大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法技术

一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，用于材料成型加工技术领域。本发明专利技术使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造；所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第二曲面与第一曲面之间采用圆角过渡，第二曲面的水平夹角用α表示，α角在－２０°～２０°之间。本发明专利技术使大型锻件在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除，改善锻件的内部质量和力学性能，用较少的镦粗次数就能得到较好的锻件质量，生产效率高，所需压机载荷小，节省能源。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种材料成型
的加工方法，具体是一种大型锻件镦粗 过程的钹形砧锻造方法。
技术介绍
大锻件是电力、冶金、造船、核能、航天等重大工程和装备的关键零部件， 其生产能力、产品级别与性能质量水平已成为一个国家工业水平的标志。然而， 钢铁冶金过程决定了钢锭内部不可避免地会存在縮孔、疏松、夹杂等各种缺陷。 消除大型锻件的内部缺陷，提高其内在质量及承载能力，是塑性加工领域多年 来一直予以高度重视的研究方向，也是机械工业技术进步对锻件制造技术提出 的基本要求之一。实际生产中，通常采用镦粗和拔长两个主要工艺过程对大锻 件进行锻造，以消除大锻件的内部缺陷，提高大锻件的力学性能。在大锻件的镦粗过程中， 一般采用平砧对大型钢锭进行镦粗。研究表明， 平砧下面由于存在一个难变形区(或称变形死区)，导致该区域的内部缺陷 不能消除，形成砧下缺陷区。内部缺陷的存在使得锻件的使用寿命縮短、力 学性能降低，甚至报废。为此，1994年刘助柏和王连东在《机械工程学报》上 发表了 用锥形板镦粗的新工艺及其力学原理的文章，提出用锥形板对大锻 件进行镦粗，但锥形板镦压时大型钢锭内部的变形是不均匀的，导致锻件力学 性能不均匀。经对现有技术的文献检索发现，2005年黄华贵等在《锻压技术》上发表了 大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟的文章(黄华贵，杜凤 山，臧新良.大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟.锻压技术. 2005.增刊34~37)，提出了用M形板镦粗的方法，其不足之处在于M形板镦 压时存在较大的难变形区，钢锭内部缺陷不能得到有效消除。由此可见，目前的镦粗方法都不能很好地消除大锻件的内部缺陷，即使是 多次镦压，大锻件的力学性能也不能有效提高。因此，有待于专利技术一种更好的 工艺方法，以改善锻件质量，提高生产率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种大型锻件镦粗过程的钹 形砧锻造方法。本专利技术通过巧妙设计的钹形砧，实现了难变形区金属的流动， 促使变形体变形均匀，使大型钢锭在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的 消除。本专利技术通过较小的压下率就能达到较好的锻造效果，镦粗次数少，所需 压机载荷小，既改善了锻件的内部质量和力学性能，又能提高生产率，节省了 能源。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术使用钹形砧对大锻件进行镦粗， 将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造。上、 下砧都用钹形砧，也可以上、下砧中有一砧采用钹形砧进行锻造。所述钹形砧，其工作面类似于钹形，其工作面包括两个曲面，第一曲 面是一个外凸的球形表面的一部分，球的直径为D1，第二曲面的一侧与第一曲 面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，圆柱面的直径为D2，第二曲面与第一 曲面之间采用圆角过渡，Dl、 D2的具体数值根据锻件材料、锻件几何尺寸和锻 造工艺参数确定。第二曲面的水平夹角用oc表示，oc角可在-20。 20。之间根据要 求不同而变化，当a〈0时，第二曲面为凹形面，当oci时，第二曲面为平面，当 oc〉0时，第二曲面为凸形面。本专利技术大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法具有很多优点(1)镦粗时， 钹形砧中间的凸面部分首先与锻件接触，推动难变形区金属流动，能有效消除 砧下缺陷区；(2)钹形砧镦粗能形成良好的应力应变状态，促使变形体内部 变形均匀，使大型钢锭在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除，改善 了锻件的内部质量和力学性能；(3)钹形砧锻造法通过较小的压下率就能达到 较好的锻造效果，镦粗次数比传统方法少一倍以上，生产效率提高，模具使用 寿命延长，成本降低；(4)当上砧为钹形砧，下砧为平砧时，所需压机载荷比 传统方法小4%-30%，当上下砧都是钹形砧时，所需压机载荷比传统方法小18%以 上，节省了能源。