一种高筒锻件成形方法与流程

本发明属于锻造技术领域，涉及一种高筒锻件的成形方法。

背景技术：

高筒形锻件是发动机上的零件之一，受锻造工艺限制，高筒形锻件成形难度较大，整体锻造往往肥头大耳，若被设计为两截分体锻造，锻后加工过程焊接而成，则加工费大且影响生产周期。如何解决这一问题？特别是变形抗力大的高温合金，我们曾尝试采用芯轴拔长的方法解决这一问题，但是效果不理想。看来，需要寻求其它方法来解决这一问题。

技术实现要素：

本发明的目的是：提出一种锻造成形方法，生产出高筒形锻件。该方法包括以下步骤：

本发明的技术方案是：一种高筒锻件成形方法，包括以下步骤：采用与锻件高度相等的棒料，棒料中心加工轴向通孔，采用一对或多对专用型芯在锻造机上胀孔，然后用自制活动直芯辊立式环轧，最后采用环轧机配置的固定芯辊立式环轧成形。具体过程为：锻造用棒材→锯切倍尺棒料→制作空心坯料→胀孔→预环轧→环轧。

制作空心坯料的步骤为：采用钻孔和镗孔方式，在倍尺棒料轴向中心加工φ90mm～φ120mm的通孔，再将所有棱角倒至r15～r30，制成空心坯料。

胀孔过程如下：(1)制作专用型芯：专用型芯锥度10°～15°，材料为h13，小端直径比空心坯料孔直径大5～8mm，硬度hrc＝45～55，专用型芯高度与高筒锻件高度相等，两个专用型芯为一对，每对专用型芯尺寸相同；(2)胀孔：胀孔前将空心坯料加热到锻造温度，按预定时间进行保温；将第一专用型芯的小端对准空心坯料的中心孔，下压第一专用型芯至约4/5高度没入空心坯料；翻转空心坯料，将空心坯料连同第一专用型芯置于一个漏盘上，将第二专用型芯的小端对准空心坯料的中心孔，下压至第二专用型芯全部没入空心坯料；这时，第一专用型芯漏至下面的漏盘内，可以移除；再翻转空心坯料，用小冲头对准上述第二专用型芯顶端中心下压，直至第二专用型芯漏出，若第二专用型芯不能漏出，则再叠加1个小冲头下压直至第二专用型芯漏出。专用型芯有效部位为锥台体，大端延长部位有一段加持部，加持部中间有一圈凹槽，便于操作使用。

预环轧和环轧的过程如下：(1)制作活动直芯辊：活动直芯辊直径比空心坯料的孔直径大5mm左右，长度与环轧机的芯辊接近，硬度hrc＝45～55；(2)预环轧：当胀孔后环坯孔径不足够大，套不到立式环轧机芯辊上时，或者环轧机芯辊强度不能承担坯料重量时，需要把环轧机芯辊拆除，采用活动直芯辊进行环轧；环轧前活动直芯辊应预热至250℃～350℃、保温1.5～2.5小时，出炉后涂抹乳状保温材料后再使用；环坯加热到锻造温度并按预定时间保温后出炉，将活动直芯辊穿过环坯中心，再将环坯与活动直芯辊一起放置于立式环轧机芯辊位置进行锻造环轧；(3)环轧：将环坯加热到锻造温度并保温，出炉后放置于立式环轧机上进行锻造环轧；多火次环轧，火次间及时排伤。

若需要胀较大的孔，则将专用型芯设为多对形状相似的小、中、大型芯，小端直径依次增加15mm；每对专用型芯的高度均与高筒锻件高度相等。

所述活动直芯辊为多个，直径依次增加10mm；材料为h13或5crnimo或其它模具钢材料。

第一次胀孔完成后，坯料加热至锻造温度保温预定时间后再进行第二次胀孔，第二次胀孔专用型芯的直径比第一次胀孔专用型芯大15mm，依次类推进行多次胀孔；每次胀孔前，专用型芯预热250℃～350℃温度、保温1～2小时，专用型芯出炉后涂刷水基石墨润滑剂再使用。

