CN111872296B - 空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法 - Google Patents

Abstract

一种空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法，是在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，当出现内孔偏心问题时，下一圈次拔长时将翻转操作的起始位置跳转至最大壁厚向前或向后90°的位置，开始本圈次的顺序翻转拔长操作，同时调整每一次下压的相对压下量；经过一圈次矫正后，若内孔偏心矫正不到位，继续按照以上操作方式进行下一圈次的矫正；若矫正到位，则按照正常的等压下量和接续翻转操作进行下一圈次的拔长。该方法可有效避免偏心导致的产品报废，并减少材料浪费和后续机加工工时，同时也提高了拔长变形均匀性，降低大型空心锻件生产成本，提高成形质量。

Description

空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法

技术领域

本发明涉及一种应用于大型空心锻件芯轴拔长过程中内孔偏心矫正的操作方法，属于大锻件成形技术领域。

背景技术

传统的大型空心零件加工工艺主要有实心锻造和空心锻造两种：前者是通过实心轴拔长配合切削加工内孔的方式生产空心零件；后者则是通过芯轴拔长的方法直接锻造出空心锻件。同实心锻造相比，采用芯轴拔长生产空心锻件的优势主要体现在：机加工量小、材料利用率高，更符合近净成形和净成形的生产理念；变形更充分，沿厚度方向的变形分布更均匀，锻件力学性能好。

芯轴拔长作为一种加工大型空心轴类、筒类锻件的典型自由锻成形工艺，其原理如图1所示。在芯棒2的辅助作用下，上下砧通过压缩作用使空心钢锭或冲孔毛坯3发生壁厚减薄与长度增加，每压缩变形一次后坯料翻转一定角度(一般为45°或60°)进行接续压缩，坯料壁厚逐渐减薄，长度逐渐增加。芯轴拔长的上砧1一般为平砧，下砧4为V型砧。圈次内每两步下压间的翻转角度一般有45°和60°两种方案，顺序翻转，如图2所示为45°翻转操作示意图，顺次翻转8次(60°时顺次翻转6次)，完成一圈拔长操作，称为一个圈次。其中，当翻转一圈后若完成该道次减径量，则沿坯料长度方向错砧进行接续拔长，直至沿坯料轴向完成需要减径长度的一道次减径拔长；若翻转一圈后未达到本道次要求的减径量，则在原轴向位置继续顺序翻转进行下一圈次的减径拔长。一道次减径拔长后，若未完成最终的拔长减径量，则进行下道次的拔长，直至拔长至需要的尺寸。

芯轴拔长中的一个重要工艺参数为相对压下量，即上砧下行接触坯料后下压的行程与空心坯料外径与内孔尺寸之差(名义壁厚)的百分比。

芯轴在上下砧压缩坯料过程中处于悬浮状态，上平下V型砧的不对称以及每一次压缩变形后坯料进行一定角度的翻转后再进行下一次的压缩变形，因此，芯轴拔长存在工艺控制难度大，常常出现因工艺条件不稳定而产生内孔偏心问题，如图3所示为采用45°顺序翻转拔长后坯料内孔出现偏心示意图，箭头处的截面壁厚最厚。内孔偏心造成的壁厚不均为后续机加工带来工时与材料的浪费，也影响拔长变形的均匀性进而影响锻件质量，严重时因尺寸超差而整件报废。

发明内容

本发明针对大型空心锻件芯轴拔长中的内孔偏心问题，提出一种矫正大型空心件芯轴拔长内孔偏心的方法，该方法在矫正圈次内采用相对压下量并跳转拔长翻转操作的起始位置，达到对拔长中已出现的内孔偏心实施矫正的目的。

本发明的空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法，采用以下方案：

在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，当出现内孔偏心问题时，下一圈次拔长时翻转操作的将起始位置跳转至最大壁厚向前或向后90°的位置，开始本圈次的顺序翻转拔长操作，同时调整每一次下压的相对压下量，45°翻转时各次的相对压下量依次为15％、18％、20％、18％、15％、12％、12％和12％，60°翻转时各次的相对压下量依次为16％、20％、16％、12％、12％和12％；经过一圈次矫正后，若内孔偏心矫正不到位，继续按照以上操作方式进行下一圈次的矫正；若矫正到位，则按照正常的等压下量和接续翻转操作进行下一圈次的拔长。

本发明基于大量的数值模拟分析和相对应的试验验证提出，通过将原来等下压量及圈次间接续翻转的操作方案调整为不等压下量并跳转顺序翻转拔长的起始位置，实现拔长过程中内孔偏心的矫正，减小偏心导致的产品报废、材料浪费和后续机加工工时增加，降低大型空心锻件生产成本，同时也提高了拔长变形的均匀性，提升大型空心锻件的成形质量。

附图说明

图1是现有芯轴拔长工艺示意图。

图2是芯轴拔长过程中坯料单圈翻转操作示意图(45°翻转为例)。

图3是芯轴拔长后坯料出现较为明显的内孔偏心示意图。

图4是本发明空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法的示意图(45°翻转为例)。

图5是对本发明偏心矫正方法矫正效果模拟的分析模型。

图6是本发明偏心矫正方法中拔长起始位置调整示意图(45°翻转为例)。

图7是本发明偏心矫正方法的模拟结果示意图。

图8是本发明偏心矫正方法实验用内孔偏心铅试样。

图9是铅试样芯轴拔长内孔偏心矫正的实验结果。

图中：1.上平砧；2.芯棒；3.空心坯料；4.下V型砧。

具体实施方式

本发明的空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法是基于生产实际的迫切需求并通过大量的数值模拟分析及相应的试验研究提出的。矫正操作基本上不影响实际芯轴拔长操作的连贯性，当偏心程度需要矫正时，跳转下一圈次拔长的起始位置，并控制每次下压的相对压下量，便可实现拔长中对内孔偏心的矫正。

