[发明专利]超大高径比钢坯镦粗工艺及装备

说明书

技术领域

本发明涉及一种超大高径比钢坯镦粗的工艺及装备，用于实现超大高径比钢坯的镫粗，属于钢坯塑性加工技术领域。

背景技术

镦粗是指用压力使钢坯长度减小而直径(或横向尺寸)增大的工艺，用来改善钢坯锻件的组织结构，提高钢坯锻件的力学性能。镦粗时钢坯高度减少，横截面积增大，当钢坯的高度和直径比（高径比）超过一定值，镦粗时容易失稳和弯曲，弯曲了的钢坯继续镦粗会产生折叠。因此，镦粗时除需控制每次的压缩量外，为防止镦粗产生纵向弯曲，还应控制钢坯的高度与横向尺寸的比值，即高径比，圆柱型钢坯的高径比一般不应超过2.5~3。

高品质的工模具钢等合金钢多采用电渣重熔方式生产。大型电渣锭采用固定结晶器，生产的钢坯能满足正常锻比要求，但由于钢坯直径大，芯部冷却速度不够，导致结晶组织粗大，成分均匀性差。为了使钢坯冷却好，结晶组织细，成分偏析小，也有许多电渣重熔生产采用直径相对小的结晶器，生产的钢坯直径小、高度高。这些高径比超过正常镦粗范围的钢坯，如能镦粗到常规电渣锭的规格尺寸，则其内部成分偏析及疏松的冶金缺陷将显著优于常规电渣锭钢坯产品，生产出来的锻件产品品质更好。

目前，在模锻以及冷镦生产中，当钢坯的高径比超过正常范围时，一般采用聚料方式进行制坯，但模锻以及冷镦生产钢坯很小，采用简单的锥形模具即能完成工作。自由锻的镦粗工步中钢坯吨位大，无法用简单方式实现大高径比钢坯的镦粗。因此设计出超大高径比钢坯的镦粗工艺是提升合金钢锻件品质的重要途径。同时超大高径比钢坯的镦粗工艺可用于大截面的连铸钢坯的镦粗，极大地扩展连铸钢坯在锻造行业的应用范围，实现使用钢厂连铸坯取代模铸锭用于锻件生产，使得锻件的成材率和内部质量大幅提高，并能降低成本，引起锻造行业的变革。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大高径比钢坯镦粗的工艺及装备，解决超大高径比的钢坯镦粗工艺及装备的问题，实现了钢坯在超大高径比状态下的镦粗。

本发明通过以下技术方案实施：一种超大高径比钢坯镦粗的装备，它由夹具、动力装置和钢坯组成，其特征在于：所述钢坯为超大高径比钢坯，夹具包含有：胎模、模套，动力装置包含：固定砧、压力砧；所述胎模设置成两半，两半胎模合并沿表面包覆并夹持钢坯；所述模套设计成开闭式，模套打开时可让夹持钢坯的胎模进出模套内腔，模套闭合时：一工步镦粗过程模套内壁限定并夹持胎模的外表面，二工步镦粗过程模套内壁夹持一工步钢坯镦粗的部分；所述胎模可沿模套内壁滑动；所述固定砧设置在钢坯的一端，限定并挤压钢坯，所述压力砧设置在钢坯的另一端，所述压力砧的压力端面挤压钢坯；压力砧压力端的端面形状与模套的内腔截面形状相同，所述端面的面积小于所述截面的面积；超大高径比的钢坯被胎模分隔的每段高径比小于3；

所述胎模和模套的数量根据钢坯的高径比设定，可以为一个，可以为两个，也可以为多个；

所述胎模内腔的一端或两端为喇叭口状，且大口朝外；

进一步地，所述固定砧与钢坯之间设置垫块。

一种超大高径比钢坯镦粗的工艺，首先进行一工步镦粗：采用胎模分段并夹持钢坯，夹持钢坯的胎模置于模套内腔中，模套内壁限定胎模的外表面，模套一端设置的压力砧对钢坯一端进行挤压，另一端设置的固定砧受到挤压反作用于钢坯的另一端，使钢坯充满胎模以外的模套内腔，完成被胎模所分隔段钢坯的同步镦粗，胎模随钢坯的压缩沿模套内壁滑动；再进行二工步镦粗：经过一工步镦粗的钢坯回到加热炉加热后直接放入模套中，模套内壁夹持一工步钢坯已镦粗的部分，设置在钢坯两端的砧对一工步镦粗过程中胎模所在位置的钢坯进行镦粗，使一工步已镦粗的部分随钢坯的压缩沿模套内壁滑动，直至钢坯充满两砧之间的模套内腔，从而完成超大高径比钢坯的镦粗工艺，上述工艺具体步骤如下：

（1）按照正常镦粗长径比要求和钢坯的实际长度，设置胎模和模套的长度以及数量；

（2）将加热到一定温度的钢坯用胎模分段夹持后置于模套内腔中；

（3）模套一端设置固定砧、另一端设置压力砧，压力砧对钢坯一端进行挤压，另一端的固定砧受到挤压反作用于钢坯的另一端，完成被胎模所分隔段的钢坯同步镦粗，使钢坯充满胎模以外的模套内腔，胎模在钢坯镦粗的过程中跟随钢坯的压缩沿模套内壁滑动；

（4）打开模套，取出胎模，钢坯回炉加热；

（5）将回炉加热后的钢坯置于模套中，模套内壁直接夹持并支承钢坯经步骤3镦粗的部分；

（6）设置在钢坯两端的砧对一工步胎模所在位置的钢坯进行镦粗，使钢坯充满两砧之间的模套内腔。