专利名称：一种大型锻件的超声波辅助锻造装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锻造装置，具体说，是涉及一种大型锻件的超声波辅助锻造装置，属于材料加工工程技术领域。
背景技术：
大型锻件是电力、冶金、造船、核能、航空航天等重大工程和装备的关键零部件，其生产能力、产品级别与性能质量水平已成为一个国家工业水平的标志。然而，冶金过程决定了大型锻件内部不可避免地会存在缩孔、疏松、微裂纹、夹杂等各种缺陷。实际生产中，通常采用镦粗和拔长工艺对大型锻件进行多工步多道次锻造，以消除大型锻件的内部缺陷，提高大型锻件的力学性能。典型的拔长工艺有FM法、KD法、JTS法、SUF法、WHF法和TER法等。为了避免拔长时在大型锻件心部产生轴向拉应力和横向拉应力，刘助柏和李纬民提出了综合考虑砧宽比和料宽比的新FM法和LZ锻造法(刘助柏，李纬民.新FM锻造法[J].机械工程学报，1994，3(K4) :79-82 ；刘助柏.平砧拔长矩形截面毛坯的新理论[J].机械工程学报，1994,30(5) :47-49.)。典型的镦粗工艺有平砧镦粗、凹形砧镦粗、锥形板镦粗、M形板镦粗等。为了使大型锻件内部整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除，张效迅等又提出了钹形砧镦粗方法(张效迅，马芳，崔振山.大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法.中国，ZL200710172599. 7[P]. 2009-07-08)。这些方法在一定程度上提高了大型锻件心部和轴线附近的压实效果，推动了大型锻件制造技术的进步。但是，随着重大装备向大容量、高参数方向发展，对几百吨一件的特大型锻件的需求不断增多，质量要求也越来越严格，用现有方法进行锻造，其成功率相当低，往往导致特大型锻件的报废，造成巨大的经济损失。而且，随着铸锭技术的进步，电渣重熔技术等先进的铸锭技术不断被用于铸造大型坯料，这类坯料不像传统铸锭，不再会有大量缺陷集中于心部和轴线附近，这类坯料的缺陷可能会分布在铸锭的任何位置，现有的以中心压实为目标的锻造技术难以获得理想效果。
实用新型内容针对现有技术所存在的上述缺陷和问题，本实用新型的目的是提供一种大型锻件的超声波辅助锻造装置，以利用超声波的高频振动和辐射压力使大型锻件内部缺陷处的能量密度和压力幅值增大，促使夹杂破碎、空洞压实愈合、组织均勻化，以实现理想的锻造效
^ ο为实现上述实用新型的目的，本实用新型采取的技术方案如下一种大型锻件的超声波辅助锻造装置，包括锻造压机、上砧和下砧，其特征在于 还包括超声波发生系统，所述的超声波发生系统包括共振器、换能器、超声波发生器和控制器；所述超声波发生器的一端与控制器相连接，另一端通过导线与换能器相连接，换能器的后方设置有弹簧，前方设置有共振器。所述的锻造压机优选为水压机、油压机或机械压机。所述的上砧优选为平砧、凹形砧、锥形砧、M形砧、V形砧中的任意一种。[0008]所述的下砧优选为平砧、凹形砧、锥形砧、M形砧、V形砧中的任意一种。在大型锻件的四周至少设置有一个超声波发生系统。所述的超声波发生系统优选设置在上砧或/和下砧上。所述的超声波发生器优选功率彡10W，频率彡15kHz的超声波发生器。作为优选方案，所述的控制器上设置有功率调节机构和频率调节机构，所述调节机构的表现形式可以是按键、按钮、旋钮，也可以是触摸屏。将加热到一定温度的大型锻件放置在所述锻造装置的下砧上，开启锻造压机，在锻造压机对大型锻件进行锻造的过程中，开启所述锻造装置中的超声波发生器，使与其电连接的换能器发生和输出超声波，并使产生的超声波通过设置在换能器前方的共振器传入锻件中，利用超声波的高频振动和辐射压力，可促使夹杂破碎、空洞压实愈合、组织均勻化， 达到理想的锻造效果。所述的大型锻件，是指适于锻造的具有较高可塑性的大型坯料或者经过锻造的大型工件，“大型”的衡量标准可以是重量，也可以是体积，用重量衡量时一般指锻件重量不小于一吨，用体积衡量时一般指锻件体积不小于0. 15立方米，两个衡量标准只要满足一个的锻件就可算作“大型锻件”。锻件材料包括但不限于铁、铝、铜等金属及其合金，比如，本实用新型还可以用于粉末冶金材料的锻造，甚至还可以用于复合材料的加工。与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果1)本实用新型利用超声波的高频振动和辐射压力，使锻件内部缺陷处的能量密度和压力幅值增大，可促使夹杂破碎、空洞压实愈合、组织均勻化，能达到理想的锻造效果；2)本实用新型通过超声波的辅助作用，可使锻件内部形成良好的应力应变状态， 使大型锻件心部、轴线附近和其它任何位置的缺陷都能得到比较理想的消除，能比较全面地改善锻件的内部质量和力学性能；3)本实用新型可提高生产效率，延长模具使用寿命，降低锻造成本；4)本实用新型提供的装置既可用于大型锻件的镦粗，又可用于大型锻件的拔长， 可用于重大工程和大型装备中的轮轴类、管板类等各种大型锻件的制造中，应用范围广阔；5)本实用新型提供的装置还具有结构简单，制造成本低廉，操作简便，易于实现自动化等优点，具有工业应用价值。
