CN1830596A - 加工金属毛坯的镦粗方法及实施该方法的装置和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工具有一定纤长度的金属毛坯(14)的镦粗方法，其特征为：毛坯(14)至少部分地在其长度方向位于镦粗锅(2)中，置于一为此目的而设置的圆柱形套体(3)中，通过冲压头(10)在毛坯(14)长度方向加压，直到毛坯(14)充满整个套体截面，以减小其纤长度，获得截面与套体截面相等的圆柱毛坯，为锻造加工作准备。通过该方法可镦粗大纤长度的毛坯(14)。

Description

加工金属毛坯的镦粗方法及实施该方法的装置和应用
技术领域
本发明涉及一种加工毛坯的镦粗方法，依照该方法制备锻造用毛坯的方法以及实施该方法的设备。
背景技术
锻造金属部件通常通过锻造毛坯或坯段获得，这些毛坯或坯段是呈棒状的半成品金属件粗毛坯，是锻造金属部件的基本材料，它们的体积由后者的体积决定，加上锻造中损失的体积。例如，在涡轮喷气飞机引擎中，风扇圆盘和压缩机圆筒就是由金属毛坯锻造而成。
在航空领域，安全标准非常严格，在所有生产步骤中都要进行检查。毛坯必须经过特别检查，如通过超声波，以探测金属中的包含物和瑕疵，开始锻造时的裂缝，很可能导致残次成品。为了达到满意的超声波检测效果，最近的标准要求毛坯的截面相对更小，在航空领域镍基或钛基金属毛坯的规格为150-300mm。如果涡轮喷气飞机引擎的成品部件体积很大，为了补偿其很小的截面，毛坯就要很纤长。
这些长毛坯的截面直径比即纤长度可能开始时是12∶1，要经过多次加工才能获得纤长度为3∶1的毛坯，这个比例锻造毛坯时才能不需要横向限制，没有金属纤维弯曲、瑕疵。此处给出的值依照镍基或钛基金属毛坯，具有制造涡轮喷气飞机引擎部件的流变能力。加工意味着金属部件的热变形，使其直径增加、长度减少、体积不变。此处加工是把金属毛坯置于压力下镦粗。
现有技术中用于加工金属毛坯的镦粗设备包含两个半壳体，每个包含一截头圆锥体形套体。毛坯放在下半壳体中，通过压紧设备两半壳体相互压紧以镦粗毛坯，使毛坯依两个半壳体的套体呈一定形状，此处为六边形截面。生成能用于锻造的毛坯需要经过多次镦粗加工。
因为第一次镦粗前的初级毛坯纤长度很大，镦粗过程中就有弯曲的危险。因此为了获得毛坯，必须经过大量的镦粗加工，每次加工中纤长度减小一点，以减小弯曲的危险，但仍然不能避免弯曲的危险。因为壳体的几何形状是固定的，因此从截面角度或长度角度，有多少种几何形状的毛坯就需要有多少种镦粗设备；一方面由于涡轮喷气飞机引擎部件几何形状和体积的不同，另一方面由于镦粗加工需要多次执行，因此所需设备的数量非常巨大。此外，由于有两个半壳体，现有技术设备尺寸很大。由于毛坯遵从了两个半壳体的形状，获得的毛坯呈坯体状，这很可能是锻造它们的麻烦；由于与两半壳体接触而形成的毛刺需要进一步加工去除。最后，镦粗加工中的热损耗很大，因为两个半壳体彼此有一定距离，毛坯在它们中会与空气接触。
发明内容
为了上述目的，本发明涉及一种加工具有确定的纤长度金属毛坯的镦粗方法，其特征为毛坯至少部分地在其长度方向位于镦粗锅中，置于一为此目的而设置的圆柱形套体中，通过冲压头在毛坯长度方向加压，直到毛坯充满整个套体截面，以减小其纤长度，获得截面与套体截面相等的圆柱毛坯，为锻造加工作准备。
通过本发明，申请人观察到能够获得大于30％的加工前长度比加工后长度的加工率，加工后的毛坯即既不弯曲也没有纤维异常。因此，它可减少镦粗加工作业的次数。此外，获得的毛坯是圆柱体形，易于锻造成任何形状。因为冲头的尺寸要比现有技术的半壳体的尺寸要小，所以设备的体积得到减小。因为毛坯至少部分伸入圆柱状套体中，热损得到耗减小，如果毛坯在最后镦粗中完全在套体中，需要加工的毛刺就得到消除。此外，该方法还可这样安排，当冲压到一定压力时停止镦粗加工，现有技术中当两个半壳体接触时加工停止，与它们包含的毛坯无关，与现有技术相比，该方法能更好的控制加工。此外，在这种在封闭体(仅空气能从冲头和套体构成的封闭体中逃逸，金属不能)中进行的镦粗方法中，在方法最后得到圆柱体状的毛坯，毛坯纤维与圆柱体轴线平行；这个特点在航空应用中很有利。
