大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工成形領(lǐng)域，具體涉及大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)需求的不斷挺高，其關(guān)鍵零件越來越多的采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。盤軸一體件多采用分次成型，其中其盤形端采用成形技術(shù)主要有自由鍛、液壓機(jī)模鍛、錘上模鍛和螺旋壓力機(jī)模鍛等，軸端一般采用自由鍛造或擠壓工藝進(jìn)行成型。對于較小的盤軸一體件一般采用擠壓方式進(jìn)行成型。以上成形手段效率低、精度低，生產(chǎn)極其復(fù)雜，尤其不能達(dá)到大尺寸盤軸一體件的生產(chǎn)要求。并且其使用材料也向難變形高強(qiáng)高韌高比強(qiáng)度的方向發(fā)展，其加工工藝技術(shù)及設(shè)備的提升是必然趨勢。而在局部連續(xù)加載省力成形領(lǐng)域，主要指的軸向閉式輾壓的成形過程中，對于小尺寸盤軸一體件的軸向閉式輾壓過程中的成形過程中，可直接輾壓，一次成形，但對于大型盤周一體件輾壓成形時(shí)，會(huì)造成大型盤件的金屬填充不完整或者是金屬填充時(shí)存在一定的缺陷。軸向閉式輾壓過程中的，一般整個(gè)過程采取線性方式進(jìn)給，但針對于大尺寸盤件，此類進(jìn)給方式使得溫度驟降出現(xiàn)金屬成形不均勻、金屬流線紊亂及金相組織極差的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種有效防止金屬成形步均勻，金屬流線紊亂及金相組織差，且載荷低的大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法。
[0004]本發(fā)明大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，包括以下步驟:
第一步，根據(jù)盤軸一體件盤端的不同制作相應(yīng)的盤端模具；
第二步，按等體積原則下料，并將坯料整體加熱至鍛造溫度后，在自由鍛設(shè)備上對坯料進(jìn)行自由鍛至徑向變形程度至40-60% ;
第三步，對坯料的盤端進(jìn)行局部加熱后，將坯料置于軸向閉式輾壓成形設(shè)備上的盤端模具中輾壓成形，至盤端高度方向整體變形程度的30-70%，當(dāng)變形完成75%后，降低設(shè)備的進(jìn)給量，至盤端高度方向成形；
第四步，對成形后的坯料進(jìn)行切邊，熱處理，機(jī)加工，獲得最終的盤軸一體件。
[0005]優(yōu)選地，在第一步中采用有限元軟件對盤軸一體件盤端成形過程進(jìn)行有限元數(shù)值分析，確定對應(yīng)盤軸一體件盤端的高徑比、形狀，根據(jù)所得出的數(shù)據(jù)對盤端模具型腔進(jìn)行加工。
[0006]優(yōu)選地，在第三步中對預(yù)熱后的盤端模具的模腔噴涂霧化水基石墨。
[0007]優(yōu)選地，在第三步中盤軸一體件盤端高度方向成形后，盤端模具的上模停止進(jìn)給，增大盤端模具下模的角速度，對環(huán)件上表面修平。
[0008]優(yōu)選地，在第三步中盤軸一體件的盤端成形過程中盤端模具的下模角速度為
0.5-2rad/s，預(yù)制還高度方向成形后的角速度增大至2_3rad/s。
[0009]優(yōu)選地，在第三步中軸向閉式輾壓成形設(shè)備采用設(shè)備輸出為2-4mm/rad的進(jìn)給量對預(yù)制坯進(jìn)行加載，至變形完成70%后，軸向閉式輾壓成形設(shè)備采用設(shè)備輸出為0.25-2mm/rad的進(jìn)給量對預(yù)制還加載至成形高度方向成形。
[0010]優(yōu)選地，第三步中對盤端模具的預(yù)熱溫度為350度。
[0011]優(yōu)選地，第三步中在盤端成形開始前，盤端模具下模先以0.5rad/s的角速度預(yù)先轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再將盤軸一體件，放入轉(zhuǎn)動(dòng)的盤端模具的下模中對盤軸一體件的盤端進(jìn)行成形。
[0012]本發(fā)明對盤軸一體件的盤端成形過程中采用自由鍛和軸向閉式輾壓成形方法，提高生產(chǎn)效率，在軸向閉式輾壓成形方法中采用兩種不同的進(jìn)給量，以確保在盤端成形過程中避免出現(xiàn)金屬成形不均勻，金屬流線紊亂及金屬組織差的現(xiàn)象出現(xiàn)，可有效提高工件的性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為40Cr鋼盤軸一體件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]—種40Cr鋼大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，所述的成形方法如下步驟: 第一步:根據(jù)圖1盤軸一體件的外形對盤端模具的上、下模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，選取1/2盤端上表面作為輪廓，鉛垂線6°作為自轉(zhuǎn)軸對上模進(jìn)行設(shè)計(jì)，分模面選在盤件上表面，模具材料選擇5CrNiMo，頂出孔的位置為下模具下端中心處，大小為Φ 400mm，盤端模具下模的拔模斜度選擇為0.5°，上、下模具合模后的間隙為0.3mm，采用盤軸一體件的軸端作為定位臺，通過有限元軟件Simulfact對軸向閉式輾壓過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，確定盤軸一體件毛坯的尺寸為Φ 150X2000mm，根據(jù)所得出的數(shù)據(jù)對盤端模具型腔進(jìn)行加工。
[0015]第二步:將特定材料的棒材按鍛件的規(guī)格、體積進(jìn)行造型、設(shè)計(jì)，按等體積原則，將其下料成一次棒材，棒材的尺寸為Φ 300 X 540mm，再把棒材加熱到一定溫度1170°C，隨爐升溫，到溫后保溫llOmin。將加熱后的棒材置于自由鍛設(shè)備上，控制徑向變形程度為50%，使棒材通過自由鍛拔長至150 X 2000mm。
