[发明专利]一种异形端面外圆带凸台的厚壁空心锻件整体成形方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造技术领域，主要是关于带有异形端面、同时在外圆有凸台的厚壁空心锻件的整体近终成形锻造方法。

背景技术

生产中将两端带有空间曲面，且外圆带有凸台的厚壁空心锻件，往往按最大轮廓在两端面和外圆增加工艺余块后将其作为厚壁筒体锻件进行锻造。厚壁筒体锻件在传统的自由锻造生产中一般采用的工艺路线是：镦粗、冲孔、芯棒拔长（马杠扩孔）。由于锻件的壁厚和长度尺寸大幅增加，对锻造操作和锻件质量的影响很大，尤其是壁厚的增加对于锻件机械性能影响最大。由于壁厚的大幅增加，锻件的锻透性差，同时端部在芯棒拔长过程中拉应力的提高使得端面开裂倾向增大，这对于使用性能和安全等级要求高的Ⅲ类压力容器锻件，是很难满足UT探伤、T/4取样性能以及冲击性能要求，在生产中返修率和报废率都很高(一次合格率仅为60%左右)。为彻底改变这种高消耗，低产出的状况，急需开发用于带有异形端面、同时在外圆有凸台的厚壁空心锻件的整体近终成形锻造工艺技术。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种异形端面外圆带凸台的厚壁空心锻件整体成形方法。利用空心锻坯，在成形模具中采用逐步渐次模锻成形的工艺方法，以小成形力模锻出外形饱满，应力、应变状态分布良好、内部质量优异的复杂结构厚壁空心锻件。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种异形端面外圆带凸台的厚壁空心锻件整体成形方法，包括如下步骤：

1）获取锻件零件图，包含形状和尺寸；

2）根据锻件形状和尺寸，采用模拟模锻过程优化锻坯形状，并结合体积不变原理计算锻坯的尺寸值；

3）根据锻件和锻坯设计组合模，包括上环体、成形模、芯模、异形端面环体、下环体；

4）模锻。

其中，模锻具体包括如下步骤：

①将锻坯在加热炉内加热至材料的始锻温度、保温一定时间后，出炉吊入所述的组合模中；

②组合模置于压力机工作台上，组合模组装关系为：异形端面环体位于最底，外部套设成形模，芯部穿设芯模，异形端面环体之上的成形模与芯模之间部位夹设锻坯，锻坯之上压设上环体；

③用压力机活动横梁对上环体施加压力，直至上环体上端面与成形模及芯模的上端面平齐后停止压下；

④将模具组件和锻件一起起吊，将下环体垫在异形端面环体下面，活动横梁再次压下，观察下环体完全压入成形模后，模锻成形结束，脱模获得成品锻件。

所述锻件可以划分为如下部分：

1）直段台阶部，包含特征尺寸：内径D₃，外径D₂，直段台阶长度L₇；

2）一侧的锥形台阶部，紧接于直段台阶部之后，包含特征尺寸：大端外缘D₁，小端外缘D₂，锥形张角θ₂，锥形台阶长度L₈，锥形小端距离直段台阶部端面L₇；

3）与锥形台阶部同侧的中间直段台阶部，紧接于锥形台阶部之后，包含特征尺寸：最大外缘D₁，长度为：L₀-（L₁+L₈+L₇），其中L₁为马鞍形环带轴向长度；

4）与锥形台阶部和中间直段台阶部相对侧的外圆凸台部，包含特征尺寸：凸台长L₃，凸台宽L₅，凸台外缘距中心线距离L₆，凸台近端距直段台阶部11外端面为L₄。

5）马鞍形环带部，紧接于中间直段台阶部之后，包含特征尺寸：环带外缘D₀，环带外端是以半径为R₀的圆弧构成的马鞍形曲面，环带内侧是以半径为R₁的圆弧构成的马鞍形曲面，两段圆弧的圆心都位于锻件轴线上，环带轴向长度为L₁，环带内侧与中间直段台阶部交线倒圆角；

6）芯部，自直段台阶部开始，先是一段等径段，长度L₂、内径D₃；然后是接续性锥形变径段，变径张角为θ₁；锥形变径延伸至与半径R₀的马鞍形曲面相交为止，其交线位置倒圆角。

对应于所述锻件，锻坯设计的具体方法是：