一种盘件辗压成形系统及方法技术方案

一种盘件辗压成形系统及方法，包括：对盘件通过两压紧头对盘件中心进行固定；并驱动盘件旋转；通过感应线圈对盘件轮辐、轮辋部分进行加热；向盘件轮毂位置吹送冷却气体；通过辗压头对盘件进行辗压成形；降低感应线圈功率，使盘件缓慢降低到预定温度后空冷到室温；对盘件进行固溶热处理。可以通过对盘件的轮辐、轮辋部分进行加热，同时向轮毂部分吹送冷却气体，使盘件的中心位置温度低于盘件其他位置的温度，形成沿径向的温度差。以此使盘件在辗压成形后形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。

【技术实现步骤摘要】
一种盘件辗压成形系统及方法


[0001]本专利技术涉及金属零件加工领域，特别是指一种盘件辗压成形系统及方法。

技术介绍

[0002]钛合金、镍基高温合金等耐热合金被广泛用于制造航空发动机涡轮盘和压气机盘。它们具有高耐热性和耐气体腐蚀的特性，但同时由于延展性低和变形抗力高而具有较差的加工性能，因而也被称为难成形的高强金属材料。耐热合金涡轮盘对尺寸精度以及在变形和随后的热处理过程中形成的组织有很高的要求，目前主要是通过与美国专利US3519503中的描述类似的方法通过等温或近等温条件下对耐热合金盘坯整体进行模锻成形。该方法的缺点是需要大吨位压力机设备，根据计算，制造直径550mm的盘件大约需要成形力为150MN的等温锻压力机，设备能源消耗很大，此外锻造高温合金的模具费用也相当高昂。
[0003]还应注意，许多钛合金、镍基高温合金涡轮盘的服役工作条条件异常恶劣，在此条件下涡轮盘的各个区域中形成梯度过渡状的异质组织状态是有利的。一般来说轮毂(盘心)部位承受低温高应力，需要细晶组织以保证足够的强度和疲劳抗力，而轮辋(边缘)部位则承受高温低应力，需要粗晶以保证足够的蠕变和持久性能。然而用如前所述的整体模锻成形时，轮毂、轮辐、轮辋同时成形，要在锻造过程中对锻件分区进行梯度组织调控难度很大。
[0004]为了寻找低成本的盘类件制造方法，人们尝试了类似于环件轧制的回转成形方法制造盘类件。已公开专利CN100546759以及CN100486754介绍了大中型空心、实心盘类锻件的轧制方法，这种成形工艺是基于径-轴向辗环机而开发的，属于盘件卧式轧制，它的特点在于，在上锥辊的轴向进给以及上下锥辊的旋转轧制联合作用下，盘坯轴向尺寸逐渐变薄，径向尺寸不断延展，最终使盘件成形。该方法的局限性之一在于加工柔性差，因为上下锥辊的辊形需要根据盘件最终形状要求而预制，如果盘件形状过于复杂则一次性预制的锥辊形状难以满足要求。局限性之二在于受径-轴向辗环机的结构特点所限，难以在成形设备上实现在线加热，因此基于辗环机的盘件轧制是差温成形。局限性之三在于在同一套锥辊上难以对盘件不同部位实现轧制变形速率的调控。
[0005]已公开的俄罗斯专利RU2119842介绍了一种与火车车轮轧制类似的盘件双面辗压成形方法，属于盘件立式双面辗压成形，其特点在于：盘坯的盘毂部位被两侧的驱动主轴夹紧并随主轴一起转动，两对辗头分别位于盘坯两侧，它们相对于工件可以径向和轴向进给，对盘坯两侧进行辗压，辗压成形过程由轧机的控制系统进行协调控制，盘坯、辗头和主轴夹头都处于封闭的加热炉腔内，能进行盘件等温辗压成形。该方法的局限性在于闭式加热炉炉璧上需要留有4个辗头臂和2个夹紧主轴的伸入孔，此外盘件径向进给行程相对较大，因此辗头臂伸入孔需要较大尺寸。加热炉以上孔洞的存在给炉温保持或形成温度梯度造成很多困难。
[0006]已公开的中国专利CN200720195059.6(双面辗压成形设备)、CN201110399183.5(盘型件双面辗压成形感应加热技术)和CN201310551488.2(高温合金双性能盘辗压成形工
艺)也属于盘件立式双面辗压成形技术。所述的双面辗压成形设备与俄罗斯专利RU2119842所述设备成形原理类似，其优点之一在于加热装置是采用感应加热线圈，上、下分布的感应加热线圈使盘件外围部分(轮辋和轮辐)温度高，而轮毂部分温度偏低，刚好与高温合金双性能盘辗压所要求的温度分布相符。其优点之二在于上、下感应加热线圈中间留有空隙，和闭式加热炉方案相比，辗头臂的运动和进给均不受限制。该方法的局限性之一在于依靠感应线圈的分布而获得的盘件径向温差不够大，在期望盘件径向有足够温差以便获得不同晶粒度分布时，这种工艺无法满足要求。这是因为辗压过程中轮辋、轮辐部位不断向轮毂部位进行热传导，随着辗压时间的增加，轮辋、轮辐和轮毂之间的温差不断减小。局限性之二在于盘件在辗压过程中是随着辗头的旋转而被动旋转，造成一定程度的打滑，辗头辗压速度和辗压变形速率很难精确控制。局限性之三在于上、下感应加热线圈是串联在一起，给盘件的上料和下料带来一定困难，特别是工件较大时。
