CN102615223A - 同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法。该方法先将圆柱形钢坯锯切成料段，将料段从室温均匀加热到奥氏体化温度并保温，然后将料段墩粗、冲孔、扩孔，制成辗扩用环件毛坯；将得到的毛坯回炉加热，达到目标温度并保温后放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中辗扩成形，得到两端窄、中间宽，轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件，将上述所得环锻件从轴向高度中间进行切割，将工件对称地一分为二，得到两个梯形截面法兰环锻件，最后锻件经车削加工成成品法兰。本发明是一种生产效率高、节能环保、提高原材料利用率和产品质量的梯形截面法兰环锻件辗环制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种环形法兰件辗扩成形的方法，特别涉及一种同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法。
背景技术
随着科技的进步和经济的发展，工业生产中对环形件尤其是大型环形件的需求量越来越大，在某些大型设备中，环形件已成为影响性能指标的关键部件。目前世界各国对环形件的生产和加工工艺进行了广泛的研究，可制造的环形件尺寸范围不断扩大，截面形状更加复杂，材料选择不断增加，对制造工艺提出的要求也越来越高。
传统的环形件尤其是风电法兰等大型环形件的生产主要采用自由锻、整体模锻和马杠扩孔等方法，环件辗扩技术是连续局部塑性加工成形工艺，与传统工艺相比，它具有大幅度降低设备吨位和投资、振动冲击小、节能节材、生产成本低等显著技术经济优点，是轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮及轮箍、燃汽轮机环等各类无缝环件的先进制造技术。环件辗扩技术在机械、汽车、火车、船舶、石油化工、航空航天、原子能等许多工业领域中日益得到广泛的应用。本发明涉及的梯形阶截面法兰环件用途广泛，对组织性能和尺寸精度要求高，利用环件轧制技术辗扩成形已逐渐成为一种趋势。
目前，梯形截面环件通常采用径向辗扩加机械切削加工联合完成，即先通过径向辗扩加工出矩形截面的环件，再通过机械切削将矩形截面环件加工成梯形阶截面环件，其加工流程为：(1)墩粗；(2)冲孔；(3)径向辗扩；(4)平端面；(5)机械切削加工。这种工艺生产梯形截面环件的主要问题是：(1)加工余量大，材料利用率低；(2)生产效率低，劳动强度大；(3)环件需要反复加热，能耗高；(4)生产成本高；(5)一次只能制造一个法兰，设备利用率低。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种能够同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，本方法克服了传统工艺一次只能制造一个法兰的缺点，具有节约材料，减少能耗，成本低，生产效率高的特点。
为了实现上述目的，本发明采取的的技术方案为：
同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其步骤如下：
(1)下料，将圆柱形钢坯料锯切成料段；
(2)将上述料段缓慢加热到设定温度并保温，在锻造温度区间内用油压机锻造成轧制用毛坯；
(3)将上述环件毛坯回炉加热到设定温度并保温，放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中精确辗扩成形，得到轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件；
(4)将上述辗扩成形后锻件对称切割成两件；
(5)将上述切割后锻件经机械切削加工成产品。
步骤(1)中所述的料段长度为L＝(2.5～5)B，B为梯形截面法兰环锻件的轴向高度，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定。
步骤(2)中所述的加热速率为150℃/小时，在630℃～650℃停留60～80分钟，最终加热至奥氏体化温度为1230℃～1260℃，奥氏体化保温时间为120～150分钟，所述锻造热变形温度区间为850℃～1230℃；所述锻造采用油压机，锻造过程为一个火次，制坯工艺为墩粗、冲孔、扩孔等工序。
步骤(3)中所述的环件毛坯轴向高度为B0＝2B；环件毛坯内孔最大直径为db0＝db/k，轧制比k＝2～5，db为环锻件内孔最大直径；根据环锻件内孔尺寸确定毛坯内孔最小直径ds0，ds0＝db0-(db-ds)，其中ds为环锻件的内孔最小直径；根据环件锻件体积与环件毛坯体积相等确定环件毛坯最大外径Db和最小外径Ds，且Db0-Ds0＝Db-ds，其中Db为环件锻件最大外径，Ds为最小外径；所述辗扩成形工序中，加热温度为1230℃～1250℃，保温时间为60～90分钟，始锻温度为1230℃，终锻温度不低于850℃。
步骤(3)中所述的辗扩成形，是将再次加热保温后的毛坯放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中辗扩成形，得到两端窄、中间宽，轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件。
步骤(3)中所述的辗扩成形工序中，芯辊进给速度按下式计算：
式中v为芯辊进给速度；n1为驱动辊转速；R1、R2分别为驱动辊工作面最大半径和环件毛坯内孔最小直径部分对应的芯辊工作面半径；R和r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝Db/2，r＝ds/2；f为环件与轧制孔型间的摩擦系数，f＝0.05-0.4。
