CN108246937B - 一种多台阶大直径机匣环锻件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及异形锻件制造工艺技术领域，具体是一种多台阶大直径机匣环锻件及其制造方法。本发明通过下料、镦粗、冲孔、马架扩孔、掰斜、胎膜制坯、预轧、轧制成形的流程对机匣环锻件进行制造，通过镦粗、冲孔、马架扩孔和胎膜制坯，使坯料高度方向的体积分布特点符合锻件最终成形要求；通过特殊的构造使得坯料得以大端向下，从芯辊模具上方装载，保证坯料轧制稳定；通过调整环坯尺寸，使坯料和模具接触紧密，防止坯料轴向窜动；前期使用高温大变形来细化晶粒，后续异形制坯及成形过程采用低温小变形来维持晶粒不变，使晶粒得到充分细化。最终得到了一种轧制平稳，能很好的保证锻件轧制精度的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法。

Description

一种多台阶大直径机匣环锻件的制造方法
技术领域
本发明涉及异形锻件制造工艺技术领域，具体是一种多台阶大直径机匣环锻件的制造方法。
背景技术
目前，由于设计成较规整型面的锻件需要消耗更多材料，因此常考虑将锻件设置成多台阶形。
多台阶大直径机匣类锻件内外型面复杂，锻件两端尺寸差异大，传统轧机采用上抽式芯辊设计，此类上抽式芯辊机构在生产钟形机匣类锻件时，锻件大端必须向上，以保证芯辊模具能从上方插入坯料内孔，坯料大端向上的轧制方式不利于坯料稳定轧制和抱轮受力，容易造成轧制失败。
多台阶机匣类锻件外形面复杂，两端尺寸差异大，造成锻件锻造变形过程中不同部位的变形量存在较大差异，导致最终所得锻件产品晶粒度会有较大差异。
镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50％)在650～1000℃范围内具有较高的强度和良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力的高温合金。镍基高温合金具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，是典型的难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。镍基高温合金材料价格昂贵，如按照常规设计成较规整型面的锻件，消耗材料较多，加工费用也较高。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，包括以下步骤：
(1)选择金属棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)将环坯进行掰斜，使其变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图4、5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具按照预轧与终轧分为：预轧锟芯上段5，预轧锟芯下段6；或终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。使用特殊的芯辊装配方式，使得轧制多台阶机匣类锻件时，坯料大端向下，保证坯料轧制稳定，同时通过调整环坯尺寸，解决轧制起始阶段坯料和模具接触不平衡，造成坯料轴向窜动的问题。
所述金属棒状原材料，是镍基高温合金，优选的是WASPALOY。镍基高温合金(如In718、Waspaloy等)具有热稳定性好、高温强度和硬度高、耐腐蚀、抗磨损等特点，是典型的难加工材料，常用于制作涡轮盘等发动机关键部件。但是材料较为昂贵，成本较高，在以其为原料时应注意损耗及合理利用。
所述冲孔，是使用规格φ250-320mm的冲头进行冲孔。较小的冲头对已经分配好的体积比例影响小。
所述掰斜，总共进行两次了掰斜，具体是使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形。
所述胎模制坯，是在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使坯料高度方向的体积分布特点符合锻件最终成形要求。
所述步骤(6)，对环坯进行两次轧制，分别是预轧和终轧。异形件变形量较大，难以一次成型，分两次轧制能较好的保证产品质量和内部微观组织性能。
所述步骤(1)、(2)、(3)中，控制温度在1060-1100℃、变形量在30％以上；所述步骤(4)、(5)、(6)中控制温度在1030-1060℃。如附图2所示，通过计算锻件体积变化，可判断出锻件大头参与变形较少，其余部分参与变形差别不大。步骤(1)、(2)、(3)中时全部使用高温(1060-1100℃)大变形(变形量30％以上)来细化晶粒，步骤(4)、(5)、(6)中采用低温(1030-1060℃)锻造保持晶粒不长大，并通过后续变形改善晶粒形态，细化晶粒。
与现有技术相比，本发明创造的技术效果体现在：
本发明涉及异形锻件制造工艺技术领域，具体是一种多台阶大直径机匣环锻件及其制造方法。本发明通过下料、镦粗、冲孔、马架扩孔、掰斜、胎膜制坯、预轧、轧制成形的流程对机匣环锻件进行制造，通过镦粗、冲孔、马架扩孔和胎膜制坯，使坯料高度方向的体积分布特点符合锻件最终成形要求；通过特殊的构造使得坯料得以大端向下，从芯辊模具上方装载，保证坯料轧制稳定；通过调整环坯尺寸，使坯料和模具接触紧密，防止坯料轴向窜动；前期使用高温大变形来细化晶粒，后续异形制坯及成形过程采用低温小变形来维持晶粒不变，使晶粒得到充分细化。最终得到了一种轧制平稳，能很好的保证锻件轧制精度的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法。
附图说明
图1是本发明的目标成品环锻件要求尺寸示意图；
图2是本发明的目标成品环锻件不同高度的体积分布表；
图3是本发明的制造过程中坯料截面变化情况示意图；
图4是本发明中预轧所用模具的装配示意图；
图5是本发明中终轧所用模具的装配示意图；
图中：1-芯轴，2-芯锟垫环，3-芯锟垫环，4-限位环，5-预轧锟芯上段，6-预轧锟芯下段，7-芯锟套，8-主坤垫环，9-φ1000组合衬套，10-主锟模具上端，11-主锟模具下端，12-下盖板，13-终轧锟芯上段，14-终轧锟芯下段。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明的技术方案做进一步的限定，但要求保护的范围不仅局限于所作的描述。
实施例1
