CN105921948A - 一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法 - Google Patents

一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法 Download PDF

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朱帅帅
张保森
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Abstract

本发明公开了一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，包括如下步骤：步骤SS1将棒料毛坯使用中频感应加热至1050℃~1250℃，采用自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，终锻温度为950℃~1150℃；步骤SS2 对所述步骤SS1获得的坯料进行径‑轴向辗环精整，工作温度为1050℃~1150℃；步骤SS3 对所述步骤SS2获得的坯料进行表面喷丸处理，中频感应加热至1000℃~1200℃，采用模锻进行净成形，终锻温度为900℃~1150℃；步骤SS4 利用锻造余热对于所述步骤SS3获得的工件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能，制得复杂结构空心盘形锻件。本发明可实现自动化连续作业，提高工件成形效率及精度，并显著降低成形过程中的能耗，减少生产成本。

Description

一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法
技术领域
本发明涉及一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，属于锻造加工技术领域。
背景技术
随着国民经济和科学技术的不断发展进步，矿山、高速列车等领域的机械设备逐渐向大型化、复杂化发展，作为设备中的关键零部件，承受交变载荷或处于苛刻工况下的大中型空心盘形锻件的生产应用也越来越受到广泛关注。
对于大中型复杂结构空心盘形锻件，传统的成形方法往往是采用分段锻造，最后拼焊成整环，但是，该方法容易导致盘坯变形并带有焊接缺陷，在交变应力或苛刻工况下容易发生断裂等时效行为，影响设备寿命及使用安全。公开号为CN 200910102905.9的专利文献公开了一种大中型不锈钢空心盘形锻件的轧制成形方法，该方法首先把不锈钢棒料经镦粗、压型、冲孔成空心盘坯，再把该盘坯装进辗轧机轧制成形，该方法能够有效消除不锈钢空心盘形锻件轧制过程中出现的过热、过烧及组织异变等缺陷，并防止出现环角填充不满等缺陷，有效提升不锈钢空心盘形锻件的生产效率，但是该方法只适用于盘面无特殊结构的空心盘形件，对于盘面带有复杂凸起结构的大中型空心盘形件的一体化生产工艺，我国还没有该类成熟技术。因此有必要提出一种能使得复杂结构空心盘形件所需的模锻压力有效减少，盘面复杂凹凸结构实现精密成形，成形后锻件力学性能优异的技术方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法。本发明通过“中频感应加热-自由镦粗/碾环精整开坯-模锻成型-余热矫正”一体化成形技术，使得复杂结构空心盘形件所需的模锻压力有效减少，盘面复杂凹凸结构实现精密成形，成形后锻件力学性能优异。本发明还可实现自动化连续作业，提高工件成形效率及精度，并显著降低成形过程中的能耗，减少生产成本。
本发明采用如下技术方案：一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1将棒料毛坯使用中频感应加热至1050℃～1250℃，采用自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，终锻温度为950℃～1150℃；
步骤SS2对所述步骤SS1获得的坯料进行径-轴向辗环精整，工作温度为1050℃～1150℃；
步骤SS3对所述步骤SS2获得的坯料进行表面喷丸处理，中频感应加热至1000℃～1200℃，采用模锻进行净成形，终锻温度为900℃～1150℃；
步骤SS4利用锻造余热对于所述步骤SS3获得的工件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能，制得复杂结构空心盘形锻件。
优选地，所述复杂结构空心盘形锻件的外径尺寸是Φ500-Φ2000mm，内径尺寸是Φ200-Φ1000mm，轴向厚度尺寸是30mm-100mm，以提高工件使用性能。
优选地，所述复杂结构空心盘形锻件的盘面一侧带有复杂的凸起筋结构。
优选地，所述步骤SS1所述的自由敦粗与冲孔相复合的工艺，包括：采用自由锻电液锤结合冲孔模同时进行敦粗与冲孔加工，能够有效减轻模锻设备和模具负荷，提高坯料成型精度，坯料表面不存在自由锻与马架扩孔的多棱形。
优选地，所述步骤SS2所述的径-轴向辗环精整，包括：利用所述步骤SS1的制坯余热进行辗环精整，无需再次加热，除降低生产能耗外，还可消除因重复加热氧化而导致嵌入式缺陷的形成。
优选地，所述步骤SS3所述的模锻为开式模锻，提高金属充型能力，并显著降低模具损伤。
优选地，所述步骤SS4所述的压平矫正，包括：采用轴向压板对工件进行压平矫正，可实现低应力整形，促进盘体残余应力的释放，减小开裂倾向。
优选地，所述步骤SS4所述的微量锻、压二次加工产生形变强化的温度范围为550℃-750℃，产生锻造纤维流线，同时通过形变强化效应提升锻件的力学性能，并形成有益的残余压应力。
本发明所提供的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，镦粗/辗环精整开坯与模锻成型能够实现精准配合，可以通过改变辗环过程中锥辊锥面形状、尺寸及模具参数制造不同尺寸及复杂盘面结构的盘形锻件。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：(1)本发明将镦粗/辗环精整开坯与模锻成型相匹配，空心盘形坯料能够显著降低模锻成形所需压力吨位，同时提高盘面复杂结构的成形效率，显著降低设备投入及生产成本；(2)采用较小吨位压力机及开式模锻能够显著降低模具损耗，节省大量模具材料、维护等费用；(3)采用余热矫正并通过在550℃～750℃下进行微量二次变形，进一步提升工件的力学性能；(4)本发明能够实现自动化连续作业，提高工件成形效率及精度，同时也实现了复杂结构空心盘形工件制造技术从铸造向锻造转换的技术进步。
附图说明
图1是本发明的实施例1锻造的复杂结构空心盘形锻件100倍下金相组织图。
