專利名稱：扇形多邊框體鍛件成形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整體鍛造工藝，具體講屬于扇形多邊框體結(jié)構(gòu)件成形方法的改進(jìn)。
美國通用電氣公司燃?xì)廨啿?GEPS)的火焰筒燃?xì)鈱?dǎo)管安裝邊是典型的扇形四邊框體結(jié)構(gòu)。該零件具有多處拐角，四邊呈框架結(jié)構(gòu)，是比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件。該零件大量采用板材整體切割然后機(jī)械加工的工藝，這種工藝不僅原材料浪費嚴(yán)重，而且生產(chǎn)的零件金屬纖維流線分布不連續(xù)，組織性能很差。后來盡管有采用分體熱彎成形制坯的，這與前者相比有了改進(jìn)，但是，需要增加對焊、探傷及熱處理等工序，存在生產(chǎn)周期長、原材料消耗大、生產(chǎn)效率低的問題，而且零件的金屬纖維流線仍然不是整體連續(xù)分布的。中國專利88100946A公開了一種制造小余量環(huán)形齒輪鍛件的方法，屬于整體鍛造工藝。它采用坯料鐓粗、擴(kuò)孔、環(huán)形軋制的辦法，使毛料大大精化，而且通過鍛造改善了齒形的晶粒流向。但是，它僅僅涉及環(huán)形齒輪的毛坯精化，對于具有多處拐角及框架，甚至扇形的結(jié)構(gòu)件并不適用。
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠克服上述的缺點及不足、更加優(yōu)化的整體鍛造成形方法。使用此方法在普通的鍛壓設(shè)備上制造扇形多邊框體類零件，可以較大幅度地降低材料消耗、縮短生產(chǎn)周期、降低成本。由于金屬流線處于理想的連續(xù)分布狀態(tài)，使得零件的組織性能還可以大大改善。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是首先，按所要求的坯料重量切割下料，采用錘上自由鍛鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔。此時，要注意鐓粗過程中坯料的高度控制，擴(kuò)孔過程中基本上為環(huán)形的擴(kuò)孔環(huán)內(nèi)徑及壁厚與相應(yīng)高度的控制，控制標(biāo)準(zhǔn)以能滿足予鍛時要求的坯料高度為準(zhǔn)。擴(kuò)孔后，在擴(kuò)孔環(huán)端面，按照扇形多邊框體拐角的位置比例標(biāo)刻印記。然后，根據(jù)扇形多邊框體各邊的長短，將擴(kuò)孔環(huán)各邊拔長并保證擴(kuò)孔環(huán)上標(biāo)印處的一定范圍內(nèi)的壁厚和高度不允許有超出要求的變小。這個要求仍然是以予鍛所要求的坯料拐角處的壁厚與高度為準(zhǔn)。接著，再根據(jù)扇形多邊框體各拐角的形狀，在擴(kuò)孔環(huán)的標(biāo)印處對稱地進(jìn)行熱扣角。當(dāng)然所有這些措施都是為了保證多邊框體每個周邊所需金屬的合理分配。在校形前的整形工序中，對單邊拔長時各截面寬度的局部不適要進(jìn)行修整，以使擴(kuò)孔環(huán)整體形狀滿足胎模校形的要求。在用胎模鍛造校形時，采用的胎模由上部帶有一定錐度的陰、陽模以及位于陰、陽模之間起推壓擴(kuò)孔環(huán)落料用的套筒構(gòu)成。這種結(jié)構(gòu)的校形模，保證了不十分規(guī)整的擴(kuò)孔環(huán)，在錘上或壓力機(jī)上，通過套筒的推壓，能順利通過胎模中的狹窄區(qū)域?qū)崿F(xiàn)校形。而胎模中部狹窄區(qū)域的寬度由予鍛工序予鍛模型腔的相應(yīng)寬度所決定。