控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法技术

一种控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法，在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，每压缩变形一次后坯料翻转一个角度A进行接续压缩，直至完成一个圈次的拔长操作；完成一个圈次的拔长操作后，将坯料翻转角度A+180度，再进行下一个圈次的拔长操作；如此在两圈次拔长操作间翻转A+180度。该方法基于对称变形的圈次间翻转方案，通过调整下一圈次的起始翻转角度进行下一圈次的顺次拔长，回调上一圈次拔长引起的偏心，从而减小拔长过程中偏心的累积，实现拔长过程中内孔偏心或壁厚不均的控制，减小偏心导致的材料浪费和后续机加工工时并提高拔长变形均匀性，降低大型空心锻件生产成本，提高成形质量。

Operating Method for Controlling the Defect of Drawing Inner Hole of Core Shaft of Large Hollow Parts

【技术实现步骤摘要】
控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法
本专利技术涉及一种应用于大型空心锻件芯轴拔长预防内孔偏心或壁厚不均等缺陷的工艺操作方法，属于大锻件成形

技术介绍
传统的大型空心零件加工工艺主要有实心锻造和空心锻造两种：前者是通过实心轴拔长配合切削加工内孔的方式生产空心零件；后者则是通过芯轴拔长的方法直接锻造出空心锻件。同实心锻造相比，采用芯轴拔长生产空心锻件的优势主要体现在：机加工量小、材料利用率高，更符合近净成形和净成形的生产理念；变形更充分，沿厚度方向的变形分布更均匀，锻件力学性能好。芯轴拔长作为一种加工大型空心轴类、筒类锻件的典型自由锻成形工艺，其原理如图1所示。在芯棒2的辅助作用下，上下砧通过压缩作用使空心钢锭或冲孔毛坯3发生壁厚减薄与长度增加，每压缩变形一次后坯料翻转一定角度(一般为45°或60°)进行接续压缩，坯料壁厚逐渐减薄，长度逐渐增加。芯轴拔长的上砧1一般为平砧，下砧4为V型砧。圈次内每两步下压间的翻转角度一般有45°和60°两种方案，顺序翻转，如图2所示为45°翻转操作示意图，顺次翻转8次(60°时顺次翻转6次)，完成一圈拔长操作，称为一个圈次。其中，当翻转一圈后若完成该道次减径量，则沿坯料长度方向错砧进行接续拔长，直至沿坯料轴向完成需要减径长度的一道次减径拔长；若翻转一圈后未达到本道次要求的减径量，则在原轴向位置继续顺序翻转进行下一圈次的减径拔长。一道次减径拔长后，若未完成最终的拔长减径量，则进行下道次的拔长，直至拔长至需要的尺寸。芯轴在上下砧压缩坯料过程中处于悬浮状态，上平下V型砧的不对称以及每一次压缩变形后坯料进行一定角度的翻转后再进行下一次的压缩变形，因此，芯轴拔长存在锻造拔长效率低、工艺控制难度大，容易出现变形均匀性差、端面内凹、内孔壁裂纹、壁厚不均等锻造缺陷。如图3所示，为采用45°顺序翻转一圈坯料的截面壁厚分布图，图3中①-⑧分别表示第1到第8次下压的位置，可以看出，拔长过程中内孔偏心即壁厚不均为拔长工艺中常见的现象，内孔偏心或壁厚不均为后续机加工带来工时与材料的浪费，也影响拔长变形的均匀性，严重时因尺寸超差而整件报废。
技术实现思路
本专利技术针对大型空心锻件芯轴拔长容易出现的内孔偏心问题，提出一种控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷(偏心或壁厚不均)的操作方法，该方法基于对称变形的圈次间翻转方案，有利于消除芯轴拔长的内孔偏心倾向，并提高拔长变形均匀性。本专利技术的控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法，采用以下方案：在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，每压缩变形一次后坯料翻转一个角度A(一般为45°或60°)进行接续压缩，直至完成一个圈次(360度)的拔长操作；完成一个圈次的拔长操作后，将坯料翻转角度A+180度，再进行下一个圈次的拔长操作；如此在两圈次拔长操作间翻转A+180度。