專利名稱：大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鍛件的軋制成形方法，特別是大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法。
背景技術(shù)：
大中型盤形鍛件，如重型地面燃氣輪機用的壓氣機盤和渦輪盤等鍛件，國際上目前主要采用重型液壓機進行模鍛或自由鍛成形，大中型盤形鍛件采用液壓機鍛壓成形由于存在以下不足之處導致盤形鍛件的鍛造和推廣應用較困難設(shè)備所需噸位大，對于一般的變形金屬材料如結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼等盤形鍛件，需要5×107kg(5萬噸)級以上的重型液壓機才能鍛造成形；對于難變形的金屬材料如難變形高溫合金等材料的盤形鍛件，甚至要用1×108kg(10萬噸)級以上的重型液壓機才能鍛造成形，即盤形鍛件需要較大的外力才能變形成形，由于設(shè)備噸位大導致設(shè)備的制造難度加大，設(shè)備的投資金額也較大；鍛造盤形鍛件所用的模具對材料的要求較高，模具用材量較大，模具易于損耗，模具的加工制造等費用較高，而且對不同形狀和規(guī)格的盤形鍛件需要設(shè)計制造不同的鍛造模具；大型盤形鍛件在鍛壓成形時，由于盤形面的受力面積較大，使鍛件的變形不均勻?qū)е洛懠慕M織不均勻，從而影響鍛件的性能；采用自由鍛鍛造盤形鍛件，一般情況下只能鍛出圓餅形盤形坯料，需要經(jīng)過大量的機械加工才能得到盤形鍛件所需的形狀，不僅增加了加工成本，而且還浪費了大量的金屬材料；采用模鍛或自由鍛鍛造大中型盤形鍛件，由于是采用鍛壓整個盤面的方式來實現(xiàn)盤坯變形，一般情況下，盤坯的加熱火次和鍛造次數(shù)較多，盤坯的表面氧化脫皮現(xiàn)象較頻繁，而且鍛件尺寸精度不高，很難生產(chǎn)出接近零件形狀的鍛件，即不易實現(xiàn)鍛件的近凈成形；采用模鍛或自由鍛鍛造大中型盤形鍛件，不易于實現(xiàn)鍛造過程的自動化和柔性化，更滿足不了多品種、變批量的市場需求；采用重型液壓機鍛壓大中型盤形鍛件，工作環(huán)境差，勞動強度大，生產(chǎn)率低，而且能耗較高；對于鍛件的軋制技術(shù)來說，《環(huán)件軋制理論和技術(shù)》(華林、黃興高、朱春東著，機械工業(yè)出版社，2001年10月第一版)一書中的第2頁第19行～第3頁第1行和第223頁第16行～第229頁第21行公開了一種鍛件的徑-軸向軋制技術(shù)，但采用該技術(shù)軋制的是環(huán)件即環(huán)形鍛件，該技術(shù)要解決的是環(huán)件的擴孔問題，而不是盤形鍛件的成形問題。
有鑒于此，本發(fā)明提供了一種大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種使用較小的徑-軸向軋制力來實施大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，該方法通過軋制盤形鍛件時的徑-軸向塑性局部連續(xù)變形來使盤形鍛件成形，以實現(xiàn)用小設(shè)備干大鍛件。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的首先提供帶有主輥、芯輥、上錐輥、下錐輥、芯輥套和兩個導輥的輾軋機，輾軋機具備使上述各軋制部件轉(zhuǎn)動或移動并能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動或移動速度的控制裝置和通過上述各部件的轉(zhuǎn)動或移動來測算盤件尺寸的測量裝置；同時還需要提供用于鍛件開坯的普通鍛造壓力機。