CN116275925B - 一种法兰对称式锻造加工工艺 - Google Patents

Abstract

本申请涉及法兰加工技术领域，具体公开了法兰对称式锻造加工工艺，具体步骤包括下料、加热原料坯、入模锻造、碾环、热处理、机加工、验收入库，其中，碾环是将入模锻造后的坯料置于碾环机上，在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两个完全相同的、相连接的法兰坯，再机加工和验收入库。本申请一次锻造加工工艺制备得到两个法兰，得到的法兰晶粒度等级最优为2级，抗拉强度最高为587MPa，材料的利用率最高为82.53%，下料到热处理之前的时间最短为26min，有良好的加工性能，还提高了生产效率。

Description

一种法兰对称式锻造加工工艺

技术领域

本申请涉及法兰加工技术领域，更具体地说，它涉及一种法兰对称式锻造加工工艺。

背景技术

法兰(Flange)，又叫法兰凸缘盘或突缘，是轴与轴之间相互连接的零件，主要用于管端之间的连接。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。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，同时保存了完整的金属流线，经过锻造的锻件机械性能一般优于未锻造的铸件。因此，锻造是法兰生产中较为常见的一种方式。

相关技术中，法兰的锻造工艺的模锻冲孔时为了保护模具，模具中心孔位置预料多，冲孔连皮厚，以及碾环时也必须留够足够的坯料余量为后续的机加工做准备，因此会造成料比高，原材料利用率低，工艺速度慢，效率较低；而且单次锻造只能制备一个法兰，生产效率低。

发明内容

为了提高法兰对称式锻造加工工艺的生产效率，本申请提供了一种法兰对称式锻造加工工艺，其采用如下技术方案：

一种法兰对称式锻造加工工艺，包括如下步骤：

步骤S1：下料，根据两个法兰成品的预料需要切割下料，得到原料坯；

步骤S2：加热原料坯，将原料坯加热至1200-1250℃；

步骤S3：入模锻造，将模具预加热至200-300℃，然后将加热后的原料坯放入模具中，进行墩粗、打长、冲孔，得到坯料；所述入模锻造的锻造比为3-3.5；

步骤S4：碾环，将入模锻造后的坯料置于碾环机上，在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两端对称式碾环坯；

所述两端对称式碾环坯为两个完全相同的、相连接的法兰坯。

步骤S5：热处理，将两端对称式碾环坯先升温再自然冷却至23±2℃，得到法兰对称式毛坯；

步骤S6：机加工，将得到的法兰对称式毛坯进行车、铣、磨、钻、刨加工后，切割，得到两个相同的法兰成品；

步骤S7：验收入库，对机加工后的法兰进行尺寸和外观检验检测，合格成品进行标识，包装入库。

通过采用上述技术方案，通过下料切割得到制备两个法兰的原料坯的用量预料，将原料坯加热至1200-1250℃，可以提高原料坯的塑性，降低原料坯变形抗力，减少内应力产生，更加易于成形，并获得良好的锻后组织和力学性能；然后将模具预加热到200-300℃，可以提高模具材料的冲击韧性，避免模具断裂，保护模具，同时减少坯料降温，便于坯料充满整个模具，减少打击次数，有利于入模锻造，再将坯料通过墩粗、打长、冲孔得到带孔的坯料，控制锻造比为3-3.5，可以精确控制坯料的用量，提高原材料的利用率，加快生产速度；再将带孔的坯料放置到碾环机上在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两端对称式碾环坯，即两个完全相同的相连接的法兰坯，然后采用先升温后自然冷却到23±2℃的热处理方式，可以细化晶粒，提高产品性能；最后经机加工和验收入库制备得到两个相同的法兰成品；通过上述方法可以精确的控制工艺步骤中的材料用量，减少材料损耗、减少坯料的切削加工，节约能源，提高生产速率，还可以保证法兰质量，而且一次工艺可以制备两个法兰，明显提高了法兰的生产效率。

作为优选，所述步骤S3中冲孔具体包括如下操作步骤：将镦粗、打长后的原料坯按上模具和下模具的定位标志放置，然后以5-8mm/s下压量锻造。

通过采用上述技术方案，通过将原料坯按照模具标识定位放置，可以提高冲孔精确度，减小冲孔连皮，减少了材料损耗，提高了原材料利用率，结合将下压量控制为5-8mm/s，可以提高冲孔速度，两者配合作用，既提高了入模锻造的质量，减少了材料损耗，还提高了工艺速度，从而提高生产效率。

