CN111331070B - 一种海洋液压打桩锤下砧座的成型方法 - Google Patents
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Abstract
一种海洋液压打桩锤下砧座的成型方法，包括步骤：将冶炼后的钢锭进行宽砧强压法拔长、滚圆、切去冒口和锭尾，形成高径比在2.5左右的圆柱形初级坯料；然后镦粗至高径比1.0左右的坯料；之后经过仿形成型形成所需类圆锥体；而后进行正火处理；最后进行粗加工和精加工，达到所需尺寸精度。该成型方法具有材料利用率高、生产效率高、耗能低、自动化程度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及材料的加工成形领域，尤其涉及一种大型海洋液压打桩锤下砧座(替打)的成形方法。
背景技术
下砧座(替打)作为锤击沉桩的能量传递设备兼有保护桩头的作用，同时也是锤击沉桩过程中造成能量损失最大的设备之一，并因其作为抗击打构件而容易损坏。下砧座是一个圆锥体形状的特殊锻件，以2500KJ液压打桩锤下砧座(替打)为例：零件单重210吨，最大直径5700mm，承受冲击载荷大，使用工况差，对材料、冶炼、锻造及热处理工艺提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种材料利用率高、生产效率高、耗能低、自动化程度高的大型海洋液压打桩锤下砧座(替打)的成型方法，包括步骤：
(1)制作初级坯料：
将冶炼后的钢锭加热，运送至大型自由锻造液压机进行宽砧强压法(Wide DieHeavy Blow Forging，简称WHF)拔长，WHF法采用大砧宽比、大压下率迫使锻件心部产生较大变形，其心部的变形比用普通平砧拔长要大得多，对锻合锻件内部的孔隙、消除疏松等缺陷十分有利。钢锭经过滚圆、切去冒口和锭尾，形成高径比在2.5左右的圆柱形初级坯料。
(2)制作预制坯料：
将加热后初级坯料放置在回转工作台上，先在坯料上端放盖板进行整体镦粗，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形。镦粗至高径比1.0左右后去掉盖板，采用液压机锤头分次压下、回转工作台旋转配合的压下镦粗，由于坯料与回转工作台接触面积大，摩擦力大，与锤头接触面积小，摩擦力小，使坯料上部变形大于下部变形，最终形成上大下小的近似倒锥台形预制坯料，预制坯料的高度与成品锻件高度接近(略高于成品锻件高度)，减少仿形成型的时间，为下一步仿形成型做准备。
(3)仿形成型：
将预制坯料翻转180度放置在回转工作台上，使坯料中心与回转工作台旋转中心重合。仿形过程中，回转工作台每旋转一周，自由锻造液压机锤头压下坯料一圈，自由锻造液压机走料台的进给运动控制锤头压下位置和坯料中心的距离(即进砧量)，进砧量与压下量越小越好，在三向共同作用下，坯料从外圆开始逐道次向中心压下，使坯料最终锻造成多阶梯状的圆锥体形状。
优选情况下，由计算机模拟确定合理的进砧量和压下量，每次锤头压下的距离为压下量，压下量一般为坯料高度的10％-15％，进砧量不低于压下量，进砧量一般为100mm-200mm，在锻造过程中，利用数控大型自由锻造油压机进行精确控制，可锻造出最接近零件形状的锻件毛坯，节约大量金属材料。
(4)锻后热处理——采用多次正火，细化晶粒，均匀组织。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明可以避免下砧座成型时面临的锻造变形不均匀，心部晶粒粗大以及在冷却过程中，中心圆台根部应力过大。本发明采用WHF宽砧强压锻造法保证锻件内部组织均匀致密；采用近净形成形技术使锻件形状近可能接近零件形状，保证锻造流线完整，锻件外形基本保持圆锥体，避免过大的应力集中；利用数控大型自由锻造液压机进行精确控制其进砧量和压下量，在不采用模具的自由锻情况下，锻造出仿形锻件，大量节约了金属材料。锻后热处理采用多次正火，保证锻件组织均匀、晶粒细化。
附图说明
图1是本发明中的初级坯料示意图；
图2是本发明中的初级坯料(镦粗)示意图；
图3是本发明中的预制坯料示意图；
图4是本发明中的预制坯料(反转后)示意图；
图5是本发明中的成型后的阶梯状圆锥体锻件的示意图。
附图中的标记为1-锤头，2-坯料，3-回转工作台，4-定位块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作实例进一步地详细描述。本发明提供一种大型海洋液压打桩锤下砧座(替打)的成形方法，最终成型的下砧座为类圆锥体，直径范围为5.4-7.0m，高度为1.4-2.0m。其较佳的具体实施方式包括步骤：
