CN109079071A - Gh4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，通过连续挤压有效防止金属成形不均匀，金属流线紊乱及金相组织差，获得组织均匀的GH4169合金大型整体盘轴锻件。这种轧制方法主要用于航空、航天、工业机械等领域大型盘轴锻件锻造成形。
Description
技术领域
本发明涉及一种盘轴锻件的成形方法，特别是涉及了GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法。
背景技术
随着工业需求的不断挺高，其关键零件越来越多的采用整体结构设计。目前，大型盘轴锻件多采用分次成型，其中其盘形端采用成形技术主要有自由锻、液压机模锻、锤上模锻和螺旋压力机模锻等，轴端一般采用自由锻造或挤压工艺进行成型。对于较小的盘轴锻件一般采用挤压方式进行成型。以上成形手段效率低、精度低，生产极其复杂，尤其不能达到大型盘轴锻件的生产要求。并且其使用材料也向难变形高强高韧高比强度的方向发展，其加工工艺技术及设备的提升是必然趋势。而在局部连续加载省力成形领域，主要指的轴向闭式辗压的成形过程中，对于小尺寸盘轴锻件的轴向闭式辗压过程中的成形过程中，可直接辗压，一次成形，但对于大型盘轴锻件辗压成形时，会造成大型盘件的金属填充不完整或者是金属填充时存在一定的缺陷。轴向闭式辗压过程中的，一般整个过程采取线性方式进给，但针对于大尺寸盘件，此类进给方式使得温度骤降出现金属成形不均匀、金属流线紊乱及金相组织极差的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种整体挤压的方法，通过连续挤压有效防止金属成形不均匀，金属流线紊乱及金相组织差，获得组织均匀的GH4169合金大型整体盘轴锻件。
为解决上述技术问题，本发明所述GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其技术方案包括以下步骤：
第一步：根据大型盘轴锻件的外形对盘端模具的上、下模具进行设计，选取1/2盘端上表面作为轮廓，铅垂线6°作为自转轴对上模进行设计，分模面选在盘件上表面，模具材料选择5CrNiMo，顶出孔的位置为下模具下端中心处，大小为φ400mm，盘端模具下模的拔模斜度选择为0.5°，上、下模具合模后的间隙为0.3mm，采用大型盘轴锻件的轴端作为定位台，通过有限元软件对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析，确定大型盘轴锻件毛坯的尺寸为φ150×2000mm，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工；
第二步：将GH4169合金的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计，按等体积原则，将其下料成一次棒材，棒材的尺寸为φ300×540mm，再把棒材加热到1080℃，随炉升温，到温后保温110min；将加热后的棒材置于自由锻设备上，控制径向变形程度为50％，使棒材通过自由锻拔长至150×2000mm；
第三步：把探伤后的坯料置于1060℃加热炉中加热，保温45min，采用天然气喷管对盘端模具进行持续加热，至350℃，采用雾化石墨喷涂盘件模具型腔，盘端模具的上模型腔中喷涂稍少，使得其具有足够的摩擦，大型盘轴锻件的盘端上表面带动盘端模具的上模绕其中心进行转动；提前启动电机，使得盘端模具的下模具有一定的自转角速度，在5s内，使得大型盘轴的下模角速度稳定在0.5～2rad/s，取出坯料，将其置于转动过程中的盘端模具的下模中，初始阶段，提高盘端模具上模的轴向线速度为1mm/s，至盘端模具的上模与大型盘轴锻件盘端的上表面接触，随后，采用设备输出为2～4mm/rad的进给量对坯料进行加载，使得大型盘轴锻件坯料开始阶段迅速变形，盘端成形过程中整体变形程度为坯料高度方向上的50％，当坯料变形完成75％后，采用设备输出为1mm/rad的进给量对坯料加载至高度方向成形，在盘端模具的上模到达下死点后，停止进给，盘端模具的下模提高角速度2rad/s，对大型盘轴锻件的盘端上表面修平，使得周向、径向的金属均匀快速流动，自转持续2-3s，停止转动，取出坯料，完成成形过程；
第四步：对成形后的坯料进行切边，热处理选择调制处理，获得最终的GH4169合金大型盘轴锻件。
优选地，在第一步中采用有限元软件对大型盘轴锻件盘端成形过程进行有限元数值分析，确定对应大型盘轴锻件盘端的高径比、形状，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。
优选地，在第三步中对预热后的盘端模具的模腔喷涂雾化水基石墨。
优选地，在第三步中大型盘轴锻件盘端高度方向成形后，盘端模具的上模停止进给，增大盘端模具下模的角速度，对环件上表面修平。
优选地，在第三步中大型盘轴锻件的盘端成形过程中盘端模具的下模角速度为0.5rad/s。
优选地，在第三步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为2mm/rad的进给量对预制坯进行加载。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，对大型盘轴锻件的盘端成形过程中采用自由锻和轴向闭式辗压成形方法，提高生产效率，在轴向闭式辗压成形方法中采用两种不同的进给量，以确保在盘端成形过程中避免出现金属成形不均匀，金属流线紊乱及金属组织差的现象出现，可有效提高工件的性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是大型整体盘轴锻件结构示意图。
具体实施方式
实施本发明所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法需要提供锻造加热炉、压力机、机械手等设备。
该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：含C量≤0.08％、含Cr量17.0％～21.0％、含Ni量50.0％～55.0％、含Co量≤1.0％、含Mo量2.80％～3.30％、含Al量0.30％～0.70％、含Ti量0.75％～1.15％、含Nb量4.75％～5.50％、含B量≤0.006％、含Mg量≤0.01％、含Mn量≤0.35％、含Si量≤0.35％、含P量≤0.015％、含S量≤0.015％、含Cu量≤0.30％、含Ca量≤0.01％、含Pb量≤0.0005％、含Se量≤0.0003％、余量为Fe。