然后按以下步驟操作第一步，把按規(guī)格下料的變形金屬材料的棒料加熱到變形溫度后在鍛造壓力機上鐓粗成餅坯，再把餅坯加熱到變形溫度后放在具有上型模和下型模的鍛造壓力機上壓型成盤坯料，盤坯料用沖頭沖出中心孔得到空心盤坯；第二步，把盤坯加熱到變形溫度后用裝料車的機械手夾持住裝進輾軋機，盤坯的下盤面放在下錐輥上，其外圓面緊靠主輥；啟動輾軋機，操縱上錐輥垂直朝下錐輥方向移動直到上錐輥和下錐輥分別夾緊盤坯的上下盤面，盤坯的外圓端面由主輥和兩個導輥鎖住，松開機械手，完成盤坯的定位；第三步，操縱主輥、上錐輥和下錐輥按軋制所需要的方向旋轉(zhuǎn)從而帶動盤坯旋轉(zhuǎn)，兩個導輥跟著盤坯一起旋轉(zhuǎn)并扶持和穩(wěn)定盤坯，同時操縱上錐輥向下作軸向進給運動，上錐輥和下錐輥沿盤坯的軸向軋制其盤面并沿其徑向水平外移從而實現(xiàn)盤坯的軸向軋制；第四步，軸向軋制使盤坯的中心孔擴大到一定范圍時，操縱芯輥向下位移穿過盤坯的中心孔與芯輥套配合后停止下移，芯輥與盤坯的內(nèi)徑圓面接觸被盤坯帶著與芯輥套一起轉(zhuǎn)動并沿盤坯的徑向朝主輥的方向作進給運動從而實現(xiàn)盤坯的徑向軋制；第五步，在徑-軸向軋制力的作用下，盤坯沿徑向以一定的速度展寬，并產(chǎn)生徑向壁厚減小、軸向厚度減小、內(nèi)外直徑擴大、輪廓成形的連續(xù)局部塑性變形；當盤坯經(jīng)反復多轉(zhuǎn)軋制使其形狀和尺寸達到要求時，芯輥的徑向進給運動和上錐輥的軸向進給運動停止，盤坯的徑-軸向軋制變形結(jié)束，獲得空心盤形鍛件。
在上述大中型空心盤形鍛件的軋制成形過程中，所述盤坯的盤面受到上錐輥和下錐輥的軸向軋制力為2×105kg～5×105kg，受到芯輥和主輥的徑向軋制力為5×104kg～2×105kg，展寬速度為5mm/s～15mm/s。
采用本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，能夠軋制的盤形鍛件的尺寸范圍為外徑Φ800mm～Φ3000mm，內(nèi)徑Φ300mm～Φ2000mm，軸向厚度30mm～250mm。
采用本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法進行軋制時，所述盤形鍛件的外徑尺寸通過兩個導輥的徑向位移量來測算，內(nèi)徑尺寸通過芯輥朝主輥的徑向進給量來測算，軸向厚度尺寸通過上錐輥的軸向進給量來測算，盤面型腔的徑向尺寸通過上錐輥的徑向進給量來測算。
本發(fā)明所提供的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，所述上錐輥和下錐輥的錐面形狀、尺寸和配合一致，并且通過改變錐輥的錐面形狀、尺寸可軋制出不同盤面型腔的盤形鍛件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，由于采用徑-軸向軋制使盤形鍛件產(chǎn)生徑向壁厚減小、軸向厚度減小、內(nèi)外直徑擴大來實現(xiàn)鍛件的連續(xù)局部塑性變形，軋制時金屬流動既可在圓周方向，又可在軸向，這種現(xiàn)象完全符合最小阻力定律。與大中型空心盤形鍛件的模鍛或自由鍛方法相比，本發(fā)明具有如下有益效果用小設(shè)備干大鍛件，軋制時所需最大軋制力為5×105kg(500噸)，遠遠小于模鍛或自由鍛所需的5×107kg(5萬噸)～1×108kg(10萬噸)的壓力，即盤件軋制時只需較小的軋制力便可實現(xiàn)塑性變形成形，因而可以使鍛造設(shè)備小型化，鍛造設(shè)備的制造難度和投資也相應減小，有利于大中型盤形鍛件的制造和推廣應用。
節(jié)省模具費用，軋制時由于使用主輥、錐輥、芯輥在較小的軋制力下使盤形鍛件變形成形，而且用同一套上述軋制部件便可軋制出不同尺寸的盤形鍛件，從而可以節(jié)省大量的模具材料及其模具的制造加工、損耗等費用。