所述高筒锻件，高度大于520mm，壁厚40～100mm，外径与高度尺寸相差不大于15％；锻件材料可以是铝合金、镁合金、钛合金、以及高温合金。

本发明有益效果是：采用本设计流程锻造，可以生产出高度大于520mm，壁厚40～100mm，外径与高度尺寸相差不大于15％的高筒锻件。锻件材料可以是铝合金、镁合金、钛合金、以及高温合金等。避免了采用传统镦饼→冲孔→芯轴拔长→环轧工艺生产时，芯轴拔长工序造成的尺寸偏差、喇叭口、端面不平整等成形疑难问题，提高了高筒形锻件，特别是高温难变形合金锻件生产合格率。

附图说明

图1为本发明胀孔专用型芯示意图；

图2为本发明胀孔专用型芯夹持部示意图。

具体实施方式

如图1所示，(1)设计工艺流程：锻造用棒材→锯切倍尺棒料→制作空心坯料→胀孔→预环轧→环轧。

(2)：设计空心坯料：采用钻孔和镗孔方法，在倍尺棒料轴中心加工φ90mm～φ120mm的通孔，坯料所有棱角倒至r15～r30。

(3)：设计专用型芯：型芯锥度10°～15°，材料为h13，小端直径比空心坯料孔直径大5～8mm，硬度hrc＝45～55。一对两个，尺寸相同，形状如图1、图2所示。

(4)设计活动直芯辊：芯辊直径比步骤(2)空心坯料的孔直径大5mm左右，材料为h13，长度与环轧机的芯辊接近，硬度hrc＝45～55。

(5)胀孔：胀孔前空心坯料加热到锻造温度，保温预定时间。将图1型芯的小端对准坯料的中心孔，下压型芯至约4/5高度没入坯料；翻转坯料，将坯料连同型芯置于一个漏盘上，将图1另一个型芯的小端对准坯料的中心孔，下压至型芯全部没入坯料。这时，第一个型芯漏至盘内，可以移除。再翻转坯料，用一个普通小冲头对准上述第二个型芯顶端中心下压，直至第二个小型芯漏出，若小型芯不能漏出，再叠加1个普通小冲下压直至型芯漏出。

(6)预环轧：胀孔后环坯孔径不足够大，套不到立式环轧机芯辊上时，或者环轧机芯辊强度不能承担坯料重量时，需要把环轧机芯辊拆除，采用活动直芯辊进行环轧。环轧前活动直芯辊应预热至250℃～350℃、保温1.5～2.5小时，出炉后涂抹乳状保温材料后再使用。环坯加热到锻造温度，保温预定时间出炉后，将活动直芯辊穿过环坯中心，再将环坯与活动直芯辊一起放置于立式环轧机芯辊位置进行锻造环轧。

(7)环轧：预轧后的环坯加热到锻造温度，保温预定时间出炉，放置于立式环轧机上进行锻造环轧。可多火次环轧，火次间应及时排伤。

(8)若需要胀较大的孔，专用型芯可以设计为多对与图1形状相似的小、中、大型芯，小端直径依次增加约15mm。型芯高度均与高筒高度相等。活动直芯辊设计为多个，材料为h13或5crnimo或其它模具钢材料，直径依次增加10mm。

(9)所述胀孔、预环轧、环轧均可多火次完成。

技术特征：

1.一种高筒锻件成形方法，其特征在于：包括以下步骤：采用与锻件高度相等的倍尺棒料，倍尺棒料中心加工轴向通孔，采用一对或多对专用型芯在锻造机上胀孔，然后用自制活动直芯辊立式环轧，最后采用环轧机配置的固定芯辊立式环轧成形。

2.根据权利要求1所述的高筒锻件成形方法，其特征在于，具体过程为：锻造用棒材→锯切倍尺棒料→制作空心坯料→胀孔→预环轧→环轧。

3.根据权利要求2所述高筒锻件成形方法，其特征在于，制作空心坯料的步骤为：采用钻孔和镗孔方式，在倍尺棒料轴向中心加工φ90mm～φ120mm的通孔，再将所有棱角倒至r15～r30，制成空心坯料。

