CN105414417A - 大型盘件局部连续加载成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明大型盘件局部连续加载成形方法涉及机械加工成形领域，具体涉及大型盘件局部连续加载成形方法，包括以下步骤：根据盘件的不同制作相应的盘件预制坯模具和盘件模具；对盘件预制坯进行成形，在盘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65%-70%，当毛坯变形完成80%后，降低设备的进给量，至盘件预制坯高度方向成形；将盘件预制坯和盘件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对盘件成形；对成形后的盘件进行切边，热处理，机加工以获得最终盘件。本发明对盘件预制坯及盘件成形过程中采用两种不同的进给量，以确保在盘件预制坯和盘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
技术领域
本发明涉及机械加工成形领域，具体涉及大型盘件局部连续加载成形方法。
背景技术
随着工业需求的不断挺高，其关键零件越来越多的采用整体结构设计，盘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。尤其针对于，航空航天用的发动机，为减少联接面和止口的数量，提高其可靠性和零件的整体刚性，起盘件采用一体化的设计方案，其型面复杂，尺寸极大，精度要求极高，深腔敞开性极差。该类大尺寸盘件加工过程中，预制坯及盘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，对于小尺寸盘件的轴向闭式辗压过程中的成形过程中，可直接辗压成形，但对于大型盘件辗压成形时，会造成大型盘件的金属填充不完整或者是金属填充时存在一定的缺陷。轴向闭式辗压过程中的，一般整个过程采取线性方式进给，但针对于大尺寸盘件，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，且载荷低的大型盘件局部连续加载成形方法。
本发明大型盘件局部连续加载成形方法，包括以下步骤：
第一步，根据盘件的不同制作相应的盘件预制坯模具和盘件模具；
第二步，对盘件预制坯模具进行预热后，将毛坯和盘件预制坯模具置于轴向闭式辗压成形设备上对盘件预制坯进行成形，在盘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65%-70%，当毛坯变形完成80%后，降低设备的进给量，至盘件预制坯高度方向成形；
第三步，对盘件模具进行预热，将盘件预制坯和盘件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对盘件成形，在盘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30%-40%，当预制坯变形完成60%后，降低设备的进给量，至盘件高度方向成形；
第四步，对成形后的盘件进行切边，热处理，机加工以获得最终盘件。
优选地，在第一步中采用有限元软件对盘件预制坯或盘件成形过程进行有限元数值分析，确定对应盘件预制坯或盘件的高径比、形状，根据所得出的数据对盘件预制坯模具或盘件模具成形。
优选地，在第二步和第三步中对预热后的盘件预制坯模具和盘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；第三步中盘件高度方向成形后，盘件模具的上模停止进给，增大盘件模具下模的角速度增加，对盘件上表面修平。
优选地，在第二步中盘件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.5rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至1rad/s；在第三步中盘件成形过程中盘件模具的下模角速度为0.5rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至1rad/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2mm/rad的进给量对盘件预制坯进行加载，至变形完成80%后，轴向闭式辗压成形设备采用输出为1mm/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1.2-2mm/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0.8-1.2mm/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，在第二步对盘件预制坯模具的预热温度为300度；第三步中对盘件模具的预热温度为350度。
优选地，第三步中在盘件成形开始前，盘件模具下模先以0.5rad/s的角速度预先转动，然后再将盘件预制坯，放入转动的盘件模具的下模中对盘件进行成形。
本发明对盘件预制坯及盘件成形过程中采用两种不同的进给量，以确保在盘件预制坯和盘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号钢大型盘件结构示意图。
具体实施方式
一种45号钢大型盘件局部连续加载成形方法，包括如下步骤：
第一步，盘件预制坯模具及盘件模具的制作，根据图1盘件的外形对盘件预制坯模具进行设计，选取盘件上表面作为轮廓设计盘件预制坯下模型腔，盘件预制坯上模设置成圆锥状，锥角设置成6度，分模面选在盘件预制坯上表面，盘件预制坯上、下模合模后的间隙为0.1mm，盘件预制坯中间连皮位置选择在距盘件预制坯下端面1/2盘件预制坯高度处，盘件预制坯上模成形的中间连皮倾角为6°，盘件预制坯下模成形的中间连皮倾角为5°，模具材料选择5CrNiMo，顶出孔的位置为盘件预制坯下模具下端中心处，大小为φ400mm，盘件预制坯下模的拔模斜度选择为1°，采用盘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，确定盘件预制坯的尺寸为φ400×100mm，并制作盘件预制坯模具，采用相同的方法制作盘件模具，且盘件上模锥角也为6度，盘件模具拔模斜度选择为0.5°，盘件中间连皮位置选择在距盘件下端面1/3盘件高度处；
