CN110773689B - 一种增加强度的法兰锻造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种增加强度的法兰锻造工艺，属于法兰生产技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤：步骤S1：切割；步骤S2：煅烧，将棒料坯放置于煅烧炉中加热至钢料的再结晶温度；步骤S3：自由锻，对棒料坯进行镦粗，使其成为圆盘状的粗坯；步骤S4：冲压，粗坯进行冲孔，使粗坯形成中心孔；步骤S5：模锻，将粗坯放置于锻模上，然后再利用压力机将粗坯锻压成形为粗成形坯；步骤S6：碾环；步骤S7：粗检；步骤S8：球化退火，步骤S4中，先利用第一冲压模具将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲子完成冲孔。本发明具有提高原料利用率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及法兰生产技术领域，更具体地说，它涉及一种增加强度的法兰锻造工艺。
背景技术
法兰又叫法兰盘或突缘,是用于将管状相互连接的零件。法兰上有孔眼，螺栓使两法兰紧连。法兰在工作过程中将承担较大的拉应力和压应力，所以对于这类法兰的结构强度有较高的要求。
目前，公开号为CN108571629A的发明专利公开了一种新型法兰的制造工艺，包括以下步骤：选料：选取厚度为60~100mm的钢板备用；锻造：将步骤选取的钢板进行锻造处理，锻造分为三个阶段，第一阶段锻造温度为880~900℃，锻造时间为15~18s，第二阶段锻造温度为750~780℃，锻造时间为18~20s，第三阶段锻造温度为910~925℃，锻造时间为13~15s，锻造完成之后进行冷却，冷却温度为25~27℃。
上述中的现有技术方案存在以下缺陷：模锻时为了保护模具，上下模中心用于成型中心孔位置的凸起不相互接触，所以模锻成型后的法兰中心孔位置会留下连皮，需要后续冲孔工步将连皮冲落，从而导致了原料利用率的降低，原材料的浪费。
发明内容
本发明目的在于提供一种增加强度的法兰锻造工艺，具有提高原料利用率的效果。
本发明为了实现上述目的，提供了如下技术方案：一种增加强度的法兰锻造工艺，包括以下步骤：步骤S1：切割，按照重量对圆柱状钢料进行切割，切割成棒料坯；步骤S2：煅烧，将棒料坯放置于煅烧炉中加热至钢料的再结晶温度；步骤S3：自由锻，对棒料坯进行镦粗，使其成为圆盘状的粗坯；步骤S4：冲压，粗坯进行冲孔，使粗坯形成中心孔；步骤S5：模锻，将粗坯放置于锻模上，然后再利用压力机将粗坯锻压成形为粗成形坯；步骤S6：碾环，将粗成形坯安装于碾环机上，利用碾环机对碾环使其中心孔的孔径扩大和外径扩大，将粗成形坯碾环成成型坯；步骤S7：粗检，检测成型坯的外径和内径是否符合要求；步骤S8：球化退火，将粗检合格的成型坯放置于电炉中，对成型坯进行球化退火，于步骤S4中，先利用第一冲压模具将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲子完成冲孔。
通过采用上述技术方案，利用自由锻消除棒料坯内缩孔、 缩松、气孔等缺陷，使棒料坯具有更高的力学性能，并且镦粗后的粗坯呈扁平状，方便后续的模锻；然后将粗成形坯碾环成成型坯，对成型坯球化退火，从而降低硬度，改善切削加工性能。将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲头完成冲孔，减少冲孔落下的余料，增加了原料的利用率。
本发明进一步设置为：于步骤S1中，按照重量对钢料进行切割，切割前按照所需的棒料坯的重量为合格后法兰重量的1.05倍~1.15倍。
通过采用上述技术方案，因为后续冲孔和粗车过程中，会损耗坯料的材料，所以在切割成棒料坯前需要留有加工余量。
本发明进一步设置为：于步骤S2中，利用天然气加热炉对棒料坯进行加热，天然气加热炉的温度为1180℃~1220℃。
通过采用上述技术方案，在该温度下更加便于锻压，提高了锻压的效率。
本发明进一步设置为：步骤S5中的锻模包括上模和下模，所述上模的下表面和下模的上表面开设有圆形的锻模凹槽，所述锻模凹槽中心同轴固定连接有中心型芯，两个所述锻模凹槽内壁和两个中心型芯的侧壁围合成锻模型腔。
