CN112122517A - 一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法 - Google Patents

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刘小刚
方萍
杨超
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Abstract

本发明提出了一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，首先通过压高冲孔得到具有圆弧面的冲孔毛坯件，再通过预轧和终轧步骤，借助相应的工装，使得由材料堆积在外径的预轧环锻件过渡至材料堆积到内径的终轧环锻件，以得到所需的环锻件；且轧制过程中的坯料、冲孔毛坯件以及相应的工装经有限元软件模拟分析后制成，采用相应的工装保证了轧制成型的质量。采用本发明的轧制成型方法，能够解决截面壁厚变化较大的环形件的问题，提高了异型环锻件原材料的利用率以及产品的合格率。

Description

一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法
技术领域
本发明涉及异型环形件的加工处理领域，特别是涉及一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法。
背景技术
航空发动机锻件原材料利用率较低，一般在15％以下，为提高原材料利用率越来越多的航空发动机环锻件设计成异形环。但由于一些特殊的零件结构及金属流动性的限制，很多环锻件异形程度不高，只能做一些简单的异形，材料利用率提升不大。如附图1所示的异型环形件产品的截面，其截面壁厚变化比很大(H1/H2)，常规的锻造工艺很难成型，在设计锻件时只能把H2值壁厚设计的更大，降低截面壁厚变化比，造成原材料的利用率低，且产品的合格率低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法。
本发明的主要内容包括：
一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，所述环锻件的截面具有呈平面的环锻件外径以及与所述环锻件外径相对设置的环锻件内径，所述环锻件内径呈曲面，且所述环锻件外径与所述环锻件内径之间的最大距离的H1，所述环锻件外径与所述环锻件内径的最小距离为H2，其中，H1大于H2；所述轧制成型方法包括如下步骤：
下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料；
冲孔：根据有限元分析法得到的压高比，对坯料进行压高及冲孔，得到冲孔毛坯件，所述冲孔毛坯件的截面具有呈圆弧面的第一表面A和呈平面的第二表面A；
预轧：将冲孔毛坯件放入预轧外径工装内，并采用环轧机对冲孔毛坯件进行轧制，得到预轧环锻件；所述预轧环锻件的截面具有呈曲面的第一表面B和呈平面的第二平面B；
终轧：将预轧环锻件放入终轧外径工装以及终轧内径工装之间，并采用环轧机对预轧环锻件进行轧制，得到终轧环锻件；所述终轧环锻件与所述异型环形件的结构相同；
其中，所述坯料、冲孔毛坯件、预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装均根据有限元分析软件创建的相应模型得到。
优选的，有限元分析软件创建相应模型的步骤包括：
(1)向有限元分析软件录入异型环形件模型，包括异型环形件模型的尺寸以及材料种类；
(2)向有限元分析软件录入轧制成型的步骤，以及预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装的材料；
(3)有限元分析软件结合步骤(1)、(2)的数据，模拟轧制成型的过程，将模拟输出的异型环形件与异型环形件模型比较，得到符合设定条件的模拟输出异型环形件相应的坯料的尺寸、冲孔步骤中的压高比、预轧外径工装、终轧外径工装、终轧内径工装的尺寸参数。
优选的，所述预轧外径工装包括预轧主体，所述预轧主体的外表面开设有预轧型槽，所述预轧型槽与所述第一表面B相对应。
优选的，所述预轧型槽包括预轧左法兰挡边、预轧型槽以及预轧右法兰挡边，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边对称设置；所述预轧型槽底呈平面，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边包括依次连接的第一凹弧面、第一凸弧面以及第二凹弧面和第二凸弧面。
优选的，还包括连接斜面，所述连接斜面设置在所述第二凹弧面和第二凸弧面之间，且两个所述连接斜面与所述第二凹弧面连接的一端之间的距离小于其与所述第二凸弧面连接的一端的距离。
优选的，所述终轧外径工装包括终轧外本体，所述终轧外本体的外表面开设有终轧型槽，所述终轧型槽具有呈平面的槽底；所述终轧内工装具有与所述环锻件内径相对应的曲面；且所述终轧内工装的宽度小于所述终轧型槽的宽度。