步骤(4)中所述的切割采用乙炔氧气火焰切割，切割速度50-200mm/分钟，将环锻件从轴向高度中间进行切割，等分为两件梯形截面法兰环锻件。
步骤(5)中所述的机械切削加工所用设备为立式车床，粗车加工后工件尺寸按法兰环圈大小放余量至4～12毫米，最后精车至尺寸要求。
本发明采用双件合轧的辗扩制造工艺，一次可生产两件梯形截面法兰，毛坯和轧制孔型形状均为对称设计，使应变和应力分布更加均匀，轧制过程更加平稳；环件毛坯经过多次连续轧制变形达到预定尺寸(环件锻件的尺寸)，改善了工件金属的组织和性能，使塑形变形分布更加均匀，缩短了生产时间，减少了锻件加热次数，节约了原材料，提高了生产效率；通过合理设计环件毛坯尺寸和轧制加工工艺参数，节约了原料，降低了成本；减小了端面鱼尾变形和翘曲变形，保证梯形截面环件的质量。
附图说明
图1是本发明环件锻件结构示意图
图2是本发明环件毛坯结构示意图
图3是本发明辗扩成形原理图
图4是图3的左示图
具体实施方式：
下面结合附图和实施例详细说明具体实施方式，如附图1-4所示。
实施例1
同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，锻件材料为Q345E钢，要求轧制成形的梯形截面法兰环锻件尺寸为：环件锻件最大外径Db为4000mm，最小外径Ds为3900mm，环件锻件内孔最小直径ds为3600mm，环件锻件内孔最大直径db为3700mm，环件锻件轴向尺寸B为200mm。其步骤如下：
(1)下料，将圆柱形钢坯料锯切成料段；所述料段长度为L＝3.5B＝750mm，B为梯形截面法兰环锻件的轴向高度，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定为1070mm。
(2)将上述料段以加热速率为150℃/小时缓慢加热到610℃，停留80分钟后，再以150℃/小时加热至1260℃，保温时间为150分钟；取出料段在锻造始锻温度为1230℃，终锻温度为870℃的锻造温度区间内用油压机锻造成轧制用毛坯；锻造过程为一个火次，采用墩粗、冲孔、扩孔等工序来锻造制坯。
(3)将上述环件毛坯回炉加热到1250℃，保温时间为90分钟，始锻温度为1220℃，终锻温度不低于860℃；取出毛坯放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中精确辗扩成形，径向进给速度v＝1.8mm/s，环件毛坯辗扩成形如图3、图4所示，在驱动辊1的旋转轧制运动和直线进给运动作用下，环件毛坯2连续地咬入驱动辊1和芯辊3构成的轧制孔型，产生壁厚减小、直径扩大、轮廓截面成形的连续局部塑形变形，图4中导向辊4的作用是保证轧制过程平稳；通过多转反复轧制变形，使环件毛坯直径扩大到与信号辊5接触，则达到规定形状尺寸的环件锻件，这时环件轧制过程结束。最终辗扩成形毛坯的轴向尺寸B0为400mm，毛坯内孔最大部分尺寸db0为1000mm(k＝3.7)，内孔最小部分直径ds0为900mm，环件毛坯最大外径Db0为1810mm，环件毛坯最小外径DS0为1710mm，得到轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件。
(4)将上述辗扩成形后锻件采用乙炔氧气火焰切割，切割速度100mm/分钟，将环锻件从轴向高度中间进行切割，等分为两件梯形截面法兰环锻件。
(5)将上述切割后锻件经立式车床粗车、精车成形，粗车加工后工件尺寸按法兰环圈大小放余量至8毫米，最后精车至尺寸要求。
实施例2
同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，锻件材料为Q345E钢，要求轧制成形的梯形截面法兰环锻件尺寸为：环件锻件最大外径Db为3200mm，最小外径Ds为3100mm，环件锻件内孔最小直径ds为2800mm，环件锻件内孔最大直径db为2900mm，环件锻件轴向尺寸B为150mm。其步骤如下：
(1)下料，将圆柱形钢坯料锯切成料段；所述料段长度为L＝4B＝600mm，B为梯形截面法兰环锻件的轴向高度，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定为800mm。
(2)将上述料段以加热速率为150℃/小时缓慢加热到630℃，停留70分钟后，再以150℃/小时加热至1250℃，保温时间为120分钟；取出料段在锻造始锻温度为1220℃，终锻温度为860℃的锻造温度区间内用油压机锻造成轧制用毛坯；锻造过程为一个火次，采用墩粗、冲孔、扩孔等工序来锻造制坯。
(3)将上述环件毛坯回炉加热到1250℃，保温时间为75分钟，始锻温度为1220℃，终锻温度不低于850℃；取出毛坯放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中精确辗扩成形，径向进给速度v＝2.1mm/s，辗扩成形毛坯的轴向尺寸B0为300mm，毛坯内孔最大部分尺寸db0为900mm(k＝3.2)，内孔最小部分直径ds0为800mm，环件毛坯最大外径Db0为1532mm，环件毛坯最小外径DS0为1432mm。得到轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件。
(4)将上述辗扩成形后锻件采用乙炔氧气火焰切割，切割速度120mm/分钟，将环锻件从轴向高度中间进行切割，等分为两件梯形截面法兰环锻件。
(5)将上述切割后锻件经立式车床粗车、精车成形，粗车加工后工件尺寸按法兰环圈大小放余量至6毫米，最后精车至尺寸要求。
实施例3