图1是实施例中所述的一种锻造装置的结构示意图。图中1.上砧；2.锻件；3.下砧；4.共振器；5.换能器；6.弹簧；7.导线；8.超声波发生器；9.控制器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。实施例1如图1所示本实施例提供的一种大型锻件的超声波辅助锻造装置，包括锻造压机(图中未示出)、上砧1、下砧3、共振器4、换能器5、超声波发生器8和控制器9 ；共振器4、换能器5、超声波发生器8和控制器9统称为超声波发生系统；在锻件2的四周至少设置有一个超声波发生系统，所述的超声波发生系统优选设置在上砧1或/和下砧3上。所述超声波发生器8的一端与控制器9相连接，另一端通过导线7与换能器5相连接；所述换能器5的后方设置有弹簧6，前方设置有共振器4，共振器4通过换能器5和弹簧6的作用紧贴在锻件2上，换能器5接受来自超声波发生器8的电能时发生并输出具有一定频率的超声波，所产生的超声波通过共振器4传入锻件2中，通过超声波的高频振动和辐射压力可促使锻件内部夹杂破碎、空洞压实愈合、组织均勻化，从而达到提高锻件质量的目的。所述的锻造压机可为水压机、油压机或机械压机，也可以是其它的能对大型锻件实施锻造的设备。上砧1和下砧3均可为平砧、凹形砧、锥形砧、M形砧或V形砧中的任意一种，也可以是其它的能对锻件实施锻造的模具。超声波发生器8的功率优选> 10W，其频率优选> 15kHz。控制器9上最好设置有功率调节机构和频率调节机构，以方便调节超声波发生器的功率和频率。所述调节机构的表现形式可以是按键、按钮、旋钮，也可以是触摸屏。使用上述的锻造装置对大型锻件进行锻造的操作如下将加热到一定温度的大型锻件放置在所述锻造装置的下砧3上，开启锻造压机， 在锻造压机对大型锻件进行锻造的过程中，开启所述锻造装置中的超声波发生器8，使与其电连接的换能器5发生并输出超声波，并使产生的超声波通过设置在换能器5前方的共振器4传入锻件2中，以增强锻造效果。所述的大型锻件，是指适于锻造的具有较高可塑性的大型坯料或者经过锻造的大型工件，“大型”的衡量标准可以是重量，也可以是体积，用重量衡量时一般指锻件重量不小于一吨，用体积衡量时一般指锻件体积不小于0. 15立方米，两个衡量标准只要满足一个的锻件就可算作“大型锻件”。锻件材料包括但不限于铁、铝、铜等金属及其合金，比如，本实用新型还可以用于粉末冶金材料的锻造，甚至还可以用于复合材料的加工。本实施例采用直径和高均为ail的圆柱形大型锻件，材料为25CrNiMo，在所述大型锻件加热至1210 士 20°C时进行锻造，上下砧均采用平砧，在上下砧上各设置一个超声波入口，超声波通过上下砧同时进入锻件，超声波发生器的功率为2000W，频率为25kHz。对采用上述锻造装置所得到的锻造件与采用传统平砧锻造法所得到的锻造件进行比较，考察其内部质量和力学性能，详细结果见表1所示。表1锻造件的内部质量和力学性能
权利要求1.一种大型锻件的超声波辅助锻造装置，包括锻造压机、上砧和下砧，其特征在于还包括超声波发生系统，所述的超声波发生系统包括共振器、换能器、超声波发生器和控制器；所述超声波发生器的一端与控制器相连接，另一端通过导线与换能器相连接，换能器的后方设置有弹簧，前方设置有共振器。
2.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的锻造压机为水压机、油压机或机械压机。
3.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的上砧为平砧、凹形砧、锥形砧、M形砧、V形砧中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的下砧为平砧、凹形砧、锥形砧、M形砧、V形砧中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于在大型锻件的四周至少设置有一个超声波发生系统。
6.根据权利要求5所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的超声波发生系统设置在上砧或/和下砧上。
7.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的超声波发生器的功率彡10W，频率彡15kHz。
8.根据权利要求1所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的控制器上设置有功率调节机构和频率调节机构。
9.根据权利要求8所述的大型锻件的超声波辅助锻造装置，其特征在于所述的调节机构为按键、按钮、旋钮或触摸屏。
专利摘要本实用新型公开了一种大型锻件的超声波辅助锻造装置。所述的锻造装置包括锻造压机、上砧和下砧，其特征在于还包括超声波发生系统，所述的超声波发生系统包括共振器、换能器、超声波发生器和控制器；所述超声波发生器的一端与控制器相连接，另一端通过导线与换能器相连接，换能器的后方设置有弹簧，前方设置有共振器。本实用新型通过超声波的辅助作用，可促使夹杂破碎，空洞压实愈合，组织均匀化，能消除大型锻件内部的缺陷，从而增强锻造效果，提高锻件质量，减少锻造次数，降低锻造成本。另外，本实用新型还具有结构简单，制造成本低廉，操作简便，应用范围广，易于实现自动化等优点，具有工业应用价值。
文档编号B21J9/00GK202316879SQ20112044861
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者张效迅, 张继武, 李名尧, 李霞, 马芳 申请人:上海工程技术大学