CN110193575B - 一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法 - Google Patents

一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，它适用锻件的镦粗生产过程。首先设计沙漏形坯料：利用计算机模拟软件确定在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；预制沙漏形坯料：在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；最后成形：将坯料按照所需压下量进行镦粗，并最终锻造成所需规格尺寸。该方法解决锻件的生产过程中，锻件表面因镦粗而形成横向表面裂纹或横向表面裂纹源的问题。采用本发明锻造方法可避免锻件表面的裂纹缺陷，并提高锻件变形的均匀性。

Description

一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法
技术领域
本发明属于锻造领域，具体地说就是一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，它适用于锻件的镦粗生产过程。
背景技术
锻件作为冶金机械、石油化工、交通运输、能源电力等领域大型成套装备的核心零部件，在国民经济建设、国防装备和重大科学装置中发挥着极其重要的作用，其生产能力和质量水平是衡量一个国家自主能力与国力强弱的重要标志。因此，提高锻件质量，保证其运行过程中的安全性和可靠性具有十分重要的意义。
镦粗是锻件生产中极为重要的工序，它可以破坏铸态树枝状组织，细化锻件内部组织晶粒，增大材料强度，提高锻件的韧性和抵抗破坏的能力。但镦粗低塑性的坯料或者镦粗压下量较大时，在坯料侧表面易产生裂纹缺陷，影响后续锻造过程。裂纹的产生是因为材料内部组织结构在外界条件作用下发生变化而形成的，相关的外界条件有受力情况、变形温度、变形速度和钢锭表面质量等。材料在变形过程中的受力情况对裂纹的产生具有重要影响，在变形过程中除了工具给予工件的作用力之外，还有由于变形不均匀和变形速度不同引起的附加周向拉应力、由温度不均匀引起的热应力和由组织转变不同时进行而产生的组织应力。
许多研究认为在镦粗过程中对材料表面裂纹的形成起主要作用的是周向所产生的拉应力。由于拉应力过大，材料周向受载过大，出现微观孔洞和空穴，继而发生扩张、聚合，最终导致材料出现宏观裂纹或断裂。然而，金属表面在镦粗过程中除了存在周向拉应力，还会随着压下量的增大而产生轴向拉应力，在金属表面形成两向拉应力状态，并对表面裂纹的扩展产生重要影响。因此，如果能在镦粗过程中使坯料表面仅存在轴向的单向拉应力，可以有效抑制裂纹的萌生和扩展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，用于解决锻件生产过程中由于表面拉应力的作用而产生表面裂纹的问题。
本发明的技术方案是：
一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，在一些需要对铸锭坯料进行反复的镦粗和拔长变形大型锻件的生产过程中，把坯料形状制成沙漏形状，以进行其中某一次或全部镦粗变形。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料，以进行后续镦粗变形。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，沙漏形坯料的侧表面与端面的角度在60°～90°范围内，沙漏形坯料侧表面轴向的中心处与坯料端面的夹角最大，侧表面四分之一处与端面的夹角最小。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，首先设计沙漏形坯料：利用计算机模拟软件确定在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；预制沙漏形坯料：在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；最后成形：将坯料按照所需压下量进行镦粗，并最终锻造成所需规格尺寸。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，该方法的具体步骤如下：
第一步，确定镦粗所需压下量，利用计算机模拟软件反向计算获得沙漏形坯料计算模型；
第二步，利用计算机模拟软件模拟沙漏形坯料镦粗过程，分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；
第三步，对原始坯料实施锻前加热；
第四步，对坯料进行局部变形，通过拔长、铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；
第五步，加热沙漏形坯料至所需锻造温度；
第六步，按照所需压下量进行镦粗变形，并最终将沙漏形坯料锻造成形至所需尺寸。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，第一步中，利用计算机模拟软件计算普通圆柱形坯料的镦粗压下过程，压至所需变形量后，切除坯料测表面由于下压产生的鼓肚，标记特征点后反向计算，获得特征点在原始坯料中的位置并以此为依据设计沙漏形坯料计算模型。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，第二步中，利用计算机模拟软件计算沙漏形坯料计算模型镦粗过程，压至所需变形量后分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，第三步中，将原始坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，第四步中，将加热后的坯料放置于锻压机操作平台上，通过拔长使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料。
所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，第五步中，将沙漏形坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
相对于现有技术，本发明的优点及有益效果是：
1、防止坯料镦粗过程中在侧表面产生轴向拉应力。沙漏形坯料镦粗过程中，金属表面除了存在周向拉应力，还存在轴向压应力，在依据压下量确定的沙漏形锻造工艺下，随着压下量的增大，轴向压应力力减小，但不转变为拉应力，在金属表面不会形成两向拉应力状态，有效避免表面裂纹的产生与扩展。
2、实现锻件坯料的均匀变形。沙漏形坯料镦粗过程中，自由表面不会呈现鼓肚状的变形行为，金属坯料变形均匀，从而避免材料出现微观孔洞和空穴，继而发生扩张、聚合等现象，从而避免材料出现宏观裂纹或断裂。
3、按照本发明所述锻造方法生产的锻件，在镦粗过程中不会在坯料中间位置出现折叠缺陷。
4、本发明设计锻造方法通过改变坯料的外形，从而改变坯料变形时的受力情况，防止锻件表面裂纹，方法简便，工程便于实现。采用本发明锻造方法生不仅可防止锻件的表面横向裂纹，坯料镦粗时的变形均匀性也得到提高。
附图说明
图1沙漏形锻造工艺设计方法。
图2沙漏形沙漏坯料示意图。
图3沙漏形沙漏坯料镦粗变形后示意图。