可以獲得性能優(yōu)良的盤形鍛件，軋制時由于采用連續(xù)局部塑性變形的方式，使鍛件的變形較均勻，可獲得內(nèi)部組織均勻的鍛件從而提高鍛件的性能。
可以實現(xiàn)盤形鍛件的近凈成形，軋制出接近零件形狀和尺寸的盤形鍛件；軋制時由于坯料的加熱火次和軋制次數(shù)較少(一般1～3次)，減少了坯料的表面氧化脫皮現(xiàn)象，有利于提高盤形鍛件的尺寸精度，從而可節(jié)省大量的金屬材料和機加費用。
可以實現(xiàn)難變形金屬材料盤形鍛件的塑性成形，對于難變形的高溫合金等材料，采用連續(xù)局部塑性變形的方式，通過多次小變形量的反復軋制便可實現(xiàn)塑性變形成形。
軋制過程自動化程度較高，盤形鍛件在軋制時，是靠自動控制軋制部件的轉(zhuǎn)動和移動來實現(xiàn)連續(xù)變形的，加上不需要設(shè)計專用模具，因而可以滿足多品種、變批量的市場需求；同時還可改善工作環(huán)境差，降低勞動強度，提高生產(chǎn)率和節(jié)能降耗。
通過以上說明可知，本發(fā)明的出現(xiàn)，實現(xiàn)了盤形鍛件從模鍛或自由鍛向軋制的重大技術(shù)進步，同時也實現(xiàn)了鍛件從軋環(huán)向軋盤的重大技術(shù)進步。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
圖1是空心盤坯的制作工藝流程圖。
圖2是空心盤形鍛件的軋制成形工藝流程圖。
圖3、圖4、圖5、圖6是空心盤形鍛件的軋制成形工藝過程狀態(tài)圖。其中圖3是盤坯裝進輾軋機的狀態(tài)圖。
圖4是盤坯定位及軸向軋制狀態(tài)圖。
圖5是盤坯的徑-軸向軋制過程狀態(tài)圖。
圖6是俯視方向的盤坯軋制過程狀態(tài)圖。
圖7是軋制成形的空心盤形鍛件具體實施方式
實施本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，需要提供帶有圖3～圖6所示的主輥9、芯輥10、上錐輥11、下錐輥12、芯輥套13和兩個導輥14的輾軋機8，輾軋機8應具備使上述各軋制部件按圖示方向轉(zhuǎn)動或移動并能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動或移動速度的控制裝置和通過上述各部件的轉(zhuǎn)動或移動來測算盤件的內(nèi)、外徑、軸向厚度尺寸和盤面型腔尺寸的測量裝置。同時還需要提供用于鍛件開坯的普通鍛造壓力機。然后按以下步驟操作步驟1空心盤坯7的制作。圖1示出了空心盤坯的制作工藝流程，把按規(guī)格下料的變形金屬材料的棒料1加熱到變形溫度后在鍛造壓力機上鐓粗成餅坯2，再把餅坯2加熱到變形溫度后放在具有上型模3和下型模4的鍛造壓力機上壓型成盤坯料5，盤坯料5用沖頭6沖出中心孔得到空心盤坯7。
步驟2盤坯7裝機。如圖3所示，把盤坯7加熱到變形溫度后用裝料車的機械手夾持住裝進輾軋機8，盤坯7的下盤面放在下錐輥12上，其外圓面緊靠主輥9。
步驟3盤坯7在輾軋機8內(nèi)定位。啟動輾軋機8，如圖3和圖4所示，操縱上錐輥11垂直朝下錐輥12方向移動直到上錐輥7和下錐輥8分別夾緊盤坯7的上下盤面，同時，盤坯7的外圓端面由主輥9和兩個導輥14鎖住(如圖6所示)，松開機械手，完成盤坯7的定位。
步驟4盤坯7的軸向軋制。操縱主輥9、上錐輥11和下錐輥12按圖4所示的方向旋轉(zhuǎn)從而帶動盤坯7按圖6所示的方向旋轉(zhuǎn)，兩個導輥14跟著盤坯7一起旋轉(zhuǎn)并扶持和穩(wěn)定盤坯7，同時操縱上錐輥11向下作軸向進給運動，上錐輥11和下錐輥12沿盤坯7的軸向軋制其盤面并沿其徑向水平外移從而實現(xiàn)盤坯7的軸向軋制。在軸向軋制力的作用下，盤坯7沿徑向以一定的速度展寬，盤坯7的盤面受到上錐輥11和下錐輥12的軸向軋制力為2×105kg～5×105kg，展寬速度為5mm/s～15mm/s，所述展寬速度是指軋制時盤坯7的外環(huán)沿徑向增大的速度。
