大型盘轴一体件局部连续加载成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工成形领域，具体涉及大型盘轴一体件局部连续加载成形方法。
【背景技术】
[0002]随着工业需求的不断挺高，其关键零件越来越多的采用整体结构设计。盘轴一体件多采用分次成型，其中其盘形端采用成形技术主要有自由锻、液压机模锻、锤上模锻和螺旋压力机模锻等，轴端一般采用自由锻造或挤压工艺进行成型。对于较小的盘轴一体件一般采用挤压方式进行成型。以上成形手段效率低、精度低，生产极其复杂，尤其不能达到大尺寸盘轴一体件的生产要求。并且其使用材料也向难变形高强高韧高比强度的方向发展，其加工工艺技术及设备的提升是必然趋势。而在局部连续加载省力成形领域，主要指的轴向闭式辗压的成形过程中，对于小尺寸盘轴一体件的轴向闭式辗压过程中的成形过程中，可直接辗压，一次成形，但对于大型盘周一体件辗压成形时，会造成大型盘件的金属填充不完整或者是金属填充时存在一定的缺陷。轴向闭式辗压过程中的，一般整个过程采取线性方式进给，但针对于大尺寸盘件，此类进给方式使得温度骤降出现金属成形不均匀、金属流线紊乱及金相组织极差的现象。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提供一种有效防止金属成形步均匀，金属流线紊乱及金相组织差，且载荷低的大型盘轴一体件局部连续加载成形方法。
[0004]本发明大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，包括以下步骤:
第一步，根据盘轴一体件盘端的不同制作相应的盘端模具；
第二步，按等体积原则下料，并将坯料整体加热至锻造温度后，在自由锻设备上对坯料进行自由锻至径向变形程度至40-60% ;
第三步，对坯料的盘端进行局部加热后，将坯料置于轴向闭式辗压成形设备上的盘端模具中辗压成形，至盘端高度方向整体变形程度的30-70%，当变形完成75%后，降低设备的进给量，至盘端高度方向成形；
第四步，对成形后的坯料进行切边，热处理，机加工，获得最终的盘轴一体件。
[0005]优选地，在第一步中采用有限元软件对盘轴一体件盘端成形过程进行有限元数值分析，确定对应盘轴一体件盘端的高径比、形状，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。
[0006]优选地，在第三步中对预热后的盘端模具的模腔喷涂雾化水基石墨。
[0007]优选地，在第三步中盘轴一体件盘端高度方向成形后，盘端模具的上模停止进给，增大盘端模具下模的角速度，对环件上表面修平。
[0008]优选地，在第三步中盘轴一体件的盘端成形过程中盘端模具的下模角速度为
0.5-2rad/s，预制还高度方向成形后的角速度增大至2_3rad/s。
[0009]优选地，在第三步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为2-4mm/rad的进给量对预制坯进行加载，至变形完成70%后，轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为0.25-2mm/rad的进给量对预制还加载至成形高度方向成形。
[0010]优选地，第三步中对盘端模具的预热温度为350度。
[0011]优选地，第三步中在盘端成形开始前，盘端模具下模先以0.5rad/s的角速度预先转动，然后再将盘轴一体件，放入转动的盘端模具的下模中对盘轴一体件的盘端进行成形。
[0012]本发明对盘轴一体件的盘端成形过程中采用自由锻和轴向闭式辗压成形方法，提高生产效率，在轴向闭式辗压成形方法中采用两种不同的进给量，以确保在盘端成形过程中避免出现金属成形不均匀，金属流线紊乱及金属组织差的现象出现，可有效提高工件的性能。
【附图说明】
[0013]图1为40Cr钢盘轴一体件结构示意图。
【具体实施方式】
[0014]—种40Cr钢大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，所述的成形方法如下步骤: 第一步:根据图1盘轴一体件的外形对盘端模具的上、下模具进行设计，选取1/2盘端上表面作为轮廓，铅垂线6°作为自转轴对上模进行设计，分模面选在盘件上表面，模具材料选择5CrNiMo，顶出孔的位置为下模具下端中心处，大小为Φ 400mm，盘端模具下模的拔模斜度选择为0.5°，上、下模具合模后的间隙为0.3mm，采用盘轴一体件的轴端作为定位台，通过有限元软件Simulfact对轴向闭式辗压过程进行数值模拟分析，确定盘轴一体件毛坯的尺寸为Φ 150X2000mm，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。
[0015]第二步:将特定材料的棒材按锻件的规格、体积进行造型、设计，按等体积原则，将其下料成一次棒材，棒材的尺寸为Φ 300 X 540mm，再把棒材加热到一定温度1170°C，随炉升温，到温后保温llOmin。将加热后的棒材置于自由锻设备上，控制径向变形程度为50%，使棒材通过自由锻拔长至150 X 2000mm。
