CN111745120B - 风洞炮轰驱动段管体的锻造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用5000吨油压机锻造大型风洞台阶类空心炮轰驱动段管体的风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法,对锻前加热工艺的设计及锻造过程控制，合理设计每一火次的变形量、成品锻造前预留一定量的锻比、通过控制中间坯返炉加热时间和温度，解决锻件内部粗晶问题,使用蓄能型液压缓冲器辅助锻造，解决了5000吨油压机超力矩不足的短板；芯轴提前涂抹润滑剂、芯轴锻造过程交替使用、芯轴通水冷却技术方法的实施保证了芯轴高温强度不变形，提高了大压下量整体锻造速度，并能将芯轴顺利脱棒。

Description

风洞炮轰驱动段管体的锻造方法

技术领域

本发明属于锻造技术领域，涉及一种利用5000吨油压机锻造大型风洞台阶类空心炮轰驱动段管体的风洞炮轰驱动段管体的锻造方法。

背景技术

目前锻造大型风洞台阶类空心炮轰驱动段管体的常用方法有两种，一种是采用万吨级油压机使用长芯轴整体空心锻造，这种方法依赖于液压设备及操纵机的力矩吨位，压实效果好，金相组织均匀；另一种是利用小吨位的油压机和操纵机使用短芯轴分段空心拔长，该方法锻造的成品件，因每火次采用分段拔长，已锻造成品尺寸段需返炉加热数次，整个锻件才能锻造结束，该方法生产的台阶类空心炮轰驱动段管体内部锻透性及晶粒度级别较差，且生产效率偏低，这种生产方式容易导致锻件晶粒粗大或混晶严重及组织的不均匀，锻件内部的锻透性差，超声波探伤合格率低。为确保管体内部均匀压实变形，得到均匀细小的晶粒度组织，需要克服小压机小操纵机吨位不足而分段空心锻造带来的负面影响。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中第二种生产方法中的不足而提供一种利用5000吨油压机对大型风洞台阶类空心炮轰驱动段管体进行整体均匀变形的风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，确保锻件内部均匀压实变形，提高超声波探伤合格率及得到均匀细小的晶粒度组织，同时也提高了锻造生产效率、降低了综合生产成本，产品质量稳定性高。

本发明的目的是这样实现的：

一种风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，锻造步骤如下：

步骤1）、首先将电渣锭提前预处理，在400～450℃温度下进行低温保温，然后升温6小时至650-750℃保温，再升温至1250℃保温后出炉锻造；

步骤2）、待步骤1）所述的电渣锭加热保温结束后，开始出炉锻造，锻造前提前预热上下平板和上下锤头，出炉后的电渣锭吊运至油压机，轴向镦粗后，在上、下平板上整体纵向镦拔两道次，每道次压下后高度为镦拔前坯料直径的0.62-0.65倍，再在700mm上平砧、700mm下平砧上精整倒八方滚圆，返炉加热3-4小时；

步骤3）、对步骤2）开坯后的电渣锭，进行第二次轴向镦粗，冲孔，返炉加热2小时后在700mm上平砧、700mm下V砧上预拔长，冲子选用比芯轴小端直径大20mm-40mm的冲头，避免扩孔，芯轴使用实心短芯轴拔长至中间坯料, 中间坯料具有三个台阶；此时中间坯每个台阶的外圆尺寸到成品每个台阶的外圆尺寸预留锻比为1.8-1.5-1.8，保证最后一火次可一火成型锻出，避免晶粒长大，保证破碎晶粒的效果；

步骤4）、对步骤3）拔长后的坯料，返1070±10℃炉温保温2-3小时；

步骤5）、提前在实心长芯轴和盲孔过水芯轴表面涂抹与水混合后的石墨粉，减小芯轴与坯料内壁的摩擦系数，结合使用700mm上平砧、700mm下V砧拔长，芯轴不需要提前预热，常温即可；将步骤4）的坯料出炉后，操纵机夹持实心长芯轴的夹持端，趁高温穿过步骤4）的坯料，然后将缓冲器用天车吊起，缓冲器下方挂有链条，将挂有缓冲器的链条套在穿过步骤4）坯料的实心长芯轴的另一端，天车缓慢起吊，缓冲器必须受力，观察当锻件吊起离下V砧30mm且保持水平，开始锻造，然后在700mm上平砧，700mm下V砧上，采用25%-35%大压下量整体拔长至每个台阶接近成品外圆1.3-1.2-1.3锻比时，这个时候用提前表面涂抹过石墨的盲孔过水芯轴替换实心长芯轴，盲孔过水芯轴以同样的方法受缓冲器辅助起吊，先按全长45°旋转角度锻打拔长至成品尺寸，提前预留15-25mm精整量，再以23°旋转角度精整锻件表面，整个锻造过程保持盲孔过水芯轴注水，对盲孔过水芯轴进行冷却降温。