[0016]第三步:把探傷后的坯料置于1150°C加熱，保溫60min，采用天然氣噴管對盤端模具進(jìn)行持續(xù)加熱，至350°C，采用霧化石墨噴涂盤件模具型腔，盤端模具的上模型腔中噴涂稍少，使得其具有足夠的摩擦，盤軸一體件的盤端上表面帶動(dòng)盤端模具的上模繞其中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；提前啟動(dòng)電機(jī)，使得盤端模具的下模具有一定的自轉(zhuǎn)角速度，在5s內(nèi)，使得盤軸一體件的下模角速度穩(wěn)定在0.5rad/s，取出坯料，將其置于轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的盤端模具的下模中，初始階段，提高盤端模具上模的軸向線速度為lmm/s，至盤端模具的上模與盤軸一體件盤端的上表面接觸，隨后，采用設(shè)備輸出為2mm/rad的進(jìn)給量對坯料進(jìn)行加載，使得盤軸一體件坯料開始階段迅速變形，盤端成形過程中整體變形程度為坯料高度方向上的50%，當(dāng)坯料變形完成75%后，采用設(shè)備輸出為lmm/rad的進(jìn)給量對坯料加載至高度方向成形，在盤端模具的上模到達(dá)下死點(diǎn)后，停止進(jìn)給，盤端模具的下模提高角速度2rad/s，對盤軸一體件的盤端上表面修平，使得周向、徑向的金屬均勻快速流動(dòng)，自轉(zhuǎn)持續(xù)2-3s，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，取出盤軸一體件坯料，完成成形過程。
[0017]第四步:對成形后的毛坯進(jìn)行切邊，熱處理選擇調(diào)制處理，獲得最終的盤軸一體件，如圖1所示。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，根據(jù)盤軸一體件盤端的不同制作相應(yīng)的盤端模具； 第二步，按等體積原則下料，并將坯料整體加熱至鍛造溫度后，在自由鍛設(shè)備上對坯料進(jìn)行自由鍛至徑向變形程度至40-60% ; 第三步，對坯料的盤端進(jìn)行局部加熱后，將坯料置于軸向閉式輾壓成形設(shè)備上的盤端模具中輾壓成形，至盤端高度方向整體變形程度的30-70%，當(dāng)變形完成75%后，降低設(shè)備的進(jìn)給量，至盤端高度方向成形； 第四步，對成形后的坯料進(jìn)行切邊，熱處理，機(jī)加工，獲得最終的盤軸一體件。2.如權(quán)利要求1所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，在第一步中采用有限元軟件對盤軸一體件盤端成形過程進(jìn)行有限元數(shù)值分析，確定對應(yīng)盤軸一體件盤端的高徑比、形狀，根據(jù)所得出的數(shù)據(jù)對盤端模具型腔進(jìn)行加工。3.如權(quán)利要求2所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，在第三步中對預(yù)熱后的盤端模具的模腔噴涂霧化水基石墨。4.如權(quán)利要求3所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，在第三步中盤軸一體件盤端高度方向成形后，盤端模具的上模停止進(jìn)給，增大盤端模具下模的角速度，對環(huán)件上表面修平。5.如權(quán)利要求4所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，在第三步中盤軸一體件的盤端成形過程中盤端模具的下模角速度為0.5-2rad/s，預(yù)制坯高度方向成形后的角速度增大至2-3rad/s。6.如權(quán)利要求5所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，在第三步中軸向閉式輾壓成形設(shè)備采用設(shè)備輸出為2-4mm/rad的進(jìn)給量對預(yù)制坯進(jìn)行加載，至變形完成70%后，軸向閉式輾壓成形設(shè)備采用設(shè)備輸出為0.25-2mm/rad的進(jìn)給量對預(yù)制坯加載至成形高度方向成形。7.如權(quán)利要求6所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，第三步中對盤端模具的預(yù)熱溫度為350度。8.如權(quán)利要求7所述大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，其特征在于，第三步中在盤端成形開始前，盤端模具下模先以0.5rad/s的角速度預(yù)先轉(zhuǎn)動(dòng)，然后再將盤軸一體件，放入轉(zhuǎn)動(dòng)的盤端模具的下模中對盤軸一體件的盤端進(jìn)行成形。
【專利摘要】本發(fā)明大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法涉及機(jī)械加工成形領(lǐng)域，具體涉及大型盤軸一體件局部連續(xù)加載成形方法，根據(jù)盤軸一體件盤端的不同制作相應(yīng)的盤端模具；按等體積原則下料，并在自由鍛設(shè)備上對坯料進(jìn)行自由鍛至徑向變形程度至40-60%；將坯料置于軸向閉式輾壓成形設(shè)備上的盤端模具中輾壓成形，后降低設(shè)備的進(jìn)給量，至盤端高度方向成形；對成形后的坯料進(jìn)行處理獲得最終的盤軸一體件。本發(fā)明對盤軸一體件的盤端成形過程中采用自由鍛和軸向閉式輾壓成形方法，提高生產(chǎn)效率，在軸向閉式輾壓成形方法中采用兩種不同的進(jìn)給量，以確保在盤端成形過程中避免出現(xiàn)金屬成形不均勻，金屬流線紊亂及金屬組織差的現(xiàn)象出現(xiàn)，可有效提高工件的性能。
【IPC分類】B21K1/12
【公開號】CN105328109
【申請?zhí)枴緾N201510720877
【發(fā)明人】劉 東, 鄭勇, 任柳吉, 張潤強(qiáng), 倪明
【申請人】西安東耘新金屬材料有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月30日