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）根據鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優化鍛坯形狀，并結合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值、3）根據鍛件和鍛坯設計組合模、4）模鍛，這樣幾個步驟。本發明通過預制鍛坯和制作組合模具進行一次性模鍛，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
【技術領域】
[0001]本發明屬于鍛造【技術領域】，主要是關于帶有異形端面、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】
[0002]生產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行鍛造。厚壁筒體鍛件在傳統的自由鍛造生產中一般采用的工藝路線是:鐓粗、沖孔、芯棒拔長(馬杠擴孔)。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量的影響很大，尤其是壁厚的增加對于鍛件機械性能影響最大。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，低產出的狀況，急需開發用于帶有異形端面、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。
【發明內容】
[0003]為解決上述問題，本發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，應力、應變狀態分布良好、內部質量優異的復雜結構厚壁空心鍛件。
[0004]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案: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)根據鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優化鍛坯形狀，并結合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值；
[0007]3)根據鍛件和鍛坯設計組合模，包括上環體、成形模、芯模、異形端面環體、下環體；
[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組合模置于壓力機工作臺上，組合模組裝關系為:異形端面環體位于最底，外部套設成形模，芯部穿設芯模，異形端面環體之上的成形模與芯模之間部位夾設鍛坯，鍛坯之上壓設上環體；
[0012]③用壓力機活動橫梁對上環體施加壓力，直至上環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，將下環體墊在異形端面環體下面，活動橫梁再次壓下，觀察下環體完全壓入成形模后，模鍛成形結束，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:內徑D3，外徑D2，直段臺階長度L7;
[0016]2)—側的錐形臺階部，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為馬鞍形環帶軸向長度；
[0018]4)與錐形臺階部和中間直段臺階部相對側的外圓凸臺部，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)馬鞍形環帶部，緊接于中間直段臺階部之后，包含特征尺寸:環帶外緣Dtl，環帶外端是以半徑為Rtl的圓弧構成的馬鞍形曲面，環帶內側是以半徑為R1的圓弧構成的馬鞍形曲面，兩段圓弧的圓心都位于鍛件軸線上，環帶軸向長度為L1，環帶內側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、內徑D3 ;然后是接續性錐形變徑段，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]對應于所述鍛件，鍛坯設計的具體方法是:
[0022]首先根據鍛件的零件圖，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);同時設計鍛坯為筒形結構，尺寸如下:
【權利要求】
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)根據鍛件形狀和尺寸，采用模擬模鍛過程優化鍛坯形狀，并結合體積不變原理計算鍛坯的尺寸值； 3)根據鍛件和鍛坯設計組合模，包括上環體、成形模、芯模、異形端面環體、下環體； 4)模鍛。
2.根據權利要求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組合模置于壓力機工作臺上，組合模組裝關系為:異形端面環體位于最底，外部套設成形模，芯部穿設芯模，異形端面環體之上的成形模與芯模之間部位夾設鍛坯，鍛坯之上壓設上環體； ③用壓力機活動橫梁對上環體施加壓力，直至上環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，將下環體墊在異形端面環體下面，活動橫梁再次壓下，觀察下環體完全壓入成形模后，模鍛成形結束，脫模獲得成品鍛件。
3.根據權利要求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:內徑D3，外徑D2，直段臺階長度L7 ; 2) —側的錐形臺階部，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為馬鞍形環帶軸向長度； 4)與錐形臺階部和中間直段臺階部相對側的外圓凸臺部，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)馬鞍形環帶部，緊接于中間直段臺階部之后，包含特征尺寸:環帶外緣Dtl，環帶外端是以半徑為Rtl的圓弧構成的馬鞍形曲面，環帶內側是以半徑為R1的圓弧構成的馬鞍形曲面，兩段圓弧的圓心都位于鍛件軸線上，環帶軸向長度為L1，環帶內側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、內徑D3;然后是接續性錐形變徑段，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.根據權利要求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，對應于所述鍛件，所述鍛坯設計的具體方法是: 首先根據鍛件的零件圖，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);同時設計鍛坯為筒形結構，尺寸如下:
D4=D1+ A t T0=D1-D^Omm
5.根據權利要求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，對應于所述鍛件和鍛坯，模具各部分結構尺寸如下: 對于上環體，有:
外徑 D5=D1+ A t-10
內徑 D6=DflOmm=D1+ A t+10mm
內徑張角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 臺階外側面距中心線距離L13=L6+ A t 對于成形模，有: 內小徑D7=D1+ A t 內大徑D8=D0+ A t
總長 L14=Ltl+10 A t 內大徑長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 臺階部外側距中心線距離L18=L13+5mm=L6+ A t+5mm 內圓弧半徑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
對于異形端面環體，有:
內徑 Dn=D1(l+10mm=D3- A t+10mm
外徑 D12=D8-1Ctam=Dci+ A t~1 Omm
高 L22=Li+5 A t
對于下環體，有:
內徑 D13=Dn+20mm=D3- A t+30mm
外徑 D14=D12-20_=D8-30_
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【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 優先權日:2013年12月6日
【發明者】揚曉禹, 劉穎, 劉凱泉 申請人:天津重型裝備工程研究有限公司, 中國第一重型機械股份公司