作为优选，所述步骤S3中冲孔以6.5mm/s的下压量锻造。

通过采用上述技术方案，将下压量控制为6.5mm/s，可以进一步而提高生产效率。

作为优选，所述步骤S4碾环的下压量为0.5-1.5mm/min。

在碾环机中最主要的轧制力来自主碾压辊的挤压。坯料与主碾压辊和芯辊接触的部位是环件的内外两个侧面，加工出来的环件内外表面相对于环件壁厚中间部位要高出一部分，这种现象叫端面凹陷，合适的下压量可以提高坯料的致密度，提高组织性能，但下压量过大时，端面凹陷严重会造成材料浪费和机加工工作量大，而且会破坏坯料组织，下压量过小速度太慢，不能在合适温度下碾环，也会破坏坯料组织，造成裂纹。

通过采用上述技术方案，将碾环的下压量控制为0.5-1.5mm/min，既可以减少端面凹陷或者裂纹的产生，提高碾环质量，还可以提高生产速度，从而提高生产效率。

作为优选，所述步骤S4中坯料外端端面塑型具体为：将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压；

所述碾环机模包括两端为圆饼形外模(101)和中间圆柱形腔部(102)，所述腔部还包括中间凸起部(103)和凹槽部(104)，所述中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度α为8°。

通过采用上述技术方案，将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压；所述碾环机模包括两端为圆饼形外模和中间圆柱形腔部，所述中间圆柱形腔部还包括中间凸起部和凹槽部，所述中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度α为8°，中间的凸起部可以精确定位法兰坯料位置，并且形成成品法兰的倒角，还可以为后续的机加工的切割定位；凹槽部可以精确定位端部并且有利于坯料的金属流动，二者共同作用，使坯料精准定位，减少在碾环过程中因坯料移位导致的产品质量差和材料的浪费，加快生产速率，同时得到外端端面塑型成功的到两个完全相同的、相连接的法兰坯，提高了生产效率；

调整凸起部和凹槽部之间的斜坡角度可以得到不同类型的法兰造型。

作为优选，所述步骤S4碾环的主碾压辊的旋转角速度为2-3rad/s。

碾环是芯辊跟随主碾压辊作匀速运动，带动环件轧制平稳地进行，随着环件直径逐渐变大，环件在轧制平台上左右摇摆逐渐增强，环件在轧制点相当于瞬时固定，因此环件以轧制点为基点，会发生左右摆动，主碾压辊旋转量太大会导致环件扭曲变形，造成材料浪费，旋转量太小，速率减慢，则不能在合适温度下碾环，同样会破坏坯料组织性能，造成裂纹。

通过采用上述技术方案，通过将碾环的主碾压辊的旋转角速度控制为2-3rad/s，既可以减少扭曲形变或者裂纹的产生，提高碾环质量，有效避免材料浪费，还可以保证有较高的碾环速度，进一步提高生产效率。

作为优选，所述步骤S5热处理的具体步骤为：先升温得到700-900℃，时间为1-2h，然后冷却至23±2℃。

通过采用上述技术方案，将热处理的条件控制为：先升温到700-900℃，时间为1-2h，然后冷却至23±2℃，可以使碾环坯内部组织变为奥氏体，细化晶粒，消除或改善坯料成型过程中可能产生的各种组织缺陷、不良组织形态，有利于坯料切削加工的组织及硬度，保证法兰毛坯质量，提高生产效率。

作为优选，所述步骤S5冷却的具体步骤为：在自然冷却降温到550-650℃时保温15-25min，然后再冷却到23±2℃。

通过采用上述技术方案，通过将碾环坯再次降温到550-650℃时保温15-25min，然后再冷却到23±2℃，可以使毛坯组织更均匀，更加细化晶粒尺寸，进一步提高生产效率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

(1)本申请通过下料、加热原料坯、入模锻造、碾环、热处理、机加工、验收入库的一次锻造加工工艺制备得到两个法兰，得到的法兰晶粒度等级最优为2级，抗拉强度最高为587MPa，材料的利用率最高为82.53.79％，下料到热处理之前的时间最短为26min，有良好的加工性能，还提高了生产效率。

(2)本申请通过调节入模锻造的下压量，优化对称式法兰的晶粒度等级为4级和抗压强度为573-575MPa，且下料到热处理之前的时间也缩短为31-32min，进一步提高了生产效率。

(3)本申请通过调节坯料碾环的下压量，优化对称式法兰的晶粒度等级为3级和抗压强度为577-579MPa，且下料到热处理之前的时间也缩短为29-30min，进一步提高了生产效率。

(4)本申请通过调节坯料碾环的主碾压辊的旋转角速度，提高抗压强度为581-583MPa，且下料到热处理之前的时间也缩短为26-27min，进一步提高了生产效率。

(5)本申请通过控制热处理冷却降温后再保温，优化对称式法兰的晶粒度等级为2级和抗压强度为587MPa，且下料到热处理之前的时间也缩短为26min，进一步提高了生产效率。

说明书附图

图1为本申请碾环机模结构示意图。

图中，101，圆饼形外模；102，中间圆柱形腔部；103，中间凸起部；104，凹槽部。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请中的如下各原料均为市售产品，均为使本申请的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：