优选的，终轧步骤后还包括热处理步骤。
优选的，热处理步骤后还包括测试和检验步骤。
本发明的有益效果在于：本发明提出了一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，首先通过压高冲孔得到具有圆弧面的冲孔毛坯件，再通过预轧和终轧步骤，借助相应的工装，使得由材料堆积在外径的预轧环锻件过渡至材料堆积到内径的终轧环锻件，以得到所需的异型环形件；且轧制过程中的坯料、冲孔毛坯件以及相应的工装经有限元软件经模拟后制成，保证了轧制成型的质量。采用本发明的轧制成型方法，能够解决截面壁厚变化较大的环形锻件的问题，提高了异型环锻件原材料的利用率以及产品的合格率。
附图说明
图1为异型环形件产品的结构示意图；
图2为冲孔毛坯件的示意图；
图3为预轧环锻件的结构示意图；
图4为预轧外径工装的结构示意图；
图5为终轧外径工装以及终轧内径工装的结构示意图；
图6(a)为预轧开始时的状态示意图；
图6(b)为预轧结束时的状态示意图；
图6(c)为终轧开始时的状态示意图；
图6(d)为终轧结束时的状态示意图；
附图标记：1-环锻件；11-环锻件外径；12-环锻件内径；2-冲孔毛坯件；3-预轧环锻件；31-第一表面B；32-第二表面B；4-预轧外径工装；40-预轧本体；41-预轧凹槽；400-预轧槽底；401-第一凹弧面；402-第一凸弧面；403-第二凹弧面；404-连接斜面；405-第二凸弧面；5-终轧外工装；50-终轧外本体；51-终轧凹槽；6-终轧内工装。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明所保护的技术方案做具体说明。
请参照图1至图6。本发明提出的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，目的为轧制成型如图1所示的环锻件1，所述环锻件1的截面具有呈平面的第环锻件外径11以及与所述环锻件外径11相对设置的环锻件内径12，其中，所述环锻件内径12呈曲面，且所述环锻件外径11与所述环锻件内径12之间的最大距离的H1，所述环锻件内外径11与所述环锻件内径12的最小距离为H2，其中，H1大于H2，也即所述环锻件1的环锻件内径12为中间厚两边薄的结构。
在开始轧制成型前，首先利用有限元分析软件对环锻件1的标准模型以及成型过程进行模拟，综合考虑环锻件1的结构以及材料的特征，如材料的流动性等一系列因素从而得出轧制成型过程各个阶段的模型的尺寸参数以及轧制成型过程中所需的预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装的模型，从而能够保证轧制成型的质量。
本发明的主要发明点在于采用反向堆料轧制技术来成型如图1所示的环锻件，所述反向堆料轧制技术是指预轧后得到的预轧环锻件为材料堆积在其第一表面A，也即其第一表面A为中间厚和两边薄的结构，材料堆积的位置与异型环形件产品相反；然后再通过终轧得到与异型环形件材料堆积位置相同的终轧环锻件。
在其中一个实施例中，有限元分析软件创建相应模型的步骤包括：
(1)向有限元分析软件录入异型环形件模型，包括异型环形件模型的尺寸以及材料种类；
(2)向有限元分析软件录入轧制成型的步骤，以及预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装的材料；
(3)有限元分析软件结合步骤(1)、(2)的数据，模拟轧制成型的过程，将模拟输出的异型环形件与异型环形件模型比较，得到符合设定条件的模拟输出异型环形件相应的坯料的尺寸、冲孔步骤中的压高比、预轧外径工装、终轧外径工装、终轧内径工装的尺寸参数。
请参照图4和图5，所述预轧外径工装4包括预轧主体40，所述预轧主体40的外表面开设有预轧型槽41，具体地，所述预轧型槽41包括预轧左法兰挡边、预轧槽底400以及预轧右法兰挡边，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边对称设置；所述预轧槽底400呈平面，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边包括依次连接的第一凹弧面401、第一凸弧面402以及第二凹弧面403和第二凸弧面405；更进一步地，在所述第二凹弧面403和第二凸弧面405之间设置有连接斜面404，使得所述预轧型槽41呈广口状态，即两个所述连接斜面404与所述第二凹弧面403连接的一端之间的距离小于其与所述第二凸弧面405连接的一端的距离。
而所述终轧外径工装5包括终轧外本体50，所述终轧外本体50的下表面开设有终轧型槽51，所述终轧型槽51具有呈平面的槽底；所述终轧内工装6具有与所述第二表面12相对应的曲面，且所述终轧内工装的宽度小于所述终轧型槽的宽度；即通过所述终轧外径工装5和所述终轧内径工装6得到与异型环形件相同的终轧环锻件。
