CN105328086A - 大型环件局部连续加载成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明大型环件局部连续加载成形方法涉及机械加工成形领域,具体涉及大型环件局部连续加载成形方法,根据环件的不同制作相应的环件预制坯模具和环件模具;将毛坯和环件预制坯模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件预制坯进行成形;将环件预制坯和环件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件成形,对成形后的环件进行切边,热处理,机加工以获得最终环件。本发明对环件预制坯及环件成形过程中采用两种不同的进给量,以确保在环件预制坯和环件成形过程中避免出现金属成形不均匀,金属流线紊乱及金属组织差的现象出现,可有效提高工件的性能。

Description

大型环件局部连续加载成形方法
技术领域
本发明涉及机械加工成形领域,具体涉及大型环件局部连续加载成形方法。
背景技术
环件广泛应用于汽车、航空、航天领域。生产环件的方式,主要普通锻造(针对于直径较小的环件)、马架扩孔(针对于中大型环件)、半环拼焊、环形轧制。对于大尺寸环件,这几类成形的方式均存在一定的问题。例如:原西德曾对各种方法生产的环件费用进行比较。生产一个直径3500㎜、高110㎜的45号钢环件,用半环拼焊方法进行生产比环形轧制生产成本高26%;用马架扩孔法生产比轧制法高77%;用普通锻造生产比轧制法高160%。随着工业需求的不断挺高,环件使用尺寸越来越大,整体性也越来越强。使用材料也向难变形高强高韧高比强度的方向发展,其加工工艺技术及设备的提升是必然趋势。该类大尺寸环件加工过程中,预制坯及环件模具的设计大部分针对整体成形过程进行设计,金属材料体积分配较为依赖设备承载。而在局部连续加载省力成形领域,主要指的轴向闭式辗压的成形过程中,对于小尺寸环件的轴向闭式辗压过程中的成形过程中,可直接辗压成形,但对于大型环件辗压成形时,会造成大型环件产生折叠、充不满等现象。轴向闭式辗压过程中,一般整个过程采取线性方式进给,但针对于大尺寸环件,此类进给方式使得温度骤降出现金属成形不均匀、金属流线紊乱及金相组织极差的现象。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种有效防止金属成形步均匀,金属流线紊乱及金相组织差,且载荷低的大型环件局部连续加载成形方法。
本发明大型环件局部连续加载成形方法,包括以下步骤:
第一步,根据环件的不同制作相应的环件预制坯模具和环件模具;
第二步,对环件预制坯模具进行预热后,将毛坯和环件预制坯模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件预制坯进行成形,在环件预制坯成形过程中,毛坯的整体变形程度为毛坯高度方向上的50%-60%,当毛坯变形完成70%后,降低设备的进给量,至环件预制坯高度方向成形;
第三步,对环件模具进行预热,将环件预制坯和环件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件成形,在环件成形过程中预制坯的整体变形程度为预制坯高度方向上的20%-40%,当预制坯变形完成65%后,降低设备的进给量,至环件高度方向成形;
第四步,对成形后的环件进行切边,热处理,机加工以获得最终环件。
优选地,在第一步中采用有限元软件对环件预制坯或环件成形过程进行有限元数值分析,确定对应环件预制坯或环件的高径比、形状,根据所得出的数据对环件预制坯模具或环件模具成形。
优选地,在第二步和第三步中对预热后的环件预制坯模具和环件模具的模腔分别喷涂雾化水基石墨。
优选地,在第二步预制坯高度方向成形后,预制坯模具的上模停止进给,增大预制坯模具下模的角速度,对预制坯上表面修平;第三步中环件高度方向成形后,环件模具的上模停止进给,增大环件模具下模的角速度,对环件上表面修平。
优选地,在第二步中环件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.2-0.4rad/s,预制坯高度方向成形后的角速度增大至0.4-0.8rad/s;在第三步中环件成形过程中环件模具的下模角速度为0.2-0.4rad/s,预制坯高度方向成形后的角速度增大至0.4-0.8rad/s。
优选地,在第二步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为2.5-4.5mm/rad的进给量对环件预制坯进行加载,至变形完成80%后,轴向闭式辗压成形设备采用输出为1-1.7mm/rad的进给量对预制坯加载至高度方向成形。
优选地,第三步中轴向闭式辗压成形设备的设备输出为1.3-2.2mm/rad的每进给量对预制坯进行加载,至变形完成60%后,轴向闭式辗压成形设备的设备输出为0.6-0.9mm/rad的进给量对预制坯加载至成形高度方向成形。
或者优选地,在第二步对环件预制坯模具的预热温度为300度;第三步中对环件模具的预热温度为350度。
优选地,第三步中在环件成形开始前,环件模具下模先以0.3rad/s的角速度预先转动,然后再将环件预制坯,放入转动的环件模具的下模中对环件进行成形。
本发明对环件预制坯及环件成形过程中采用两种不同的进给量,以确保在环件预制坯和环件成形过程中避免出现金属成形不均匀,金属流线紊乱及金属组织差的现象出现,可有效提高工件的性能。
附图说明
图1为45号钢大型环件结构示意图。
具体实施方式
一种45号钢环件的局部连续加载成形方法,包括如下步骤:
第一步,环件预制坯模具及环件模具的制作,根据图1环件的外形对环件预制坯模具进行设计,选取环件上表面作为轮廓设计环件预制坯下模型腔,环件预制坯上模设置成圆锥状,锥角设置成6°,分模面选在环件预制坯上表面,环件预制坯上、下模合模后的间隙为0.5mm,环件预制坯中间连皮位置选择在距环件预制坯下端面1/2环件预制坯高度处,环件预制坯上模成形的中间连皮倾角为7°,环件预制坯下模成形的中间连皮倾角为5°,模具材料选择5CrNiMo,顶出孔的位置为环件预制坯下模具下端中心处,大小为φ300mm,环件预制坯下模的拔模斜度选择为1°,采用环件预制坯下端圆柱作为定位台。通过有限元软件Simulfact对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析,确定环件预制坯的尺寸为φ500×50mm,并制作环件预制坯模具,采用相同的方法制作环件模具,且环件上模锥角也为6度,环件模具拔模斜度选择为0.3°,环件中间连皮位置选择在距环件下端面1/3环件高度处;
第二步,将特定材料的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计,按等体积原则,将其下料成一次棒材,棒材的尺寸为φ200×350mm,再把棒材加热到1100℃,随炉升温,到温后保温100min。采用公称压力为800t的液压设备,配合相应尺寸的800-ACDR型号轴向闭式辗压设备进行环件预制坯的成形。采用天然气喷管对环件预制坯模具进行持续加热,至300℃,采用雾化石墨喷涂环件预制坯模具型腔;将加热后的棒材置于预制坯模具下模的型腔中,在加热后的环件预制坯模具的型腔中进行环件预制坯成形;环件预制坯模具的上模在接触环件预制坯之前,轴向速度调整为1mm/s,接触环件预制坯之后,采用设备输出为2.5mm/rad的进给量对环件预制坯进行加载,毛坯的整体变形程度为毛坯高度方向上的50-60%,当毛坯变形完成70%后,采用输出为1.7mm/rad的进给量对预制坯加载至高度方向成形,取出预制坯,空冷,成形后根据工艺要求及材料特性对其进行去毛刺,探伤,环件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.4rad/s,预制坯高度方向成形后的角速度增大至0.58rad/s,对预制坯上表面修平。
第三步,把探伤后的预制坯置于1150℃加热,保温50min,采用天然气喷管对环件模具进行持续加热,至350℃,采用雾化石墨喷涂环件模具型腔,环件模具的上模型腔中喷涂稍少,使得其具有足够的摩擦,环件预制坯带动环件模具的上模绕其中心进行转动;提前启动电机,使得环件模具的下模具有一定的自转角速度,在5s内,使得环件的下模角速度稳定在0.3rad/s,取出环件预制坯,将其置于转动过程中的环件模具的下模中,初始阶段,提高环件模具上模的轴向线速度为0.6mm/s,至环件模具的上模与环件预制坯上表面接触,随后,采用设备输出为2mm/rad的进给量对预制坯进行加载,使得环件预制坯开始阶段迅速变形,环件成形过程中预制坯的整体变形程度为预制坯高度方向上的20%-40%,当预制坯变形完成65%后,采用设备输出为0.8mm/rad的进给量对预制坯加载至成形高度方向成形,在环件模具的上模到达下死点后,停止进给,下模提高角速度0.75rad/s,对环件上表面修平,使得周向、径向的金属均匀快速流动,自转持续2-3s,停止转动,取出环件坯料,完成成形过程。
第四步,对成形后的环件坯料进行切边,热处理选择调制处理,机加中心孔,获得最终的环件。