图2是本发明的实施例1锻造的复杂结构空心盘形锻件500倍下金相组织图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。以下实施例所采用的Cr-Mo-Ni-V系热强钢成分如表1所示。
表1 锻造用用Cr-Mo-V系热强钢主要化学成分：
实施例1
本实施例的加工步骤如下：
1.将棒料毛坯使用中频感应加热至1050℃～1150℃，利用单臂自由锻电液锤根据自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，过程中使用冲孔模进行冲孔，孔径为100mm，终锻温度为1000℃～1150℃；
2.将上述坯料直接安装至数控辗环机上并定位，无需二次加热，将坯料碾成与锻造模腔相匹配的尺寸；
3.对上述圆环进行表面喷丸处理，放入中频感应加热炉加热至1200℃，采用开式模锻的方式进行净成形，终锻温度为900℃～1050℃；
4.利用锻造余热在550℃采用轴向压板对锻件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能。
实施例2
本实施例的加工步骤如下：
1.将棒料毛坯使用中频感应加热至1100℃～1200℃，利用单臂自由锻电液锤根据自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，过程中使用冲孔模进行冲孔，孔径为100mm，终锻温度为950℃～1050℃；
2.将上述坯料直接安装至数控辗环机上并定位，无需二次加热，将坯料碾成与锻造模腔相匹配的尺寸；
3.对上述圆环进行表面喷丸处理，放入中频感应加热炉加热至1100℃，采用开式模锻的方式进行净成形，终锻温度为900℃～1050℃；
4.利用锻造余热在600℃采用轴向压板对锻件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能。
实施例3
本实施例的加工步骤如下：
1.将棒料毛坯使用中频感应加热至1100℃～1200℃，利用单臂自由锻电液锤根据自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，过程中使用冲孔模进行冲孔，孔径为150mm，终锻温度为950℃～1050℃；
2.将上述坯料直接安装至数控辗环机上并定位，无需二次加热，将坯料碾成与锻造模腔相匹配的尺寸；
3.对上述圆环进行表面喷丸处理，放入中频感应加热炉加热至1100℃，采用开式模锻的方式进行净成形，终锻温度为950℃～1150℃；
4.利用锻造余热在700℃采用轴向压板对锻件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能。
实施例4
本实施例的加工步骤如下：
1.将棒料毛坯使用中频感应加热至1150℃～1250℃，利用单臂自由锻电液锤根据自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，过程中使用冲孔模进行冲孔，孔径为150mm，终锻温度为950℃～1050℃；
2.将上述坯料直接安装至数控辗环机上并定位，无需二次加热，将坯料碾成与锻造模腔相匹配的尺寸；
3.对上述圆环进行表面喷丸处理，放入中频感应加热炉加热至1150℃，采用开式模锻的方式进行净成形，终锻温度为900℃～1050℃；
4.利用锻造余热在750℃采用轴向压板对锻件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能。
组织性能测试
根据国标GB/T 228.1-2010和GB-T229-2007测试试样室温拉伸及冲击性能，测试结果如表2所示。
表2 各实施例获得锻件的力学性能
在实施例1的锻件上取样，经过机械打磨、抛光后，用4％硝酸酒精腐蚀后，利用光学金相显微镜对其金相组织进行检测，检测结果如图1和图2所示。
实施例1～4获得的复杂结构空心盘形锻件尺寸结构均达到设计要求，盘面复杂凸起结构成形完整，均未出现锻造裂纹。由表2各实施例产品的力学性能参数可知，该方法制得空心盘形锻件力学性能优异，具有良好的强韧性匹配。由图1低倍显微组织图可知，该方法能够确保锻件产生明显的锻造纤维流线，有利于盘面力学性能的提升，由图2可知，该方法使得锻件获得板条状贝氏体、粒状贝氏体及准多边形铁素体组织，组织结构均匀，确保锻件具有优异的强韧性匹配的同时，也为工件后续热处理打下良好的基础。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1将棒料毛坯使用中频感应加热至1050℃～1250℃，采用自由敦粗与冲孔相复合的工艺进行制坯，终锻温度为950℃～1150℃；
步骤SS2对所述步骤SS1获得的坯料进行径-轴向辗环精整，工作温度为1050℃～1150℃；
步骤SS3对所述步骤SS2获得的坯料进行表面喷丸处理，中频感应加热至1000℃～1200℃，采用模锻进行净成形，终锻温度为900℃～1150℃；
步骤SS4利用锻造余热对于所述步骤SS3获得的工件进行压平矫正，并通过微量锻、压进行二次加工产生形变强化提高工件力学性能，制得复杂结构空心盘形锻件。
2.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述复杂结构空心盘形锻件的外径尺寸是Φ500-Φ2000mm，内径尺寸是Φ200-Φ1000mm，轴向厚度尺寸是30mm-100mm。
3.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述复杂结构空心盘形锻件的盘面一侧带有复杂的凸起筋结构。
4.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述步骤SS1所述的自由敦粗与冲孔相复合的工艺，包括：采用自由锻电液锤结合冲孔模同时进行敦粗与冲孔加工。
5.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述步骤SS2所述的径-轴向辗环精整，包括：利用所述步骤SS1的制坯余热进行辗环精整，无需再次加热。
6.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述步骤SS3所述的模锻为开式模锻。
7.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述步骤SS4所述的压平矫正，包括：采用轴向压板对工件进行压平矫正。
8.根据权利要求1所述的一种大中型复杂结构空心盘形锻件的高效精密成形方法，其特征在于，所述步骤SS4所述的微量锻、压二次加工产生形变强化的温度范围为550℃-750℃。
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