CN113857407A - 一种筒形环坯锻件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种筒形环坯锻件的制备方法，包括以下步骤：将坯料制成筒形环坯，将筒形环坯通过冲芯冲孔后得到冲孔环坯，将冲孔环坯通过马架扩孔芯轴扩孔，再进行平端面后，得到筒形环坯锻件；其工艺简单，不仅提高了产品的成形合格率，更提高了筒形环坯锻件的生产效率。

Description

一种筒形环坯锻件及其制备方法

技术领域

本发明涉及锻造的技术领域，具体涉及一种筒形环坯锻件及其制备 方法。

背景技术

随着电力、化工、运输等行业的飞速发展，对大型环件或筒形件的需求 量越来越大。对于某些耐压高、承载大、要求较高的装备上的大型环件或筒 形件，在锻造行业会对筒形锻件进行加工生产，为了保证其力学性能，通常 通过自由锻扩孔和辗环扩孔完成，不论采用哪种成型方式，都需要先进行筒 形环坯的制备，但是对于如图1所示的制备得到筒形环坯的内径ID>700mm， 高径比H/OD>0.6～3情况下，但是此类尺寸筒形环坯的工艺设计和锻造难度 较大，筒形环坯的表面和形状尺寸质量难以控制，导致自由锻扩孔和辗环扩 孔施工都存在较大的难度，产品的成形合格率较低。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方 法，其工艺简单，不仅提高了产品的成形合格率，更提高了筒形环坯锻 件的生产效率。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将坯 料制成筒形环坯，将筒形环坯通过冲芯冲孔后得到冲孔环坯，将冲孔环 坯通过马架扩孔芯轴扩孔，再进行平端面后，得到筒形环坯锻件。

本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，其工艺简单，不仅提 高了产品的成形合格率，更提高了筒形环坯锻件的生产效率。

作为优选技术方案，当筒形环坯的高度H0大于筒形环坯锻件的高度 H时，包括以下步骤：将冲芯放置在筒形环坯外侧并与筒形环坯的中心 位置相对应，再通过压机墩头下压冲芯，将冲芯压入筒形环坯的中心位 置处冲孔得到冲孔环坯，将马架扩孔芯轴插入冲孔环坯的冲孔中以能够 扩孔，再进行平端面后，得到筒形环坯锻件。

作为优选技术方案，所述冲芯的直径小于筒形环坯的直径且所述冲 芯的外表面倾斜度为1～3°。

作为优选技术方案，包括以下步骤：当筒形环坯的高度H0大于筒形 环坯锻件的高度H时，筒形环坯的高度按下式计算：

H0＝H+⊿

其中，⊿取值为20～80mm，H为筒形环坯锻件高度值。

作为优选技术方案，还包括以下步骤：计算效验冲芯冲孔后的冲孔 环坯冲孔内径是否大于马架扩孔所需的马架扩孔芯轴直径，计算效验包 括以下步骤：

根据冲芯的直径经验公式计算出冲芯的直径，计算公式如下：

Dmax＝D0/[2.2+(H0/D0-0.6)/4] (1)

其中H0为筒形环坯的高度，D0为筒形环坯的直径,且H0/D0≥0.6；

根据马架扩孔芯轴的直径经验公式计算出马架扩孔芯轴的直径 Dxmin，计算公式如下：

其中，H0为筒形环坯的高度。

作为优选技术方案，当通过计算公式(1)和计算公式(2)计算得 到的Dmax＞Dxmin时，冲芯的直径D为Dmax，马架扩孔芯轴的直径Dxmin， 冲孔环坯的冲孔内径大于马架扩孔芯轴的直径以能够将马架扩孔芯轴插 入冲孔环坯的冲孔内。

作为优选技术方案，当通过计算公式(1)和计算公式(2)计算得 到的Dmax≤Dxmin时，冲孔环坯的冲孔内径≤马架扩孔芯轴的直径，冲 芯的直径和马架扩孔芯轴的直径需被重新计算，重新计算包括以下步骤：

