CN107262647A - 一种大型圆钢棒的镦粗方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大型圆钢棒的镦粗方法,所述方法具体包括以下步骤:使用切割机床或圆盘锯切割圆形钢棒,获得直径为D,高度为H的毛坯;将毛坯加热至镦压温度并保温一段时间,将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至预热温度;将倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的两端先后放入倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,对毛坯倒圆角;启动压力机对毛坯镦粗等步骤;采用本发明所提供的方法,使用压力机配合倒圆模具对毛坯直接进行倒圆角,在倒圆角之前首先进行加热和保温处理,然后再进行镦粗工艺,加热提高了工件的塑性,减少了加工工序,提高了表面质量、生产效率。

Description

一种大型圆钢棒的镦粗方法
技术领域
[0001] 本发明涉及机械加工技术领域,尤其涉及一种大型圆钢棒的镦粗方法。
背景技术
[0002] 镦粗是使工件的高度减小、横断面积增大的锻造工艺技术,镦粗加工工艺一般是 在平锻机、锻锤、摩擦压力机等锻造设备上进行,通常采用冷乳镦粗,需要镦粗、拔长、再镦 粗,切削等工艺,加工时间较长,且在切削时浪费的余量比较多,材料利用率较低,目前,镦 粗在机械加工工艺中应用广泛,常见的机械零件,例如螺栓,圆销,汽车半轴杆等都是使用 金属棒料端部镦粗制造毛坯,现有技术中,但对直径大于300毫米的圆形钢棒进行镦粗时, 为了防止原材料在镦粗过程中两个端面出现裂纹,镦粗前一般需要对原材料的端面进行倒 圆角或倒角加工处理,倒圆角或倒角加工处理通常需要在车床、铣床等其它机床上完成,使 用这种方法,由于金属棒材原料的尺寸规格较大,在车床、铣床上加工倒圆角或倒角时,需 要对其完成装夹、定位等操作,增加了产品制造工时,也容易造成大量的材料损耗,增加了 产品制造成本,另一方面,工件受到车床、铣床等机床的切削加工过程中切削热、切削应力 等的影响,影响了工件的表面质量。
发明内容
[0003] 为解决上述技术问题,本发明提供了一种大型圆钢棒的镦粗方法。
[0004] 本发明提供了一种用于大型圆钢棒镦粗工艺的倒圆模具,所述倒圆模具上设有倒 圆槽,倒圆槽侧面设有圆弧形倒圆面,定义R代表倒圆面半径,倒圆面半径满足以下关系式: 0.5 X 1.2 XD,定义C代表倒圆槽槽口直径,倒圆槽槽口直径满足以下关系式:1.2 X D ^C^2XD〇
[0005] 所述倒圆模具的侧面设有盲孔,定义L代表盲孔中心与所述倒圆模具下端面之间 的距离儿值满足以下关系式:L = O. 5 X H+20毫米。
[0006] 所述倒圆模具是圆柱形,所述倒圆模具的外圆直径是所述毛坯直径的1.5倍至2 倍,所述倒圆模具的高度是所述毛坯直径的〇. 5倍至0.8倍。
[0007] 本发明还提供了一种大型圆钢棒的镦粗方法,包括以下步骤:
[0008] 步骤一:使用切割机床或圆盘锯切割圆形钢棒,获得直径为D,高度为H的毛坯;
[0009] 步骤二:将步骤一所述的毛坯加热至镦压温度并对毛坯保温一段时间,定义t代表 保温时间;
[0010] 步骤三:使用如权利要求1所述的用于大型圆钢棒镦粗工艺的倒圆模具,将所述倒 圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至预热温度;
[0011] 步骤四:将所述倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具 中,启动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少,定义A代表毛坯高度减少值;
[0012] 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入所述倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯, 使毛坯高度减少,毛坯高度减少值是A;
[0013] 步骤六:将所述倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,定义B 代表毛坯高度减少值。
[0014] 所述步骤二中所述镦压温度是1100〜1180 °C。
[0015] 所述步骤二中所述保温时间t满足以下关系式:0.5 X H分钟彡t彡0.6 X H分钟。
[0016] 所述步骤三中所述预热温度是150〜400°C。
[0017] 所述步骤四或步骤五所述毛坯高度减少值满足以下关系式:5% XDSASIO% X D0
[0018] 所述毛坯的材质是牌号是30CrMnSiNi2A的结构钢。
[0019] 所述步骤六中所述毛坯高度减少值B满足以下关系式:0.4 X H彡B彡0.5 X H。
[0020] 本发明的有益效果在于:
[0021] 采用本发明所提供的一种大型圆钢棒的镦粗方法,由于压力机配合倒圆模具对毛 坯直接进行倒圆角,在倒圆角之前首先进行加热和保温处理,然后再进行镦粗工艺,加热提 高了工件的塑性,有利于控制工件发生形变的趋势,在配合使用结构简单的倒圆模具,减少 了镦粗过程中产生的毛刺,减少了材料损耗率,提高了生产效率和工件的表面质量,其中本 发明提供的倒圆模具具有结构简单,制造方便、更换灵活等特点,特别适用于对直径超过 300毫米以上的钢棒的镦粗加工,减少了使用切削加工机床加工倒圆角或倒角的加工工序, 节约了制造工艺时间,提高了生产效率。
附图说明
[0022] 图1是本发明倒圆模具的结构示意图。
[0023] 图中:1 -倒圆槽,2-倒圆面,3-盲孔。
具体实施方式
[0024] 下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
[0025] 本发明提供了 一种大型圆钢棒的镦粗方法,具体包括如下步骤:
[0026] 步骤一:使用切割机床或圆盘锯切割圆形钢棒,获得直径为D,高度为H的毛坯;使 用本发明提供的技术方案,钢棒可使用任何尺寸规格的圆形钢棒,尤其适用于直径大于300 毫米的钢棒。
[0027] 步骤二:将步骤一的毛坯加热至镦压温度并对毛坯保温一段时间,定义t代表保温 时间;使用本发明的技术方案,由于压力机配合倒圆模具对毛坯直接进行倒圆角,在倒圆角 之前首先进行加热和保温处理,然后再进行镦粗工艺,加热提高了工件的塑性,有利于控制 工件发生形变的方向,再配合使用结构简单的倒圆模具,减少了镦粗过程中产生的毛刺,减 少了材料损耗率,提高了生产效率和工件的表面质量。
[0028] 步骤三:将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至预热温度;采用本发明的技 术方案,进一步地,对倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧均加热至少预热温度,有利于提 高这些零部件塑性,并使镦粗工艺过程中工件内外表面温差较小。
[0029] 步骤四:将倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具中,启 动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少,定义A代表毛坯高度减少值;采用本发明提供的技术 方案,倒圆模具可使用专用设备将其吊装至压力机工作台面中心处,启动压力机,对压力机 的输出压力可进行控制,是毛坯的下压量保持恒定。
[0030] 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,使毛 坯高度减少,毛坯高度减少值是A;采用本发明提供的技术方案,毛坯可使用专用设备将其 吊装至倒圆模具中心处,启动压力机,对压力机的输出压力可进行控制,是毛坯的下压量保 持恒定。
[0031] 步骤六:将倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,定义B代表 毛坯高度减少值。采用本发明的技术方案,由于压力机配合倒圆模具对毛坯直接进行倒圆 角,在倒圆角之前首先进行加热和保温处理,然后再进行镦粗工艺,加热提高了工件的塑 性,有利于控制工件发生形变的趋势,在配合使用结构简单的倒圆模具,减少了镦粗过程中 产生的毛刺,减少了材料损耗率,提高了生产效率和工件的表面质量,其中本发明提供的倒 圆模具具有结构简单,制造方便、更换灵活等特点,特别适用于对直径超过300毫米以上的 钢棒的镦粗加工,减少了使用切削加工机床加工倒圆角或倒角的加工工序,节约了制造工 艺时间,提尚了生广效率。
[0032] 步骤二中镦压温度是1100〜1180°C。采用本发明的技术方案,对于直径大于300毫 米的圆形钢棒,尤其对于牌号为30CrMnSiNi2A的结构钢材,当加热温度至1100〜1180°C时, 有利于提高钢材本身的塑性和淬透性,加热以后该型刚材的屈服强度可达1500MPa以上,因 而在倒圆角的过程中,工件的塑性较强,容易形成表面质量较好的圆角。
[0033] 步骤二中保温时间t满足以下关系式:0.5 X H分钟彡t彡0.6 X H分钟。采用本发明 的技术方案,对于直径大于300毫米的圆形钢棒,尤其对于牌号为30CrMnSiNi2A的结构钢 材,当保温时间满足0.5 X H分钟< t< 0.6 X H分钟时,有利于提高钢材本身的塑性,因而在 倒圆角的过程中,工件的塑性较强,容易形成表面质量较好的圆角。
[0034] 步骤三中预热温度是150〜400°C。采用本发明的技术方案,当将倒圆模具、压力机 上砧和压力机下砧加热至预热温度150〜400°C时,有利于提高设备上模具和主要工作零件 的塑性,减少在镦粗过程中毛坯内外表面的温度差的影响,而倒圆模具表面仍然保持足够 的硬度,使毛坯在镦粗后的加工表面保持较低的粗糙度,有利于提高加工质量。
[0035] 步骤四或步骤五毛坯高度减少值满足以下关系式:5% XD彡A彡10% XD。使用本 发明提供的技术方案,由于压力机输出力保持恒定,使毛坯高度减少值保持恒定,压力机输 出功率也得以控制,节约了能源,提高了能源转换效率。
[0036] 本发明还提供一种用于大型圆钢棒镦粗工艺的倒圆模具,如图1所示,倒圆模具上 设有倒圆槽1,倒圆槽1侧面设有圆弧形倒圆面2,定义R代表倒圆面2半径,倒圆面2半径满足 以下关系式:〇. 5 X D<1.2 X D,定义C代表倒圆槽1槽口直径,倒圆槽1槽口直径满足以下 关系式:1.2XD<C<2XD。使用本发明提供的技术方案,有选倒圆槽1侧面倒圆面2半径为 0.5 X1.2 XD,使毛坯倒圆角大小与其直径相协调,提高了工件的美观性,进一步地, 使倒圆模具便于制造,而同一个规格的倒圆模具,其可使用的毛坯直径范围为毛坯直径的 0.5倍至1.2倍,模具结构简单,制造方便,适应范围广。