在陰模與陽模之中，陽模相對陰模為非固定，以便自由調(diào)整所校擴(kuò)孔環(huán)對應(yīng)寬度的不一致。當(dāng)然，在上述這些制坯措施之中，針對具體形變金屬材料選擇適宜的坯料加熱溫度、加熱時間十分必要，制坯用砧子、芯棒、胎膜等工具裝備，在一定的予熱溫度下進(jìn)行予熱也很必要。至此，扇形多邊框體結(jié)構(gòu)件精化的坯料基本完成。在接下來的予鍛、終鍛工序中，本發(fā)明選擇模鍛工藝，在鍛錘或壓力機(jī)上進(jìn)行，采用能夠滿足機(jī)械加工前對毛料的要求而專門設(shè)計的鍛模。針對不同形狀、不同材料構(gòu)件，予鍛的變形程度應(yīng)為終鍛成形留取一定比例的變形量。為減少坯料加熱過程中的元素貧化，坯料加熱前表面應(yīng)涂以表面涂覆劑進(jìn)行防護(hù)；為保證形變過程中坯料理想的流動及脫模效果，模具型腔應(yīng)涂覆潤滑劑、脫模劑。當(dāng)然，在予鍛、終鍛中，模具的予熱、坯料的加熱溫度也十分重要，尤其要控制終鍛過程的溫度范圍，因為它保證鍛件的最終組織性能要求。為消除鍛后零件的變形、翹曲，在熱處理前增加冷校正，冷校正可在液壓機(jī)上進(jìn)行，并保壓一段時間以確保卸荷后尺寸的穩(wěn)定。然后對鍛件進(jìn)行熱處理以消除校正后的殘余應(yīng)力。最終，將經(jīng)過整體鍛造符合機(jī)加工毛料要求的扇形多邊框體結(jié)構(gòu)件提交檢驗。
下面結(jié)合附圖看實施例。


圖1為一種扇形四邊框體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中的H-H剖視圖。
圖3為擴(kuò)孔環(huán)示意圖。
圖4為擴(kuò)孔環(huán)標(biāo)刻印記示意圖。
圖5為擴(kuò)孔環(huán)單邊拔長示意圖。
圖6為擴(kuò)孔環(huán)扣角專用工裝示意圖。
圖7為胎膜校形模具示意圖。
圖8為一種扇形三邊框體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖9為圖8中的C-C剖視圖。
本發(fā)明的實施例一GEPS公司某安裝邊即為圖1、圖2所示，其外部尺寸A及B約為532及223，其材料為美國專用標(biāo)準(zhǔn)AMS5886A確定的NIMONIC263耐熱合金，其加工工序如下選φ100-φ200棒料按所要求的坯料重量下料，鐓粗、沖孔，鐓粗高度控制42-45，沖孔控制加熱溫度1130±10℃、沖頭予熱200-300℃。擴(kuò)孔參見圖3，此時坯料加熱溫度1130±10℃，模具予熱150-300℃，注意控制內(nèi)經(jīng)φ300左右，擴(kuò)孔環(huán)壁厚與高度取41±1.5與45±2。擴(kuò)孔環(huán)端面標(biāo)刻印記參見圖4，針對本實施例拐角位置，按角度比例取標(biāo)記并分別與擴(kuò)孔環(huán)圓心相連后，形成α1、α2、β1、β2四個角，取β1=β2，α2＞α1。對標(biāo)記好的擴(kuò)孔環(huán)進(jìn)行單邊拔長，參見圖5，此時取坯料加熱溫度1130±10℃，所用模具工裝予熱150-300℃，要求保證對標(biāo)有印記處左右一定范圍內(nèi)的坯料不能減少，以確保后續(xù)工序?qū)λ慕墙饘俪錆M的需要。單邊拔長尺寸的控制，應(yīng)使單邊截面尺寸滿足予鍛的需要，又要滿足校形對坯料周邊長度的要求?？劢菚r，取扣角溫度1120℃-950℃，扣角所用工裝予熱溫度150-300℃，坯料扣角位置應(yīng)分別對稱于標(biāo)定的印記處?？劢菍Ｓ霉ぱb參見圖6，其中，1為凹壓角模，2為凸壓角模，3為擴(kuò)孔環(huán)坯料。