参数。
4.如权利要求1所述的高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，其特征在于，所述加热温度参数根据待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的材料化学成分、待矫形之高强度钢薄壁环形锻件的加热线膨胀系数，以及需要的加热线膨胀量进行确定。
5.如权利要求4所述的高强度钢薄壁环形锻件之矫形方法，其特征在于，所述需要的加热线膨胀量必须大于扩径量。
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