CN113319228A - 一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，包括以下步骤：S1坯料准备；S2中频加热；S3墩粗；S4挤压冲孔；S5热处理；S6成品检测；本发明的有益效果为：本发明适用于装载机的支撑轴加工，（1）金属材料经过相应的塑性热挤压成形后，其纤维组织、材料性能可得到改善和提高；（2）金属塑性成形主要取决于金属在塑性变形状态下的体积转移，而不是靠部分地切除金属来实现的，因而毛坯的材料利用率高，没有切屑产生，金属纤维分布合理，从而提高了制件的强度；（3）塑性成形生产率高，适用于大批量生产。

Description

一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺
技术领域
本发明涉及锻压领域，尤其涉及一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺。
背景技术
锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。
装载机高强度支撑轴锻造的研发及智能化量产，此项目的研发对促进地区锻造工艺技术水平的提高，对传统产业的技术升级转型，提高锻造行业企业生产效率、淘汰高耗能高污染的落后锻造工艺，走节能、绿色、环保可持续发展之路，具有突破性的发展。
传统的加工过程多是采用锻造成形方法成形外部阶梯状轮廓，最后完全使用钻床机加工完成其空心部分的加工。这种工艺成型方法还需要进行改进。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的装载机支撑轴传统工艺材料性能较差，不适合大量生产的缺点，而提出的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，包括以下步骤：S1坯料准备；选用40Cr合金结构钢锻坯棒材，并采用配备EHMC数控系统的高速圆盘锯下料，分离出正常棒材和不合格的残料及料头，将分理出的正常棒材传输至下一工序的工位；S2中频加热；将棒材送入中频感应器加热，加热过程严格控制加热温度，始锻温度为1200℃，终锻温度850℃；S3墩粗；对棒材进行挤压墩粗得到镦粗，获得平整的端面及所需坯料直径和高度，并去除棒材表面因加热出现的氧化皮；S4挤压冲孔；对棒材进行反挤压，得到初步冲孔的支撑轴轴形，再对冲孔后的支撑轴进行一次正挤压，得到有完整通孔的支撑轴；S5热处理；对得到的支撑轴进行余热正火和调质热处理，得到纤维组织和力学性能良好的支撑轴；S6成品检测；在支撑轴运输过程中同步对支撑轴进行表面探伤检测，确保支撑轴表面无伤。
优选的，在S5热处理的步骤中，余热正火步骤中，保持棒材锻后温度在950℃以上，经过快冷线风冷到600℃左右后转入保温炉保温，最后经风冷线冷却至100℃后出炉。
优选的，在S5热处理的步骤中，调质热处理采用燃气炉加热，加热温度为860℃，保温2.5小时，淬火时间6分钟，回火温度580℃，保温3.5小时。
优选的，在S6成品检测的步骤中，采用在线通过式半自动萤光磁粉探伤检测流水线，充磁和喷洒探伤液在自动化输送线上进行，在线完成消磁、清洗、烘干，实现在暗室内目视检查判断，确保产品质量。
优选的，在S2中频加热的步骤中，在棒材出感应器的时候快速取出棒材，并使用测温仪进行测温，区分出高温棒材和欠温棒材，筛除不合格温度的棒材，将合格的棒材送入下一工序。
优选的，在S4挤压冲孔的步骤中，反挤压过程和墩粗过程在同一个工位进行，在墩粗完成后，冲头继续下压，使坯料在冲头的作用下产生轴向变形，金属在规定的环状间隙中向上流动，坯料高度增加，形成要求深度的孔，并留下连皮；在冲孔过程中一部分材料向下流入锥体凹模，下部则形成带有一定锥度的坯料。
优选的，在S4挤压冲孔的步骤中，在完成反挤压后，继续进行正挤压，坯料在冲头的作用下继续产生轴向变形，镦挤成形时零件头部以镦粗方式成形，兼有反挤变形，芯杆的压入使在封闭的凹模模腔内的零件产生变形，内弧及内孔被挤出，坯料高度增加，在挤压结束时得到最终要求的外部阶梯状轮廓、内部空心通孔形状的挤压件。
