CN116000224A - 一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，包括以下步骤：S1预制坯阶段；坯料进行冲孔，拔长成3个台阶，然后扩孔平整得到锥形筒体坯；S2中间修形开坯阶段；将锥形筒体坯沿径向等分为两个半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得半圆筒体坯；S3将半圆筒体坯置于通用转台上，采用1600上平砧逐次碾压拔长坯料，碾压到工艺厚度，得到该薄壁台阶锻件，本发明适用于薄壁台阶锻件技术领域，不会破坏了锻件沿弧线的锻态织构连续性，同时成型风险低，投入成本小，对提升我国大尺寸异形弧形锻件和重型装备制造实力具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于薄壁台阶锻件技术领域，具体是一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法。
背景技术
薄壁台阶锻件形状类似月牙形，属于超大型装备锻件，是典型的异形弧形锻件，且由于其尺寸极大，自由锻造难度非常高。其弧形中径达8米，宽幅近1.5米，壁厚仅300mm，带有弧长近1米的全截面凸台，整个弧角达180°，探伤及性能要求高，国内鲜有该锻件成功制造的先例。
一般这种弧形锻件尺寸都较小，可用模具成形，或者将弧形锻件沿弧长分段，将多块小弧形锻件焊接组合，这种方法锻造难度小、制造成本低，但丧失了锻件质量优势，即分段焊接破坏了锻件沿弧线的锻态织构连续性；或者采用复杂的模具工装来辅助弧形锻件成形，成形风险高、投入成本大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，包括以下步骤：
S1预制坯阶段；坯料进行冲孔，拔长成3个台阶，然后扩孔平整得到锥形筒体坯；
S2中间修形开坯阶段；将锥形筒体坯沿径向等分为两个半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得半圆筒体坯；
S3将半圆筒体坯置于通用转台上，采用1600上平砧逐次碾压拔长坯料，碾压到工艺厚度，得到该薄壁台阶锻件。
优选的，所述步骤S1中，锥形筒体坯斜角为7°～10°。
优选的，所述步骤S1中，锥形筒体坯上下两圆环长短轴差值不超过50mm；锥形筒体坯上下两圆环轴向投影的圆心距离不超过50mm。
优选的，所述步骤S1中，拔长、扩孔过程中锻坯温度为850℃～1220℃。
优选的，所述步骤S2中，半圆筒体坯圆角半径不小于200mm。
优选的，所述步骤S3中，半圆筒体坯横向截面高度应不超过壁厚的2倍。
优选的，所述步骤S3中，沿弧长逐砧次碾压时，需控制进砧量，并根据凸台位置调整进砧方法及方向。
优选的，所述步骤S3中，对于全截面台阶区域，需控制接砧及压下量。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，通过预制坯阶段锻造出锥面接管筒体坯；在中间修形开坯阶段将筒体等分为两个半圆筒体，并修整圆滑棱角；在终成形阶段，通过对半圆筒坯逐次碾压拔长，促使半圆筒体坯料发生向两侧的径向流变，最终实现弧形锻件的锻造成形；采用常用锻造工装，通过常规成形操作，获得形状尺寸满足要求、整体锻态织构连续的锻件产品；不会破坏了锻件沿弧线的锻态织构连续性，同时成型风险低，投入成本小，对提升我国大尺寸异形弧形锻件和重型装备制造实力具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明的电渣锭尺寸及切底示意图；
图3是本发明的冲孔拔长后的台阶坯示意图；
图4是本发明的锥形筒体坯中间成形开坯尺寸示意图；
图5是本发明的终成形阶段上砧、半圆筒坯和转台相对位置示意图；
图6是本发明的终成形后的锻件示意图。
具体实施方式
