一種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，包括：1）獲取鍛件零件圖，包含形狀和尺寸、2）根據(jù)鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優(yōu)化鍛坯形狀，并結(jié)合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值、3）根據(jù)鍛件和鍛坯設(shè)計組合模、4）模鍛，這樣幾個步驟。本發(fā)明通過預(yù)制鍛坯和制作組合模具進(jìn)行一次性模鍛，成形效果好，鍛透性好，鍛件流線完整。
【專利說明】—種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鍛造【技術(shù)領(lǐng)域】，主要是關(guān)于帶有異形端面、同時在外圓有凸臺的厚壁空心鍛件的整體近終成形鍛造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]生產(chǎn)中將兩端帶有空間曲面，且外圓帶有凸臺的厚壁空心鍛件，往往按最大輪廓在兩端面和外圓增加工藝余塊后將其作為厚壁筒體鍛件進(jìn)行鍛造。厚壁筒體鍛件在傳統(tǒng)的自由鍛造生產(chǎn)中一般采用的工藝路線是:鐓粗、沖孔、芯棒拔長(馬杠擴(kuò)孔)。由于鍛件的壁厚和長度尺寸大幅增加，對鍛造操作和鍛件質(zhì)量的影響很大，尤其是壁厚的增加對于鍛件機(jī)械性能影響最大。由于壁厚的大幅增加，鍛件的鍛透性差，同時端部在芯棒拔長過程中拉應(yīng)力的提高使得端面開裂傾向增大，這對于使用性能和安全等級要求高的III類壓力容器鍛件，是很難滿足UT探傷、T/4取樣性能以及沖擊性能要求，在生產(chǎn)中返修率和報廢率都很高(一次合格率僅為60%左右)。為徹底改變這種高消耗，低產(chǎn)出的狀況，急需開發(fā)用于帶有異形端面、同時在外圓有凸臺的厚壁空心鍛件的整體近終成形鍛造工藝技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法。利用空心鍛坯，在成形模具中采用逐步漸次模鍛成形的工藝方法，以小成形力模鍛出外形飽滿，應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分布良好、內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)異的復(fù)雜結(jié)構(gòu)厚壁空心鍛件。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:一種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，包括如下步驟:
[0005]I)獲取鍛件零件圖，包含形狀和尺寸；
[0006]2)根據(jù)鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優(yōu)化鍛坯形狀，并結(jié)合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值；
[0007]3)根據(jù)鍛件和鍛坯設(shè)計組合模，包括上環(huán)體、成形模、芯模、異形端面環(huán)體、下環(huán)體；
[0008]4)模鍛。
[0009]其中，模鍛具體包括如下步驟:
[0010]①將鍛坯在加熱爐內(nèi)加熱至材料的始鍛溫度、保溫一定時間后，出爐吊入所述的組合模中；
[0011]②組合模置于壓力機(jī)工作臺上，組合模組裝關(guān)系為:異形端面環(huán)體位于最底，外部套設(shè)成形模，芯部穿設(shè)芯模，異形端面環(huán)體之上的成形模與芯模之間部位夾設(shè)鍛坯，鍛坯之上壓設(shè)上環(huán)體；
[0012]③用壓力機(jī)活動橫梁對上環(huán)體施加壓力，直至上環(huán)體上端面與成形模及芯模的上端面平齊后停止壓下；
[0013]④將模具組件和鍛件一起起吊，將下環(huán)體墊在異形端面環(huán)體下面，活動橫梁再次壓下，觀察下環(huán)體完全壓入成形模后，模鍛成形結(jié)束，脫模獲得成品鍛件。
[0014]所述鍛件可以劃分為如下部分:
[0015]I)直段臺階部，包含特征尺寸:內(nèi)徑D3，外徑D2，直段臺階長度L7;
[0016]2)—側(cè)的錐形臺階部，緊接于直段臺階部之后，包含特征尺寸:大端外緣D1，小端外緣D2，錐形張角0 2，錐形臺階長度L8，錐形小端距離直段臺階部端面L7 ；
[0017]3)與錐形臺階部同側(cè)的中間直段臺階部，緊接于錐形臺階部之后，包含特征尺寸:最大外緣D1，長度為=Ltl- (I^LZL7),其中L1為馬鞍形環(huán)帶軸向長度；
[0018]4)與錐形臺階部和中間直段臺階部相對側(cè)的外圓凸臺部，包含特征尺寸:凸臺長L3，凸臺寬L5，凸臺外緣距中心線距離L6，凸臺近端距直段臺階部11外端面為L4。
[0019]5)馬鞍形環(huán)帶部，緊接于中間直段臺階部之后，包含特征尺寸:環(huán)帶外緣Dtl，環(huán)帶外端是以半徑為Rtl的圓弧構(gòu)成的馬鞍形曲面，環(huán)帶內(nèi)側(cè)是以半徑為R1的圓弧構(gòu)成的馬鞍形曲面，兩段圓弧的圓心都位于鍛件軸線上，環(huán)帶軸向長度為L1，環(huán)帶內(nèi)側(cè)與中間直段臺階部交線倒圓角；
[0020]6)芯部，自直段臺階部開始，先是一段等徑段，長度L2、內(nèi)徑D3 ;然后是接續(xù)性錐形變徑段，變徑張角為e!;錐形變徑延伸至與半徑R0的馬鞍形曲面相交為止，其交線位置倒圓角。
[0021]對應(yīng)于所述鍛件，鍛坯設(shè)計的具體方法是:
[0022]首先根據(jù)鍛件的零件圖，利用三維造型軟件造型后測得鍛件體積Vtl,鍛坯的體積V選取為K Vtl(K=L 05~1.1);同時設(shè)計鍛坯為筒形結(jié)構(gòu)，尺寸如下:
【權(quán)利要求】
1.一種異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，包括如下步驟: 1)獲取鍛件零件圖，包含形狀和尺寸； 2)根據(jù)鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優(yōu)化鍛坯形狀，并結(jié)合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值； 3)根據(jù)鍛件和鍛坯設(shè)計組合模，包括上環(huán)體、成形模、芯模、異形端面環(huán)體、下環(huán)體； 4)模鍛。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，其特征在于，模鍛包括如下步驟: ①將鍛坯在加熱爐內(nèi)加熱至材料的始鍛溫度、保溫一定時間后，出爐吊入所述的組合模中； ②組合模置于壓力機(jī)工作臺上，組合模組裝關(guān)系為:異形端面環(huán)體位于最底，外部套設(shè)成形模，芯部穿設(shè)芯模，異形端面環(huán)體之上的成形模與芯模之間部位夾設(shè)鍛坯，鍛坯之上壓設(shè)上環(huán)體； ③用壓力機(jī)活動橫梁對上環(huán)體施加壓力，直至上環(huán)體上端面與成形模及芯模的上端面平齊后停止壓下； ④將模具組件和鍛件一起起吊，將下環(huán)體墊在異形端面環(huán)體下面，活動橫梁再次壓下，觀察下環(huán)體完全壓入成形模后，模鍛成形結(jié)束，脫模獲得成品鍛件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，其特征在于，所述鍛件包括: I)直段臺階部，包含特征尺寸:內(nèi)徑D3，外徑D2，直段臺階長度L7 ; 2) —側(cè)的錐形臺階部，緊接于直段臺階部之后，包含特征尺寸:大端外緣D1，小端外緣D2，錐形張角0 2，錐形臺階長度L8，錐形小端距離直段臺階部端面L7 ； 3)與錐形臺階部同側(cè)的中間直段臺階部，緊接于錐形臺階部之后，包含特征尺寸:最大外緣D1，長度為=Ltl- (I^LfL7),其中L1為馬鞍形環(huán)帶軸向長度； 4)與錐形臺階部和中間直段臺階部相對側(cè)的外圓凸臺部，包含特征尺寸:凸臺長L3，凸臺寬L5，凸臺外緣距中心線距離L6，凸臺近端距直段臺階部11外端面為L4。 5)馬鞍形環(huán)帶部，緊接于中間直段臺階部之后，包含特征尺寸:環(huán)帶外緣Dtl，環(huán)帶外端是以半徑為Rtl的圓弧構(gòu)成的馬鞍形曲面，環(huán)帶內(nèi)側(cè)是以半徑為R1的圓弧構(gòu)成的馬鞍形曲面，兩段圓弧的圓心都位于鍛件軸線上，環(huán)帶軸向長度為L1，環(huán)帶內(nèi)側(cè)與中間直段臺階部交線倒圓角； 6)芯部，自直段臺階部開始，先是一段等徑段，長度L2、內(nèi)徑D3;然后是接續(xù)性錐形變徑段，變徑張角為9 !;錐形變徑延伸至與半徑Rtl的馬鞍形曲面相交為止，其交線位置倒圓角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，其特征在于，對應(yīng)于所述鍛件，所述鍛坯設(shè)計的具體方法是: 首先根據(jù)鍛件的零件圖，利用三維造型軟件造型后測得鍛件體積Vtl，鍛坯的體積V選取為K Vtl(K=L 05~1.1);同時設(shè)計鍛坯為筒形結(jié)構(gòu)，尺寸如下:
D4=D1+ A t T0=D1-D^Omm
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的異形端面外圓帶凸臺的厚壁空心鍛件整體成形方法，其特征在于，對應(yīng)于所述鍛件和鍛坯，模具各部分結(jié)構(gòu)尺寸如下: 對于上環(huán)體，有:
外徑 D5=D1+ A t-10
內(nèi)徑 D6=DflOmm=D1+ A t+10mm
內(nèi)徑張角03=02
總長 L10=L7+L8+5 A t
臺階高 L11=Lltl-L4- A t
臺階覽L12=L5+ A t 臺階外側(cè)面距中心線距離L13=L6+ A t 對于成形模，有: 內(nèi)小徑D7=D1+ A t 內(nèi)大徑D8=D0+ A t
總長 L14=Ltl+10 A t 內(nèi)大徑長L15=Rc1-R^ A t 臺階部高 L16=L3+L4+6 A t
臺階部寬 L17=L12+1Omm=L5+ A t+10mm 臺階部外側(cè)距中心線距離L18=L13+5mm=L6+ A t+5mm 內(nèi)圓弧半徑R2=R1-A t 對于芯模，有: 小端外徑D9=D3- A t
大端外徑 D1Q=D9+2 (L19-L20-L21) *cos ( 04/2)
總長 L19=L14=Ltl+10 A t
大端長 L20=L14-L0-5 A t=5 A t
小端長 L21=L2+5 A t
大小端之間的錐形過渡張角Q4=Q1
對于異形端面環(huán)體，有:
內(nèi)徑 Dn=D1(l+10mm=D3- A t+10mm
外徑 D12=D8-1Ctam=Dci+ A t~1 Omm
高 L22=Li+5 A t
對于下環(huán)體，有:
內(nèi)徑 D13=Dn+20mm=D3- A t+30mm
外徑 D14=D12-20_=D8-30_
1? L23_5 /\ t 0
【文檔編號】B21J1/00GK103658476SQ201310661361
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】揚(yáng)曉禹, 劉穎, 劉凱泉 申請人:天津重型裝備工程研究有限公司, 中國第一重型機(jī)械股份公司