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

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

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

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，通常采用冷轧镦粗，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

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。

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×D≤R≤1.2×D，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×D≤C≤2×D。

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，L值满足以下关系式：L＝0.5×H+20毫米。

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。

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：

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；

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。

所述步骤二中所述镦压温度是1100～1180℃。

所述步骤二中所述保温时间t满足以下关系式：0.5×H分钟≤t≤0.6×H分钟。

所述步骤三中所述预热温度是150～400℃。

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％×D≤A≤10％×D。

所述毛坯的材质是牌号是30CrMnSiNi2A的结构钢。

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×H≤B≤0.5×H。

本发明的有益效果在于：

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

图1是本发明倒圆模具的结构示意图。

图中：1-倒圆槽，2-倒圆面，3-盲孔。

具体实施方式

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。

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：

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。

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。

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。

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。

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。

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，提高了生产效率。

步骤二中镦压温度是1100～1180℃。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℃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。

步骤二中保温时间t满足以下关系式：0.5×H分钟≤t≤0.6×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×H分钟≤t≤0.6×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。

步骤三中预热温度是150～400℃。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℃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。

步骤四或步骤五毛坯高度减少值满足以下关系式：5％×D≤A≤10％×D。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。

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：0.5×D≤R≤1.2×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：1.2×D≤C≤2×D。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×D≤R≤1.2×D，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。

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＝0.5×H+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＝0.5×H+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。

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。

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：≤0.015％，P：≤0.025％，Cu：≤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。

步骤六中毛坯高度减少值B满足以下关系式：

0.4×H≤B≤0.5×H。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。

实施例1：

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Φ300mm，高度为800mm的毛坯；

步骤二:将步骤一的毛坯加热至1000℃并对毛坯保温400分钟；

步骤三：将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至150℃；

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15mm；

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15mm；

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。

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％。

实施例2：

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Φ300mm，高度为800mm的毛坯；

步骤二:将步骤一的毛坯加热至1100℃并对毛坯保温440分钟；

步骤三：将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至300℃；

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20mm；

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；

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。

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％。

实施例3：

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Φ300mm，高度为800mm的毛坯；

步骤二:将步骤一的毛坯加热至1180℃并对毛坯保温480分钟；

步骤三：将倒圆模具、压力机上砧和压力机下砧加热至400℃；

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30mm；

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30mm；

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。

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％。

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：

	镦压温度	保温时间	预热温度	镦压行程	倒圆角
						实施例1	1000℃	400分钟	150℃	15mm	R15.3mm
实施例2	1100℃	440分钟	300℃	20mm	R22.7mm
						实施例3	1180℃	480分钟	400℃	30mm	R34.6mm

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℃。

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×H分钟≤t≤0.6×H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℃。

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％×D≤A≤10％×D。

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×H≤B≤0.5×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(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：0.5×D≤R≤1.2×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：1.2×D≤C≤2×D。

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＝0.5×H+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。