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φ200×400，再把棒材加热到1150℃，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盘件预制坯的成形。采用天然气喷管对盘件预制坯模具进行持续加热，至300℃，采用雾化石墨喷涂盘件预制坯模具型腔；将加热后的棒材置于预制坯模具下模的型腔中，在加热后的盘件预制坯模具的型腔中进行盘件预制坯成形；盘件预制坯模具的上模在接触盘件预制坯之前，轴向速度调整为5mm/s，接触盘件预制坯之后，采用设备输出为2mm/rad的进给量对盘件预制坯进行加载，毛坯的整体变形程度为毛坯高度方向上的65%-70%，当毛坯变形完成80%后，采用输出为1mm/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，盘件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.5rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至1rad/s，对预制坯上表面修平。
第三步，把探伤后的预制坯置于1120℃加热，保温50min，采用天然气喷管对盘件模具进行持续加热，至350℃，采用雾化石墨喷涂盘件模具型腔，盘件模具的上模型腔中喷涂稍少，使得其具有足够的摩擦，盘件预制坯带动盘件模具的上模绕其中心进行转动；提前启动电机，使得盘件模具的下模具有一定的自转角速度，在5s内，使得盘件的下模角速度稳定在0.5rad/s，取出盘件预制坯，将其置于转动过程中的盘件模具的下模中，初始阶段，提高盘件模具上模的轴向线速度为5mm/s，至盘件模具的上模与盘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，使得盘件预制坯开始阶段迅速变形，盘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30%-40%，当预制坯变形完成60%后，采用设备输出为1mm/rad的进给量对预制坯加载至成形高度方向成形，在盘件模具的上模到达下死点后，停止进给，下模提高角速度1rad/s，对盘件上表面修平，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，取出盘件坯料，完成成形过程。
第四步，对成形后的盘件坯料进行切边，热处理选择调制处理，机加中心孔，获得最终的盘。
Claims (9)
1.一种大型盘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，根据盘件的不同制作相应的盘件预制坯模具和盘件模具；
第二步，对盘件预制坯模具进行预热后，将毛坯和盘件预制坯模具置于轴向闭式辗压成形设备上对盘件预制坯进行成形，在盘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65%-70%，当毛坯变形完成80%后，降低设备的进给量，至盘件预制坯高度方向成形；
第三步，对盘件模具进行预热，将盘件预制坯和盘件模具置于轴向闭式辗压成形设备上对盘件成形，在盘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30%-40%，当预制坯变形完成60%后，降低设备的进给量，至盘件高度方向成形；
第四步，对成形后的盘件进行切边，热处理，机加工以获得最终盘件。
2.如权利要求1所述大型盘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盘件预制坯或盘件成形过程进行有限元数值分析，确定对应盘件预制坯或盘件的高径比、形状，根据所得出的数据对盘件预制坯模具或盘件模具成形。
3.如权利要求2所述大型盘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盘件预制坯模具和盘件模具的模腔分别喷涂雾化水基石墨。
4.如权利要求3所述大型盘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；第三步中盘件高度方向成形后，盘件模具的上模停止进给，增大盘件模具下模的角速度增加，对盘件上表面修平。
5.如权利要求4所述大型盘件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第二步中盘件预制坯成形过程中预制坯模具的下模角速度为0.5rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至1rad/s；在第三步中盘件成形过程中盘件模具的下模角速度为0.5rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至1rad/s。
6.如权利要求5所述大型盘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为2mm/rad的进给量对盘件预制坯进行加载，至变形完成80%后，轴向闭式辗压成形设备采用输出为1mm/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所述大型盘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1.2-2mm/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0.8-1.2mm/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所述大型盘件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第二步对盘件预制坯模具的预热温度为300度；第三步中对盘件模具的预热温度为350度。
9.如权利要求8所述大型盘件局部连续加载成形方法，其特征在于，第三步中在盘件成形开始前，盘件模具下模先以0.5rad/s的角速度预先转动，然后再将盘件预制坯，放入转动的盘件模具的下模中对盘件进行成形。
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