重新设计筒形环坯高度尺寸H0′，H0′按下以下公式计算：

H0′＝H0×δ

其中，H0原筒形环坯高度，H0′为重新设计后筒形环坯高度，δ为 减小比例；

按减小后高度H0′重新计算筒形环坯的直径D0′，并代入计算公式 (1)和计算公式(2)重新计算冲芯的直径Dmax和马架扩孔芯轴直径 Dxmin；

比对计算结果为Dmax＞Dxmin，即完成冲芯的直径和马架扩孔芯轴 的直径的设计；

比对计算结果为Dmax≤Dxmin，还应按上述步骤重新设计冲芯直径 和马架扩孔芯轴的直径，这一次设计的冲孔环坯高度减小比例是在上一 次减小后的冲孔环坯高度基础上再进行减小，循环上述计算步骤，直至 比对计算结果为冲孔环坯的冲孔内径大于马架扩孔芯轴的直径时，停止 重新计算冲芯直径和马架扩孔芯轴的直径。

作为优选技术方案，当筒形环坯的高度H0＜筒形环坯锻件的高度H 时，还包括以下步骤：将筒形环坯通过冲芯冲孔后得到冲孔环坯，通过 马架扩孔芯轴将冲孔环坯的冲孔内径扩大以能够将拔长芯轴插入冲孔环 坯的冲孔内；

在V形砧上对拔长芯轴拔长，直到拔长芯轴的高度大于筒形环坯高 度的20～80mm，停止对拔长芯轴继续拔长，再将冲孔环坯通过马架扩孔 芯轴扩孔，扩孔到所需筒形环坯外径尺寸，再进行平端面后制备得到筒 形环坯锻件。

作为优选技术方案，所述拔长芯轴外表面倾斜度为0.5～1.5°，拔 长芯轴最小直径通过以下计算公式的带：

其中，H0为筒形环坯的高度，H0的计算公式如下：

H0＝H+⊿

其中H为筒形环坯高度，⊿取值为20～80mm。

本发明还提供一种筒形环坯锻件，根据以上任一项筒形环坯锻件的 制备方法制备得到。

本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，具有设计简单，设 计参数可靠的特点；

2)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，按本技术设计后， 确定的冲芯、马架扩孔芯轴、拔长芯轴等工装尺寸设计合理可靠，使用 安全方便，有利于保证成形质量；

3)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，按本设计确定工艺 方法更加简洁、科学合理，且质量稳定、生产效率高；

4)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，不仅提高了产品的 成形合格率，更提高了筒形环坯锻件的生产效率。

附图说明

图1为筒形环坯的结构图；

图2为本发明提供一种筒形环坯锻件的制备方法的工艺流程图；

图3为本发明提供一种筒形环坯锻件的制备方法的工艺流程图；

图4为本发明提供的冲芯的结构图；

图5为本发明提供的拔长芯轴或马架扩孔芯轴的结构图；

1-筒形环坯；2-冲芯；3-压机墩头；4-冲孔环坯；5-马架扩孔芯轴； 6-支架；7-V形砧；8-拔长芯轴；9-冲芯外表面斜度，10-拔长芯轴外表 面斜度。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本 发明一种筒形环坯锻件及其制备方法做进一步详细的描述。

本发明提供一种筒形环坯锻件的制备方法，包括以下步骤：

S1设计筒形环坯所需投料重量

根据筒形环坯的尺寸，筒形环坯如图1所示，可以计算出筒形环坯 的体积，再根据材料密度可以计算出筒形环坯重量G。

筒形环坯的投料重计算公式如下

Gt＝k×G (1)

