CN102497688B - 盘型件双面辗压成形感应加热技术 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于盘型件双面辗压成形中的盘型件的感应加热技术。这项技术包括常规的感应加热电源、控温仪、水冷机和专门设计的感应圈，以及加热过程的控制方法。与现有的箱式炉加热方式相比，它具有无变形加热时间短、避免了盘件材料晶粒长大，热损耗少、操作方便。另外，由于辗压头不在感应圈内，其温度远低于变形盘件的温度，降低了对辗压头材料高温强度的要求，降低了辗压头的材料和加工成本，使得某些难变形高温合金盘件的等温辗压成形成为可能。

Description

盘型件双面辗压成形感应加热技术

技术领域

本发明涉及一种盘型件双面辗压成形中的盘型件的加热技术。

背景技术

现有的盘型件双面辗压成形使用箱式炉加热待成形的盘型零件，如图1所示。在这种加热方式中，辗压头和盘件的转动主轴都在炉子中与盘型件同时加热。虽然这种加热方式可以实现等温辗压成形，但是4个辗压头和主轴两端都在炉外并进行水冷，会带走很多热量，既浪费了能源又加大了水冷设计的难度；另一方面，辗压头与盘件处于同一个加热炉内，要通过辗压头辗压盘件使之发生塑性变形，必须要求辗压头材料的高温强度比盘件材料的高温强度高很多，这样当盘件材料为难变形高温合金时，就很难找到合适的辗压头材料了，因此使用现有的加热方式很难实现难变形材料高温合金盘型件的辗压成形。第三，对于大型盘坯，箱式炉加热时间较长，对某些材料可能引起晶粒长大。

发明内容

本发明为一种用于盘型件双面辗压成形中的盘型件感应加热技术。

本发明采用的感应加热技术所包括的硬件设备为：感应加热电源、加热盘件的专用感应圈、用于升温速度和保温控制的温度控制仪、用于电源和感应圈冷却的水冷机。感应加热的电流频率可以是高频、中频或低频，这主要取决于成形盘件坯料电阻率和厚度。选取的频率范围近似为：（10⁶×电阻率÷厚度²）的3倍到6倍之间，其中电阻率单位为Ω/m, 厚度单位为m，频率单位为HZ.。例如厚度小于40mm的盘坯，用高频感应加热，当盘坯厚度在40-100mm时要采用中频感应加热，更厚的坯料需要使用工频感应加热。感应加热电源功率与材料种类和盘件大小有关，估算方法为：（坯料重量×加热温度×比热）÷总效率，钢的高温效率在0.6-0.8，铝合金加热的效率为0.5左右。水冷机的技术参数由电源功率和效率决定。设感应圈、变频器和电容生热等于总功率的50%，7.5%和1.5%，进出水口温差为20℃，水的比热=4.2kj/kg/℃, 安全系数=1.15，则要求冷却水流量约为w=0.03×电源总功率，这里功率单位为KW, 流量单位为m³/小时。提高进出口水的温差可以降低水流量。为了保持辗压过程中盘件恒温，需要使用控温仪，它包括对盘件温度进行非接触测量的红外测温仪和进行温度闭环控制的调节器。参考现有的感应加热理论和经验公式，根据盘型件材料性能与盘件几何尺寸进行盘型件加热感应圈的专门设计。感应圈分为上下两部分，对称放置在盘件上下两侧，并相隔一定距离，被加热的盘件套在感应圈内。辗压头水平放置在上下两个感应圈之间，在感应圈外面对盘件加载实现辗压成形。为尽量降低感应圈磁场对辗压头的影响，使辗压头不被感应加热，也为了使感应圈不影响辗压头运动，上下两部分感应圈的距离应略大于辗压头的直径，如图2所示。虽然上下感应圈之间有一条区域不被感应圈覆盖，但是因为辗压过程中盘件在不停转动，盘件的质点是在感应加热和塑性变形的不停交替中，因此通过合理控制盘件的转速可以保证盘件变形区处于等温和均温状态。在辗压成形过程中，辗压头始终在感应圈外面，感应加热影响很小，只有与工件接触传热使其局部温度上升，因此辗压头的温度远低于盘件的温度。这就降低了对辗压头材料高温强度的要求。

用感应加热方法实施盘型件辗压成形的操作步骤如下：1）安装盘坯和上下感应圈；2）辗压头接触盘件、施加一定压力后启动电机让辗压头带动冷盘坯转动；3）设定加热温度，打开感应加热电源，开始对旋转的盘坯进行感应加热；3）为了保证辗压变形处于等温状态，在正式进行辗压变形之前，要留有一定的升温时间和保温时间，它们与盘坯材料以及设置的加热温度有关，一般表面温度达到设置温度需要5-10分钟。保温的目的在于克服感应加热的趋肤效应，通过热传导使厚度方向的温度均匀，盘子越厚需要的保温时间越长。对于大多数盘件材料以及不大于100mm厚的盘件，辗压成形前所需要的加热保温时间为6-15分钟。在整个辗压过程中通过控温仪使盘子保持恒温。辗压完成后断电停止加热，取出盘件。由于辗压变形前盘件的升温和保温时间很短，对于大多数材料，这种感应加热方式不会引起显著晶粒长大。

附图说明下面结合附图对本发明做进一步详细的说明

图1 盘型件双面辗压箱式炉加热盘件、辗压头、主轴的安装示意图。

图2 盘型件双面辗压感应加热用感应圈形状与安装示意图，辗压头放在两个感应圈之间。

图3实用的感应圈。

具体实施方式 这里给出一个用于小型盘型件（直径小于200mm, 厚度小于30mm）双面碾压成形的感应加热***。这个***包括40KW高频感应加热电源、4匹的风冷式冷水机，水管直径1英寸，带有非接触式红外温度传感器的控温仪。一个加热盘件的感应圈，其形状尺寸如图3所示，其中感应圈为方形、尺寸大于盘件。上下两个感应圈距离在65-80mm范围内可调。感应圈线圈间隔为8mm，铜管为矩形截面，尺寸为12×10mm，壁厚为1-2mm。对于直径200mm,20mm厚的钛合金盘坯的加热，设定的成形温度为927℃，加热保温6-15分钟后，辗压头即可开始加载进行辗压成形。辗压过程中控温仪保证盘件处于等温过程中，直至辗压完成卸下盘件。

Claims (1)

1.一种用于盘型件双面辗压成形中的盘型件感应加热工艺，其特征是：在双面辗压成形过程中加热盘型件，即盘件的加热、变形和转动同步进行；根据盘型件材料性能与几何尺寸为盘型件设计专门的感应圈，感应圈分为上下两部分，被加热的盘件套在感应圈内，辗压头放在两个感应圈之间；所设计的感应圈要保证辗压头工作空间和盘件变形空间，保证辗压头的感应加热温升不引起其塑性变形，协调转速保证盘件在预定的温度状态下变形；根据盘件材料以及设置的加热温度确定合适的加热保温时间，对于厚度小于100mm的盘件，辗压成形前所需要的加热保温时间为6-15分钟。

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