同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，锻件材料为Q345E钢，要求轧制成形的梯形截面法兰环锻件尺寸为：环件锻件最大外径Db为2500mm，最小外径Ds为2450mm，环件锻件内孔最小直径ds为2200mm，环件锻件内孔最大直径db为2250mm，环件锻件轴向尺寸B为140mm。其步骤如下：
(1)下料，将圆柱形钢坯料锯切成料段；所述料段长度为L＝4B＝640mm，B为梯形截面法兰环锻件的轴向高度，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定为630mm。
(2)将上述料段以加热速率为150℃/小时缓慢加热到650℃，停留60分钟后，再以150℃/小时加热至1260℃，保温时间为90分钟；取出料段在锻造始锻温度为1230℃，终锻温度为870℃的锻造温度区间内用油压机锻造成轧制用毛坯；锻造过程为一个火次，采用墩粗、冲孔、扩孔等工序来锻造制坯。
(3)将上述环件毛坯回炉加热到1240℃，保温时间为60分钟，始锻温度为1210℃，终锻温度不低于850℃；取出毛坯放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中精确辗扩成形，径向进给速度v＝2.5mm/s，辗扩成形毛坯的轴向尺寸B0为280mm，毛坯内孔最大部分尺寸db0为650mm(k＝3.5)，内孔最小部分直径ds0为600mm，环件毛坯最大外径Db0为1275mm，环件毛坯最小外径DS0为1225mm。得到轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件。
(4)将上述辗扩成形后锻件采用乙炔氧气火焰切割，切割速度150mm/分钟，将环锻件从轴向高度中间进行切割，等分为两件梯形截面法兰环锻件。
(5)将上述切割后锻件经立式车床粗车、精车成形，粗车加工后工件尺寸按法兰环圈大小放余量至5毫米，最后精车至尺寸要求。
Claims (8)
1.同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是按以下步骤实现：
(1)下料，将圆柱形钢坯料锯切成料段；
(2)将上述料段缓慢加热到设定温度并保温，在锻造温度区间内用油压机锻造成轧制用毛坯；
(3)将上述环件毛坯回炉加热到设定温度并保温，放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中精确辗扩成形，得到轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件；
(4)将上述辗扩成形后锻件对称切割成两件；
(5)将上述切割后锻件经机械切削加工成产品。
2.根据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(1)中所述的料段长度为L＝(2.5～5)B，B为梯形截面法兰环锻件的轴向高度，料段直径根据环件锻件体积与料段体积相等条件确定。
3.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(2)中所述锻造过程为一个火次，所述加热速率为150℃/小时，在630℃～650℃停留60～80分钟，最终加热至奥氏体化温度为1230℃～1260℃，奥氏体化保温时间为120～150分钟，所述锻造热变形温度区间为850℃～1230℃；所述锻造采用油压机，制坯工艺为墩粗、冲孔、扩孔等工序。
4.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(3)中所述的环件毛坯轴向高度为B0＝2B；环件毛坯内孔最大直径为db0＝db/k，轧制比k＝2～5，db为环锻件内孔最大直径；根据环锻件内孔尺寸确定毛坯内孔最小直径ds0，ds0＝db0-(db-ds)，其中ds为环锻件的内孔最小直径；根据环件锻件体积与环件毛坯体积相等确定环件毛坯最大外径Db和最小外径Ds，且Db0-Ds0＝Db-ds，其中Db为环件锻件最大外径，Ds为最小外径；所述辗扩成形工序中，加热温度为1230℃～1250℃，保温时间为60～90分钟，始锻温度为1230℃，终锻温度不低于850℃。
5.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(3)中所述的辗扩成形，是将再次加热保温后的毛坯放入由异型驱动辊和异型芯辊共同组成的辗环机孔型中辗扩成形，得到两端窄、中间宽，轴向高度为目标梯形法兰高度两倍的环锻件。
6.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(3)中所述的辗扩成形工序中，芯辊进给速度按下式计算：
式中v为芯辊进给速度；n1为驱动辊转速；R1、R2分别为驱动辊工作面最大半径和环件毛坯内孔最小直径部分对应的芯辊工作面半径；R和r分别为环件锻件外半径和内半径，R＝Db/2，r＝ds/2；f为环件与轧制孔型间的摩擦系数，f＝0.05-0.4。
7.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(4)中所述的切割采用乙炔氧气火焰切割，切割速度50-200mm/分钟，将环锻件从轴向高度中间进行切割，等分为两件梯形截面法兰环锻件。
8.据权利要求1所述的同时辗扩两个梯形截面法兰环锻件的方法，其特征是，步骤(5)中所述的机械切削加工所用设备为立式车床，粗车加工后工件尺寸按法兰环圈大小放余量至4～12毫米，最后精车至尺寸要求。
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