本发明的有益效果为：本发明适用于装载机的支撑轴加工，（1）金属材料经过相应的塑性热挤压成形后，其纤维组织、材料性能可得到改善和提高；（2）金属塑性成形主要取决于金属在塑性变形状态下的体积转移，而不是靠部分地切除金属来实现的，因而毛坯的材料利用率高，没有切屑产生，金属纤维分布合理，从而提高了制件的强度；（3）塑性成形生产率高，适用于大批量生产。
附图说明
图1为本发明墩粗工序的棒材成型结构示意图；
图2为本发明反挤压工序的棒材成型结构示意图；
图3为本发明正挤压工序的支撑轴成型结构示意图；
图4为本发明锻压工艺的流程图。
图中标号：1墩粗凹模，2墩粗凸模，3墩粗锻件，4反挤压凹模，5反挤压冲头，6反挤压锻件，7正挤压上凹模，8正挤压凸模，9正挤压冲头，10正挤压下凹模，11正挤压锻件。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
参照图1-图4，一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，包括以下步骤：S1坯料准备；选用40Cr合金结构钢锻坯棒材，并采用配备EHMC数控系统的高速圆盘锯下料，分离出正常棒材和不合格的残料及料头，将分理出的正常棒材传输至下一工序的工位；S2中频加热；将棒材送入中频感应器加热，加热过程严格控制加热温度，始锻温度为1200℃，终锻温度850℃；S3墩粗；对棒材进行挤压墩粗得到镦粗，获得平整的端面及所需坯料直径和高度，并去除棒材表面因加热出现的氧化皮；S4挤压冲孔；对棒材进行反挤压，得到初步冲孔的支撑轴轴形，再对冲孔后的支撑轴进行一次正挤压，得到有完整通孔的支撑轴；S5热处理；对得到的支撑轴进行余热正火和调质热处理，得到纤维组织和力学性能良好的支撑轴；S6成品检测；在支撑轴运输过程中同步对支撑轴进行表面探伤检测，确保支撑轴表面无伤。
通过对高速圆盘锯下料及下料生产线配备棒料自动上料装置、棒料自动进给定位装置的研究，配备EHMC数控系统，实现从上料到锯切的整个加工工艺过程的自动化。通过对中频感应加热的研究，采用加热速度快、生产效率高、氧化脱碳少的中频感应加热。
通过对坯料进炉、出炉和冷热坯料传送机构的研究，实现自动化流水线坯料加热作业。通过对镦粗工艺的研究，保证通红坯料氧化皮的去除，获得平整的端面及所需坯料直径和高度，为后续挤压做准备。通过对反挤压工艺的研究，使坯料在冲头的作用下产生轴向变形，金属在规定的环状间隙中向上流动，坯料高度增加，形成要求深度的孔。
通过对正挤压工艺的研究，使正挤凸模的芯杆部分下移，冲掉上道工序中留下的连皮；正挤凸模的芯杆部分继续下移，在外围环形冲头的推动下，材料沿着芯杆部分外表面与环形凹模内表面所形成的环状空腔向下流动，形成最终要求的形状。
在本实施例中，在S5热处理的步骤中，余热正火步骤中，保持棒材锻后温度在950℃以上，经过快冷线风冷到600℃左右后转入保温炉保温，最后经风冷线冷却至100℃后出炉。
在本实施例中，在S5热处理的步骤中，调质热处理采用燃气炉加热，加热温度为860℃，保温2.5小时，淬火时间6分钟，回火温度580℃，保温3.5小时。
在本实施例中，在S6成品检测的步骤中，采用在线通过式半自动萤光磁粉探伤检测流水线，充磁和喷洒探伤液在自动化输送线上进行，在线完成消磁、清洗、烘干，实现在暗室内目视检查判断，确保产品质量。
在本实施例中，在S2中频加热的步骤中，在棒材出感应器的时候快速取出棒材，并使用测温仪进行测温，区分出高温棒材和欠温棒材，筛除不合格温度的棒材，将合格的棒材送入下一工序。
在本实施例中，在S4挤压冲孔的步骤中，反挤压过程和墩粗过程在同一个工位进行，在墩粗完成后，冲头继续下压，使坯料在冲头的作用下产生轴向变形，金属在规定的环状间隙中向上流动，坯料高度增加，形成要求深度的孔，并留下连皮；在冲孔过程中一部分材料向下流入锥体凹模，下部则形成带有一定锥度的坯料。