本专利技术基于对称变形的圈次间翻转方案设计，通过调整下一圈次的起始翻转角度进行下一圈次的顺次拔长，回调上一圈次拔长引起的偏心，从而减小拔长过程中偏心的累积，实现拔长过程中内孔偏心或壁厚不均的控制，减小偏心导致的材料浪费和后续机加工工时并提高拔长变形均匀性，降低大型空心锻件生产成本，提高成形质量。附图说明图1是现有芯轴拔长工艺示意图。图2是芯轴拔长过程中坯料单圈翻转操作示意图(45°翻转为例)。图3是单圈芯轴拔长后坯料截面壁厚分布示意图(45°翻转为例)。图4是原芯轴拔长过程中坯料圈次间翻转方案示意图(45°翻转为例)。图5是本专利技术提出的芯轴拔长对称翻转方案示意图(45°翻转为例)。图6是本专利技术提出的翻转方案芯轴拔长控制偏心效果模拟对比图。(a)是第1圈翻转变形后壁厚分布图(mm)；(b)原方案圈次间翻转45°两圈变形后壁厚分布图(mm)；(c)本专利技术圈次间翻转225°两圈变形后壁厚分布图(mm)。图中：1.上砧，2.芯棒，3.坯料，4.下砧。具体实施方式本专利技术提出的芯轴拔长翻转方案是基于对称变形的改进思路对原有的芯轴拔长圈次翻转方案进行改进。为了避免各圈次翻转变形产生的内孔偏心或壁厚不均发生累积，本专利技术的对称翻转方案针对图4所示现有45°顺序翻转方案提出在两圈次间翻转225°(60°翻转时为240°)，即多翻转180°，如图5所示，也就是：针对45°翻转操作的方案：第1圈变形→翻转225°(错开180°)→第2圈变形。针对60°翻转操作的方案：第1圈变形→翻转240°(错开180°)→第2圈变形。这样，使得两个圈次的变形次序呈180°对称分布，从而抵消因单圈变形不均而产生的内孔偏心或壁厚不均。下面以孔径比为400/1200的芯轴拔长坯料为例，进行新翻转工艺方案的芯轴拔长模拟，验证本专利技术提出的对称翻转拔长变形方案对控制内孔偏心的有效性。设计模拟方案如表1所示，截面形状及其尺寸模拟结果如图6所示，壁厚差尺寸如表1所示。表1原芯轴拔长翻转方案与本专利技术对称翻转方案及其模拟获得的壁厚偏差结果图6(a)为坯料顺序翻转45°完成第一圈次拔长后的截面形状尺寸，在偏心最大方向上最大壁厚为357.6mm，最小壁厚为348.9mm，壁厚差为8.7mm。图6(b)为接续翻转45°的传统拔长翻转方案完成下一圈次拔长变形后的坯料截面形状尺寸，在偏心最大方向上最大壁厚为323.3mm，最小壁厚为300.0mm，壁厚差为23.3mm，与上一圈次相比，壁厚差明显增大，偏心加剧。在图6(a)所示的第一圈拔长完成后进行下一圈次拔长时，按照本专利技术给出的圈次间对称翻转方案，即第一圈次完成后并未按照传统的接续顺序45°方案接续翻转而是多翻转了180°即225°的顺次45°翻转方案。按照本专利技术给出的圈次间翻转方案完成该圈次拔长后的截面形状尺寸如图6(c)所示，在偏心最大方向上最大壁厚为311.3mm，最小壁厚为306.9mm，壁厚差减小为4.4mm。经过以上分析可知：传统的顺序翻转方式较易导致芯轴拔长出现严重的偏心问题，而采用本专利技术对称的翻转方式可将由单圈翻转产生的偏心量进行抵消，坯料的内孔偏心量可以被有效的控制在一个稳定较低的水平，不会产生因多圈偏心效果叠加而导致的锻件严重偏心问题。可见，本专利技术提出的控制大型空心件芯轴拔长偏心的对称变形翻转操作方法，具有较好的偏心控制效果，可以有效保证芯轴拔长锻件的壁厚均匀性，进而提高变形均匀性，减小壁厚不均导致的材料浪费和机加工工时并提高拔长成形质量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法，其特征是：在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，每压缩变形一次后坯料翻转一个角度A进行接续压缩，直至完成一个圈次的拔长操作；完成一个圈次的拔长操作后，将坯料翻转角度A+180度，再进行下一个圈次的拔长操作；如此在两圈次拔长操作间翻转A+180度。

【技术特征摘要】
1.一种控制大型空心件芯轴拔长内孔缺陷的操作方法，其特征是：在对大型空心零件通过芯轴拔长进行空心锻造的过程中，每压缩变形一次后坯料翻转一个角度A进行接续压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广春，李新生，吕宇鹏，丁明琦，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37