附图说明图1是钹形砧的三维示意图 图2是钹形砧的平面示意图图3是上砧为钹形砧，下砧为平砧的锻造方法示意图图中l.第一曲面，2.第二曲面，3.圆柱面，4.上砧，5.大型锻件，6.下砧具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明本实施例在以本专利技术技术方案 为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保 护范围不限于下述的实施例。1. 制作钹形砧。钹形砧的工作面类似于钹形，主要由两个曲面组成，如图1所示，中间 外凸的第一曲面l是一个球形表面的一部分，球的直径为D1，第二曲面2的一侧 与第一曲面l相接，另一侧与钹形砧的圆柱面3相连，圆柱面的直径为D2，第二 曲面2与第一曲面1之间采用圆角过渡。如图2所示，第二曲面2的水平夹角用oc表示，oc角可在-20。 20。之间根据要 求不同而变化，当a〈0时，第二曲面2为凹形面，当a^时，第二曲面2为平面， 当oc〉0时，第二曲面2为凸形面。需要指出的是，第一曲面l包括但不限于球面， 比如，第一曲面l还可以是椭球面、抛物面、双曲面等等，第二曲面2也包括但 不限于球面，比如，第二曲面2还可以是锥形面、椭球面、抛物面、双曲面等等， Dl、 D2的值包括但不限于实施例中的数值，它们的取值可以根据锻件尺寸和锻 造工艺来确定。2. 使用钹形砧对大型锻件进行镦粗。钹形砧制作好后，钹形砧就成为大型锻件镦粗时的工具，将高温的大型锻件 5置于上砧4和下砧6之间，上砧4通过镦压运动产生的压下量对大型锻件进行锻 造，压下量的大小根据锻件材料和工艺参数确定。具体实施时，可以上、下砧 都用钹形砧，也可以上、下砧至少有一砧采用钹形砧进行锻造，钹形砧还可以 与其它砧型组合使用。图3显示的是上砧为钹形砧，下砧为平砧的锻造方法。当下砧采用钹形砧时， 为了能将大锻件放稳，下砧四周应高一些，使下砧呈坛底形。需要说明的是，镦粗过程的钹形砧锻造方法既适用于大型锻件，也适用于中小型锻件，对 中小型锻件应用钹形砧锻造方法也属于本专利技术的保护范围。术语大型锻件 是指具有适于锻造的较高可塑性的锻造材料，并通过锻造成型为一制品，大型 的衡量标准可以是重量，也可以是体积，用重量衡量时一般指锻件重量不小于 一吨，用体积衡量时一般指锻件体积不小于0.15立方米，两个衡量标准只要满 足一个的锻件就可算作大型锻件。锻件材料包括但不限于金属，比如，钹形 砧锻造法除了可以锻造各种金属和合金外，还可以用于粉末冶金材料的锻造和 压实，甚至还可以用于复合材料的加工。 实施例l:本实施例采用直径和高均为2m的圆柱形大型锻件，材料是25CrNiMo，在大锻 件加热至1210土2(TC时进行锻造，上下砧均采用钹形砧，基本尺寸如表l所示。 将用钹形砧镦粗所得的锻件与用传统方法镦粗所得锻件进行对比，考察其内部 质量和力学性能，得到如下结论(1) 平砧锻造法和M形板锻造法存在砧下缺陷区，内部晶粒大小不均匀；(2) 锥形板锻造法内部应力应变分布不理想，导致内部晶粒大小不均匀；(3) 钹形砧锻造法能促使难变形区金属流动，有效消除砧下缺陷区和整 个轴线附近的缺陷，内部应力应变分布较理想，使得晶粒大小较均匀，力学性 能较好，各种压下率下压机载荷比传统方法都要小，具体数值见表2。表l实施例l中钹形砧的形状参数<table>table see original document page 6</column></本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征在于，使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造；所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，第二曲面的一侧与 第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第二曲面与第一曲面之间圆角过渡，第二曲面的水平夹角用α表示，α角在－２０°～２０°之间。

【技术特征摘要】
1、一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征在于，使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造；所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第二曲面与第一曲面之间圆角过渡，第二曲面的水平夹角用α表示，α角在-20°～20°之间。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张效迅，马芳，崔振山，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]