步驟5盤坯7的徑-軸向軋制。隨著軸向軋制過程的進行，金屬從內(nèi)向外作徑向流動，盤坯7產(chǎn)生軸向高度減小、內(nèi)外直徑擴大。當盤坯7的中心孔擴大到一定范圍時，如圖4和圖5所示，芯輥10向下位移穿過盤坯7的中心孔與芯輥套13配合后停止下移，芯輥10與盤坯7的內(nèi)徑圓面接觸被盤坯7帶著與芯輥套13一起轉(zhuǎn)動并沿盤坯7的徑向朝主輥9的方向作進給運動從而實現(xiàn)盤坯7的徑向軋制。在徑-軸向軋制力的作用下，盤坯7沿徑向以一定的速度展寬，盤坯7受芯輥13和主輥9的徑向軋制力為5×104kg～2×105kg，受到上錐輥11和下錐輥12的軸向軋制力為2×105kg～5×105kg，展寬速度為5mm/s～15mm/s。
步驟6軋制出空心盤形鍛件15。在徑-軸向軋制過程中，盤坯7產(chǎn)生徑向壁厚減小、軸向厚度減小、內(nèi)外直徑擴大、盤坯7輪廓成形的連續(xù)局部塑性變形，當盤坯7經(jīng)反復多轉(zhuǎn)軋制使其形狀和尺寸達到要求時，芯輥10的徑向進給運動和上錐輥11的軸向進給運動停止，盤坯7的徑-軸向軋制變形結(jié)束。軋制時盤坯7的軸向尺寸和形狀始終處于上錐輥11和下錐輥12的錐面控制之中，上錐輥11和下錐輥12的形狀、配合和運動的一致性可使盤坯7的上下盤面型腔的形狀和尺寸一致。通過上錐輥11的軸向進給量可測算盤坯7的軸向厚度尺寸，通過其徑向進給量可測算盤面型腔的徑向尺寸；芯輥13和主輥9的徑向軋制可調(diào)整盤坯7的圓度和尺寸，通過芯輥13朝主輥9的徑向進給量可測算盤坯7的內(nèi)徑尺寸；導輥14隨盤坯7的外圓一起轉(zhuǎn)動并通過其徑向位移量可測算盤坯7的外徑尺寸。軋制過程結(jié)束即可獲得空心盤形鍛件15。
采用本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法軋制空心盤形鍛件時，在上錐輥11和下錐輥12錐面形狀、尺寸和配合一致的情況下，通過改變錐輥的錐面形狀、尺寸可軋制出不同盤面型腔的盤形鍛件。
采用本發(fā)明所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法軋制空心盤形鍛件的尺寸范圍為外徑為Φ800mm～Φ3000mm，內(nèi)徑為Φ300mm～Φ2000mm，軸向厚度為30mm～250mm。
權(quán)利要求
1.一種大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，首先提供帶有主輥(9)、芯輥(10)、上錐輥(11)、下錐輥(12)、芯輥套(13)和兩個導輥(14)的輾軋機(8)，輾軋機(8)具備使上述各軋制部件轉(zhuǎn)動或移動并能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動或移動速度的控制裝置和通過上述各部件的轉(zhuǎn)動或移動來測算盤件尺寸的測量裝置；同時還需要提供用于鍛件開坯的普通鍛造壓力機；然后按以下步驟操作第一步，把按規(guī)格下料的變形金屬材料的棒料(1)加熱到變形溫度后在鍛造壓力機上鐓粗成餅坯(2)，再把餅坯(2)加熱到變形溫度后放在具有上型模(3)和下型模(4)的鍛造壓力機上壓型成盤坯料(5)，盤坯料(5)用沖頭(6)沖出中心孔得到空心盤坯(7)；第二步，把盤坯(7)加熱到變形溫度后用裝料車的機械手夾持住裝進輾軋機(8)，盤坯(7)的下盤面放在下錐輥(12)上，其外圓面緊靠主輥(9)；啟動輾軋機(8)，操縱上錐輥(11)垂直朝下錐輥(12)方向移動直到上錐輥(7)和下錐輥(8)分別夾