在步骤1）中,具体步骤是指首先将35吨电渣锭提前预处理，将锭尾护锭板锯切掉，在400～450℃温度下进行低温保温7小时，然后升温6小时至650-750℃保温，再升温6小时至1250℃保温18小时后出炉锻造。

在步骤4）中，对步骤3）拔长后的坯料返1070±10℃炉温保温2-3小时前，需要提前将加热炉中多余垫铁去掉，只保留前、中、后三块垫铁，以增加燃气循环提高材料短时间内的加热均匀性。

锻造最后一火次时，使用盲孔过水芯轴，所述盲孔过水芯轴采用台阶盲孔设计，盲孔过水芯轴的小端中心孔穿入水管，保障通水后盲孔过水芯轴内部有足量存水，可不断降低盲孔过水芯轴的整体温度，多余的水以水蒸气形式从台阶孔溢出，保证了盲孔过水芯轴表面的强度，不会因受热、受压变形导致抱棒，大大延长了单火次盲孔过水芯轴的使用时间，确保成品阶段可一火次锻造完成。

本发明具有如下有益效果：本发明解决了5000吨小压机锻造大型空心炮轰驱动段管体力矩不够、分段拔长导致的晶粒度粗大、组织不均匀等难题，不仅使产品质量得到保证，而且提高了生产效率、降低了生产成本。

附图说明

图1为本发明的成品锻件图。

图2 为本发明的中间坯成型图。

图3 为本发明的最后一火次成品锻造图。

图4 本发明的实心短芯轴。

图5本发明的实心短芯轴左视图。

图6 本发明的实心长芯轴。

图7 本发明的实心长芯轴的左视图。

图8 本发明的盲孔过水芯轴。

图9 本发明的盲孔过水芯轴的左视图。

图10 本发明的电渣锭加热工艺。

附图说明中1：操纵机钳口；2：700mm上平砧；3：蓄能型液压缓冲器；4：链条；5：水管；6：700mm下V砧；7：天车。

具体实施方式

本发明技术方案的实施主要在于对锻前加热工艺的设计及锻造过程的控制，合理设计每一火次的变形量，成品锻造前预留一定量的锻比，通过控制中间坯返炉加热时间和温度，解决锻件内部粗晶问题。使用缓冲器辅助锻造，解决了5000吨油压机超力矩不足的短板；芯轴提前涂抹润滑剂、芯轴最后一火次锻造过程交替使用、芯轴通水冷却等技术方法的实施保证了芯轴高温强度不变形，提高了大压下量整体锻造速度。

实施例1：以钢号为35CrNi3MoVR的炮轰驱动段管体的锻造实例说明：如图1所示的锻坯为例进行分析，（图纸尺寸单位为mm），锻坯重量约27吨，选用35吨电渣锭，电渣锭提前将锭尾护锭板锯切掉，一种风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，采用5000吨油压机配套45吨操纵机，使用液压型蓄能缓冲器（以下简称缓冲器）辅助整体空心锻造，具体锻造步骤如下：

步骤1）、锻前专用加热规范设计：选用高径比在1.8-2.0范围的35吨电渣锭，锻前专用加热规范如图7。锻前加热严格控制加热速度及锻造温度，首先首先将35吨电渣锭提前预处理，将锭尾护锭板锯切掉，将电渣锭在400～450℃温度下进行低温保温，保温时间为7小时，然后6小时升温至650-750℃保温7小时，再升温6小时至1250±10℃并保温18小时后出炉锻造；同时确保加热均匀，避免出现料温不均匀在后续镦粗时发生倾斜、拔长出现端面凹心、马蹄形及表面裂纹问题；

步骤2）、锻造过程控制：锻造前预热上下镦粗板，可有效减少热量损失；锻造前提前预热上下平板和上下锤头，将步骤1）出炉后的电渣锭送上5000吨油压机，镦粗高度至1300mm，再在上、下平板上拔长两道次，每道次压下后高度为镦拔前坯料直径的（0.62-0.65）*Dmm（D为镦拔前坯料的直径），然后在700mm上下平砧上拔长至四方1330倒八方并滚圆至Φ1370，返炉加热3-4小时；

