CN118002727B - 一种短流程合金棒材的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属棒材加工技术领域，具体为一种短流程合金棒材的锻造方法。包括上模具和下模具，上模具和下模具之间形成锻打空间，锻打空间的两侧设置有夹持机，夹持机上设置有夹钳以及驱动夹钳靠近或远离锻打空间的伸缩机构，其中一个夹持机与锻打空间之间设置有加热线圈，加热线圈与控制装置电连接，所述加热线圈的下方设置有温度感应装置，所述温度感应装置与控制装置电连接；本发明，通过两侧夹持机来回夹持棒材，通过温度感应装置检测棒材温度，控制系统根据棒材温度控制加热线圈对棒材进行感应加热，从而保证棒材每个部分在锻打拔长的过程中的处于锻造温度，降低成形载荷，使变形更加均匀，有效提高锻件的成型质量。
Description
技术领域
本发明涉及金属棒材加工技术领域，具体为一种短流程合金棒材的锻造方法。
背景技术
目前，许多棒材在锻造过程中，需要对原始棒材进行拔长。这其中包括从铸态棒材到锻态成品棒材的开坯过程以及从锻态成品棒材在后续生产过程中的制坯过程。中国发明专利CN116673422A提供了一种TC4钛合金大规格锻棒材的锻造方法，上述专利在进行拔长过程中需要进行多火次、多道次的操作，考虑到棒材在拔长过程中温度会显著下降，如果温度过低会造成棒材出现缺陷。为了保证材料的成形性能，因此需要对棒材进行反复的加热保温操作。但每次锻件温度降低后，需要将锻件放入锻造炉中反复加热的操作，这样会显著降低棒材的加工效率，提升棒材的制造成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种短流程合金棒材的锻造方法，用于在拔长过程中对棒材进行持续加热，提高加工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种短流程合金棒材的锻造方法，采用感应加热装置，包括上模具和下模具，所述上模具和下模具之间形成锻打空间，所述锻打空间的两侧设置有夹持机，所述夹持机上设置有夹钳以及驱动夹钳靠近或远离锻打空间的伸缩机构，其中一个所述夹持机与锻打空间之间设置有加热线圈，所述加热线圈与控制装置电连接，所述加热线圈的下方设置有温度感应装置，所述温度感应装置与控制装置电连接；包括如下步骤：
S1：根据棒材的初始尺寸以及终锻尺寸，确定拔长次数以及每次拔长过程中的尺寸变化；
S2：根据棒材的初始尺寸，确定加热线圈的截面尺寸以及长度；
S3：将棒材放至加热炉中，使棒材达到锻造温度T，并使心部到温并保温；
S4：根据锻打空间的长度对第N次拔长的棒材进行分段，利用两个夹持机来回夹持棒材，使棒材的第M段放置在加热线圈中，温度感应装置检测棒材的第M段的温度；其中N、M均为正整数；
S5：若棒材的第M段的温度TM低于止锻温度TY，控制装置控制加热线圈对棒材的第M段进行加热，直到棒材的第M段达到锻造温度T，利用夹持机将棒材的第M段送入锻打空间，利用压机下压上模具对棒材的第M段进行锻打拔长；若棒材的第M段的温度TM不低于止锻温度TY，利用夹持机将棒材的第M段送入锻打空间，利用压机下压上模具对棒材的第M段进行锻打拔长；
S6：重复步骤S4、S5，直到棒材拔长完毕。
进一步，在步骤S5中，根据棒材的第M段温度TM，得到锻造温度T与TM的差值TX；给定第N次拔长的棒材的每段加热时加热线圈的加热时间；根据第N次拔长的棒材的截面尺寸、TX和加热时间，通过Deform-3D模拟确定对棒材第M段进行加热时加热线圈的加热功率；其中N为正整数。
进一步，在步骤S4中，在初始阶段，棒材与加热线圈位于上模具同侧。
进一步，所述加热线圈的横截面为圆形或者矩形。
本发明的有益效果是：
1、通过两侧夹持机来回夹持棒材，通过温度感应装置检测棒材温度，控制系统根据棒材温度控制加热线圈对棒材进行感应加热，从而保证棒材每个部分在锻打拔长的过程中的处于锻造温度，降低成形载荷，使变形更加均匀，有效提高锻件的成型质量。
2、根据第N次拔长的棒材的截面尺寸、TX和加热时间，通过Deform-3D模拟确定对棒材进行加热时加热线圈的加热功率，节约了时间，提高了锻造效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