經(jīng)扣角后的擴(kuò)孔環(huán)進(jìn)行整形，整形中應(yīng)嚴(yán)格對單邊拔長中截面寬度的局部不適進(jìn)行修整，以避免胎模校形中因為局部過于寬厚而導(dǎo)致形成反向毛刺。下工序胎模校形，目的是為予鍛提供所需的坯料形狀，確定合理的胎模結(jié)構(gòu)是其關(guān)鍵。本實施例中，胎模結(jié)構(gòu)見圖7，其中4為陽模、5為套筒、6為陰模、7為墊塊，胎模中部狹窄區(qū)域的寬度即陰陽模之間隙，由予鍛模型腔的寬度所決定，單面寬度較予鍛模型腔寬度可以窄一點，其直線段高度與校形的擴(kuò)孔環(huán)高度接近。陰、陽模及套筒均采用合金工具鋼制造，陰、陽模錐度取-15℃，陰模、陽模、套筒之間隙大于0.5。校形時，首先將加熱后的整形坯料置于陽模4的上端，待錘頭與陽模1齊平后，再依靠套筒5下推坯料至胎模底部取出。校形中，取坯料加熱溫度1120±10℃，以上工序均在自由鍛錘上進(jìn)行。下工序予鍛，取坯料加熱溫度1130±10℃，變形金屬的最終溫度不低于950℃，予鍛變形程度為終鍛留取25-30％變形量，予鍛后的坯料以不出現(xiàn)明顯毛邊為宜。下工序終鍛，總的變形程度取25-30％，控制終鍛的溫度范圍為1130-950℃，并以此保證鍛件最終的組織性能要求。上述予鍛、終鍛模具予熱溫度均取150-300℃，坯料表面涂覆劑取玻璃潤滑劑、模具型腔潤滑劑、脫模劑取石墨二硫化鉬加砲油混合劑。為消除鍛后產(chǎn)生的彎曲等變形，對去除毛邊及表面清理過的鍛件進(jìn)行冷校正，校正在液壓機(jī)上進(jìn)行，并保壓2-3min。冷校的殘余應(yīng)力，依靠熱處理消除。按照AMS5886A標(biāo)準(zhǔn)，取1080-1163℃空冷，固溶處理，然后，取802±8℃時效處理，保溫8±0.5h空冷。最終，經(jīng)檢驗提交的該扇形四邊框體安裝邊，依照美國冶金技術(shù)協(xié)會通用材料標(biāo)準(zhǔn)ASTME112判定，鍛件晶粒度為4-6級，比GEPS公司依照AMS5886原規(guī)定的安裝邊晶粒度驗收級別0-2級有明顯的改善。鍛件經(jīng)固溶時效后實測的各項性能指標(biāo)，比如σb、σ0.2及δ均優(yōu)于原AMS5886A規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的實施例二某開關(guān)廠零件拐臂即為圖8所示，材料為40CrNiMo外廓尺寸三邊大約各為-265，其加工工序如下選棒料，按所要求的坯料重量下料、鐓粗、沖孔，高度控制在40，沖頭予熱200-300℃，坯料加熱1130±20℃，此時，擴(kuò)孔環(huán)壁厚與高度取35±1.5與40±2，針對本實施例拐角位置近乎等邊三角形，其拐角位置可按三個等角來標(biāo)記，也可以按三個等邊即按線段比例標(biāo)記并對標(biāo)記好的擴(kuò)孔環(huán)單邊拔長，此時加熱溫度同上，予熱同上，注意保證標(biāo)記處左右一定范圍內(nèi)的坯料不能減少，以確保后續(xù)工序?qū)θ齻€角處金屬充滿的需要。單邊拔長尺寸控制，既要滿足單邊截面予鍛時的要求，也要滿足周邊長度的要求。扣角要在對應(yīng)的標(biāo)記處進(jìn)行，并要保證扣角溫度不低于850℃，扣角工裝亦應(yīng)予熱。后續(xù)的整形工序，加熱溫度也要控制不低于850℃，校形時加熱溫度1050±10℃，予鍛及終鍛取1130±20℃，注意，該形變金屬最終溫度應(yīng)不低于850℃，最后，熱處理取正火，加熱至870℃±10℃，保溫1.5-2h空冷。至此，該拐臂的制坯工序基本完成，經(jīng)檢驗提交的零件，完全滿足工藝要求。