具体实施方式
在具体实施过程中，本发明防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，首先进行沙漏形坯料设计：利用计算机模拟软件确定在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；再预制沙漏形坯料：在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；最后成形：将坯料按照所需压下量进行镦粗，并最终锻造成所需规格尺寸。该方法的具体步骤如下：
第一步，利用计算机模拟软件反向计算获得沙漏形坯料计算模型：首先按照工艺设计的锻造比等参数确定镦粗所需压下量，之后利用计算机模拟软件计算普通圆柱形坯料的镦粗压下过程，压至所需变形量后，切除坯料测表面由于下压产生的鼓肚，标记特征点后反向计算，获得特征点在原始坯料中的位置并以此为依据设计沙漏形坯料计算模型。
第二步，利用计算机模拟软件模拟沙漏形坯料镦粗过程，分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸：利用计算机模拟软件计算沙漏形坯料计算模型镦粗过程，压至所需变形量后分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸。
第三步，对原始坯料实施锻前加热：将原始坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
第四步，对坯料进行局部变形，通过拔长、铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；将加热后的坯料放置于锻压机操作平台上，通过拔长使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料。沙漏形坯料的侧表面与端面的角度在60～90°范围内。
第五步，加热沙漏形坯料至所需锻造温度；将沙漏形坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
第六步，按照所需压下量进行镦粗变形，并最终将沙漏形坯料锻造成形至所需尺寸。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明，构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获取其他的附图。
实施例
如图1所示，本发明实施例提供模拟计算确定沙漏形工艺设计的一种方法，利用计算机模拟软件计算普通圆柱形坯料的镦粗压下过程，压至所需变形量后，切除坯料测表面由于下压产生的鼓肚，标记特征点后反向计算，获得特征点在原始坯料中的位置，并以此为依据设计沙漏形坯料计算模型。模拟沙漏形坯料计算模型镦粗过程，压至所需变形量后分析对比、修正尺寸、再计算，获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸。
如图2所示，本发明实施例提供一种坯料最大直径为1m的沙漏沙漏形坯料，圆柱形坯料首次镦粗拔长后，采用铆镦或端面碾压的方法使坯料局部变形获取沙漏形坯料，沙漏形坯料侧表面中心位置与端面夹角θ1＝80°，θ2＝70°，θ3＝85°，衔接处采用端面碾压实现平滑过渡。
如图3所示，本发明实施例提供一种沙漏形坯料锻后的坯料，压下量为32％时，坯料外形接近圆柱形。
本发明中，沙漏形坯料的设计尺寸按照实际的需求设计，保证在坯料压下量未超过30％时，坯料不会有鼓肚出现。
实施例结果表明，本发明方法解决锻件的生产过程中，锻件表面因镦粗而形成横向表面裂纹或横向表面裂纹源的问题。采用本发明锻造方法可避免锻件表面的裂纹缺陷，并提高锻件变形的均匀性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：在一些需要对铸锭坯料进行反复的镦粗和拔长变形大型锻件的生产过程中，把坯料形状制成沙漏形状，以进行其中某一次或全部镦粗变形；沙漏形坯料的侧表面与端面的角度在60°~90°范围内，沙漏形坯料侧表面轴向的中心处与坯料端面的夹角最大，侧表面四分之一处与端面的夹角最小；所述沙漏形坯料在压下量未超过30%时，坯料不会有鼓肚出现。
2.按照权利要求1所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料，以进行后续镦粗变形。
3.按照权利要求1所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：首先设计沙漏形坯料：利用计算机模拟软件确定在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；预制沙漏形坯料：在拔长工序中使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；最后成形：将坯料按照所需压下量进行镦粗，并最终锻造成所需规格尺寸。
4.按照权利要求3所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：
第一步，确定镦粗所需压下量，利用计算机模拟软件反向计算获得沙漏形坯料计算模型；
第二步，利用计算机模拟软件模拟沙漏形坯料镦粗过程，分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸；
第三步，对原始坯料实施锻前加热；
第四步，对坯料进行局部变形，通过拔长、铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料；
第五步，加热沙漏形坯料至所需锻造温度；
第六步，按照所需压下量进行镦粗变形，并最终将沙漏形坯料锻造成形至所需尺寸。
5.按照权利要求4所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：第一步中，利用计算机模拟软件计算普通圆柱形坯料的镦粗压下过程，压至所需变形量后，切除坯料测表面由于下压产生的鼓肚，标记特征点后反向计算，获得特征点在原始坯料中的位置并以此为依据设计沙漏形坯料计算模型。
6.按照权利要求4所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：第二步中，利用计算机模拟软件计算沙漏形坯料计算模型镦粗过程，压至所需变形量后分析、修正、再计算获得在所需镦粗压下量不产生鼓肚的沙漏形坯料尺寸。
7.按照权利要求4所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：第三步中，将原始坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
8.按照权利要求4所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：第四步中，将加热后的坯料放置于锻压机操作平台上，通过拔长使坯料外形成为沙漏形，或者采用铆镦或端面碾压的方法获取沙漏形坯料。
9.按照权利要求4所述的防止表面裂纹的沙漏形锻造方法，其特征在于：第五步中，将沙漏形坯料送入加热炉加热，加热温度为0.85Tm，Tm为材料的熔点，单位为℃。
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