CN118180811A - 一种高性能连续挤压轮的复合制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，通过采用焊接的方式在低等级材料轮体的工作面处堆焊高合金、高性能材料，在降低轮体制造成本的同时，保证挤压轮的工作面寿命。并采用电弧喷涂的方式在轮体两侧端面喷涂与压紧轮材质间摩擦系数大的异种材料，实现在相对较低压紧力下，通过增大摩擦系数来保证压紧轮传递足够的驱动力给挤压轮，改善挤压轮的应力状态。而且在工作面焊接层失效后，可以采用相同工艺进行焊接修复，提升挤压轮的整体使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及连续挤压轮制备技术领域，具体而言是一种高性能连续挤压轮的复合制造方法。
背景技术
连续挤压是一种高质、高效、经济的有色金属塑性成形加工方法。在连续挤压过程中，挤压轮轮槽的实际受力呈复杂的三维应力状态,除了作用于轮槽壁部和底部的压力外,还有作用于其上的摩擦力。同时，由于加工坯料在挤压轮轮槽里发生剧烈的塑性变型，塑性变型产生的大量热量传递给挤压轮轮体，在连续工作后，挤压轮的温度可以达到600℃以上。复杂的三维应力状态和高温及与被加工材料的强烈挤压摩擦，很容易造成挤压轮的过早失效，对制作挤压轮轮体的材料有很高的要求。目前，国内外大多采用H13工具钢的锻件加工制作挤压轮，制作成本很高，而使用寿命还不理想，需要经常停机更换挤压轮，导致生产的不连续，大大降低了生产企业的生产效率和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，通过采用焊接的方式在低等级材料轮体的工作面处堆焊高合金、高性能材料，在降低轮体制造成本的同时，保证挤压轮的工作面寿命。并采用电弧喷涂的方式在轮体两侧端面喷涂与压紧轮材质间摩擦系数大的异种材料，实现在相对较低压紧力下，通过增大摩擦系数来保证压紧轮传递足够的驱动力给挤压轮，改善挤压轮的应力状态。而且在工作面焊接层失效后，可以采用相同工艺进行焊接修复，提升挤压轮的整体使用寿命。
本发明采用的技术手段如下：
一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，采用焊接的方式在低等级材料制作的挤压轮体沟槽处堆焊高合金、高性能材料，再采用电弧喷涂的方式在轮体两侧端面喷涂与压紧轮材质间摩擦系数大的异种材料，获得高性能连续挤压轮，具体包括：
挤压轮体制备：挤压轮体采用合金结构钢锻件制造，且锻造比不小于3，锻造完成后经热处理、机加工到满足焊接前需要；
轮槽内高性能材料的焊接：焊接材料为气体保护药芯焊丝，其化学成分及质量百分比为：C：0.2％—0.32％；Mn：0.5％—0.8％；Si：0.2％—0.4％；Cr：8.5％—11.0％；Mo：1.5％—3.5％；V：0.8％—1.1％；W：1.0％—2.0％；Re：0.3％—0.5％；S：≤0.03％；P：≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接材料采用活性气体保护焊的方式堆焊于挤压轮体的轮槽内；
端面喷涂摩擦面：喷涂材料为电弧喷涂铝锌合金，喷涂位置为挤压轮体的两侧端面，提高压紧轮与挤压轮之间的摩擦系数。压紧轮的材质为45#、35#、40Cr等中的一种。
优选地，气体保护药芯焊丝的直径为Φ1.6mm。
优选地，活性气体保护焊的工艺参数为：保护气体为75％Ar+25％CO2，气体流量18～20L/min，堆焊层厚度为8～10mm，焊接电流200～250A，电弧电压26～30V，焊接速度300～400mm/min。
优选地，铝锌合金的化学成分为Al+5％Zn。
优选地，端面喷涂摩擦面所用丝材直径Φ2.0mm。
优选地，端面喷涂摩擦面工艺参数为：喷涂电压30V，电流200～220A，雾化压缩空气压力0.65MPa，喷涂距离150～170mm，喷涂层厚度0.05～0.10mm。
优选地，挤压轮体采用42CrMo、35CrMoV、50Cr、50CrNi、20CrMnMo、20CrMnTi中的其中一种锻件制造。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
该挤压轮通过在合金结构钢锻件基体上焊接高性能材料作为工作面，并在轮体两侧端面喷涂与压紧轮材质间具有大摩擦系数的异种材料而制成；与现用的H13钢锻件挤压轮相比，通过复合方法制造的挤压轮，在低等级材料轮体上实现了与H13相当、甚至更高的使用寿命，同时端面喷涂层的使用可以适当降低压紧力，改善挤压轮的应力状态，因此具有如下的显著特点：
(1)通过在低等级材料轮体的工作面处焊接高合金、高性能材料，在降低轮体制造成本的同时，保证了挤压轮的工作面寿命；