其中：k取值1.06～1.12，主要包含锻造是加热损耗及冲孔环坯损 耗等，筒形环坯重量G偏小时，k取小值，GG大时，k取大值。

S2设计冲孔环坯、冲芯规格尺寸及马架芯轴直径

根据筒形环坯的一般成型方法：将上述计算公式(1)计算的投入的 坯料经充分镦拔后制成筒形环坯1，将一冲芯2放置在筒形环坯1外侧 的中心位置处，通过压机墩头3下压冲芯2，将冲芯2压入筒形环坯1 中，再将冲芯2挤压出筒形环坯1得到了冲孔环坯4，将冲孔环坯4通 过马架扩孔芯轴5扩孔，再进行平端面后，得到筒形环坯锻件，这是筒 形环坯1制备筒形环坯锻件的工艺，工艺方法如图2所示。

在此工艺方法中，冲芯的直径D必须小于筒形环坯的直径D0，而且 冲芯在下压进入筒形环坯的过程中与金属的摩擦和形变牵连效应将导致 筒形环坯端面向中心凹陷以及筒形环坯的高度H0减小，即坯料拉缩现 象，这直接影响冲孔后冲孔环坯的高度尺寸。因此，设计适合筒形环坯 规格和冲芯规格对冲孔后坯料的尺寸和质量非常重要。

一般情况下考虑筒形环坯在冲孔后被拉缩现象，筒形环坯的高度按 下式计算：

H0＝H+⊿ (2)

其中，⊿取值为20～80mm，H为筒形环坯锻件高度值，筒形环坯锻 件高度值越大时取较大值。

由于等体积原则，通过计算公式(1)计算的重量Gt能够计算出筒 形环坯的直径D0。

冲芯的规格是由直径D和长度L确定的圆柱体，为便于冲芯压入筒 形环坯中，冲芯的外表面倾斜度为1～3°，冲芯如图4所示，冲芯的长 度L应大于筒形环坯的高度。

通过实践积累，为得到较好的冲孔环坯，冲芯的最大直径Dmax按照 以下经验公式计算：

冲芯最大直径经验公式如下：

Dmax＝D0/[2.2+(H0/D0-0.6)/4](mm) (3)

其中H0为筒形环坯高度，D0为筒形环坯直径,且H0/D0≥0.6，冲芯 直径D≤Dmax。

按以上公式计算出冲芯规格最大直径Dmax后，需按下式进行马架芯 轴校核，马架芯轴最小直径Dxmin满足，Dmax＞Dxmin。根据马架芯轴直 径经验公式计算马架芯轴最小直径Dxmin，马架芯轴直径经验公式如下：

其中，H0为筒形环坯的高度，筒形环坯壁厚较厚时取下限值，筒形 环坯壁厚较薄时取上限值。

经上面计算出的冲芯的直径后存在以下两种情况：

A当Dmax＞Dxmin时，说明冲芯设计规格符合设计要求，冲芯规格 直径D选择Dmax～Dxmin范围并经圆整后的规格。其后续马架扩孔芯轴 直径取Dx＝D+10～20mm，确保后续马架扩孔芯轴能够正常插入冲孔环坯 的冲孔内。

B当Dmax≤Dxmin时，说明冲孔环坯的冲孔内径尺寸小于后续马架 扩孔所需的最小芯轴直径，不符合后续的马架扩孔工序设计要求。

第B类情况需要对筒形环坯规格尺寸、冲芯规格直径及后续的马架 扩孔芯轴等进行重新设计，使之满足以上第A类情况的要求。

根据以上公式(3)和公式(4)及第A类类情况条件要求，重新设 计筒形环坯的高度尺寸H0′，按下式重新设计计算。

H0′＝H0×δ (5)