本發(fā)明的優(yōu)點在于鍛件相應(yīng)成形工序簡單；原材料消耗低，合格率高；鍛件在取得理想的組織性能的基礎(chǔ)上，該扇形多邊框體零件可以獲得最佳的纖維流線分布。比如實施例一所述的安裝邊鍛件，其材料消耗較板材切割的坯料可節(jié)省38％以上，較分體彎制坯料可節(jié)省20％依照AMS5886A對該安裝邊規(guī)定的檢驗標(biāo)準(zhǔn)，鍛件經(jīng)固溶時效后實測性能指標(biāo)見下表 由此表可見，鍛件所取得高倍組織并性能指標(biāo)明顯優(yōu)于AMS5886A規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明制造的鍛件沿鍛件四周輪廓均勻分布的完整流線是其它工藝方法不可比擬的。本發(fā)明使得生產(chǎn)成本大大降低，生產(chǎn)周期大大縮短，工序過程穩(wěn)定可靠，適用于高溫合金、不銹鋼、鈦合金、鋁合金、結(jié)構(gòu)鋼等各種材料的扇形多邊框體鍛件成形。當(dāng)然，本發(fā)明亦可用于三角形、四邊形等具有框體的多邊形鍛件。由于流線連續(xù)、分布最佳，本發(fā)明尤其適用于具有多處拐角、四邊呈框架結(jié)構(gòu)的承力件的坯料鍛造。
權(quán)利要求
1.一種扇形多邊框體鍛件成形的方法，包括下料、鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔、整形、校形、予鍛、終鍛、校正、熱處理，其特征在于-沖、擴(kuò)孔后，在擴(kuò)孔環(huán)的端面上按照扇形多邊框體拐角的位置比例標(biāo)刻印記；然后-根據(jù)扇形多邊框體各邊的長短將擴(kuò)孔環(huán)各邊拔長并保證擴(kuò)孔環(huán)上標(biāo)印處一定范圍內(nèi)的壁厚與高度不允許有超出要求的變小；然后-根據(jù)扇形多邊框體各拐角的形狀在擴(kuò)孔環(huán)的標(biāo)印處對稱地進(jìn)行熱扣角；然后在整形工序中，對單邊拔長時各截面寬度的局部不適進(jìn)行修正以使擴(kuò)孔環(huán)整體形狀滿足校形工序中胎模的要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扇形多邊框體鍛件成形的方法，其特征是按照扇形多邊框體拐角的位置比例標(biāo)刻印記，可以采用角度比例標(biāo)記，也可以采用線段比例標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明涉及扇形多邊框體結(jié)構(gòu)件整體鍛造工藝。包括:鍛造基本上為環(huán)形的擴(kuò)孔環(huán)后,于擴(kuò)孔環(huán)端面上按扇形多邊框體拐角的位置比例標(biāo)刻印記,依據(jù)扇形多邊框體各邊長短單邊拔長并保證標(biāo)印處一定范圍內(nèi)的壁厚與高度不允許有超出要求的變小以及依據(jù)拐角形狀在標(biāo)印處對稱地?zé)峥劢?。本發(fā)明穩(wěn)定可靠,成本低、周期短,特別實用高溫合金、結(jié)構(gòu)鋼等具有多處拐角的多邊框體結(jié)構(gòu)件毛料精化工藝。
文檔編號B21K1/00GK1285249SQ0012297
公開日2001年2月28日 申請日期2000年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者崔樹森, 蒙曉榮, 韓立夫, 吳會平, 汪大成, 陳仲強(qiáng), 姜照群, 李向東, 謝軍 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)集團(tuán)公司