[0037] 倒圆模具的侧面设有盲孔3,定义L代表盲孔3中心与倒圆模具下端面之间的距离, L值满足以下关系式:L = 0.5XH+20毫米。使用本发明提供的技术方案,优选在倒圆模具的 侧面设置若干个盲孔3,盲孔3最好按照倒圆模具的外圆周面阵列均匀分布,有利于使用专 用装备对倒圆模具进行吊装,为避免盲孔3与倒圆模具中心的倒圆槽1贯通,优选盲孔3中心 与倒圆模具下端面之间的距离L值满足以下关系式:L = O.5XH+20毫米,使倒圆模具体的安 装更加稳定和方便,优选盲孔3设置为两个,并按照倒圆模具的中心轴线对称布置,进一步 地,优选盲孔3直径是40毫米,深度是100毫米,有利于提高吊装时结构强度,使倒圆模具适 用于大直径的圆形钢棒的镦粗加工工艺。
[0038] 倒圆模具是圆柱形,倒圆模具的外圆直径是毛坯直径的1.5倍至2倍,倒圆模具的 高度是毛坯直径的0.5倍至0.8倍。采用本发明提供的技术方案,优选圆模具的外圆直径是 毛坯直径的1.5倍至2倍,一方面,能有效抵抗压力机的输出压力,保证倒圆模具不致于产生 变形,延长倒圆模具的使用寿命,另一方面,有利于减少倒圆模具的体积,使倒圆模具的体 积与压力机的工作台面相匹配,在保证足够结构强度的同时,提高生产效率。
[0039] 毛坯的材质是牌号是30CrMnSiNi2A的结构钢。采用本发明的技术方案,优选毛坯 的材料选择用结构钢材,根据我国标准,牌号是30CrMnSiNi2A的结构钢材的组成成分以及 重量百分比为:C:0.27% 〜0.34%,Mn: 1.00%〜1.30%,Si:0.9% 〜1.2%,Cr:0.9%〜 1.2%,Ni :1.4% 〜1.8%,S:彡0.015%,P:彡0.025%,Cu:彡0.025%,其余是Fe,这种结构 钢不仅具有较好的结构强度,在经过加热至镦粗温度以后,其硬度较高,塑性较强,有利于 提高倒圆角的表面加工质量。
[0040] 步骤六中毛坯高度减少值B满足以下关系式:
[0041] 0.4XH<B<0.5XH。采用本发明提供的技术方案,毛坯从步骤一至步骤六的整个 镦粗过程中,毛坯的高度的压缩量可达40%至50%,而表面加工质量较高,生产效率较高。
[0042] 实施例1:
[0043] 步骤一:首先使用切割机床或圆盘锯切割牌号为30CrMnSiNi2A的圆形结构钢棒, 获得直径为Φ 300mm,高度为800mm的毛还;
[0044] 步骤二:将步骤一的毛坯加热至IOOOtC并对毛坯保温400分钟;
[0045] 步骤三:将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至150°C ;
[0046] 步骤四:将倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具中,启 动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少15_;
[0047] 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,使毛 还高度减少15mm;
[0048] 步骤六:将倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度 减少320mm。
[0049] 最后对镦粗后的工件进行检验,测量其两端倒圆角为R15.3mm,倒圆角外表面美 观,无毛刺,毛坯高度共减少350mm,约占毛坯初始高度的43.75%。
[0050] 实施例2:
[0051] 步骤一:首先使用切割机床或圆盘锯切割牌号为30CrMnSiNi2A的圆形结构钢棒, 获得直径为Φ 300mm,高度为800mm的毛还;
[0052] 步骤二:将步骤一的毛坯加热至IlOOtC并对毛坯保温440分钟;
[0053] 步骤三:将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至300°C ;
[0054] 步骤四:将倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具中,启 动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少20_;
[0055] 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,使毛 坯高度减少20mm;
[0056] 步骤六:将倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度 减少320mm。
[0057] 最后对镦粗后的工件进行检验,测量其两端倒圆角为R22.7mm,倒圆角外表面美 观,无毛刺,毛坯高度共减少360mm,约占毛坯初始高度的45%。
[0058] 实施例3:
[0059] 步骤一:首先使用切割机床或圆盘锯切割牌号为30CrMnSiNi2A的圆形结构钢棒, 获得直径为Φ 300mm,高度为800mm的毛还;
