一種上平下V砧芯軸拔長翻轉方法與流程

本發明屬于鍛造設備及鍛造工藝領域，特別地，涉及一種上平下V砧芯軸拔長翻轉方法。

背景技術：

隨著使用壽命和安全性的不斷提高，大型鍛件的質量和鍛造要求不斷提高，如某700MW級大型水輪機空心主軸鍛件在力學性能方面要求達到屈服強度≥295MPa，斷裂強度≥480MPa。

水輪機空心主軸鍛件為典型的大型筒體鍛件。相對于實心鋼錠生產大型筒體鍛件，采用空心鋼錠有以下優點：顯著提高鋼錠利用率、省去沖孔工序、內外同時冷卻提高了凝固速度和減小偏析、提高現有設備加工能力。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備外，關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、倒棱和滾圓。上平下V砧芯軸拔長綜合了上下平砧和上下V砧芯軸拔長的優點，不僅能使變形深入壁厚心部促使再結晶發生、降低壓機噸位，而且能保持較高的拔長效率和防止端面內孔壁開裂。但上平下V砧芯軸拔長變形分布不對稱，大變形區集中在平砧與芯軸間靠近芯軸處，若翻轉方法不合理造成不均勻應變分布累積，最終造成鍛件圓截面變形均勻性較差。且由于未充分發揮單砧壓下效果鍛件的壓實效果也較差。

中國專利申請號201210078229.8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化。但該工裝較為復雜，并且沒有考慮增強壓實效果以消除縮孔疏松缺陷。

技術實現要素：

本發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效果的翻轉方法，采用上平下V砧芯軸拔長設備對空心鋼錠4進行拔長，所述上平下V砧芯軸拔長設備包括上平砧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，所述翻轉方法包括以下步驟，

一、計算大變形區發散角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、計算理論翻轉角度ω，即

ω＝η/2；

三、得出實際翻轉角度ω_t，即

根據理論翻轉角度ω確定翻轉次數n，將n取整后即可由360°/n求得實際翻轉角度ω_t；

四、得出翻轉方式，即

將翻轉次數n分成e×f次壓下，其中e為組數，f為每組壓下次數，每組沿圓周間隔360°/f對稱壓下f次，每組之間翻轉的角度為實際翻轉角度ω_t的整數倍。

優選地，翻轉次數n為3的倍數時，每3次為1組，每組先翻轉120°，再翻轉120°；翻轉次數n為4的倍數時，每4次為1組，每組先翻轉180°，再翻轉90°，再翻轉180°。

優選地，當壓下率ΔH為11％時，計算出實際翻轉角度ω_t為17.14°、翻轉次數n為21次，考慮到布砧的對稱性，分為7組壓下，每組沿圓周對稱壓下3次，具體翻轉方式為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°。

優選地，當壓下率ΔH為15％時，計算出實際翻轉角度ω_t為22.5°、翻轉次數n為16次，考慮到布砧的對稱性，分為4組壓下，每組沿圓周對稱壓下4次，具體翻轉方式為0°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°→22.5°→180°→90°→180°→45°→180°→90°→180°。

本發明的有益效果為：

(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、改善了鍛件的壓實效果。

(2)顯著提高鍛件的晶粒均勻程度和增強縮孔疏松的壓實效果。

附圖說明

圖1為本發明的上平下V砧芯軸拔長設備的結構示意圖。

圖2為本發明壓下率為11％的前三道次示意圖。

圖3為本發明壓下率為15％的前四道次示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行更加詳細的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

在對全部附圖的描述中，相同的附圖標記表示相同的元件。同時應該理解，如在此所用的術語“和/或”包括一個或多個相關的列出項的任意和所有組合。

下面通過附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。

如圖1所示，一種上平下V砧芯軸拔長設備，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數值確定的情況下，空心鋼錠4的大變形區發散角η和理論翻轉角度ω的計算公式如下：

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；

根據理論翻轉角度ω確定翻轉次數n，考慮到翻轉次數n為整數，將n取整后即可由360°/n求得實際翻轉角度ω_t；

翻轉方式為將翻轉次數n分成e×f次(e為組數，f為每組壓下次數)壓下，每組沿圓周間隔360°/f對稱壓下f次，每組之間翻轉的角度為實際翻轉角度ω_t的整數倍。

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所示的大變形區發散角η、理論翻轉角度ω，將翻轉次數n取整后即可由360°/n求得實際翻轉角度ω_t。

表1不同壓下率下的翻轉角度與翻轉次數

實際加工時，計算出翻轉次數n為3的倍數時，每3次為1組，每組先翻轉120°，再翻轉120°；計算出翻轉次數n為4的倍數時，每4次為1組，每組先翻轉180°，再翻轉90°，再翻轉180°。如果翻轉次數n為其它整數的倍數時，每組的翻轉方式與上述翻轉方式類似。

如圖2所示，當壓下率為11％時，計算出實際翻轉角度ω_t為17.14°、翻轉次數n為21次，考慮到布砧的對稱性，分為7組壓下，每組沿圓周對稱壓下3次，具體翻轉方式為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，當壓下率為15％時，計算出實際翻轉角度ω_t為22.5°、翻轉次數n為16次，考慮到布砧的對稱性，分為4組壓下，每組沿圓周對稱壓下4次，具體翻轉方式為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：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制。盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。