以下结合附图1-6，进一步说明本发明一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法的具体实施方式。本发明一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法不限于以下实施例的描述。
实施例1：
本实施例给出一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法的具体实施方式，如图1-6所示，包括以下步骤：
S1预制坯阶段；坯料进行冲孔，拔长成3个台阶，然后扩孔平整得到锥形筒体坯；
S2中间修形开坯阶段；将锥形筒体坯沿径向等分为两个半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得半圆筒体坯；
S3将半圆筒体坯置于通用转台上，采用1600上平砧逐次碾压拔长坯料，碾压到工艺厚度，得到该薄壁台阶锻件。
进一步的，步骤S1中，锥形筒体坯斜角为7°～10°。
进一步的，步骤S1中，锥形筒体坯上下两圆环长短轴差值不超过50mm；锥形筒体坯上下两圆环轴向投影的圆心距离不超过50mm。
进一步的，步骤S1中，拔长、扩孔过程中锻坯温度为850℃～1220℃。
进一步的，步骤S2中，半圆筒体坯圆角半径不小于200mm。
进一步的，步骤S3中，半圆筒体坯横向截面高度应不超过壁厚的2倍。
进一步的，步骤S3中，沿弧长逐砧次碾压时，需控制进砧量，并根据凸台位置调整进砧方法及方向。
进一步的，步骤S3中，对于全截面台阶区域，需控制接砧及压下量。
实施例1：
本实施例给出一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法的具体实施方式，采用万吨压机、拔长扩孔芯棒、转台等通用锻造工装辅具，分工序进行锻造，最终得到所需弧形锻件，步骤如下：
步骤一，芯棒拔长成形出3台阶的台阶坯，经扩孔得到所需的锥形筒体坯料；图2钢锭经2次大变形率整体镦粗拔长的压实操作后，进炉保温1200±20℃24±2h后，出炉镦粗冲孔得到空心锻坯，进炉保温1200±20℃17±2h后，用芯棒拔长得台阶坯；进炉保温1200±20℃15±2h后，用芯棒扩孔得锥形筒体坯；需注意的是，拔长、扩孔过程中需保持锻坯温度始终在850℃～1220℃范围内，扩孔所得锥形筒体坯，下端面外圆～7000mm，上端面外圆～6500mm，单边壁厚～1000mm，高度～1200mm，并具有良好圆度的锥形筒体坯。
步骤二，将锥形筒体坯沿径向气割，等分为两个弧度约180°的半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得终成形需要的半圆筒体坯，如图4所示，圆角半径不小于200mm。
步骤三，终成形阶段；将半圆筒体坯置于加热炉中进行1200±20℃10±2h的保温加热后出炉锻造，将半圆筒体坯置于通用转台，采用1600上平砧，沿着半圆筒体坯弧长逐次碾压拔长，其相对位置如图5所示，操作步骤及镦剥要点如下：
1.第一次全弧长碾压拔长时，每砧压下量100mm，每砧旋转角度15°±3°，同时，为避免锻坯“腰部”折叠的风险，碾压时需将砧子与半圆筒体坯外圆对齐，来回碾压五次后，回炉保温1200±20℃8±2h，此时坯料高度约700mm。
2.第二次碾压拔长，即第五次全弧长碾压拔长时，采用漏砧方式预留全厚度凸台，凸台弧长约1000mm，每砧压下量50mm，每砧旋转角度20°±3°，如图5所示；第六次全弧长碾压拔长时，凸台端面每砧压下量50mm，非凸台区域每砧压下量100mm，每砧旋转角度20°±3°，此时，由于坯料壁厚较大，为保证碾压时发生预设的径向流变，需不断调整砧子的位置，保证砧子与半圆筒体坯外圆对齐，且进砧量不低于壁厚的一半。
3.第三次碾压拔长，即第七次全弧长碾压拔长时，需翻身对另一不含凸台的端面进行碾压；首先将锻坯放置在专用垫板上，垫板含深度约200mm的凹槽，凹槽与凸台契合，碾压拔长方式同第五、第六次全弧长碾压拔长操作。
经过八次全弧长碾压拔长后，弧形锻件凸台区域厚度约500mm，薄壁区域厚度约300mm，中径约8500mm，宽度约1600mm，满足工艺预设要求，至此实现薄壁弧形大锻件的成形。