步骤3）、对步骤2）开坯后的电渣锭，进行第二次轴向镦粗，冲孔，返炉加热2小时后在700mm上平砧、700mm下V砧上预拔长，冲子选用比芯轴小端直径大20-40mm的冲头，避免扩孔，芯轴使用短芯轴（如图4、5所示）拔长至中间坯料（图2），中间坯料具有三个台阶；此时中间坯每个台阶的外圆尺寸到成品每个台阶的外圆尺寸预留锻比为1.8-1.5-1.8（如图2所示），保证最后一火次可一火成型锻出，避免晶粒长大，保证破碎晶粒的效果；具体是对步骤2）滚圆后的坯料，第二次镦粗至高度H=1300mm后，使用Φ450冲头冲孔，返炉加热1.5-2小时，出炉后穿入5000mm实心短芯轴（图4、5），在700mm上平下V砧上整体拔长至图2所示的中间坯尺寸，此时预留锻比1.8-1.5-1.8；

步骤4）、对步骤3）拔长后的坯料，返1070±10℃炉温保温2-3小时，炉温设定1070±10℃，返炉前提前将加热炉中多余垫铁去掉，只保留前、中、后三块垫铁，以增加燃气循环提高材料短时间内的加热均匀性，避免阴阳面产生，否则后期无法一火次完成锻造，此过程很重要，既能增加坯料的加热均匀性，又能避免长时间保温，晶粒粗大；

步骤5）、提前在实心长芯轴（如图6、7所示）和盲孔过水芯轴（如图8、9所示）表面涂抹与水混合后的石墨粉，减小芯轴与坯料内壁的摩擦系数，结合使用700mm上平砧、700mm下V砧拔长，可有效提高拔长速度，芯轴不需要提前预热，常温即可；步骤4）的坯料出炉后，操纵机钳口1夹持实心长芯轴（如图6、7所示）的夹持端（夹持端如图6所示，直径Φ450mm，长度700mm），趁高温穿过步骤4）的坯料，然后将缓冲器用天车吊起，缓冲器下方挂有链条，将挂有蓄能型液压缓冲器3的链条4套在穿过步骤4）坯料的实心长芯轴的另一端（如图3所示），天车7缓慢起吊，蓄能型液压缓冲器3必须受力，观察当锻件吊起离700mm下V砧30mm且保持水平，开始锻造，可有效避免操纵机超力矩导致坯料夹持失稳现象；然后在700mm上平砧2和700mm下V砧6上，采用25%-35%大压下量整体拔长至每个台阶接近成品外圆1.3-1.2-1.3锻比时，这个时候再更换盲孔过水芯轴；先按全长45°旋转角度粗略拔长至成品尺寸；整个锻造拔长过程，芯轴里通过水管5进行水冷却（图3），可有效保障芯轴强度，避免芯轴抱死现象，最后按23°旋转角度精光外圆。

为保证最后一火次能直接将成品锻出，我们设计了盲孔过水芯轴，与普通芯轴相比较，普通芯轴，在锻造时随着锻造时间的延长，芯轴整体表面温度升高，如果不及时抽棒冷却芯轴，芯轴会因表面受热、受压导致表面变形，非常容易导致芯轴咬死，即抱棒，这样单火次锻造时间受限，最终会导致芯轴和工件整体报废的情况。新设计的盲孔过水芯轴，采用了台阶盲孔设计，芯轴的小端Φ80中心孔可穿入水管，保障通水后芯轴内部有足量存水，可不断降低芯轴的整体温度，多余的水以水蒸气形式从台阶孔挥发或溢出，从而保证了芯轴表面的强度，不会因受热、受压变形导致抱棒，大大延长了单火次芯轴的使用时间，确保成品阶段可一火次锻造完成。

说明：此时更换盲孔过水芯轴的原因有2点，第1点，此时实心长芯轴表面温度升高，抗高温变形能力降低，避免芯轴表面变形导致芯轴抱死现象，不能继续拔长；第2点是更换盲孔过水芯轴能有效降低操纵机负荷）。这个时候用提前表面涂抹过石墨的盲孔过水芯轴替换实心长芯轴，盲孔过水芯轴以同样的方法受缓冲器辅助起吊，以45°大角度旋转锻打，提前预留15-25mm精整量，再以23°旋转角度精整锻件表面，整个锻造过程保持芯轴注水，对芯轴进行冷却降温，从而提高了芯轴的高温强度，避免了芯轴因发生变形，导致芯轴抱死，无法脱棒等现象发生。