原料坯来源为的45#钢棒料。

实施例1

实施例1的法兰对称式锻造加工工艺，具体如下：

(1)下料：根据两个法兰成品的预料需要切割下料，得到原料坯；

(2)加热原料坯：将原料坯加热到1225℃；

(3)入模锻造：将模具预加热到250℃，然后将加热到1225℃的原料坯放入模具中，进行墩粗、打长，按照上下模具的定位标志进行冲孔，下压量为4.5mm/s，得到孔径为90mm的坯料，其中，锻造比为3；

(4)碾环：将入模锻造后的坯料在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，即将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压，按照碾环机模中间凸起部103和凹槽部104的位置精确放置坯料，碾环机模的中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度α为8°，同时扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，碾环的下压量为0.4mm/min，碾环主碾压辊的旋转角速度为1.5rad/s，得到两端对称式碾环坯；

(5)热处理：将碾环坯先在1.5h内升温到650℃，然后自然冷却到23±2℃，得到法兰对称式毛坯；

(6)机加工：将得到的法兰对称式毛坯自然冷却，然后进行车、铣、磨、钻、刨加工后，切割，得到两个相同的高颈异径法兰成品；

(7)验收入库：对机加工后的法兰进行尺寸和外观检验检测，合格成品进行标识，包装入库。

实施例2

实施例2的法兰对称式锻造加工工艺与实施例1的区别在于锻造比不同，锻造比为3.5。

实施例3

实施例3的法兰对称式锻造加工工艺与实施例1的区别在于锻造比不同，锻造比为3.25。

实施例4-7

实施例4-7的法兰对称式锻造加工工艺与实施例3基本相同，区别在于入模成型中冲孔的下压量不同，具体详见表1所示。

表1实施例4-7的工艺参数表

实施例8-11

实施例8-11的法兰对称式锻造加工工艺与实施例5的区别在于碾环的下压量不同，具体详见表2所示。

表2实施例8-11的工艺参数表

实施例12-15

实施例12-15的法兰对称式锻造加工工艺与实施例9的区别在于碾环的旋转角速度不同，具体详见表3所示。

表3实施例12-15的工艺参数表

实施例16

实施例16的法兰对称式锻造加工工艺与实施例13区别在于热处理的自然冷却步骤不同，具体为：冷却到600℃时保温20min，然后再自然冷却到23±2℃，具体详见表4所示。

实施例17-18

实施例17-18的法兰对称式锻造加工工艺与实施例16区别在于热处理的升温温度不同，具体详见表4所示。

表4实施例16-18的工艺参数表

实施例19

实施例19的法兰对称式锻造加工工艺与实施例17的区别在于碾环中碾环机模的中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度为0°，制备得到的是两个相同的高颈等径法兰成品。

对比例1

对比例1的法兰对称式锻造加工工艺与实施例1区别在于锻造比不同，锻造比为2.5。

对比例2

对比例1的法兰对称式锻造加工工艺与实施例1区别在于锻造比不同，锻造比为4。

性能检测

采用如下标准和方法分别对的实施例1-19和对比例1-2得到的法兰成品进行检测，检测结果详见表5所示。

按照GB/T6394-2002标准对分别对实施例1-19和对比例1-2得到的法兰晶粒度进行评级，结果详见表5所示。

按照GB/T 228.1-2010标准分别对实施例1-19和对比例1-2得到的法兰的抗拉强度性能检测，结果如表5所示。

原材料利用率：为各个实施例1-19和对比例1-2制备得到的两个法兰的重量与下料的原料坯重量的百分比，结果如表5所示；

下料到热处理之前所需时间：记录各个实施例1-19和对比例1-2从下料到热处理之前所需时间，结果如表5所示。

表5实施例1-19和对比例1-2的性能检测表

由表5的检测结果表明，本申请同时制备得到的两个法兰的晶粒度等级最优为2级，抗拉强度最高为587MPa，原材料利用率最高为82.53％，下料到热处理之前的时间最短为26min，提高了法兰加工工艺的原材料利用率，显著提高了生产效率。

结合实施例3和实施例4-7的检测数据表明，实施例4-6晶粒度等级为4级，优于实施例3和7，实施例4-6的抗压强度为573-575MPa，高于实施例4和7，下料到热处理之前的时间也缩短了1-2min，表明当控制坯料入模锻造下压量为5-8mm/min，对称式法兰的晶粒度等级和抗压强度有不同程度的提高，且当控制入模锻造的下压量为6.5mm/min，对称式法兰的晶粒度等级和抗压强度最优，下料到热处理之前的时间最短，可能与合适的下压量能改善坯料的组织和性能，提高工艺速度有关。

