CN106825375A - 一种上平下v砧芯轴拔长翻转方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种上平下V砧芯轴拔长翻转方法。根据压下率ΔH和V砧角度θ确定大变形区发散角η；平砧下方存在两个强区和一个弱区，合理的翻转工艺应充分发挥单砧压下效果使强弱区合理搭配，以使锻件外层的变形与近芯轴一层的变形相当，从而提高锻件的整体变形均匀性，故理论翻转角度ω应为η/2；对翻转次数n取整后即可由360°/n求得实际翻转角度ωt；考虑到顺序翻转时变形均匀性和压实效果较差，n次翻转应分成多组压下，每组沿圆周对称压下。本方明的翻转方法可显著提高锻件圆截面周向和径向的变形均匀性，且改善了锻件的压实效果。

Description

一种上平下V砧芯轴拔长翻转方法
技术领域
本发明属于锻造设备及锻造工艺领域，特别地，涉及一种上平下V砧芯轴拔长翻转方法。
背景技术
随着使用寿命和安全性的不断提高，大型锻件的质量和锻造要求不断提高，如某700MW级大型水轮机空心主轴锻件在力学性能方面要求达到屈服强度≥295MPa，断裂强度≥480MPa。
水轮机空心主轴锻件为典型的大型筒体锻件。相对于实心钢锭生产大型筒体锻件，采用空心钢锭有以下优点：显著提高钢锭利用率、省去冲孔工序、内外同时冷却提高了凝固速度和减小偏析、提高现有设备加工能力。然而，由于大型筒体锻件采用的大型空心钢锭尺寸和吨位都比较大，大型空心钢锭内部不可避免地存在缩孔、疏松和粗大晶粒等缺陷。
如何消除上述缺陷，除了配备足够能力的锻压设备外，关键是采用有效的锻造方法，如FM法、WHF法、JTS法、KD法和上平下V砧法等。
其中上平下V砧法被广泛用于钢锭的主拔长、倒棱和滚圆。上平下V砧芯轴拔长综合了上下平砧和上下V砧芯轴拔长的优点，不仅能使变形深入壁厚心部促使再结晶发生、降低压机吨位，而且能保持较高的拔长效率和防止端面内孔壁开裂。但上平下V砧芯轴拔长变形分布不对称，大变形区集中在平砧与芯轴间靠近芯轴处，若翻转方法不合理造成不均匀应变分布累积，最终造成锻件圆截面变形均匀性较差。且由于未充分发挥单砧压下效果锻件的压实效果也较差。
中国专利申请号201210078229.8提出了“一种用于锻造空心核电主管道的半闭合工装”，可有效用于核电主管道的锻造，使其管壁变形均匀和使其晶粒细化。但该工装较为复杂，并且没有考虑增强压实效果以消除缩孔疏松缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供可提高锻件圆截面的变形均匀性和锻件的压实效果的翻转方法，采用上平下V砧芯轴拔长设备对空心钢锭4进行拔长，所述上平下V砧芯轴拔长设备包括上平砧1、下V砧2和芯轴3，其中下V砧2砧角为θ、压下量与空心钢锭4壁厚的两倍的比值即压下率为ΔH，所述翻转方法包括以下步骤，
一、计算大变形区发散角η，即
a＝-658740.87+21812.73θ-263.28θ2+1.37θ3-0.0026θ4
b＝214359.14-7550.71θ+95.97θ2-0.52θ3+(9.94×10-4)θ4
c＝9136.99-117.21θ-0.69θ2+0.011θ3-(2.91×10-5)θ4
d＝-3870.010+117.22θ-1.20θ2+0.0055θ3-(9.88×10-6)θ4
η＝a(ΔH)4+b(ΔH)3+c(ΔH)2+d(ΔH)；
二、计算理论翻转角度ω，即
ω＝η/2；
三、得出实际翻转角度ωt，即
根据理论翻转角度ω确定翻转次数n，将n取整后即可由360°/n求得实际翻转角度ωt；
四、得出翻转方式，即
将翻转次数n分成e×f次压下，其中e为组数，f为每组压下次数，每组沿圆周间隔360°/f对称压下f次，每组之间翻转的角度为实际翻转角度ωt的整数倍。
优选地，翻转次数n为3的倍数时，每3次为1组，每组先翻转120°，再翻转120°；翻转次数n为4的倍数时，每4次为1组，每组先翻转180°，再翻转90°，再翻转180°。
优选地，当压下率ΔH为11％时，计算出实际翻转角度ωt为17.14°、翻转次数n为21次，考虑到布砧的对称性，分为7组压下，每组沿圆周对称压下3次，具体翻转方式为0°→120°→120°→51.43°→120°→120°→34.29°→120°→120°→68.57°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°。
优选地，当压下率ΔH为15％时，计算出实际翻转角度ωt为22.5°、翻转次数n为16次，考虑到布砧的对称性，分为4组压下，每组沿圆周对称压下4次，具体翻转方式为0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。
本发明的有益效果为：
(1)显著提高锻件圆截面的周向和径向变形均匀性，且消除了小变形区、改善了锻件的压实效果。
(2)显著提高锻件的晶粒均匀程度和增强缩孔疏松的压实效果。
附图说明
图1为本发明的上平下V砧芯轴拔长设备的结构示意图。
图2为本发明压下率为11％的前三道次示意图。
图3为本发明压下率为15％的前四道次示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元件。同时应该理解，如在此所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的列出项的任意和所有组合。