(1)选择WASPALOY棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具分为：终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
实施例2
(1)选择GH738棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具分为：终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
实施例3
(1)选择WASPALOY棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具分为：终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
实施例4
(1)选择WASPALOY棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，重复两次，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具分为：终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
实施例5
(1)选择WASPALOY棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行两次轧制，分别是预轧和终轧，分别使用如附图4、5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具按照预轧与终轧分别为：预轧锟芯上段5，预轧锟芯下段6；或终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
实施例6
(1)选择WASPALOY棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗，使其长度与厚度合适；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔，使其中心被打通；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，使孔径大小合适，原料体积得到合理分配，得到矩形截面环坯；
(4)使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制，使环坯形状接近最终锻件形状，以利于后续轧制平稳进行；
(6)使用如附图5所示的具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具分为：终轧锟芯上段13，终轧锟芯下段14，并将其安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，坯料大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴1插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将坯料轧制成成品锻件。
所述步骤(1)、(2)、(3)中，控制温度在1060-1100℃、变形量在30％以上；所述步骤(4)、(5)、(6)中控制温度在1030-1060℃。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明的技术方案并不限于上述实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选择镍基高温合金WASPALOY金属棒状原材料，进行下料，然后对原料进行镦粗；
(2)对镦粗后的原料进行冲孔；
(3)对冲孔后的原料进行马架扩孔，得到矩形截面环坯；
(4)将环坯进行掰斜，使其变成钟形；
(5)使用胎模制坯的方法对环坯进行处理，使环坯形状接近最终锻件形状；
(6)使用具有特殊设计的芯辊模具结构的轧机对环坯进行轧制，所述芯辊模具安装于轧机轧制平台，不随芯辊机构上下运动，环坯大端向下，从芯辊模具上方装载，通用芯轴插入专用芯辊模具内孔与设备配合，带动芯辊模具径向运动完成轧制，将环坯轧制成成品锻件
所述步骤(1)、(2)、(3)中，控制温度在1060-1100℃、变形量在30％以上；所述步骤(4)、(5)、(6)中控制温度在1030-1060℃。
2.根据权利要求1所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，所述冲孔，是使用规格φ250-320mm的冲头进行冲孔。
3.根据权利要求1所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，所述掰斜，总共进行两次掰斜。
4.根据权利要求1所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，所述掰斜是使用梯形截面的模具从环坯下部打入，使环坯的侧壁向外倾斜，变成钟形。
5.根据权利要求1所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，所述胎模制坯，是在环坯内外侧设置模具，然后进行轧制。
6.根据权利要求1所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法，其特征在于，所述步骤(6)，对环坯进行两次轧制，分别是预轧和终轧。
7.通过权利要求1-6任一项所述的多台阶大直径机匣环锻件的制造方法制造得到的多台阶大直径机匣环锻件。
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Denomination of invention: A manufacturing method of multi-step large-diameter gearbox ring forging

Effective date of registration: 20220308

Granted publication date: 20200915

Pledgee: China Construction Bank Corporation Guiyang Jingrui sub branch

Pledgor: Guizhou Aviation Technical Development Co.,Ltd.

Registration number: Y2022520000010

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