[0007]综上所述，亟需一种盘件辗压成形系统及方法，以能使盘件在辗压成形后在径向形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，从而实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种盘件辗压成形系统，以能使盘件在辗压成形后在径向形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。
[0009]本专利技术提供的盘件辗压成形系统，包括：旋转固定装置，具有相对设置的两压紧头，用于对盘件的中心进行夹紧固定并驱动盘件旋转；感应加热装置，具有围绕盘件设置的感应加热线圈，用于对盘件进行感应加热；辗压装置，具有在盘件两侧相对设置的辗压头，用于对盘件进行辗压成形；冷却管，一端设置在盘件中心位置，用于向盘件吹送冷却气体。
[0010]采用如上结构，通过旋转固定装置对盘件进行固定，并驱动盘件旋转；通过感应加热装置对盘件进行加热；通过辗压装置对盘件进行辗压成形；通过冷却管向盘件中心位置吹送冷却气体，使盘件的中心位置温度低于盘件其他位置的温度，形成沿径向的温度差。以此使盘件在辗压成形后形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。
[0011]本专利技术优选，所述旋转固定装置包括：壳体；呈筒状的主轴，通过套设在外周面的轴承与壳体活动连；呈圆柱形的压紧杆，一端为所述压紧头，另一端设置有驱动压紧杆沿轴向移动的压紧油缸，通过设置在外周面花键与主轴活动连接；驱动主轴旋转的电机。
[0012]采用如上结构，提供了旋转固定装置的具体结构，通过压紧油缸可以驱动压紧杆实现对盘件的固定，通过电机驱动主轴旋转，因为压紧杆与主轴通过花键活动连接，主轴旋转可带动压紧杆旋转。从而实现对盘件的固定及驱动盘件旋转。
[0013]本专利技术优选，所述压紧油缸具有通过液压驱动伸出或缩回的活塞杆；活塞杆的轴心与压紧杆重合，活塞杆的端部与压紧杆的另一端连接；活塞杆与压紧杆的轴心位置沿径向设置有所述冷却管；冷却管的一端在压紧头的端部形成开口，另一端在压紧油缸上形成进气口。
[0014]采用如上结构，提供了冷却管的具体结构，通过将冷却管设置在压紧杆及活塞杆轴心位置，可实现对盘件中心位置进行降温。使盘件的中心位置温度低于盘件其他位置的
温度。以此使盘件在辗压成形后形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。
[0015]本专利技术优选，所述进气口上设置有旋转接头。
[0016]采用如上结构，当电机驱动压紧杆旋转，进而带动冷却管旋转时，通过旋转接头可以方便与冷却管的连接。
[0017]本专利技术优选，所述压紧头内设置有连通冷却管与压紧头外周面的排气管。
[0018]采用如上结构，可以便于对盘件进行冷却从而升温后的冷却气体排出，从而提高了冷却气体对盘件降温的效率。
[0019]本专利技术优选，所述主轴的外周本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种盘件辗压成形系统，可对盘件进行辗压成形，以形成位于中心的轮毂，位于边缘的轮辋，以及位于轮毂与轮辋之间的轮辐，其特征在于，包括：旋转固定装置，具有相对设置的两压紧头，用于对盘件的中心进行夹紧固定并驱动盘件旋转；感应加热装置，具有围绕盘件设置的感应加热线圈，用于对盘件进行感应加热；辗压装置，具有在盘件两侧相对设置的辗压头，用于对盘件进行辗压成形；冷却管，一端设置在盘件中心位置，用于向盘件吹送冷却气体。2.根据权利要求1所述的盘件辗压成形系统，其特征在于，所述旋转固定装置包括：壳体；呈筒状的主轴，通过套设在外周面的轴承与壳体活动连；呈圆柱形的压紧杆，一端为所述压紧头，另一端设置有驱动压紧杆沿轴向移动的压紧油缸，通过设置在外周面花键与主轴活动连接；驱动主轴旋转的电机。3.根据权利要求2所述的盘件辗压成形系统，其特征在于，所述压紧油缸具有通过液压驱动伸出或缩回的活塞杆；活塞杆的轴心与压紧杆重合，活塞杆的端部与压紧杆的另一端连接；活塞杆与压紧杆的轴心位置沿径向设置有所述冷却管；冷却管的一端在压紧头的端部形成开口，另一端在压紧油缸上形成进气口。4.根据权利要求3所述的盘件辗压成形系统，其特征在于，所述进气口上设置有旋转接头。5.根据权利要求3所述的盘件辗压成形系统，其特征在于，所述压紧头内设置有连通冷却管与压紧头...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卫东，翟月雯，周乐育，贺小毛，郝国建，郝建强，金泉林，
申请(专利权)人：北京机电研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：