通过采用上述技术方案，在模锻时，利用中心型芯对粗坯进行扩孔，方便后续的碾环加工，从而步骤S4中的冲孔的直径可以更小，然后利用模锻中锻模上的中心型芯进行扩孔，扩大粗坯上的中心孔，使其符合碾环的要求。
本发明进一步设置为：两个所述中心型芯突出于锻模凹槽底部的高度之和小于两倍的锻模凹槽深度。
通过采用上述技术方案，模锻时，避免上模和下模合模时，两个中心型芯之间仍然留有间隙，避免合模时两个中心型芯之间产生冲击，从而导致中心型芯的损坏。
本发明进一步设置为：步骤S5中的锻模包括上模和下模，所述上模的下表面和下模的上表面开设有圆形的锻模凹槽，所述锻模凹槽中心同轴滑移连接有中心型芯，两个所述锻模凹槽内壁和两个中心型芯的侧壁围合成锻模型腔，所述上模和下模均设置有驱动中心型芯滑动的驱动结构，所述驱动结构包括转动连接于上模或下模的凸轮，所述中心型芯一端抵触于凸轮，所述凸轮同轴固定连接有棘轮，所述上模和下模均转动连接有连接杆，所述连接杆转动中心与棘轮呈同轴设置，所述连接杆铰接有抵触于棘轮的棘爪，所述连接杆上设置有使棘爪抵触于棘轮的扭簧，所述上模和下模固定连接有抵触于连接杆转动方向侧壁的挡板，所述连接杆和挡板之间连接有使连接杆抵触于挡板的拉簧。
通过采用上述技术方案，每完成一次对于坯料的锻压，推动连接杆使其带动凸轮转动，从而使中心型芯竖直方向上滑移，减少锻压过程坯料因挤压向两个中心型芯之间进行延展而将中心孔堵塞。
本发明进一步设置为：压力机上固定连接有竖直的推杆，所述上模向上移动时推杆推动连接杆转动，所述推杆推动连接杆转动方向与棘轮上齿的朝向方向相反。
通过采用上述技术方案，每次锻压完成后，上模在压力机的作用下向上移动，连接杆抵触于推杆，从而使连接杆转动，进而使凸轮转动，实现了自己驱动中心型芯滑移的目的，使锻模使用更加方便。
本发明进一步设置为：压力机底座上固定连接有推动下模上连接杆的气缸，每次压力机对工件锻压一次气缸推连接杆转动一次，所述气缸推动连接杆转动方向与棘轮上齿的朝向方向相反。
通过采用上述技术方案，每次锻压完成后，气缸进行一次伸缩，对推杆进行一次推动，从而使连接杆转动，进而使凸轮转动，实现了自己驱动中心型芯滑移的目的，使锻模使用更加方便。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
其一，先将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲头完成冲孔，减少冲孔落下的余料，增加了原料的利用率；
其二，利用自由锻消除棒料坯内缩孔、 缩松、气孔等缺陷，使棒料坯具有更高的力学性能，将粗成形坯碾环成成型坯，对成型坯球化退火，从而降低硬度，改善切削加工性能；
其三，每次模锻锻压之间，两个中心型芯会向同一个方向进行滑移，从而减少锻压过程坯料因挤压向两个中心型芯之间进行延展，进而有效避免将中心孔堵塞。
附图说明
图1为实施例1的整体工序步骤的线框图；
图2为实施例1用于展示第一冲压模具的剖面图；
图3为实施例1用于展示第二冲压模具的剖面图；
图4为实施例1用于展示锻模的剖面图；
图5为实施例2用于展示锻模的剖面图；
图6为实施例2用于展示驱动结构的结构示意图；
图7为实施例2用于展示凸轮的结构示意图。
附图标记：100、第一冲压模具；101、锻压槽；102、圆形凸起；200、第二冲压模具；201、让位孔；202、冲子；300、锻模；301、上模；302、下模；303、锻模凹槽；304、中心型芯；306、驱动结构；307、凸轮；308、棘轮；309、连接杆；310、棘爪；312、挡板；313、安装槽；314、拉簧；315、推杆；316、气缸；317、滚轮；318、环形轨道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种增加强度的法兰锻造工艺，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：先对元棒料进行退火处理，利用退火释放开坯锻造产生的内应力，并且降低元棒料的硬度，从而方便后续对元棒料的切割。然后对元棒料进行切割成多个棒料坯。料坯的重量为合格刀圈重量的1.05倍~1.15倍。通过密度与质量的关系公式，通过安装体积进行切割所需质量的棒料坯。