有利地，套体直径直到毛坯截面直径的1.35倍。
本发明还涉及一种制备初始纤长度大于12∶1的锻造用毛坯的方法，其中毛坯依照下述方法多次镦粗，直到纤长度等于3∶1。
最后，本发明涉及一种用于上述方法的设备，其特征为它包括一镦粗锅，镦粗锅具有圆柱体状、用于容纳毛坯的套体，和一个给毛坯施加压力的冲头。
有利地，冲头由压力台驱动。
最好地，套体的深度可根据毛坯尺寸调整。
此时，可仅使用一种设备加工不同纤长度的毛坯，减少了所需设备的数量，因此降低了生产成本和减小了占用空间。
附图说明
图1是本发明设备的剖面示意图。
具体实施方式
通过下面本发明优选实施例的说明，结合唯一的附图，即本发明设备的剖面示意图，可以对本发明有一个更好的理解，其中左半图为冲头在高位，右半图为冲头在地低位。
镦粗设备1包括一镦粗锅2，在该例中为圆柱体形，钢质。镦粗锅2包括套体3或外壳3，圆柱体形，相对于锅2截面中心对齐，套体3包括一底部4。锅2位于支撑台5上，也是钢质，它包含一用于中心定位锅2的法兰6。台5由固定的钢质下压力台7支撑，台7包括一法兰8，用于中心定位支撑锅2的台5。
此处，套体3的底部4穿有一孔4’以穿过圆柱体9，圆柱体9同时分别穿过设在支撑锅2的台5上的孔5’和设在下压力台7上的孔7’。在镦粗加工中，圆柱体9的上表面正好嵌入台4的孔4’中，可用作套体3的底部。
镦粗设备1在锅2上包括一圆柱体形状的冲头10，其上部由冲盘11维持，冲盘11永久连接在上压力台12，上压力台12包括一法兰13用以中心定位冲盘11。此处这些元件为钢质。上压力台12可沿冲头10的轴竖直平滑移动。冲头10的截面与锅2的套体3的截面一致。
套体3设置用于容纳金属毛坯14。它同时用于在其底部4上容纳钢质的块15、16，本例中底部4在圆柱体9的上表面。图中块为两个，一个位于另一个上面。块15、16的截面与锅2的套体3的截面一致，块15、16可使套体3的深度根据要镦粗的毛坯的长度进行调节。因此，上面的块16的上表面就作为毛坯14的底部。
此处，套体3的底部，不管是圆柱体9的上表面或块16的上表面，包括一压模17，用于中心定位和预成形毛坯14。本例中，压模17在其圆周上包括一凸缘，形成一凸肩，该凸肩到由套体3形成的圆柱体轴线的距离等于加工前的毛坯14的半径。因此，当毛坯14放入套体3中，压模17的凸肩使其中心定位。此外，压模17还可依照镦粗加工完成后锻造毛坯14而完成的最终部件的形状设置预成形。
与毛坯14的上表面接触用于施压并镦粗毛坯的冲头10的下表面也包含一用于中心定位和预成形毛坯14的压模18，与套体3的压模17遵从同一标准。
现在详细解释加工毛坯14的镦粗作业或方法。
毛坯14可为没经过镦粗或经过一次或几次镦粗加工的初级毛坯。它具有一定直径的截面，此处最好为150-500mm。根据毛坯14的直径选择镦粗设备1；镦粗设备1的套体3的直径要比毛坯14的直径大，最好是直到毛坯14直径的1.35倍，该例中是毛坯14直径的1.3倍。根据毛坯14的长度预先在套体3的底部放置块15、16以调节深度。
预先加热毛坯14，如果它是镍基金属，温度在985℃到1100℃间，如果是钛基金属，温度在920℃到950℃间。它被置于标准镦粗流变条件下。钢质锅2也被预先加热到400℃到500℃间，所以钢质不处在它的易碎强度范围内。本例中，锅2尺寸厚实，比需要的机械标准要厚实很多，以更好的保持热量。
毛坯14置于套体3中，其中毛坯14由块16的压模17中心定位。为使毛坯14最佳中心定位且避免毛坯壁与套体3的壁接触，因为该接触可能产生锻造瑕疵，可使用机械操作头或钳子在毛坯14上端通过操作其侧壁使其中心定位。毛坯14可通过上釉使其表面覆盖一釉层，该釉层可为设备1提供润滑。润滑可通过上油完成。