下面通过附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种上平下V砧芯轴拔长设备，包括上平砧1、下V砧2和芯轴3，其中下V砧2的砧角θ为120°，砧宽比为0.75，压下率(压下量与空心钢锭4壁厚的两倍的比值)ΔH为11％～15％。。
在砧角θ、压下率ΔH数值确定的情况下，空心钢锭4的大变形区发散角η和理论翻转角度ω的计算公式如下：
a＝-658740.87+21812.73θ-263.28θ2+1.37θ3-0.0026θ4 公式一
b＝214359.14-7550.71θ+95.97θ2-0.52θ3+(9.94×10-4)θ4 公式二
c＝9136.99-117.21θ-0.69θ2+0.011θ3-(2.91×10-5)θ4 公式三
d＝-3870.010+117.22θ-1.20θ2+0.0055θ3-(9.88×10-6)θ4 公式四
η＝a(ΔH)4+b(ΔH)3+c(ΔH)2+d(ΔH) 公式五
ω＝η/2 公式六；
根据理论翻转角度ω确定翻转次数n，考虑到翻转次数n为整数，将n取整后即可由360°/n求得实际翻转角度ωt；
翻转方式为将翻转次数n分成e×f次(e为组数，f为每组压下次数)压下，每组沿圆周间隔360°/f对称压下f次，每组之间翻转的角度为实际翻转角度ωt的整数倍。
将角度θ取值120°和压下率ΔH分别取值11％和15％，代入上述公式，可得如表1所示的大变形区发散角η、理论翻转角度ω，将翻转次数n取整后即可由360°/n求得实际翻转角度ωt。
表1不同压下率下的翻转角度与翻转次数
实际加工时，计算出翻转次数n为3的倍数时，每3次为1组，每组先翻转120°，再翻转120°；计算出翻转次数n为4的倍数时，每4次为1组，每组先翻转180°，再翻转90°，再翻转180°。如果翻转次数n为其它整数的倍数时，每组的翻转方式与上述翻转方式类似。
如图2所示，当压下率为11％时，计算出实际翻转角度ωt为17.14°、翻转次数n为21次，考虑到布砧的对称性，分为7组压下，每组沿圆周对称压下3次，具体翻转方式为0°→120°→120°→51.43°→120°→120°→34.29°→120°→120°→68.57°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°。
如图3所示，当压下率为15％时，计算出实际翻转角度ωt为22.5°、翻转次数n为16次，考虑到布砧的对称性，分为4组压下，每组沿圆周对称压下4次，具体翻转方式为0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种上平下V砧芯轴拔长翻转方法，采用上平下V砧芯轴拔长设备对空心钢锭(4)进行拔长，所述上平下V砧芯轴拔长设备包括上平砧(1)、下V砧(2)和芯轴(3)，其中下V砧(2)砧角为θ、压下量与空心钢锭(4)壁厚的两倍的比值即压下率为ΔH，其特征在于，所述翻转方法包括以下步骤，
一、计算大变形区发散角η，即
a＝-658740.87+21812.73θ-263.28θ2+1.37θ3-0.0026θ4
b＝214359.14-7550.71θ+95.97θ2-0.52θ3+(9.94×10-4)θ4
c＝9136.99-117.21θ-0.69θ2+0.011θ3-(2.91×10-5)θ4
d＝-3870.010+117.22θ-1.20θ2+0.0055θ3-(9.88×10-6)θ4
η＝a(ΔH)4+b(ΔH)3+c(ΔH)2+d(ΔH)；
二、计算理论翻转角度ω，即
ω＝η/2；
三、得出实际翻转角度ωt，即
根据理论翻转角度ω确定翻转次数n，将n取整后即可由360°/n求得实际翻转角度ωt；
四、得出翻转方式，即
将翻转次数n分成e×f次压下，其中e为组数，f为每组压下次数，每组沿圆周间隔360°/f对称压下f次，每组之间翻转的角度为实际翻转角度ωt的整数倍。
2.权利要求1所述的翻转方法，其特征在于，翻转次数n为3的倍数时，每3次为1组，每组先翻转120°，再翻转120°；翻转次数n为4的倍数时，每4次为1组，每组先翻转180°，再翻转90°，再翻转180°。
3.权利要求1或2所述的翻转方法，其特征在于，当压下率ΔH为11％时，计算出实际翻转角度ωt为17.14°、翻转次数n为21次，考虑到布砧的对称性，分为7组压下，每组沿圆周对称压下3次，具体翻转方式为0°→120°→120°→51.43°→120°→120°→34.29°→120°→120°→68.57°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°。
4.权利要求1或2所述的翻转方法，其特征在于，当压下率ΔH为15％时，计算出实际翻转角度ωt为22.5°、翻转次数n为16次，考虑到布砧的对称性，分为4组压下，每组沿圆周对称压下4次，具体翻转方式为0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110238337A (zh) * 2019-07-01 2019-09-17 山东大学 控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法
CN111872296A (zh) * 2020-07-28 2020-11-03 山东大学 空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法

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