CN111515276B - 一种风洞弯刀的热推弯成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风洞弯刀的热推弯成形方法。该成形方法包括a.选取截面为矩形、宽厚比为7～10的长条形的钢板；b.在推制机上安装与钢板截面尺寸相匹配的冷却水环和感应线圈；c.将钢板穿过冷却水环和感应线圈，一端固定在推制机的液压推进系统的推台上，另一端固定在推制机的直板卡箍上，直板卡箍连接角度半径调节杆；d.感应线圈加热钢板局部，待钢板局部温度达到可弯曲温度时，推制机的液压推进系统缓慢向前推进钢板，直板卡箍绕角度半径调节杆转动，钢板在感应线圈位置处连续弯曲，成形后得到扁平半圆环形的弯刀。该成形方法弯刀成形平稳，速度快，精度高，力学性能好，所需的毛坯吨位小，技术和经济优势明显，具有推广应用价值。
Description
技术领域
本发明属于风洞设备技术领域，具体涉及一种风洞弯刀的热推弯成形方法。
背景技术
在风洞中，弯刀是支撑模型的重要部件，弯刀在风洞试验中要承受较大的气动载荷，还要面临温度所带来热应力和尺寸变化的影响，因此，要求弯刀具备较高的强度及刚度，良好的低温尺寸稳定性及韧性，以确保试验模型姿态正确，风洞总体运行安全可靠。对于常规高速风洞，弯刀呈扁平半圆环形，一般选用30CrMnSiA锻件，由上、中、下三个部分机械螺接而成。相比较而言，温度范围为110K～323K的宽温域风洞弯刀的服役条件更为苛刻，对锻件的质量要求更高，宽温域风洞弯刀应当优先采用整体成形，尽量不选用组焊式和机械式连接结构，材料上宜选取具有高强韧匹配的马氏体时效不锈钢。
目前，弯刀成形方法均采用锻造成形方法，锻造成形方法具有以下缺点：(1)所需钢锭和成形模具都很大，导致制造成本升高，并且机械加工余量增大；(2)锻造火次较多，易出现粗晶及混晶问题；(3)大变形过程中存在锻裂风险，质量控制难度较大；(4)成形尺寸精确度较难保证，易产生局部尺寸不足问题。
当前，亟需发展一种专用的风洞整体弯刀的热推弯成形方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风洞弯刀的热推弯成形方法。
本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法包括以下步骤：
a.选取截面为矩形、宽厚比为7～10的长条形的钢板；
b.在推制机上安装与钢板截面尺寸相匹配的冷却水环和感应线圈；
c.将钢板穿过冷却水环和感应线圈，一端固定在推制机的液压推进系统的推台上，另一端固定在推制机的直板卡箍上，直板卡箍连接角度半径调节杆；
d.感应线圈加热钢板局部，待钢板局部温度达到可弯曲温度时，推制机的液压推进系统缓慢向前推进钢板，直板卡箍绕角度半径调节杆转动，钢板在感应线圈位置处连续弯曲，推进过程中采用喷水冷却方式冷却感应线圈位置后的钢板，推进过程中持续监测感应线圈位置处的钢板局部温度，确保钢板局部温度保持在可弯曲温度，成形后得到扁平半圆环形的弯刀。
所述的钢板材料为S03马氏体时效不锈钢或碳钢。
所述的冷却水环为与钢板截面相匹配的矩形冷却水环。
所述的感应线圈为与钢板截面相匹配的矩形感应线圈。
所述的直板卡箍为与钢板截面相匹配的矩形卡箍。
所述的液压推进系统的推台为与钢板截面相匹配的矩形推台。
采用远红外测温仪监测感应线圈位置处的钢板局部温度。
本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法采用局部加热和准静态成形，保证了成形过程稳定且可控性良好；具有近净成形特点，锻件弧度和宽度均可精确控制，较自由锻方法更为省料；成形温度低，变形后立刻水冷，使得晶粒细小而有利于提高锻件的低温韧性；能够可实现连续成形，变形整体一致且组织均匀。
本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法在热推弯过程中弯刀成形平稳，速度快且精度高，力学性能满足要求，并且所需毛坯吨位小，具有较大的技术和经济优势，能够推广应用于其它扁平状板材类的弯曲成形。
附图说明
图1为本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法原理图；
图2a为采用本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法获得的弯刀力学性能实测结果图(内圆弧)；
图2b为采用本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法获得的弯刀力学性能实测结果图(中圆弧)；
