本發(fā)明屬于鍛造設(shè)備及鍛造工藝領(lǐng)域，特別地，涉及一種上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)翻轉(zhuǎn)方法。

背景技術(shù)：

隨著使用壽命和安全性的不斷提高，大型鍛件的質(zhì)量和鍛造要求不斷提高，如某700MW級(jí)大型水輪機(jī)空心主軸鍛件在力學(xué)性能方面要求達(dá)到屈服強(qiáng)度≥295MPa，斷裂強(qiáng)度≥480MPa。

水輪機(jī)空心主軸鍛件為典型的大型筒體鍛件。相對(duì)于實(shí)心鋼錠生產(chǎn)大型筒體鍛件，采用空心鋼錠有以下優(yōu)點(diǎn)：顯著提高鋼錠利用率、省去沖孔工序、內(nèi)外同時(shí)冷卻提高了凝固速度和減小偏析、提高現(xiàn)有設(shè)備加工能力。然而，由于大型筒體鍛件采用的大型空心鋼錠尺寸和噸位都比較大，大型空心鋼錠內(nèi)部不可避免地存在縮孔、疏松和粗大晶粒等缺陷。

如何消除上述缺陷，除了配備足夠能力的鍛壓設(shè)備外，關(guān)鍵是采用有效的鍛造方法，如FM法、WHF法、JTS法、KD法和上平下V砧法等。

其中上平下V砧法被廣泛用于鋼錠的主拔長(zhǎng)、倒棱和滾圓。上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)綜合了上下平砧和上下V砧芯軸拔長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，不僅能使變形深入壁厚心部促使再結(jié)晶發(fā)生、降低壓機(jī)噸位，而且能保持較高的拔長(zhǎng)效率和防止端面內(nèi)孔壁開裂。但上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)變形分布不對(duì)稱，大變形區(qū)集中在平砧與芯軸間靠近芯軸處，若翻轉(zhuǎn)方法不合理造成不均勻應(yīng)變分布累積，最終造成鍛件圓截面變形均勻性較差。且由于未充分發(fā)揮單砧壓下效果鍛件的壓實(shí)效果也較差。

中國專利申請(qǐng)?zhí)?01210078229.8提出了“一種用于鍛造空心核電主管道的半閉合工裝”，可有效用于核電主管道的鍛造，使其管壁變形均勻和使其晶粒細(xì)化。但該工裝較為復(fù)雜，并且沒有考慮增強(qiáng)壓實(shí)效果以消除縮孔疏松缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供可提高鍛件圓截面的變形均勻性和鍛件的壓實(shí)效果的翻轉(zhuǎn)方法，采用上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)設(shè)備對(duì)空心鋼錠4進(jìn)行拔長(zhǎng)，所述上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)設(shè)備包括上平砧1、下V砧2和芯軸3，其中下V砧2砧角為θ、壓下量與空心鋼錠4壁厚的兩倍的比值即壓下率為ΔH，所述翻轉(zhuǎn)方法包括以下步驟，

一、計(jì)算大變形區(qū)發(fā)散角η，即

a＝-658740.87+21812.73θ-263.28θ²+1.37θ³-0.0026θ⁴

b＝214359.14-7550.71θ+95.97θ²-0.52θ³+(9.94×10^-4)θ⁴

c＝9136.99-117.21θ-0.69θ²+0.011θ³-(2.91×10^-5)θ⁴

d＝-3870.010+117.22θ-1.20θ²+0.0055θ³-(9.88×10^-6)θ⁴

η＝a(ΔH)⁴+b(ΔH)³+c(ΔH)²+d(ΔH)；

二、計(jì)算理論翻轉(zhuǎn)角度ω，即

ω＝η/2；

三、得出實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t，即

根據(jù)理論翻轉(zhuǎn)角度ω確定翻轉(zhuǎn)次數(shù)n，將n取整后即可由360°/n求得實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t；

四、得出翻轉(zhuǎn)方式，即

將翻轉(zhuǎn)次數(shù)n分成e×f次壓下，其中e為組數(shù)，f為每組壓下次數(shù)，每組沿圓周間隔360°/f對(duì)稱壓下f次，每組之間翻轉(zhuǎn)的角度為實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t的整數(shù)倍。

優(yōu)選地，翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為3的倍數(shù)時(shí)，每3次為1組，每組先翻轉(zhuǎn)120°，再翻轉(zhuǎn)120°；翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為4的倍數(shù)時(shí)，每4次為1組，每組先翻轉(zhuǎn)180°，再翻轉(zhuǎn)90°，再翻轉(zhuǎn)180°。