首先，将冶炼后的钢锭加热，运送至大型自由锻造液压机进行宽砧强压法拔长，然后进行一次镦粗，破碎心部铸造组织，锻合缩孔、疏松及气孔等缺陷，细化晶粒改善内部。
其次，钢锭经过滚圆、切去冒口和锭尾，形成高径比在2.5左右的圆柱形初级坯料(参见图1)。
之后，将加热后初级坯料放置在回转工作台3上，先在坯料2上端放盖板进行二次镦粗，镦粗至高径比1.0左右(参见图2)。
而后，去掉盖板，采用液压机锤头1分次压下、回转工作台3旋转配合的压下镦粗。形成上大下小的倒锥台形预制坯料，预制坯料的高度与成品锻件高度接近(参见图3)。
然后，将预制坯料翻转180度放置在回转工作台上，在坯料上端面中心放置小圆柱形定位块4作为仿形成形的基准(参见图4)。仿形成形过程中，回转工作台每旋转一周，自由锻造液压机锤头压下坯料一圈，自由锻造液压机走料台的进给运动控制锤头压下位置与坯料中心的距离。采用计算机仿真技术模拟锻件的成形过程，确定合理的进砧量100mm-200mm和压下量10％-15％(坯料高度)。在三向共同作用下，坯料从外圆开始逐道次向中心压下，使坯料最终锻造成多阶梯状的圆锥体形状(参见图5)。
具体情况下，在仿形成型开始前，在坯料上端面中心放置圆柱形定位块4作为对中和仿形基准，将圆柱形定位块4的直径设置成与最终成型的多阶梯状圆锥体形状坯料的中心凸台的直径相同，通过测量，使圆柱形定位块4、坯料2和回转工作台3的中心重合(坯料、回转台都是圆形的，可以通过测量周边距离来确定位置)；仿形成型开始时，锤头1由坯料2外侧开始下压，锤头1下压至规定位置(即压下量)过程中，回转工作台3静止不动。锤头1抬起后，回转工作台3带动坯料2转到下一个需锻位置停下，锤头1则继续下一步下压，此过程循环进行至锤头1与回转工作台3相对旋转一周后停止，然后抬起锤头1向坯料2圆心移动一定的距离(即进砧量)，继续下压(压下量与上一次一致)，重复以上操作，直至从外沿依次压到圆柱形定位块外周，形成第一道台阶；然后抬起锤头，锤头继续由坯料外侧开始下压，重复第一道台阶形成的过程，直至从外圆依次压到与上一层台阶等距离位置为止，形成第二道台阶；重复第一与第二道台阶形成过程，直至使坯料最终锻造成多阶梯状的圆锥体形状，仿形成型结束。
随后，将圆锥体放入加热炉进行多次锻后正火处理，正火温度为900℃以上，正火次数根据实际情况而定一般大于两次，正火时间15-22小时。保证锻件组织均匀、晶粒细化。
最后进行粗加工和精加工，达到所需尺寸精度。
本文中所述数值“2.5左右”、“1.0左右”中的“左右”代表±5％的误差范围。
尽管已经示出和描述了本发明的例图，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种海洋液压打桩锤下砧座的成型方法，其特征在于，包括步骤：
(1)制作初级坯料：将冶炼后的钢锭加热，运送至大型自由锻造液压机进行宽砧强压法拔长；然后钢锭经过滚圆、切去冒口和锭尾，形成高径比2.5的圆柱形初级坯料；
(2)制作预制坯料：将加热后初级坯料放置在回转工作台上，先在坯料上端放盖板进行整体镦粗，使坯料产生高度减小，横截面积增大的塑性变形；镦粗至高径比1.0后去掉盖板，采用液压机锤头分次压下、回转工作台旋转配合的旋转压下镦粗，由于坯料与回转工作台接触面积大，摩擦力大，与锤头接触面积小，摩擦力小，使坯料上部变形大于下部变形，最终形成上大下小的倒锥台形预制坯料，预制坯料的高度与成品锻件高度接近；
(3)仿形成型：将预制坯料翻转180度放置在回转工作台上，使坯料中心与回转工作台旋转中心重合；仿形成型过程中，回转工作台每旋转一周，自由锻造液压机锤头压下坯料一圈，自由锻造液压机走料台的进给运动控制锤头压下量和进砧量，在三向共同作用下，坯料从外圆开始逐道次向中心压下，由上到下使坯料最终锻造成多阶梯状的圆锥体形状；
(4)锻后热处理：采用多次正火，细化晶粒，均匀组织。
2.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，压下量为坯料高度的10％-15％，进砧量不低于压下量。
3.根据权利要求1所述的成型方法，其特征在于，所述海洋液压打桩锤下砧座的直径为5.4-7.0m，高度为1.4-2.0m。
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