其中，H0原筒形环坯的高度，H0′为重新设计后筒形环坯的高度， δ为减小比例，主要考虑到后工序拔长所需最小变形比，优选δ＝0.86。

按减小后高度H0′重新计算筒形环坯的直径D0′，并代入公式(3) 和公式(4)重新计算冲芯的最大直径和马架扩孔芯轴的最小直径，原式 中的H0、D0分别替换为H0′和D0′。计算结果比对如符合以上第A类 类Dmax＞Dxmin情况条件，即完成冲芯直径规格设计，计算结果比对如 符合第B类Dmax≤Dxmin条件，还应按上述步骤重新设计，注意后续的 筒形环坯的高度减小比例是在上一次减小后的筒形环坯的高度基础上进 行减少，循环上述计算步骤，直至比对计算结果为Dmax＞Dxmin时，冲 孔环坯的冲孔内径大于马架扩孔芯轴的直径，停止重新计算冲芯直径和 马架扩孔芯轴的直径。

S3拔长芯轴设计

上述筒形环坯、冲芯规格及马架扩孔芯轴设计中出现过第B类Dmax ≤Dxmin情况，并且设计的筒形环坯的高度H0小于筒形环坯锻件高度H 时，应设计在V形砧7对拔长芯轴8拔长，拔长芯轴8直径Db，拔长芯 轴8外表面倾斜度为0.5～1.5°，如图5所示。考虑到拔长工序后为马 架扩孔工序做准备，因此，拔长芯轴最小直径按公式(4)计算，其中 H0＝H+⊿，H为筒形环坯高度，筒形环坯H越大时取大值。计算得出的Dxmin 即为拔长芯轴最小直径Db。

S4设计筒形环坯锻件的成形方法

经上述设计后，根据设计筒形环坯的高度H0与最终筒形环坯锻件的 高度H差别情况，存在两种工艺方案选择：

(1).如设计最终当筒形环坯的高度H0大于筒形环坯锻件的高度H 时制造方法如图2工艺流程图所示，将冲芯放置在筒形环坯外侧并与筒 形环坯的中心位置相对应，再通过压机墩头下压冲芯，将冲芯压入筒形 环坯的中心位置处冲孔得到冲孔环坯，将马架扩孔芯轴插入冲孔环坯的 冲孔中以能够扩孔，再进行平端面后，到筒形环坯锻件。

(2).如设计最终当筒形环坯的高度H0小于筒形环坯锻件的高度H 时制造方法如图3工艺流程图所示，将筒形环坯1通过冲芯2冲孔后得 到冲孔环坯4，通过马架扩孔芯轴5将冲孔环坯4的冲孔内径扩大以能 够将拔长芯轴8插入冲孔环坯4的冲孔内；

在V形砧7上对拔长芯轴8拔长，直到拔长芯轴8的高度大于筒形 环坯1高度的20～80mm，停止对拔长芯轴8继续拔长，再将冲孔环坯4 通过马架扩孔芯轴5扩孔，扩孔到所需筒形环坯1外径尺寸，再进行平 端面后制备得到筒形环坯锻件。

本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，具有以下有益效果：

1)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，具有设计简单，设 计参数可靠特点；

2)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，按本技术设计后， 确定的冲芯、马架扩孔芯轴、拔长芯轴等工装尺寸设计合理可靠，使用 安全方便，有利于保证成形质量；

3)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，按本设计确定工艺 方法更加简洁、科学合理，且质量稳定、生产效率高；

4)本发明提供一种筒形环坯锻件及其制备方法，不仅提高了产品的 成形合格率，更提高了筒形环坯锻件的生产效率。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员 知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实 施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些 特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精 神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落 入本申请的权利要求范围各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导 下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会 脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例 的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保 护的范围内。

Claims (10)

1.一种筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将坯料制成筒形环坯，将筒形环坯通过冲芯冲孔后得到冲孔环坯，将冲孔环坯通过马架扩孔芯轴扩孔，再进行平端面后，得到筒形环坯锻件。

2.根据权利要求1所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，当筒形环坯的高度H0大于筒形环坯锻件的高度H时，包括以下步骤：将冲芯放置在筒形环坯外侧并与筒形环坯的中心位置相对应，再通过压机墩头下压冲芯，将冲芯压入筒形环坯的中心位置处冲孔得到冲孔环坯，将马架扩孔芯轴插入冲孔环坯的冲孔中以能够扩孔，再进行平端面后，到筒形环坯锻件。