工作原理：
采用万吨压机及通用工装辅具，如扩孔拔长芯棒、上下砧等，实现整体弧形锻件三步成形。
第一步，预制坯阶段；本阶段需要成型出斜角7°～10°的锥形筒体。坯料经冲孔后，拔长成3个台阶，然后扩孔平整得到锥形筒体(如图4所示)，制坯时有三个关键点：
1.制得的锥形筒体坯需要有较好的圆度及同心度，圆环长短轴差值不超过50mm；锥形筒体坯上下两圆环轴向投影的圆心距离不超过50mm；
2.锥形筒体坯斜度满足工艺要求，即斜角在7°～10°范围内；
3.扩孔成形出的锥形筒体坯，棱边上的圆角需保留。
本阶段钢锭经2次大变形率整体镦粗拔长后，镦粗冲孔后的坯料形状如图3所示，对图3坯料采用芯棒拔长扩孔制备出锥形筒体坯。
第二步，中间修形开坯阶段；将锥形筒体坯沿径向等分为两个弧度约180°的半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得终成形需要的碾压坯料，如图4所示。
第三步，终成形阶段；将半圆筒体坯置于通用转台上，采用1600上平砧逐次碾压拔长坯料，促使半圆筒体坯两端坯料发生向两侧的径向流变，如图5所示；需说明的是，由于半圆筒体坯弧度和目标锻件弧度相近，碾压成形主要目的在于促进径向流变，尤其是由于坯料截面呈四面棱形存在，相对于规则的方形截面，最内侧最小半径会进一步促进内侧流变的发生，最外侧最大半径会促进外侧径向流变的发生，即会有“剪切流变”效应，而不仅仅是方形截面拔长时两侧的“胀出效应”。因此，终成形阶段有两个关键点：
1.半圆筒体坯，横向截面高度h应不超过壁厚t的2倍；
2.沿弧长逐砧次碾压时，需控制进砧量，并根据凸台位置及时调整进砧方法及方向，从而保证成形效果、实现所需的锻造流变，规避碾压时锻坯“腰部”折叠的风险；尤其需注意的是，对于全截面台阶区域，需严格控制接砧及压下量，避免局部流变过大走形。
终成形阶段碾压到工艺厚度后，坯料的弧度、截面尺寸均满足弧形锻件的要求，至此实现弧形锻件的成形(图6所示)。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1预制坯阶段；坯料进行冲孔，拔长成3个台阶，然后扩孔平整得到锥形筒体坯；
S2中间修形开坯阶段；将锥形筒体坯沿径向等分为两个半圆筒体，并检查最小内径、最大外径处棱角，清理倒圆圆角小于R200mm的棱角，获得半圆筒体坯；
S3将半圆筒体坯置于通用转台上，采用1600上平砧逐次碾压拔长坯料，碾压到工艺厚度，得到该薄壁台阶锻件。
2.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S1中，锥形筒体坯斜角为7°～10°。
3.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S1中，锥形筒体坯上下两圆环长短轴差值不超过50mm；锥形筒体坯上下两圆环轴向投影的圆心距离不超过50mm。
4.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S1中，拔长、扩孔过程中锻坯温度为850℃～1220℃。
5.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S2中，半圆筒体坯圆角半径不小于200mm。
6.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S3中，半圆筒体坯横向截面高度应不超过壁厚的2倍。
7.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S3中，沿弧长逐砧次碾压时，需控制进砧量，并根据凸台位置调整进砧方法及方向。
8.如权利要求1所述的一种超大直径大弧角薄壁台阶锻件锻造成形方法，其特征在于，所述步骤S3中，对于全截面台阶区域，需控制接砧及压下量。
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