Claims (9)

1.一种大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,根据环件的不同制作相应的环件预制坯模具和环件模具;
第二步,对环件预制坯模具进行预热后,将毛坯和环件预制坯模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件预制坯进行成形,在环件预制坯成形过程中,毛坯的整体变形程度为毛坯高度方向上的50%-60%,当毛坯变形完成70%后,降低设备的进给量,至环件预制坯高度方向成形;
第三步,对环件模具进行预热,将环件预制坯和环件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对环件成形,在环件成形过程中预制坯的整体变形程度为预制坯高度方向上的20%-40%,当预制坯变形完成65%后,降低设备的进给量,至环件高度方向成形;
第四步,对成形后的环件进行切边,热处理,机加工以获得最终环件。
2.如权利要求1所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第一步中采用有限元软件对环件预制坯或环件成形过程进行有限元数值分析,确定对应环件预制坯或环件的高径比、形状,根据所得出的数据对环件预制坯模具或环件模具成形。
3.如权利要求2所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第二步和第三步中对预热后的环件预制坯模具和环件模具的模腔分别喷涂雾化水基石墨。
4.如权利要求3所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第二步预制坯高度方向成形后,预制坯模具的上模停止进给,增大预制坯模具下模的角速度,对预制坯上表面修平;第三步中环件高度方向成形后,环件模具的上模停止进给,增大环件模具下模的角速度,对环件上表面修平。
5.如权利要求4所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第二步中环件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.2-0.4rad/s,预制坯高度方向成形后的角速度增大至0.4-0.8rad/s;在第三步中环件成形过程中环件模具的下模角速度为0.2-0.4rad/s,预制坯高度方向成形后的角速度增大至0.4-0.8rad/s。
6.如权利要求5所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第二步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出的为2.5-4.5mm/rad的进给量对环件预制坯进行加载,至变形完成80%后,轴向闭式辗压成形设备采用输出为1-1.7mm/rad的进给量对预制坯加载至高度方向成形。
7.如权利要求6所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,第三步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为1.3-2.2mm/rad的进给量对预制坯进行加载,至变形完成70%后,轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为0.6-0.9mm/rad的进给量对预制坯加载至成形高度方向成形。
8.如权利要求6或7所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,在第二步对环件预制坯模具的预热温度为300度;第三步中对环件模具的预热温度为350度。
9.如权利要求8所述大型环件局部连续加载成形方法,其特征在于,第三步中在环件成形开始前,环件模具下模先以0.3rad/s的角速度预先转动,然后再将环件预制坯,放入转动的环件模具的下模中对环件进行成形。
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