附图标记：1-上模具；2-下模具；3-锻打空间；4-夹持机；5-夹钳；6-伸缩机构；7-加热线圈；8-控制装置；9-温度感应装置；10-棒材。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本发明一种短流程合金棒材的锻造方法，采用感应加热装置，包括上模具1和下模具2，所述上模具1和下模具2之间形成锻打空间3，所述锻打空间3的两侧设置有夹持机4，所述夹持机4上设置有夹钳5以及驱动夹钳5靠近或远离锻打空间3的伸缩机构6，其中一个所述夹持机4与锻打空间3之间设置有加热线圈7，所述加热线圈7与控制装置8电连接，所述加热线圈7的下方设置有温度感应装置9，所述温度感应装置9与控制装置8电连接。
其中，上模具1可以相对于下模具2上下移动，在进行锻打拔长时，上模具1在压机的作用下向下移动，将棒材10放至在锻打空间3中，即可实现棒材10的锻打拔长；夹持机4上的夹钳5用于对棒材10进行夹持；伸缩机构6用于驱动夹钳5靠近或远离锻打空间3，伸缩机构6可以采用液压缸或者是电动推杆，当棒材10的一段锻打拔长完毕以后，伸缩机构6驱动夹钳5靠近锻打空间3，将棒材10下一段输送到锻打空间3中；由于棒材10经过多次锻打拔长后棒材10的长度会变长，因此在第一次拔长完毕后进行第二次拔长时需要将夹钳5后移，使棒材10的端部位于锻打空间3中；加热线圈7用于对棒材10进行加热，加热线圈7的横截面为圆形或者是方形；在使用时，加热线圈7的轴线与棒材10的轴线重合，棒材10的周面与加热线圈7之间的间隙大于10cm，避免棒材10与加热线圈7接触，进而损坏加热线圈7。控制装置8用于控制加热线圈7电路的通断以及通入加热线圈7电流的密度，控制装置8可以安装在加热线圈7下方。温度感应装置9可以采用热成像仪，温度感应装置9可以安装在控制装置8上，也可以安装在车间地面上，温度感应装置9用于感应棒材10的温度，并将棒材10的温度传递给控制装置8，当温度感应装置9感应到棒材10需要加热时，温度感应装置9将信号发送至控制装置8，控制装置8控制加热线圈7工作，当加热线圈7对棒材10加热到锻造温度后，可以通过温度感应装置9感测到温度到位，再通过控制装置8控制加热线圈7停止工作。
包括如下步骤：
S1：根据棒材10的初始尺寸以及终锻尺寸，确定拔长次数以及每次拔长过程中的尺寸变化；其中，棒材10的材料采用钛合金或者其他合金，由于材料的不同，棒材10的单次压下量也不同，因此棒材10从初始尺寸拔长至终锻尺寸需要经过多个拔长火次。
S2：根据棒材10的初始尺寸，确定加热线圈7的截面尺寸以及长度；加热线圈7的长度应与锻打空间3的长度相适配；例如锻打空间3的长度为100mm，加热线圈7的长度也为100mm。
S3：将棒材10放至加热炉中，使棒材10达到锻造温度T，并使心部到温并保温；
S4：根据锻打空间3的长度对第N次拔长的棒材10进行分段，利用两个夹持机4来回夹持棒材10，使棒材10的第M段放置在加热线圈7中，温度感应装置9检测棒材10的第M段的温度；其中N、M均为正整数；为了保证整根棒材10均能被锻打，利用两个夹持机4来回夹持棒材10，具体可以这样操作，其中一个夹持机4夹持住棒材10的最后一段，首先将棒材10第一段放置在加热线圈7中，随后进行棒材10第一段的拔长，棒材10第一段拔长完毕后将棒材10第二段放置在加热线圈7中，随后进行棒材10第二段的拔长，此时棒材10的第一段位于另一个夹持机4的夹持位置，就可以用另一个夹持机4夹持棒材10。这里还需要说明的是，对第N次拔长的棒材10进行分段，每段的长度不大于锻打空间3的长度，例如锻打空间3的长度为50cm，第N次拔长的棒材10的长度为200cm，每段棒材10的长度也为50cm，这样第N次拔长的棒材10就被分为4段，M的最大取值就为4；
S5：若棒材10的第M段的温度TM低于止锻温度TY，其中，止锻温度TY小于锻造温度T；控制装置8控制加热线圈7对棒材10的第M段进行加热，直到棒材10的第M段达到锻造温度T，利用夹持机4将棒材10的第M段送入锻打空间3，利用压机下压上模具1对棒材10的第M段进行锻打拔长；若棒材10的第M段的温度TM不低于止锻温度TY，利用夹持机4将棒材10的第M段送入锻打空间3，利用压机下压上模具1对棒材10的第M段进行锻打拔长；
S6：重复步骤S4、S5，直到棒材10拔长完毕。