通过采取以上特殊的锻造方法，并严格控制各过程的锻造参数及工装选用节奏，大大提高了锻造效率，解决了晶粒粗大、混晶等难题，使该产品一次性合格率大大提高，进一步降低了生产周期及生产成本。利用此方法锻造的炮轰驱动段管体晶粒度可达到5-7级，满足使用要求，大大降低了后期热处理细化组织的难度。

通过上述各工序的严格控制，最终生产出满足质量要求的炮轰驱动段管体。

Claims (4)

1.一种风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，其特征在于：锻造步骤如下：

步骤1）、首先将电渣锭提前预处理，在400～450℃温度下进行低温保温，然后升温6小时至650-750℃保温，再升温至1250℃保温后出炉锻造；

步骤2）、待步骤1）所述的电渣锭加热保温结束后，开始出炉锻造，锻造前提前预热上下平板和上下锤头，出炉后的电渣锭吊运至油压机，轴向镦粗后，在上、下平板上整体纵向镦拔两道次，每道次压下后高度为镦拔前坯料直径的0.62-0.65倍，再在700mm上平砧、700mm下平砧上精整倒八方滚圆，返炉加热3-4小时；

步骤3）、对步骤2）开坯后的电渣锭，进行第二次轴向镦粗，冲孔，返炉加热2小时后在700mm上平砧、700mm下V砧上预拔长，冲子选用比芯轴小端直径大20mm-40mm的冲头，避免扩孔，芯轴使用实心短芯轴拔长至中间坯料, 中间坯料具有三个台阶；此时中间坯每个台阶的外圆尺寸到成品每个台阶的外圆尺寸预留锻比为1.8-1.5-1.8，保证最后一火次可一火成型锻出，避免晶粒长大，保证破碎晶粒的效果；

步骤4）、对步骤3）拔长后的坯料，返1070±10℃炉温保温2-3小时；

步骤5）、提前在实心长芯轴和盲孔过水芯轴表面涂抹与水混合后的石墨粉，减小芯轴与坯料内壁的摩擦系数，结合使用700mm上平砧、700mm下V砧拔长，芯轴不需要提前预热，常温即可；将步骤4）的坯料出炉后，操纵机夹持实心长芯轴的夹持端，趁高温穿过步骤4）的坯料，然后将缓冲器用天车吊起，缓冲器下方挂有链条，将挂有缓冲器的链条套在穿过步骤4）坯料的实心长芯轴的另一端，天车缓慢起吊，缓冲器必须受力，观察当锻件吊起离下V砧30mm且保持水平，开始锻造，然后在700mm上平砧，700mm下V砧上，采用25%-35%大压下量整体拔长至每个台阶接近成品外圆1.3-1.2-1.3锻比时，这个时候用提前表面涂抹过石墨的盲孔过水芯轴替换实心长芯轴，盲孔过水芯轴以同样的方法受缓冲器辅助起吊，先按全长45°旋转角度锻打拔长至成品尺寸，提前预留15-25mm精整量，再以23°旋转角度精整锻件表面，整个锻造过程保持盲孔过水芯轴注水，对盲孔过水芯轴进行冷却降温。

2.根据权利要求1所述的风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，其特征在于：在步骤1）中，具体步骤是指首先将35吨电渣锭提前预处理，将锭尾护锭板锯切掉，在400～450℃温度下进行低温保温7小时，然后升温6小时至650-750℃保温，再升温6小时至1250℃保温18小时后出炉锻造。

3.根据权利要求1所述的风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，其特征在于：在步骤4）中，对步骤3）拔长后的坯料返1070±10℃炉温保温2-3小时前，需要提前将加热炉中多余垫铁去掉，只保留前中后三块垫铁，以增加燃气循环提高材料短时间内的加热均匀性。

4.根据权利要求1所述的风洞炮轰驱动段管体的整体锻造方法，其特征在于：锻造最后一火次时，使用盲孔过水芯轴，所述盲孔过水芯轴采用台阶盲孔设计，盲孔过水芯轴的小端中心孔穿入水管，保障通水后盲孔过水芯轴内部有足量存水，可不断降低盲孔过水芯轴的整体温度，多余的水以水蒸气形式从台阶孔溢出，保证了盲孔过水芯轴表面的强度，不会因受热、受压变形导致抱棒，大大延长了单火次盲孔过水芯轴的使用时间，确保成品阶段可一火次锻造完成。

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