[发明专利]大型轴类锻件的倾斜锻造法

说明书

技术领域

本发明属于一种大型轴类锻件的倾斜锻造法。

背景技术

大型锻件是指需10MN(1000吨)以上锻造液压机生产的自由锻件，大致相当于5吨以上的轴类锻件和2吨以上的盘类锻件，用来制造重大技术装备的关键零部件，如火电机组的转子、核电机组中的容器部件等。大型轴类锻件的塑性加工成形主要靠拔长来完成。目前拔长有上、下平砧拔长，上、下V型砧拔长，上平砧、下V型砧拔长以及上用平砧下用大平台拔长(又称FM锻造法)来完成。上述几种拔长工艺中，砧子的长度方向与锻件的轴线垂直。用这些方法生产的轴类锻件，成形后所形成的纤维方向基本上平行于轴的中心线，金属流线单一，导致其纵向的力学性能要比横向的力学性能高，存在力学性能的异向性。

目前轴类锻件加工装机后的工况有二种情况：一种情况是轴向受载为主，另一种情况是横向受载为主。前者要求纵向力学性能高；后者要求横向力学性能高；而实际生产的轴类锻件往往满足不了后者的技术要求。为了达到其技术要求，可以从提高冶金质量入手，提高其整体力学性能。另外，还可以通过反复镦粗——拔长，增加变形量(增加锻比)来提高整体力学性能。即使如此，由于缺乏控制轴类锻件的横向力学性能的针对性手段，锻件的横向力学性能还是比纵向力学性能低，而且生产成本高昂。经过检索现有技术发现，刘助柏等人提出了“水平V型锥面砧锻造新工艺”的发明专利(中国专利，申请号97101491.4)，试图改变金属流向和促使变形体内变形均匀，实现轴类锻件的等向锻造和小锻比锻造。但应用该锻造法时，金属流向在三维空间呈紊流分布，不好控制方向，难以分配锻件的各向力学性能。而现有的其他拔长工艺还没有针对性地控制横向力学性能。

发明内容

本发明的目的在于：在大型轴类锻件的拔长操作中，采用一种新型的倾斜布砧方式，控制金属流向，使金属内部流线呈现螺旋状，实现轴类锻件力学性能的方向性控制，可以采用合适的倾斜角度来针对性提高轴类锻件的横向力学性能。

在本发明的实施中，上砧与下砧的长度方向可以平行，也可以交叉，也就是说，上砧的长度方向与锻件的长度方向之间的夹角α，可以与下砧的长度方向与锻件的长度方向之间的夹角α相等，也可以不相等。

在本发明的实施中，上下型砧可以是相同的型砧，也可以是不同的型砧。在采用相同型砧的时候，上下型砧的结构参数可以相同，也可以不同。

在本发明的实施中，上下型砧至少有一个是倾斜布置。

本发明的有益效果

1.缩短加工流程，降低能耗。例如，常见的转子生产工艺是三镦三拔，而采用本工艺可以减少一次镦拔，即可改善转子的横向力学性能；同时由于可以减少火次，进而降低了能耗。

2.改善大型轴类锻件的力学性能分布。在轴类零件的成形过程中，采用本工艺可以围绕锻件的轴线方向形成螺旋状纤维组织，来实现锻件力学性能分布的控制。

3.实现小锻比锻造。采用本工艺可以不通过反复镦粗拔长、增加锻比来提高锻件力学性能，实现小锻比锻造。

附图说明

图1是本发明平砧倾斜锻造法示意图；

图2是本发明平砧倾斜锻造法俯视图；

图3是本发明锥面砧倾斜锻造法俯视图；

图4是本发明锥面砧A-A剖视图。

具体实施方式

这种锻造法的要点是：将普通布砧方式加以改变，进行倾斜布置，使砧子1和砧子3的长度方向与锻件2的轴线交叉成一定角度α，如图1和图2所示，这个角度的取值范围可以是0°～90°。当α＝90°时，该锻造法的布砧方式就成为普通拔长的布砧方式。

在锻造过程中，可以使用两种进给路线。其一，压完一趟以后，旋转90°，再压下一趟；其二，压下一次以后，旋转90°，再压下一次，再旋转90°，再压下一次，以此类推，在锻件2的四个表面上都压下一次以后，再送进。无论使用哪种进给路线，都会像拧麻花一样，在锻件2内部形成螺旋纤维组织。这样的纤维组织纠缠在一起，无论在轴线方向，还是在横向方向，都会产生很强的韧性，提高轴类锻件2的抗冲击能力。

为提高拔长效率，同时控制内部应力状态，可以将普通平砧倾斜锻造法中的上平砧1和下平砧3替换成锥面砧4，如图3所示，或者其他型砧。与上述类似，该锻造法同样可以在在锻件2内部形成螺旋纤维组织。采用锥面砧4的时候，锥面砧4的两个倾斜面夹角β，如图4所示，可以在0°～60°内变动。

对长1045mm、宽300mm、高450mm的方型截面45钢锻件2，在高温炉中加热到1220℃，均温后在1250吨水压机上使用上平砧1和和下平砧3进行拔长锻造，使砧子的长度方向与锻件的长度方向交叉成45°，所选用的上平砧1和和下平砧3长1045mm，宽300mm，高450mm。拔长一趟以后，翻转90°再进行一趟拔长，每次压下量控制在20％左右，再使用120°或135°上、下V形砧滚圆。变形后的锻件2按正常工艺进行热处理。与普通平砧拔长法相比，可以提高横向力学性能5～50％。