为了提升锻造效率，进一步，在步骤S5中，根据棒材10的第M段温度TM，得到锻造温度T与TM的差值TX；给定第N次拔长的棒材10的每段加热时加热线圈7的加热时间；根据第N次拔长的棒材10的截面尺寸、TX和加热时间，通过Deform-3D模拟确定对棒材第M段进行加热时加热线圈7的加热功率；其中N为正整数。这里需要说明的是，加热时间指的是将棒材10的第M段温度TM加热至锻造温度T所需要的时间，由于对棒材10的每段进行加热时，棒材10每段的温度均不相同，因此对棒材10每段进行加热时，加热线圈7的加热功率会发生变化。
进一步，在步骤S4中，在初始阶段，棒材10与加热线圈7位于上模具1同侧。
为了和棒材10相适配，进一步，所述加热线圈7的横截面为圆形或者矩形。当棒材10的横截面为圆形时，加热线圈7的横截面为圆形，当棒材10为矩形时，加热线圈7的横截面为矩形。
实施例1
棒材10的材料为TC18钛合金，锻造温度为845℃，终锻温度为720℃，以第二次对棒材10进行拔长为例，具体锻造情况如下：
1、通过第一次拔长之后棒材10长度为200cm，截面尺寸为100cm2，锻造空间长度为50cm，将第二次拔长的棒材10分为四段，每段50cm；
2、给定加热时间为5秒，在进行第一段加热时，利用温度感应装置9感测棒材10第一段温度为710℃，在进行第二段加热时，利用温度感应装置9感测棒材10第二段温度为700℃，在进行第三段加热时，利用温度感应装置9感测棒材10第三段温度为695℃在进行第四段加热时，利用温度感应装置9感测棒材10第四段温度为685℃，通过Deform-3D模拟进行电场、磁场以及温度场的耦合，确定每一段加热时加热线圈7的加热功率。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种短流程合金棒材的锻造方法，采用感应加热装置，包括上模具（1）和下模具（2），所述上模具（1）和下模具（2）之间形成锻打空间（3），所述锻打空间（3）的两侧设置有夹持机（4），所述夹持机（4）上设置有夹钳（5）以及驱动夹钳（5）靠近或远离锻打空间（3）的伸缩机构（6），其中一个所述夹持机（4）与锻打空间（3）之间设置有加热线圈（7），所述加热线圈（7）与控制装置（8）电连接，所述加热线圈（7）的下方设置有温度感应装置（9），所述温度感应装置（9）与控制装置（8）电连接；其特征在于，包括如下步骤：
S1：根据棒材（10）的初始尺寸以及终锻尺寸，确定拔长次数以及每次拔长过程中的尺寸变化；
S2：根据棒材（10）的初始尺寸，确定加热线圈（7）的截面尺寸以及长度；
S3：将棒材（10）放至加热炉中，使棒材（10）达到锻造温度T，并使心部到温并保温；
S4：根据锻打空间（3）的长度对第N次拔长的棒材（10）进行分段，利用两个夹持机（4）来回夹持棒材（10），使棒材（10）的第M段放置在加热线圈（7）中，温度感应装置（9）检测棒材（10）的第M段的温度；其中N、M均为正整数；
S5：若棒材（10）的第M段的温度TM低于止锻温度TY，控制装置（8）控制加热线圈（7）对棒材（10）的第M段进行加热，直到棒材（10）的第M段达到锻造温度T，利用夹持机（4）将棒材（10）的第M段送入锻打空间（3），利用压机下压上模具（1）对棒材（10）的第M段进行锻打拔长；若棒材（10）的第M段的温度TM不低于止锻温度TY，利用夹持机（4）将棒材（10）的第M段送入锻打空间（3），利用压机下压上模具（1）对棒材（10）的第M段进行锻打拔长；根据棒材（10）的第M段温度TM，得到锻造温度T与TM的差值TX；给定第N次拔长的棒材（10）的每段加热时加热线圈（7）的加热时间；根据第N次拔长的棒材（10）的截面尺寸、TX和加热时间，通过Deform-3D模拟确定对棒材第M段进行加热时加热线圈（7）的加热功率；其中N为正整数；
S6：重复步骤S4、S5，直到棒材（10）拔长完毕。
2.如权利要求1所述的一种短流程合金棒材的锻造方法，其特征在于，在步骤S4中，在初始阶段，棒材（10）与加热线圈（7）位于上模具（1）同侧。
3.如权利要求1所述的一种短流程合金棒材的锻造方法，其特征在于，所述加热线圈（7）的横截面为圆形或者矩形。
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