[发明专利]一种曲面型砧高效锻造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属塑性加工技术领域，特别是涉及一种曲面型砧高效锻造方法。

背景技术

轧辊、转子等大型轴类锻件是国家重大装备的关键零部件，多采用大型铸钢锭，经“镦粗+拔长”工序将钢锭锻制到接近零件形状，利用压力破碎其铸态组织，细化晶粒、均匀组织，锻合钢锭内部缩孔、气孔和疏松等缺陷。平砧和V型砧是目前拔长锻造方法中使用最为广泛的砧型，出现了上下V型砧、上平砧下V型砧、WHF法、FM法等拔长工艺方法。用上述几种拔长工艺，能够在锻件心部产生不同程度的压实效果，但均缺乏对表层金属变形的控制手段，工件与变形工具(上、下砧)接触处存在难变形区，致使大锻件出现剧烈的不均匀变形。这种不均匀变形是造成大型锻件内部组织性能不均和表层铸造缺陷得不到消除的主要原因，也是导致钢锭利用率和锻造效率低下的重要原因。

发明内容

为了解决现有拔长方法锻造大型锻件时所出现的严重不均匀变形问题，本发明提供一种曲面型砧锻造新工艺，本发明与普通平砧和V型砧锻造工艺相比，采用曲面型砧锻造工艺可用较小的锻造载荷锻合锻件表层和心部孔洞型缺陷，钢锭利用率和锻造效率均能得到明显提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

所述锻造方法使用一种曲面型砧，其工作面由两部分组成：对称于中心线的侧压面1和中间曲线型柱面2，两者间通过圆弧3连接而成。其中，型砧中心柱面轮廓采用圆弧或抛物曲线(图3)；侧压面轮廓采用直线或圆弧(图4)，直线型侧压面夹角α的取值范围为90°～180°。

所述锻造方法使用的曲面型砧(图1、2)，其工作面由两个对称于中心线的侧压面1和中心柱面2通过圆弧3光滑连接而成，其中，曲面型砧的中心柱面2可采用圆弧型中心柱面C₁或抛物线型中心柱面C₂(图3)；侧压面1采用直线型侧压面C₃或圆弧型侧压面C₄，直线型侧压面C₃的夹角α取值范围为90°～180°。

以曲面型砧底面中心为原点建立直角坐标系(图3)，中心柱面2轮廓圆弧型曲线可用式(1)表示：

x²+(y-y₀)²＝r²                        (1)

式中：

y₀-圆弧中心位置在y轴方向的高度；

r-圆弧半径。

中心柱面2轮廓抛物线型曲线可用式(2)表示：

y＝ax²+b                              (2)

式中：

a-控制抛物线的开口度；

b-控制抛物线与y轴截距。

若曲面型砧中心柱面2轮廓为抛物线型C₂(或圆弧型C₁)、侧压面轮廓为直线型C₃：(1)当α＝180°，a＞0，b＜0(或r＞y₀＞0)时，两侧压面1呈一水平面，中心柱面2呈外凸型，曲面型砧成为平面凸砧(图5-a)；(2)当α＝180°，a＜0，b＞0(或-r＜y₀＜0)时，两侧压面1呈一水平面，中心柱面2呈内凹型，砧子成为平面凹砧(图5-b)；(3)当90°＜α＜180°，a＞0，b＞0(或y₀＞r)时，两侧压面1呈内凹V型，中心柱面2呈外凸型，砧子成为直线侧压面曲面型砧(图5-c)。当中心柱面2轮廓为抛物线型C₂(或圆弧型C₁)、侧压面1轮廓为圆弧型C₄时，取a＞0，b＞0(或y₀＞r)，两侧压面1呈内凹“八”字型，中心柱面2呈外凸型，曲面型砧成为圆弧侧压面曲面型砧(图5-d)。

采用该方法锻造时，其上、下砧可采用上述曲面砧型的组合，也可以和普通平砧、普通V型砧及大平台组合使用，通过改变砧型几何尺寸参数和砧宽比、压下量等锻造工艺参数来实现高效控制锻造。

本发明的有益效果是，采用曲面型砧锻造工艺，既能获得很好的心部压实效果，对锻件表层金属变形也能起到很好的控制作用，能消除锻件的砧下难变形区，提高锻件变形均匀性，从而改善锻件组织性能的均匀性，用较小的锻造载荷锻合锻件表层和心部孔洞型缺陷，从而使钢锭利用率和锻造效率得到明显提高。

附图说明