图2c为采用本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法获得的弯刀力学性能实测结果图(外圆弧)。
图中，深灰色柱代表：圆弧厚度-含界面，弧线位置附近的弯刀力学性能；
浅灰色柱代表：圆弧横向-基体，弧线位置附近的弯刀力学性能；
中灰色柱代表：圆弧纵向-基体，弧线位置附近的弯刀力学性能。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的原理见图1，本实施例包括以下步骤：
a.选取材料为S03马氏体时效不锈钢的长条形的钢板，钢板的尺寸为长6000mm、宽650mm、厚85mm；
b.在推制机上安装与钢板截面尺寸相匹配的矩形冷却水环和矩形感应线圈；
c.将钢板穿过矩形冷却水环和矩形感应线圈，一端固定在推制机的液压推进系统的矩形推台上，另一端固定在推制机的矩形卡箍上，矩形卡箍连接角度半径调节杆；
d.矩形感应线圈以频率800Hz～1000Hz加热钢板局部，待矩形感应线圈位置处的钢板局部温度达到950℃-1050℃时，推制机的液压推进系统以6mm/min～12mm/min的速度向前推进钢板，矩形卡箍绕角度半径调节杆转动，钢板在矩形感应线圈位置处连续弯曲，推进过程中同时采用喷水冷却方式冷却矩形感应线圈位置后的钢板，喷水速度为4t/h～4.7t/h，推进过程中采用远红外测温仪持续监测矩形感应线圈位置处的钢板局部温度，确保钢板局部温度保持在950℃-1050℃，成形后得到内径为1850mm、外径为2500mm、厚度约为85mm的扁平半圆环形的弯刀。
弯刀性能热处理后，对弯刀力学性能进行评定。选取弯刀的外圆弧、中圆弧和内圆弧的弧线位置附近取样测量屈服强度、抗拉强度和疲劳强度，同时测评弯刀的晶粒度及非金属夹杂物，测量结果见表1和图2。
表1为采用本发明的风洞弯刀的热推弯成形方法获得的弯刀的外圆弧、中圆弧和内圆弧的厚度实测表，由表1可知，外圆弧减薄量均匀，内圆弧增厚量均匀，符合成形要求。
由图2a、2b、2c可知，弯刀的外圆弧、中圆弧和内圆弧的弧线位置附近力学性能一致性良好，室温和77K低温冲击力学性能Akv结果分别达到101J和181J以上，所有力学性能指标均满足弯刀设计技术指标。
经金相分析检测可知，弯刀的晶粒度达到6级，没有混晶。
表1
Claims (6)
1.一种风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
a．选取截面为矩形、宽厚比为7~10的长条形的钢板；
b．在推制机上安装与钢板截面尺寸相匹配的冷却水环和感应线圈；
c．将钢板穿过冷却水环和感应线圈，一端固定在推制机的液压推进系统的推台上，另一端固定在推制机的直板卡箍上，直板卡箍连接角度半径调节杆；
d．矩形感应线圈以频率800 Hz ~1000Hz加热钢板局部，待矩形感应线圈位置处的钢板局部温度达到950℃-1050℃时，推制机的液压推进系统缓慢向前推进钢板，直板卡箍绕角度半径调节杆转动，钢板在感应线圈位置处连续弯曲，推进过程中采用喷水冷却方式冷却感应线圈位置后的钢板，喷水速度为4t / h～4.7 t / h，推进过程中持续监测感应线圈位置处的钢板局部温度，确保钢板局部温度保持在可弯曲温度，成形后得到扁平半圆环形的弯刀；
所述的钢板材料为S03马氏体时效不锈钢。
2.根据权利要求1所述的风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，所述的冷却水环为与钢板截面相匹配的矩形冷却水环。
3.根据权利要求1所述的风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，所述的感应线圈为与钢板截面相匹配的矩形感应线圈。
4.根据权利要求1所述的风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，所述的直板卡箍为与钢板截面相匹配的矩形卡箍。
5.根据权利要求1所述的风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，所述的液压推进系统的推台为与钢板截面相匹配的矩形推台。
6.根据权利要求1所述的风洞弯刀的热推弯成形方法，其特征在于，采用远红外测温仪监测感应线圈位置处的钢板局部温度。
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