3.根据权利要求2所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，所述冲芯的直径小于筒形环坯的直径且所述冲芯的外表面倾斜度为1～3°。

4.根据权利要求2所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，

包括以下步骤：当筒形环坯的高度H0大于筒形环坯锻件的高度H时，筒形环坯的高度按下式计算：

H0＝H+⊿

其中，⊿取值为20～80mm，H为筒形环坯锻件高度值。

5.根据权利要求4所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，

还包括以下步骤：计算效验冲芯冲孔后的冲孔环坯冲孔内径是否大于马架扩孔所需的马架扩孔芯轴直径，计算效验包括以下步骤：

根据冲芯的直径经验公式计算出冲芯的直径，计算公式如下：

Dmax＝D0/[2.2+(H0/D0-0.6)/4] (1)

其中H0为筒形环坯的高度，D0为筒形环坯的直径,且H0/D0≥0.6；

根据马架扩孔芯轴的直径经验公式计算出马架扩孔芯轴的直径Dxmin，计算公式如下：

其中，H0为筒形环坯的高度。

6.根据权利要求5所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，当通过计算公式(1)和计算公式(2)计算得到的Dmax＞Dxmin时，冲芯的直径D为Dmax，马架扩孔芯轴的直径Dxmin，冲孔环坯的冲孔内径大于马架扩孔芯轴的直径以能够将马架扩孔芯轴插入冲孔环坯的冲孔内。

7.根据权利要求5所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，当通过计算公式(1)和计算公式(2)计算得到的Dmax≤Dxmin时，冲孔环坯的冲孔内径≤马架扩孔芯轴的直径，冲芯的直径和马架扩孔芯轴的直径需被重新计算，重新计算包括以下步骤：

重新设计筒形环坯高度尺寸H0′，H0′按下以下公式计算：

H0′＝H0×δ

其中，H0原筒形环坯高度，H0′为重新设计后筒形环坯高度，δ为减小比例；

按减小后高度H0′重新计算筒形环坯的直径D0′，并代入计算公式(1)和计算公式(2)重新计算冲芯的直径Dmax和马架扩孔芯轴直径Dxmin；

比对计算结果为Dmax＞Dxmin，即完成冲芯的直径和马架扩孔芯轴的直径的设计，

比对计算结果为Dmax≤Dxmin，还应按上述步骤重新设计冲芯直径和马架扩孔芯轴的直径，这一次设计的冲孔环坯高度减小比例是在上一次减小后的冲孔环坯高度基础上再进行减小，循环上述计算步骤，直至比对计算结果为冲孔环坯的冲孔内径大于马架扩孔芯轴的直径时，停止重新计算冲芯直径和马架扩孔芯轴的直径。

8.根据权利要求1所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，

当筒形环坯的高度H0＜筒形环坯锻件的高度H时，还包括以下步骤：将筒形环坯通过冲芯冲孔后得到冲孔环坯，通过马架扩孔芯轴将冲孔环坯的冲孔内径扩大以能够将拔长芯轴插入冲孔环坯的冲孔内；

在V形砧上对拔长芯轴拔长，直到拔长芯轴的高度大于筒形环坯高度的20～80mm，停止对拔长芯轴继续拔长，再将冲孔环坯通过马架扩孔芯轴扩孔，扩孔到所需筒形环坯外径尺寸，再进行平端面后制备得到筒形环坯锻件。

9.根据权利要求8所述的筒形环坯锻件的制备方法，其特征在于，所述拔长芯轴外表面倾斜度为0.5～1.5°，所述拔长芯轴最小直径通过以下计算公式的带：

其中，H0为筒形环坯的高度，H0的计算公式如下：

H0＝H+⊿

其中H为筒形环坯高度，⊿取值为20～80mm。

10.一种筒形环坯锻件，其特征在于，根据权利要求1-9中任一项筒形环坯锻件的制备方法制备得到。

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