结合实施例5和实施例8-11的检测数据表明，实施例8-10晶粒度等级为3级，优于实施例5和11，实施例8-10的抗压强度为577-579MPa，高于实施例5和11，下料到热处理之前的时间也缩短了1min，表明当控制坯料碾环的下压量为0.5-1.5mm/min，法兰的晶粒度等级和抗压强度有不同程度的提高，下料到热处理之前的时间缩短，可能与合适的下压量能改善坯料的组织和性能，提高碾环速度有关。

结合实施例9和实施例12-15的检测数据表明，实施例12-14实施例8-10的抗压强度为581-583MPa，高于实施例9和15，下料到热处理之前的时间也缩短了2-3min，表明当控制主碾压辊的旋转角速度为2-3rad/s时，法兰的晶粒度等级和抗压强度有不同程度的提高，下料到热处理之前的时间缩短，可能与合适的主碾压辊的旋转角速度能减少扭曲形变或者裂纹的产生，还能提高碾环速度有关。

结合实施例13和实施例16检测数据表明，实施例16晶粒度等级为3级，优于实施例13，抗压强度为585MPa，高于实施例13，法兰的晶粒度等级和抗压强度有不同程度的提高，表明当热处理时控制法兰毛坯先升温然后冷却到550-650℃时再保温15-25min后，可以均匀细化法兰毛坯晶粒尺寸提高法兰加工性能，保证法兰的质量。

实施例16-18的检测数据表明，实施例17晶粒度等级为2级，优于实施例16和18，抗压强度为587MPa，高于实施例16和18，法兰的晶粒度等级和抗压强度有不同程度的提高，下料到热处理之前的时间也缩短了1min，表明当热处理时控制法兰毛坯先升温温度为700-900℃，可以使毛坯组织更均匀，更加细化晶粒尺寸提高法兰加工性能，保证法兰的质量，且进一步提高生产效率。

另外，结合对比例1-2和实施例1-3的性能检测数据发现，本申请的法兰对称式锻造加工工艺，当控制入模锻造的锻造比过小(＜3.0)时，法兰的晶粒度等级下降明显，抗压强度也降低，材料利用率低，生产效率也低。当控制入模锻造的锻造比过大(＞3.5)时，虽然下料到热处理之前的时间也缩短，但法兰的晶粒度等级下降明显，抗压强度也降低，原材料利用率只有57.20％，原材料浪费严重，而且只能制造一个法兰，生产效率低。由此可知，当入模锻造的锻造比为3-3.5时，所得到的法兰晶粒度等级较优和抗压强度较高，可减少原材料的浪费，并提高法兰加工工艺的生产效率。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种法兰对称式锻造加工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：下料，根据两个法兰成品的预料需要切割下料，得到原料坯；

步骤S2：加热原料坯，将原料坯加热至1200-1250℃；

步骤S3：入模锻造，将模具预加热至200-300℃，然后将加热后的原料坯放入模具中，进行墩粗、打长、冲孔，得到坯料；所述入模锻造的锻造比为3-3.5；

步骤S4：碾环，将入模锻造后的坯料置于碾环机上，在主碾压辊的旋转角速度为2-3rad/s下带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面以0.5-1.5mm/min的下压量进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两端对称式碾环坯；

所述两端对称式碾环坯为两个完全相同的、相连接的法兰坯；

所述坯料外端端面塑型具体为：将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压；所述碾环机模包括两端为圆饼形外模（101）和中间圆柱形腔部（102），所述中间圆柱形腔部（102）还包括中间凸起部（103）和凹槽部（104），所述中间凸起部（103）和凹槽部（104）之间的斜坡角度α为8°；

所述两端对称式碾环坯为两个完全相同的、相连接的法兰坯；

步骤S5：热处理，将两端对称式碾环坯先升温再自然冷却至23±2℃，得到法兰对称式毛坯；

步骤S6：机加工，将得到的法兰对称式毛坯进行车、铣、磨、钻、刨加工后，切割，得到两个相同的法兰成品；

步骤S7：验收入库，对机加工后的法兰进行尺寸和外观检验检测，合格成品进行标识，包装入库。

2.根据权利要求1所述的一种法兰对称式锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中冲孔具体包括如下操作步骤：将镦粗、打长后的原料坯按上模具和下模具的定位标志放置，然后以5-8mm/s的下压量锻造。

3.根据权利要求2所述的一种法兰对称式锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤S3中冲孔以6.5mm/s的下压量锻造。

4.根据权利要求1所述的一种法兰对称式锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤S5热处理的具体步骤为：先升温到700-900℃，时间为1-2h，然后冷却至23±2℃。

5.根据权利要求4所述的一种法兰对称式锻造加工工艺，其特征在于，所述步骤S5冷却的具体步骤为：在冷却降温到550-650℃时保温15-25min，然后再冷却到23±2℃。