步骤S2：煅烧，将棒料坯放置于天然气加热炉中进行煅烧。在棒料坯放入天然气加热炉之前，天然气加热炉已经利用加热至1180℃~1220℃。将棒料坯置于天然气加热炉中，加热至钢料的再结晶温度。
步骤S3：自由锻，利用夹杆锤对棒料坯进行镦粗，使其成为圆盘状的粗坯。然后将镦粗后的粗坯放置于第一冲压模具100（参见图2）中。第一冲压模具100呈圆盘状，其上端开设有圆形的锻压槽101。锻压槽101的深度等于粗坯的厚度，锻压槽101的直径大于粗坯的直径。锻压槽101底部同轴固定连接有圆形凸起102。利用夹杆锤的锤头对于放置于第一冲压模具100中的粗坯进行锻压，在圆形凸起102的作用下，在粗坯表面形成同轴设置冲压槽，冲压槽使粗坯中心位置冲薄。
步骤S4：冲压，将粗坯放置于第二冲压模具200（参见图3）上。第二冲压模具200呈圆盘状，其中心位置同轴开设有让位孔201。让位孔201的直径小于圆形凸起102的直径。将冲子202放置于粗坯上的冲压槽内并且与让位孔201呈同轴设置。利用夹杆锤的锤头锤击冲子202，使其对粗坯进行冲孔。因为步骤S3中将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用步骤S4中冲子202完成冲孔，减少冲孔落下的余料，增加了原料的利用率。
步骤S5：模锻，将自由锻后的粗坯放置于锻模300，此时粗坯温度还未冷却，然后再利用压力机将粗坯锻压成形为粗成形坯。
如图4所示，锻模300包括上模301和下模302，上模301的下表面和下模302的上表面开设有圆形的锻模凹槽303。锻模凹槽303中心同轴固定连接有中心型芯304。两个锻模凹槽303内壁和两个中心型芯304的侧壁围合成锻模型腔，锻模型腔与法兰外形相同。中心型芯304突出于锻模凹槽303底部的高度之和小于两倍的锻模凹槽303深度，合模时两个中心型芯304之间仍然留有间隙。避免两个中心型芯304之间产生冲击，从而导致中心型芯304的损坏。
步骤S6：碾环，将粗成形坯安装于碾环机的芯辊，使中心孔与芯辊适配，然后使压辊挤压粗成形坯，利用碾环机对碾环使其中心孔的孔径扩大和外径扩大，将粗成形坯碾环成成型坯。
步骤S7：粗检，停止碾环后，粗检成型坯的外径和内径，合格进行下一步步骤。
步骤S8：球化退火，将粗检合格的成型坯放置于电炉中，对成型坯进行球化退火。球化退火会获得类似粒状珠光体的球化组织，球化组织不仅比片状组织有更好的塑性和韧性，而且硬度稍低。在切削加工具有球化组织的工件时，刀具可以避免切割硬而脆的渗碳体，而在软的铁素体中通过，因而延长了刀具的使用寿命，提高了钢的切削加工性从而降低硬度，改善切削加工性能。
本实施例的具体原理：在冲孔之前，先将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲头完成冲孔，减少冲孔落下的余料，增加了原料的利用率。
实施例2：一种增加强度的法兰锻造工艺，实施例1中，因为在多次锤锻过程中，因粗成形坯被挤压，所以会向两个中心型芯304之间进行延展从而导致中心孔堵塞。为了避免上述情况的发生，如图5所示，两个中心型芯304长度之和大于锻模型腔轴向上的长度，两个中心型芯304竖直分别滑动连接于上模301和下模302上。上模301和下模302均设置有驱动中心型芯304滑动的驱动结构306，每次完成一次锻压，两个驱动结构306分别驱动中心型芯304向下滑移，使每次锻压时，两个中心型芯304之间间隙的位置发生变化，减少锻压过程坯料挤压向两个中心型芯304之间，进行避免中心孔堵塞。
如图6和图7所示，两个驱动结构306以锻模300的分型面呈对称设置。驱动结构306包括凸轮307，凸轮307转动连接于上模301或下模302上。中心型芯304一端抵触于凸轮307侧壁。中心型芯304靠近凸轮307的转动连接有呈竖直设的滚轮317，凸轮307的端面侧壁开设有与滚轮317适配的环形轨道318。凸轮307转动可以带动中心型芯304竖直方向滑移。利用凸轮307限制中心型芯304的位置，并且保持上模301上凸轮307的最下端与下模302上凸轮307的最上端之间的间距大于两个中心型芯304长度之和。