下面将详细阐述轧制成型的步骤：
下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料；
冲孔：根据有限元分析法得到的压高比，对坯料进行压高及冲孔，得到冲孔毛坯件2，所述冲孔毛坯件截面具有呈圆弧面的第一表面A31和呈平面的第二表面A32；
预轧：将冲孔毛坯件2放入预轧外径工装4内，并采用环轧机对冲孔毛坯件2进行轧制，得到预轧环锻件3；所述预轧环锻件3截面具有呈曲面的第一表面B31和呈平面的第二平面B32；如图6(a)-(b)所示；
终轧：将预轧环锻件3放入终轧外径工装5以及终轧内径工装6之间，并采用环轧机对预轧环锻件3进行轧制，得到终轧环锻件；所述终轧环锻件与所述异型环形件的结构相同；如图6(c)-(d)所示；
热处理步骤：按照标准要求对产品进行热处理；
测试步骤：对产品取样进行测试以验证是否满足规范要求；
检验步骤：按照图纸要求对产品进行检验。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及说明书附图的内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，所述环锻件的截面具有呈平面的环锻件外径以及与所述环锻件外径相对设置的环锻件内径，所述环锻件内径呈曲面，且所述环锻件外径与所述环锻件内径之间的最大距离的H1，所述环锻件外径与所述环锻件内径的最小距离为H2，其中，H1大于H2；其特征在于，所述轧制成型方法包括如下步骤：
下料：按工艺要求切割及倒角，得到坯料；
冲孔：根据有限元分析法得到的压高比，对坯料进行压高及冲孔，得到冲孔毛坯件，所述冲孔毛坯件的截面具有呈圆弧面的第一表面A和呈平面的第二表面A；
预轧：将冲孔毛坯件放入预轧外径工装内，并采用环轧机对冲孔毛坯件进行轧制，得到预轧环锻件；所述预轧环锻件的截面具有呈曲面的第一表面B和呈平面的第二平面B；
终轧：将预轧环锻件放入终轧外径工装以及终轧内径工装之间，并采用环轧机对预轧环锻件进行轧制，得到终轧环锻件；所述终轧环锻件与所述异型环形件的结构相同；
其中，所述坯料、冲孔毛坯件、预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装均根据有限元分析软件创建的相应模型得到。
2.根据权利要求1所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，
有限元分析软件创建相应模型的步骤包括：
(1)向有限元分析软件录入异型环形件模型，包括异型环形件模型的尺寸以及材料种类；
(2)向有限元分析软件录入轧制成型的步骤，以及预轧外径工装、终轧外径工装以及终轧内径工装的材料；
(3)有限元分析软件结合步骤(1)、(2)的数据，模拟轧制成型的过程，将模拟输出的异型环形件与异型环形件模型比较，得到符合设定条件的模拟输出异型环形件相应的坯料的尺寸、冲孔步骤中的压高比、预轧外径工装、终轧外径工装、终轧内径工装的尺寸参数。
3.根据权利要求1所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，所述预轧外径工装包括预轧主体，所述预轧主体的外表面开设有预轧型槽，所述预轧型槽与所述第一表面B相对应。
4.根据权利要求3所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，所述预轧型槽包括预轧左法兰挡边、预轧型槽以及预轧右法兰挡边，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边对称设置；所述预轧型槽底呈平面，所述预轧左法兰挡边和所述预轧右法兰挡边包括依次连接的第一凹弧面、第一凸弧面以及第二凹弧面和第二凸弧面。
5.根据权利要求4所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，还包括连接斜面，所述连接斜面设置在所述第二凹弧面和第二凸弧面之间，且两个所述连接斜面与所述第二凹弧面连接的一端之间的距离小于其与所述第二凸弧面连接的一端的距离。
6.根据权利要求1所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，所述终轧外径工装包括终轧外本体，所述终轧外本体的外表面开设有终轧型槽，所述终轧型槽具有呈平面的槽底；所述终轧内工装具有与所述环锻件内径相对应的曲面；且所述终轧内工装的宽度小于所述终轧型槽的宽度。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，终轧步骤后还包括热处理步骤。
8.根据权利要求7所述的一种大截面壁厚变化比环锻件的轧制成型方法，其特征在于，热处理步骤后还包括测试和检验步骤。
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