[0060] 步骤二:将步骤一的毛坯加热至1180°C并对毛坯保温480分钟;
[0061] 步骤三:将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至400°C ;
[0062] 步骤四:将倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具中,启 动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少30_;
[0063] 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,使毛 还高度减少30mm;
[0064] 步骤六:将倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度 减少320mm。
[0065] 最后对镦粗后的工件进行检验,测量其两端倒圆角为R34.6mm,倒圆角外表面美 观,无毛刺,毛坯高度共减少380mm,约占毛坯初始高度的47.5%。
[0066] 可见,在本发明中,对于相同结构尺寸的毛坯,当提高毛坯的镦压温度和保温时 间,以及倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧的预热温度时,提高了毛坯的塑性,减少了镦 粗加工过程中毛刺的产生,所获得的倒圆角大小与使用倒圆模具时,压力机镦压行程有直 接关系,比较上述是实施1至实施例3中各数据,见下表:
Figure CN107262647AD00071
[0068] 其中,实施例1、实施例2和实施例3中倒圆角与镦压行程之差分别是:0.3mm、 2.7mm、4.6mm,可见,随着毛坯的镦压温度和保温时间,以及倒圆模具、压力机上砧和压力机 下砧的预热温度的升高,其变化也越大,工件在镦粗过程中,毛坯的高度的压缩量可达40% 至50%,而表面加工质量较高,生产效率较高。

Claims (10)

1. 一种大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:包括以下步骤: 步骤一:使用切割机床或圆盘锯切割圆形钢棒,获得直径为D,高度为H的毛坯; 步骤二:将步骤一所述的毛坯加热至镦压温度并对毛坯保温一段时间,定义t代表保温 时间; 步骤三:使用倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至预热温度; 步骤四:将所述倒圆模具安装至压力机工作台面上,将毛坯的一端放入倒圆模具中,启 动压力机镦粗毛坯,使毛坯高度减少,定义A代表毛坯高度减少值; 步骤五:翻转毛坯,将毛坯的另一端放入所述倒圆模具中,启动压力机镦粗毛坯,使毛 坯高度减少,毛坯高度减少值是A; 步骤六:将所述倒圆模具从压力机工作台面上取下,启动压力机镦粗毛坯,定义B代表 毛坯高度减少值。
2. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤二中所述镦压温 度是 1100 〜1180°C。
3. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤二中所述保温时 间t满足以下关系式:0.5 XH分钟彡t彡0.6 XH分钟。
4. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤三中所述预热温 度是150〜400°C。
5. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤四或步骤五所述 毛坯高度减少值满足以下关系式:5% XD<A<10% XD。
6. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述毛坯的材质是牌号是 30CrMnSiNi2A 的结构钢。
7. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤六中所述毛坯高 度减少值B满足以下关系式:0.4 X HSB彡0.5 X H。
8. 如权利要求1所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述步骤三中所述倒圆模 具上设有倒圆槽(1),倒圆槽⑴侧面设有圆弧形倒圆面(2),定义R代表倒圆面(2)半径,倒 圆面⑵半径满足以下关系式:〇.5XD彡R彡1.2XD,定义C代表倒圆槽(1)槽口直径,倒圆槽 (1)槽口直径满足以下关系式:1.2 XD彡C彡2 XD。
9. 如权利要求8所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述倒圆模具的侧面还设 有盲孔(3),定义L代表盲孔(3)中心与所述倒圆模具下端面之间的距离,L值满足以下关系 式:L = 0.5XH+20 毫米。
10. 如权利要求8所述的大型圆钢棒的镦粗方法,其特征在于:所述倒圆模具是圆柱形, 所述倒圆模具的外圆直径是所述毛坯直径的1.5倍至2倍,所述倒圆模具的高度是所述毛坯 直径的0.5倍至0.8倍。
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