上压力台12，如图中左半部分所示开始在高位，随后由标准水压装置压下，向毛坯14上端推动冲头10。镦粗随后发生，由于上压力台12作用，冲头10向毛坯14加压，这就是镦粗，本例中其原始长度的3/4置于套体3中。在镦粗过程中，冲头10此处以10-20mm/sec的速度下降。毛坯的长度减小和截面增加表明毛坯14镦粗。
当毛坯14的压力达到一定程度时镦粗加工停止。毛坯14充满整个套体截面，此处其截面增加30％，其长度相应地减小，体积不发生变化。此时，冲头位于低位，如图中右半部分所示。毛坯14如今被镦粗加工。
然后冲头10从套体3中移出，回到上面。由专门设备驱动的圆柱体9被向上驱动，依此方向推回块15、16和毛坯14，使毛坯14从套体3中退出。因此毛坯14被拿走，要么再镦粗，如果它的长度直径比达到可接受的数值，本例为3∶1，则送去锻造生产最终产品，此处为涡轮喷气飞机引擎风扇圆盘或压缩机圆筒。
圆柱体9再次降下。块15、16可通过升起锅2移除或替换，释放它们和使它们可拆卸。
因此，可通过上述方法多次镦粗把原始纤长度大于12∶1的毛坯镦粗获得纤长度为3∶1的用于锻造加工的毛坯。
通过本发明的镦粗设备1，可把大纤长度的毛坯，典型比例为12∶1，无弯曲镦粗，因为毛坯14或者部分或者全部包含在圆柱形套体3中。此外，该方法最后获得圆柱状加工的毛坯14，易于锻造成任意形状，由套体3底部的压模17和冲头10下表面的压模18预成形的毛坯14端部可使锻造易于进行。
由于毛坯14保持在套体3中，其外围的热损耗很低，提高了镦粗加工的效率。此外，在镦粗过程中发生事故性时间消耗情况下，不需要把毛坯14和锅2重放回炉中加热，因为热损耗很小。为了进一步减小热损耗，可在套体3中设一加热装置，如嵌入到钢质中的电阻，为套体3提供恒定或可调节的温度。
由于可在套体3的底部放置块15、16，同一个镦粗锅3就可为不同长度的毛坯14提供镦粗加工，减少了通过锻造毛坯14生产金属部件的工厂中所需的镦粗设备1的数量。

Claims (12)

1.一种加工具有一定纤长度的金属毛坯(14)的镦粗方法，其特征为：毛坯(14)至少部分地在其长度方向位于镦粗锅(2)中，置于一为此目的而设置的圆柱形套体(3)中，通过冲压头(10)在毛坯(14)长度方向加压，直到毛坯(14)充满整个套体截面，以减小其纤长度，获得截面与套体截面相等的圆柱毛坯，为锻造加工作准备。
2.如权利要求1所述的方法，其特征为：套体(3)直径直到毛坯(14)截面直径的1.35倍。
3.一种制备毛坯(14)的方法，其中毛坯的纤长度大于12∶1，毛坯用于锻造加工，其特征为：毛坯(14)依照权利要求1和2中所述的任意一种方法多次镦粗，直到获得3∶1的纤长度。
4.一种依照权利要求1到3加工金属毛坯(14)的镦粗设备，其特征为：它包括一镦粗锅(2)，该镦粗锅(2)具有一用于容纳毛坯(14)的圆柱形套体(3)，和给毛坯(14)施加压力的冲头(10)。
5.如权利要求4所述的设备，其特征为：冲头(10)由压力台(12)驱动。
6.如权利要求4或5所述的设备，其特征为：套体(3)的深度可根据毛坯(14)的尺寸调节。
7.如权利要求6所述的设备，其特征为：套体(3)的底部设置可容纳至少一个块(15，16)以调整套体(3)的深度。
8.如权利要求4到7所述的设备，其特征为：镦粗锅(2)至少部分由钢质组成。
9.如权利要求4到8所述的设备，其特征为：圆柱形套体(3)的直径在150到500mm之间。
10.如权利要求4到9所述的设备，其特征为：包含一用于移动镦粗毛坯(14)的圆柱体(9)。
11.如权利要求4到10所述的设备，其特征为：圆柱形套体(3)的底部包括一用于中心定位和预成形毛坯(14)的压模(17)。
12.如权利要求4到11所述的设备，其特征为：给毛坯(14)施加压力的冲头(10)表面包括一用于中心定位和预成形毛坯(14)的压模(18)。
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