4.根据权利要求2所述高筒锻件成形方法，其特征在于，胀孔过程如下：(1)制作专用型芯：专用型芯锥度10°～15°，材料为h13，小端直径比空心坯料孔直径大5～8mm，硬度hrc＝45～55，专用型芯高度与高筒锻件高度相等，两个专用型芯为一对，每对专用型芯尺寸相同；(2)胀孔：胀孔前将空心坯料加热到锻造温度，按预定时间保温；将第一专用型芯的小端对准空心坯料的中心孔，下压第一专用型芯至约4/5高度没入空心坯料；翻转空心坯料，将空心坯料连同第一专用型芯置于一个漏盘上，将第二专用型芯的小端对准空心坯料的中心孔，下压至第二专用型芯全部没入空心坯料；这时，第一专用型芯漏至下面漏盘内，可以移除；再翻转空心坯料，用小冲头对准上述第二专用型芯小端中心下压，直至第二专用型芯漏出，若第二专用型芯不能漏出，则再叠加1个小冲头下压直至第二专用型芯漏出。

5.根据根据权利要求4所述高筒锻件成形方法，其特征在于，专用型芯有效部位为锥台体，大端延长部位有一段加持部，加持部中间有一圈凹槽，便于操作使用，除小端为尖棱外，其余棱角均倒钝r5～r10。

6.根据根据权利要求2所述高筒锻件成形方法，其特征在于，预环轧和环轧的过程如下：(1)制作活动直芯辊：活动直芯辊直径比空心坯料的孔直径大5mm左右，长度与环轧机的芯辊接近，硬度hrc＝45～55；(2)预环轧：当胀孔后环坯孔径不足够大，套不到立式环轧机芯辊上时，或者环轧机芯辊强度不能承担坯料重量时，需要把环轧机芯辊拆除，采用活动直芯辊进行环轧；环轧前活动直芯辊预热250℃～350℃、保温1.5～2.5小时，出炉后涂抹乳状保温材料后再使用；环坯加热到锻造温度并按预定时间保温后出炉，将活动直芯辊穿过环坯中心，再将环坯与活动直芯辊一起放置于立式环轧机芯辊位置进行锻造环轧；(3)环轧：将环坯加热到锻造温度并按预定时间保温，出炉后放置于立式环轧机上进行锻造环轧；多火次环轧，火次间及时排伤。

7.根据权利要求4的高筒锻件成形方法，其特征在于：若需要胀较大的孔，则将专用型芯设为多对形状相似的小、中、大型芯，小端直径依次增加15mm；每对专用型芯的高度均与高筒锻件高度相等。

8.根据权利要求6的高筒锻件成形方法，其特征在于：所述活动直芯辊为多个，直径依次增加10mm；材料为h13或5crnimo或其它模具钢材料。

9.根据权利要求4的高筒锻件成形方法，其特征在于：第一次胀孔完成后，坯料加热至锻造温度保温预定时间后再进行第二次胀孔，第二次胀孔专用型芯的直径比第一次胀孔的专用型芯大15mm，依次类推进行多次胀孔；每次胀孔前，专用型芯预热250℃～350℃温度、保温1～2小时，专用型芯出炉后涂刷水基石墨润滑剂再使用。

10.根据权利要求1的高筒锻件成形方法，其特征在于：所述高筒锻件，高度大于520mm，壁厚40～100mm，外径与高度尺寸相差不大于15％；锻件材料可以是铝合金、镁合金、钛合金、以及高温合金。

技术总结
本发明涉及一种高筒锻件成形方法，属于锻造技术领域，涉及大型高筒锻件锻造成形。其工艺为：采用与锻件高度相等的倍尺棒材，倍尺棒材中心加工轴向通孔，采用一对或多对专用型芯在锻造机上胀孔，然后用自制活动直芯辊立式环轧，最后采用环轧机配置的固定芯辊立式环轧成形。采用该方法锻造能获得尺寸形状合格的大型高筒环轧锻件，适用于制造航空航天发动机的燃烧室、安装边、楔环等锻件。

技术研发人员：程敢;邹斌;王学才
受保护的技术使用者：陕西宏远航空锻造有限责任公司
技术研发日：2020.07.01
技术公布日：2020.10.13