本方法的步骤如下：
第一步：根据图1大型盘轴锻件的外形对盘端模具的上、下模具进行设计，选取1/2盘端上表面作为轮廓，铅垂线6°作为自转轴对上模进行设计，分模面选在盘件上表面，模具材料选择5CrNiMo，顶出孔的位置为下模具下端中心处，大小为φ400mm，盘端模具下模的拔模斜度选择为0.5°，上、下模具合模后的间隙为0.3mm，采用大型盘轴锻件的轴端作为定位台，通过有限元软件对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析，确定大型盘轴锻件毛坯的尺寸为φ150×2000mm，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。
第二步：将GH4169合金的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计，按等体积原则，将其下料成一次棒材，棒材的尺寸为φ300×540mm，再把棒材加热到1080℃，随炉升温，到温后保温110min；将加热后的棒材置于自由锻设备上，控制径向变形程度为50％，使棒材通过自由锻拔长至150×2000mm。
第三步：把探伤后的坯料置于1060℃加热炉中加热，保温60min，采用天然气喷管对盘端模具进行持续加热，至350℃，采用雾化石墨喷涂盘件模具型腔，盘端模具的上模型腔中喷涂稍少，使得其具有足够的摩擦，大型盘轴锻件的盘端上表面带动盘端模具的上模绕其中心进行转动；提前启动电机，使得盘端模具的下模具有一定的自转角速度，在5s内，使得大型盘轴的下模角速度稳定在0.5rad/s，取出坯料，将其置于转动过程中的盘端模具的下模中，初始阶段，提高盘端模具上模的轴向线速度为1mm/s，至盘端模具的上模与大型盘轴锻件盘端的上表面接触，随后，采用设备输出为2mm/rad的进给量对坯料进行加载，使得大型盘轴锻件坯料开始阶段迅速变形，盘端成形过程中整体变形程度为坯料高度方向上的50％，当坯料变形完成75％后，采用设备输出为1mm/rad的进给量对坯料加载至高度方向成形，在盘端模具的上模到达下死点后，停止进给，盘端模具的下模提高角速度2rad/s，对大型盘轴锻件的盘端上表面修平，使得周向、径向的金属均匀快速流动，自转持续2-3s，停止转动，取出坯料，完成成形过程。
第四步：对成形后的坯料进行切边，热处理选择调制处理，获得最终的GH4169合金大型盘轴锻件，如图1所示。
Claims (6)
1.一种GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：根据大型盘轴锻件的外形对盘端模具的上、下模具进行设计，选取1/2盘端上表面作为轮廓，铅垂线6°作为自转轴对上模进行设计，分模面选在盘件上表面，模具材料选择5CrNiMo，顶出孔的位置为下模具下端中心处，大小为φ400mm，盘端模具下模的拔模斜度选择为0.5°，上、下模具合模后的间隙为0.3mm，采用大型盘轴锻件的轴端作为定位台，通过有限元软件对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析，确定大型盘轴锻件毛坯的尺寸为φ150×2000mm，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工；
第二步：将GH4169合金的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计，按等体积原则，将其下料成一次棒材，棒材的尺寸为φ300×540mm，再把棒材加热到1080℃，随炉升温，到温后保温90min；将加热后的棒材置于自由锻设备上，控制径向变形程度为50％，使棒材通过自由锻拔长至150×2000mm；
第三步：把探伤后的坯料置于1060℃加热炉中加热，保温45min，采用天然气喷管对盘端模具进行持续加热，至350℃，采用雾化石墨喷涂盘件模具型腔，盘端模具的上模型腔中喷涂稍少，使得其具有足够的摩擦，大型盘轴锻件的盘端上表面带动盘端模具的上模绕其中心进行转动；提前启动电机，使得盘端模具的下模具有一定的自转角速度，在5s内，使得大型盘轴的下模角速度稳定在0.5～2rad/s，取出坯料，将其置于转动过程中的盘端模具的下模中，初始阶段，提高盘端模具上模的轴向线速度为1mm/s，至盘端模具的上模与大型盘轴锻件盘端的上表面接触，随后，采用设备输出为2～4mm/rad的进给量对坯料进行加载，使得大型盘轴锻件坯料开始阶段迅速变形，盘端成形过程中整体变形程度为坯料高度方向上的50％，当坯料变形完成75％后，采用设备输出为1mm/rad的进给量对坯料加载至高度方向成形，在盘端模具的上模到达下死点后，停止进给，盘端模具的下模提高角速度2rad/s，对大型盘轴锻件的盘端上表面修平，使得周向、径向的金属均匀快速流动，自转持续2-3s，停止转动，取出坯料，完成成形过程；
第四步：对成形后的坯料进行切边，热处理选择调制处理，获得最终的GH4169合金大型盘轴锻件。
2.根据权利要求1所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，所述在第一步中采用有限元软件对大型盘轴锻件盘端成形过程进行有限元数值分析，确定对应大型盘轴锻件盘端的高径比、形状，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。
3.根据权利要求1所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，所述在第三步中对预热后的盘端模具的模腔喷涂雾化水基石墨。
4.根据权利要求1所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，所述在第三步中大型盘轴锻件盘端高度方向成形后，盘端模具的上模停止进给，增大盘端模具下模的角速度，对环件上表面修平。
5.根据权利要求1所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，所述在第三步中大型盘轴锻件的盘端成形过程中盘端模具的下模角速度为0.5rad/s。
6.根据权利要求1所述的GH4169合金大型盘轴锻件整体挤压成形方法，其特征在于，所述在第三步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为2mm/rad的进给量对预制坯进行加载。
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