(2)在轮体两侧端面喷涂异种材料，增加了与压紧轮间的摩擦系数，以降低压紧力，改善挤压轮的应力状态；
(3)在轮体基材的寿命内，当轮体工作面处焊接层失效后，可采用同种工艺进行多次修复，降低生产成本。
基于上述理由本发明可在挤压轮制备等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种高性能连续挤压轮的复合制造方法所制备的挤压轮的结构示意图。
图2为本发明一种高性能连续挤压轮的复合制造方法所制备的挤压轮的剖视图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
如图1～2所示，一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，包括
挤压轮体1制备：采用42CrMo锻件制造，锻造比要求不小于3，锻造完成后经热处理、机加工到满足焊接前需要；
轮槽内高性能材料的焊接：焊接材料2化学成分及质量百分比为：C：0.26％；Mn：0.65％；Si：0.25％；Cr：10.20％；Mo：2.5％；V：0.92％；W:1.4％；Re：0.38％；S：≤0.03％；P：≤0.03％；余量为Fe及不可避免的杂质。采用直径Φ1.6mm气体保护药芯焊丝进行焊接，保护气体为75％Ar+25％CO2，焊接电流220A，电弧电压28V，气体流量19L/min，焊接速度320mm/min，加工后的堆焊层厚度为8mm。
端面喷涂摩擦面3：采用电弧喷涂的方式，在端面喷涂Al+5％Zn铝锌合金，喷涂所用丝材直径Φ2.0mm，喷涂层厚度0.05～0.07mm，喷涂电压30V，电流210A，雾化压缩空气压力0.65MPa，喷涂距离150～160mm，喷涂后表面粗糙度Ra5～7μm。通过本实施例制备的复合挤压轮在铜材连续挤压机上的使用效果良好，新制件的单次使用寿命达到了H13挤压轮的1.2倍以上，若对工作面处失效的焊接层进行焊接修复，本实施例挤压轮的整体寿命将得到更大的提升。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，包括：
挤压轮体制备：挤压轮体采用合金结构钢锻件制造；
轮槽内高性能材料的焊接：焊接材料为气体保护药芯焊丝，其化学成分及质量百分比为：C：0.2％—0.32％；Mn：0.5％—0.8％；Si：0.2％—0.4％；Cr：8.5％—11.0％；Mo：1.5％—3.5％；V：0.8％—1.1％；W：1.0％—2.0％；Re：0.3％—0.5％；S：≤0.03％；P：≤0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质；焊接材料采用活性气体保护焊的方式堆焊于挤压轮体的轮槽内；
端面喷涂摩擦面：喷涂材料为电弧喷涂铝锌合金，喷涂位置为挤压轮体的两侧端面，提高压紧轮与挤压轮之间的摩擦系数。
2.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，气体保护药芯焊丝的直径为Φ1.6mm。
3.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，活性气体保护焊的工艺参数为：保护气体为75％Ar+25％CO2，气体流量18～20L/min，堆焊层厚度为8～10mm，焊接电流200～250A，电弧电压26～30V，焊接速度300～400mm/min。
4.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，铝锌合金的化学成分为Al+5％Zn。
5.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，端面喷涂摩擦面所用丝材直径Φ2.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，端面喷涂摩擦面工艺参数为：喷涂电压30V，电流200～220A，雾化压缩空气压力0.65MPa，喷涂距离150～170mm，喷涂层厚度0.05～0.10mm。
7.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，挤压轮体采用42CrMo、35CrMoV、50Cr、50CrNi、20CrMnMo、20CrMnTi中的其中一种锻件制造。
8.根据权利要求1所述的一种高性能连续挤压轮的复合制造方法，其特征在于，挤压轮体制备过程中锻造比不小于3，锻造完成后经热处理、机加工到满足焊接前需要。
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