在本实施例中，在S4挤压冲孔的步骤中，在完成反挤压后，继续进行正挤压，坯料在冲头的作用下继续产生轴向变形，镦挤成形时零件头部以镦粗方式成形，兼有反挤变形，芯杆的压入使在封闭的凹模模腔内的零件产生变形，内弧及内孔被挤出，坯料高度增加，在挤压结束时得到最终要求的外部阶梯状轮廓、内部空心通孔形状的挤压件。
与金属焊接、车铣刨钻、浇铸等加工方法相比，金属塑性成形具有以下主要优点：（1）金属材料经过相应的塑性热挤压成形后，其纤维组织、材料性能可得到改善和提高；（2）金属塑性成形主要取决于金属在塑性变形状态下的体积转移，而不是靠部分地切除金属来实现的，因而毛坯的材料利用率高，没有切屑产生，金属纤维分布合理，从而提高了制件的强度；（3）塑性成形生产率高，适用于大批量生产。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1坯料准备；选用40Cr合金结构钢锻坯棒材，并采用配备EHMC数控系统的高速圆盘锯下料，分离出正常棒材和不合格的残料及料头，将分理出的正常棒材传输至下一工序的工位；
S2中频加热；将棒材送入中频感应器加热，加热过程严格控制加热温度，始锻温度为1200℃，终锻温度850℃；
S3墩粗；对棒材进行挤压墩粗得到镦粗，获得平整的端面及所需坯料直径和高度，并去除棒材表面因加热出现的氧化皮；
S4挤压冲孔；对棒材进行反挤压，得到初步冲孔的支撑轴轴形，再对冲孔后的支撑轴进行一次正挤压，得到有完整通孔的支撑轴；
S5热处理；对得到的支撑轴进行余热正火和调质热处理，得到纤维组织和力学性能良好的支撑轴；
S6成品检测；在支撑轴运输过程中同步对支撑轴进行表面探伤检测，确保支撑轴表面无伤。
2.根据权利要求1所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S5热处理的步骤中，余热正火步骤中，保持棒材锻后温度在950℃以上，经过快冷线风冷到600℃左右后转入保温炉保温，最后经风冷线冷却至100℃后出炉。
3.根据权利要求1所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S5热处理的步骤中，调质热处理采用燃气炉加热，加热温度为860℃，保温2.5小时，淬火时间6分钟，回火温度580℃，保温3.5小时。
4.根据权利要求1所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S6成品检测的步骤中，采用在线通过式半自动萤光磁粉探伤检测流水线，充磁和喷洒探伤液在自动化输送线上进行，在线完成消磁、清洗、烘干，实现在暗室内目视检查判断，确保产品质量。
5.根据权利要求1所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S2中频加热的步骤中，在棒材出感应器的时候快速取出棒材，并使用测温仪进行测温，区分出高温棒材和欠温棒材，筛除不合格温度的棒材，将合格的棒材送入下一工序。
6.根据权利要求1所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S4挤压冲孔的步骤中，反挤压过程和墩粗过程在同一个工位进行，在墩粗完成后，冲头继续下压，使坯料在冲头的作用下产生轴向变形，金属在规定的环状间隙中向上流动，坯料高度增加，形成要求深度的孔，并留下连皮；在冲孔过程中一部分材料向下流入锥体凹模，下部则形成带有一定锥度的坯料。
7.根据权利要求6所述的一次加热连续完成镦粗挤压和余热正火的锻压工艺，其特征在于，在S4挤压冲孔的步骤中，在完成反挤压后，继续进行正挤压，坯料在冲头的作用下继续产生轴向变形，镦挤成形时零件头部以镦粗方式成形，兼有反挤变形，芯杆的压入使在封闭的凹模模腔内的零件产生变形，内弧及内孔被挤出，坯料高度增加，在挤压结束时得到最终要求的外部阶梯状轮廓、内部空心通孔形状的挤压件。
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