如图6所示，凸轮307同轴固定连接有棘轮308，棘轮308同轴转动连接有连接杆309。连接杆309铰接有抵触于棘轮308的棘爪310。连接杆309上固定连接有扭簧。扭簧的一端固定连接于棘爪310上，其另一端固定连接于连接杆309。连接杆309向远离挡板312方向转动时，棘爪310与棘齿啮合，从而推动使棘轮308和连接杆309一同转动，进而带动凸轮307转动。
如图6所示，上模301和下模302均固定连接有水平设置的挡板312，上模301和下模302均挂接有拉簧314，拉簧314的另一端固定连接于连接杆309上，在拉簧314弹力的作用下，连接杆309抵触挡板312上。
如图6所示，压力机上固定连接有竖直的推杆315，上模301向上移动时，推杆315推动连接杆309转动，连接杆309抵触于推杆315，从而使连接杆309转动，进而使凸轮307转动，实现了自己驱动中心型芯304滑移的目的，使锻模300使用更加方便。
如图6所示，压力机底座上固定连接有推动下模302上连接杆309的气缸316，每次锻压完成后，气缸316进行一次伸缩，对推杆315进行一次推动，从而使连接杆309转动，进而使凸轮307转动。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (3)
1.一种增加强度的法兰锻造工艺，包括以下步骤：步骤S1：切割，按照重量对圆柱状钢料进行切割，切割成棒料坯；步骤S2：煅烧，将棒料坯放置于煅烧炉中加热至钢料的再结晶温度；步骤S3：自由锻，对棒料坯进行镦粗，使其成为圆盘状的粗坯；步骤S4：冲压，粗坯进行冲孔，使粗坯形成中心孔；步骤S5：模锻，将粗坯放置于锻模（300）上，然后再利用压力机将粗坯锻压成形为粗成形坯；步骤S6：碾环，将粗成形坯安装于碾环机上，利用碾环机对粗成形坯进行碾环使其中心孔的孔径扩大和外径扩大，将粗成形坯碾环成成型坯；步骤S7：粗检，检测成型坯的外径和内径是否符合要求；步骤S8：球化退火，将粗检合格的成型坯放置于电炉中，对成型坯进行球化退火；于步骤S1中，按照重量对钢料进行切割，钢料切割后形成棒料坯，棒料坯的重量为合格后法兰重量的1.05倍~1.15倍；于步骤S2中，利用天然气加热炉对棒料坯进行加热，天然气加热炉的温度为1180℃~1220℃；步骤S5中的锻模（300）包括上模（301）和下模（302），所述上模（301）的下表面和下模（302）的上表面开设有圆形的锻模凹槽（303），所述锻模凹槽（303）中心同轴固定连接有中心型芯（304），两个所述锻模凹槽（303）内壁和两个中心型芯（304）的侧壁围合成锻模型腔；两个所述中心型芯（304）突出于锻模凹槽（303）底部的高度之和小于两倍的锻模凹槽（303）深度；其特征在于：于步骤S4中，先利用第一冲压模具（100）将粗坯的中心位置冲薄，然后再利用冲子完成冲孔，所述上模（301）和下模（302）均设置有驱动中心型芯（304）滑动的驱动结构（306），所述驱动结构（306）包括转动连接于上模（301）和下模（302）的凸轮（307），所述中心型芯（304）一端抵触于凸轮（307），所述凸轮（307）同轴固定连接有棘轮（308），所述上模（301）和下模（302）均转动连接有连接杆（309），所述连接杆（309）转动中心与棘轮（308）呈同轴设置，所述连接杆（309）铰接有抵触于棘轮（308）的棘爪（310），所述连接杆（309）上设置有使棘爪（310）抵触于棘轮（308）的扭簧，所述上模（301）和下模（302）固定连接有抵触于连接杆（309）转动方向侧壁的挡板（312），所述连接杆（309）和挡板（312）之间连接有使连接杆（309）抵触于挡板（312）的拉簧（314）。
2.根据权利要求1所述的一种增加强度的法兰锻造工艺，其特征在于：压力机上固定连接有竖直的推杆（315），所述上模（301）向上移动时推杆（315）推动连接杆（309）转动，所述推杆（315）推动连接杆（309）转动方向与棘轮（308）上齿的朝向方向相反。
3.根据权利要求2所述的一种增加强度的法兰锻造工艺，其特征在于：压力机底座上固定连接有推动下模（302）上连接杆（309）的气缸（316），每次压力机对工件锻压一次气缸（316）推连接杆（309）转动一次，所述气缸（316）推动连接杆（309）转动方向与棘轮（308）上齿的朝向方向相反。
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