如图4所示，本发明的偏心矫正方法，以45°翻转方案为例，在芯轴拔长过程中，当发现较为严重的内孔偏心问题时(箭头位置为最大壁厚处)，下一圈次拔长时将操作的起始位置跳转至最大壁厚向前或向后90°的位置，然后向着壁厚最厚的方向开始顺序翻转拔长操作，同时每一次下压的相对压下量分别为15％、18％、20％、18％、15％、12％、12％、12％(45°翻转时一圈的下压次数为8次(360/45))。经过一圈次矫正后，若内孔偏心矫正不到位，继续按照以上操作方式进行下一圈次的矫正；若矫正到位，则按照正常的等压下量和接续翻转操作进行下一圈次的拔长。60°翻转时一圈的下压次数为6次,每一次下压的相对压下量分别为16％、20％、16％、12％、12％和12％。

下面以孔径比(外径比内径)为1400/400的芯轴拔长坯料为例，进行内孔偏心矫正方案的芯轴拔长过程模拟，验证本发明提出的跳转起始位置并配合不等压下量的芯轴拔长内孔偏心矫正工艺操作方案的有效性。图5所示为已偏心的数值模拟模型，设置模型外径为1400mm、内径为400mm，设置偏心量为50mm，即最大壁厚为550mm，最小壁厚为450mm，最大壁厚差为100mm。仍然以45°翻转方案进行该出现偏心的芯轴拔长过程的数值模拟。

根据本发明方法给出的拔长操作方案，如图6所示，首先将偏心坯料的最大壁厚处(位置3)向前或向后跳转90°作为顺序翻转拔长的起始位置(向前跳转到位置1)，由位置1开始向着壁厚最大位置3的方向开始顺序翻转并按照不同相对压下量方案进行拔长操作，不同相对压下量方案如表1所示，壁厚最大处的压下量仍然最大(图6中位置3即压下步数3)为相对壁厚的20％。该内孔偏心矫正方法完成一个圈次后坯料模拟获得的截面变形如图7所示。坯料的最大壁厚区域的均值为446.3mm，最小壁厚区域的均值为422.9mm，壁厚差由100mm减小为23.4mm，矫正效果较为明显。

表1芯轴拔长内孔偏心矫正工艺操作方案

为了验证本发明提出的内孔偏心矫正方法及其模拟分析结果的可信性，按照模拟尺寸的25:1设计了偏心环形铅试样进行室温下芯轴拔长实验，如表2所示，实验压下量为模拟压下量的1/25。实验所用偏心试样如图8所示，试样外径为

试样内孔直径为

由于内孔处在偏心位置，导致试样最大壁厚为22mm，最小壁厚为18mm，最大壁厚差为4mm，偏心量为2mm。实验主要以变形前后原最大壁厚处与最小壁厚处的尺寸变化作为判断偏心矫正效果的依据。

表2偏心矫正方法的压下量与翻转方案及矫正后的壁厚差

图9所示为按照表2中本发明给出的芯轴拔长内孔偏心矫正方法对偏心试样拔长一周的变形结果。测量变形后原壁厚最大处与壁厚最小处的尺寸，并计算出变形后偏心量的大小，见表2，将原2mm的壁厚差矫正为-1.4mm，这意味着原最大壁厚处壁厚变形后要小于原最小壁厚处，矫正效果较为突出。将阶梯压下量的原理与顺序翻转的变形规律相结合，在不等压下量的矫正作用下，同时利用了顺序翻转下压的变形不均匀性，因此矫正效果较为明显。

可见，本发明提出的控制大型空心件芯轴拔长内孔偏心的方法，具有较好的偏心控制效果，可以在拔长中发生内孔偏心时根据偏心程度实时将拔长操作调整至矫正模式，矫正达到目标后接续进行正常的拔长操作，最终完成壁厚均匀性可有效控制的芯轴拔长过程，避免了因内孔偏心问题得不到有效控制而导致的材料浪费、机加工工时增加甚至锻件报废等带来的生产成本的提高，并可同时因整体变形均匀性提高而提升了锻件的成形质量。

Claims (1)

1.一种空心锻件芯轴拔长过程中的内孔偏心矫正方法，其特征是：

在对大型空心锻件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，当出现内孔偏心问题时，下一圈次拔长时将翻转操作的起始位置跳转至最大壁厚向前或向后90°的位置，开始本圈次的顺序翻转拔长操作，同时调整每一次下压的相对压下量，45°翻转时各次的相对压下量依次为15％、18％、20％、18％、15％、12％、12％和12％，60°翻转时各次的相对压下量依次为16％、20％、16％、12％、12％和12％；经过一圈次矫正后，若内孔偏心矫正不到位，继续按照以上操作方式进行下一圈次的矫正；若矫正到位，则按照正常的等压下量和接续翻转操作进行下一圈次的拔长。

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