優(yōu)選地，當(dāng)壓下率ΔH為11％時(shí)，計(jì)算出實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t為17.14°、翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為21次，考慮到布砧的對(duì)稱性，分為7組壓下，每組沿圓周對(duì)稱壓下3次，具體翻轉(zhuǎn)方式為0°→120°→120°→51.43°→120°→120°→34.29°→120°→120°→68.57°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°。

優(yōu)選地，當(dāng)壓下率ΔH為15％時(shí)，計(jì)算出實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t為22.5°、翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為16次，考慮到布砧的對(duì)稱性，分為4組壓下，每組沿圓周對(duì)稱壓下4次，具體翻轉(zhuǎn)方式為0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)顯著提高鍛件圓截面的周向和徑向變形均勻性，且消除了小變形區(qū)、改善了鍛件的壓實(shí)效果。

(2)顯著提高鍛件的晶粒均勻程度和增強(qiáng)縮孔疏松的壓實(shí)效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明壓下率為11％的前三道次示意圖。

圖3為本發(fā)明壓下率為15％的前四道次示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在對(duì)全部附圖的描述中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。同時(shí)應(yīng)該理解，如在此所用的術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的列出項(xiàng)的任意和所有組合。

下面通過附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，一種上平下V砧芯軸拔長(zhǎng)設(shè)備，包括上平砧1、下V砧2和芯軸3，其中下V砧2的砧角θ為120°，砧寬比為0.75，壓下率(壓下量與空心鋼錠4壁厚的兩倍的比值)ΔH為11％～15％。。

在砧角θ、壓下率ΔH數(shù)值確定的情況下，空心鋼錠4的大變形區(qū)發(fā)散角η和理論翻轉(zhuǎn)角度ω的計(jì)算公式如下：

a＝-658740.87+21812.73θ-263.28θ²+1.37θ³-0.0026θ⁴ 公式一

b＝214359.14-7550.71θ+95.97θ²-0.52θ³+(9.94×10^-4)θ⁴ 公式二

c＝9136.99-117.21θ-0.69θ²+0.011θ³-(2.91×10^-5)θ⁴ 公式三

d＝-3870.010+117.22θ-1.20θ²+0.0055θ³-(9.88×10^-6)θ⁴ 公式四

η＝a(ΔH)⁴+b(ΔH)³+c(ΔH)²+d(ΔH) 公式五

ω＝η/2 公式六；

根據(jù)理論翻轉(zhuǎn)角度ω確定翻轉(zhuǎn)次數(shù)n，考慮到翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為整數(shù)，將n取整后即可由360°/n求得實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t；

翻轉(zhuǎn)方式為將翻轉(zhuǎn)次數(shù)n分成e×f次(e為組數(shù)，f為每組壓下次數(shù))壓下，每組沿圓周間隔360°/f對(duì)稱壓下f次，每組之間翻轉(zhuǎn)的角度為實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t的整數(shù)倍。

將角度θ取值120°和壓下率ΔH分別取值11％和15％，代入上述公式，可得如表1所示的大變形區(qū)發(fā)散角η、理論翻轉(zhuǎn)角度ω，將翻轉(zhuǎn)次數(shù)n取整后即可由360°/n求得實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t。

表1不同壓下率下的翻轉(zhuǎn)角度與翻轉(zhuǎn)次數(shù)

實(shí)際加工時(shí)，計(jì)算出翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為3的倍數(shù)時(shí)，每3次為1組，每組先翻轉(zhuǎn)120°，再翻轉(zhuǎn)120°；計(jì)算出翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為4的倍數(shù)時(shí)，每4次為1組，每組先翻轉(zhuǎn)180°，再翻轉(zhuǎn)90°，再翻轉(zhuǎn)180°。如果翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為其它整數(shù)的倍數(shù)時(shí)，每組的翻轉(zhuǎn)方式與上述翻轉(zhuǎn)方式類似。

如圖2所示，當(dāng)壓下率為11％時(shí)，計(jì)算出實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t為17.14°、翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為21次，考慮到布砧的對(duì)稱性，分為7組壓下，每組沿圓周對(duì)稱壓下3次，具體翻轉(zhuǎn)方式為0°→120°→120°→51.43°→120°→120°→34.29°→120°→120°→68.57°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°→34.29°→120°→120°。

如圖3所示，當(dāng)壓下率為15％時(shí)，計(jì)算出實(shí)際翻轉(zhuǎn)角度ω_t為22.5°、翻轉(zhuǎn)次數(shù)n為16次，考慮到布砧的對(duì)稱性，分為4組壓下，每組沿圓周對(duì)稱壓下4次，具體翻轉(zhuǎn)方式為0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。

最后需要指出的是：以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制。盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。