緊盤坯(7)的上下盤面，盤坯(7)的外圓端面由主輥(9)和兩個導輥(14)鎖住，松開機械手，完成盤坯(7)的定位；第三步，操縱主輥(9)、上錐輥(11)和下錐輥(12)按軋制所需要的方向旋轉(zhuǎn)從而帶動盤坯(7)旋轉(zhuǎn)，兩個導輥(14)跟著盤坯(7)一起旋轉(zhuǎn)并扶持和穩(wěn)定盤坯(7)，同時操縱上錐輥(11)向下作軸向進給運動，上錐輥(11)和下錐輥(12)沿盤坯(7)的軸向軋制其盤面并沿其徑向水平外移從而實現(xiàn)盤坯(7)的軸向軋制；第四步，軸向軋制使盤坯(7)的中心孔擴大到一定范圍時，操縱芯輥(10)向下位移穿過盤坯(7)的中心孔與芯輥套(13)配合后停止下移，芯輥(10)與盤坯(7)的內(nèi)徑圓面接觸被盤坯(7)帶著與芯輥套(13)一起轉(zhuǎn)動并沿盤坯(7)的徑向朝主輥(9)的方向作進給運動從而實現(xiàn)盤坯(7)的徑向軋制；第五步，在徑-軸向軋制力的作用下，盤坯(7)沿徑向以一定的速度展寬，并產(chǎn)生徑向壁厚減小、軸向厚度減小、內(nèi)外直徑擴大、輪廓成形的連續(xù)局部塑性變形；當盤坯(7)經(jīng)反復多轉(zhuǎn)軋制使其形狀和尺寸達到要求時，芯輥(10)的徑向進給運動和上錐輥(11)的軸向進給運動停止，盤坯(7)的徑-軸向軋制變形結(jié)束，獲得空心盤形鍛件(15)。
2.按照權(quán)利要求1所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，其特征在于所述盤坯(7)的盤面受到上錐輥(11)和下錐輥(12)的軸向軋制力為2×105kg～5×105kg，受到芯輥(13)和主輥(9)的徑向軋制力為5×104kg～2×105kg；所述盤坯(7)的展寬速度為5mm/s～15mm/s。
3.按照權(quán)利要求1所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，其特征在于所述盤形鍛件外徑尺寸是Φ800mm～Φ3000mm，內(nèi)徑尺寸是Φ300mm～Φ2000mm，軸向厚度尺寸是30mm～250mm。
4.按照權(quán)利要求3所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，其特征在于所述盤形鍛件的外徑尺寸通過兩個導輥(14)的徑向位移量來測算，內(nèi)徑尺寸通過芯輥(13)朝主輥(9)的徑向進給量來測算，軸向厚度尺寸通過上錐輥(11)的軸向進給量來測算，盤面型腔的徑向尺寸通過上錐輥(11)的徑向進給量來測算。
5.按照權(quán)利要求1～4中任一項所述的大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，其特征在于所述上錐輥(11)和下錐輥(12)的錐面形狀、尺寸和配合一致，通過改變錐輥的錐面形狀、尺寸可軋制出不同盤面型腔的盤形鍛件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大中型空心盤形鍛件的軋制成形方法，軋制工藝為變形金屬棒料→加熱→鐓粗(壓力機)→餅坯→壓型(壓力機)→盤坯料→沖孔→空心盤坯→加熱→裝機定位(輾軋機)→軸向軋制(輾軋機)→徑－軸向軋制(輾軋機)→測算尺寸→空心盤形鍛件。軋制的軸向軋制力為2×10
文檔編號B21J1/00GK101020282SQ20061011020
公開日2007年8月22日 申請日期2006年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月6日
發(fā)明者張華 , 楊勇, 吳永安, 魏志堅, 劉峰, 王超, 莫爾云, 崔一平, 夏欲民, 段忠園, 張衡, 謝永富 申請人:貴州安大航空鍛造有限責任公司