[0016]第三步:把探伤后的坯料置于1150°C加热，保温60min，采用天然气喷管对盘端模具进行持续加热，至350°C，采用雾化石墨喷涂盘件模具型腔，盘端模具的上模型腔中喷涂稍少，使得其具有足够的摩擦，盘轴一体件的盘端上表面带动盘端模具的上模绕其中心进行转动；提前启动电机，使得盘端模具的下模具有一定的自转角速度，在5s内，使得盘轴一体件的下模角速度稳定在0.5rad/s，取出坯料，将其置于转动过程中的盘端模具的下模中，初始阶段，提高盘端模具上模的轴向线速度为lmm/s，至盘端模具的上模与盘轴一体件盘端的上表面接触，随后，采用设备输出为2mm/rad的进给量对坯料进行加载，使得盘轴一体件坯料开始阶段迅速变形，盘端成形过程中整体变形程度为坯料高度方向上的50%，当坯料变形完成75%后，采用设备输出为lmm/rad的进给量对坯料加载至高度方向成形，在盘端模具的上模到达下死点后，停止进给，盘端模具的下模提高角速度2rad/s，对盘轴一体件的盘端上表面修平，使得周向、径向的金属均匀快速流动，自转持续2-3s，停止转动，取出盘轴一体件坯料，完成成形过程。
[0017]第四步:对成形后的毛坯进行切边，热处理选择调制处理，获得最终的盘轴一体件，如图1所示。
【主权项】
1.一种大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，根据盘轴一体件盘端的不同制作相应的盘端模具； 第二步，按等体积原则下料，并将坯料整体加热至锻造温度后，在自由锻设备上对坯料进行自由锻至径向变形程度至40-60% ; 第三步，对坯料的盘端进行局部加热后，将坯料置于轴向闭式辗压成形设备上的盘端模具中辗压成形，至盘端高度方向整体变形程度的30-70%，当变形完成75%后，降低设备的进给量，至盘端高度方向成形； 第四步，对成形后的坯料进行切边，热处理，机加工，获得最终的盘轴一体件。2.如权利要求1所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第一步中采用有限元软件对盘轴一体件盘端成形过程进行有限元数值分析，确定对应盘轴一体件盘端的高径比、形状，根据所得出的数据对盘端模具型腔进行加工。3.如权利要求2所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第三步中对预热后的盘端模具的模腔喷涂雾化水基石墨。4.如权利要求3所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第三步中盘轴一体件盘端高度方向成形后，盘端模具的上模停止进给，增大盘端模具下模的角速度，对环件上表面修平。5.如权利要求4所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第三步中盘轴一体件的盘端成形过程中盘端模具的下模角速度为0.5-2rad/s，预制坯高度方向成形后的角速度增大至2-3rad/s。6.如权利要求5所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，在第三步中轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为2-4mm/rad的进给量对预制坯进行加载，至变形完成70%后，轴向闭式辗压成形设备采用设备输出为0.25-2mm/rad的进给量对预制坯加载至成形高度方向成形。7.如权利要求6所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，第三步中对盘端模具的预热温度为350度。8.如权利要求7所述大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，其特征在于，第三步中在盘端成形开始前，盘端模具下模先以0.5rad/s的角速度预先转动，然后再将盘轴一体件，放入转动的盘端模具的下模中对盘轴一体件的盘端进行成形。
【专利摘要】本发明大型盘轴一体件局部连续加载成形方法涉及机械加工成形领域，具体涉及大型盘轴一体件局部连续加载成形方法，根据盘轴一体件盘端的不同制作相应的盘端模具；按等体积原则下料，并在自由锻设备上对坯料进行自由锻至径向变形程度至40-60%；将坯料置于轴向闭式辗压成形设备上的盘端模具中辗压成形，后降低设备的进给量，至盘端高度方向成形；对成形后的坯料进行处理获得最终的盘轴一体件。本发明对盘轴一体件的盘端成形过程中采用自由锻和轴向闭式辗压成形方法，提高生产效率，在轴向闭式辗压成形方法中采用两种不同的进给量，以确保在盘端成形过程中避免出现金属成形不均匀，金属流线紊乱及金属组织差的现象出现，可有效提高工件的性能。
【IPC分类】B21K1/12
【公开号】CN105328109
【申请号】CN201510720877
【发明人】刘 东, 郑勇, 任柳吉, 张润强, 倪明
【申请人】西安东耘新金属材料有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月30日