CN109604494B

CN109604494B - 一种超大型羊头锻件的锻造方法

Info

Publication number: CN109604494B
Application number: CN201910037026.6A
Authority: CN
Inventors: 马一鸣
Original assignee: Suzhou Dongsheng Forging Co ltd
Current assignee: Suzhou Dongsheng Forging Co ltd
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2019-01-15
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2039-01-15
Also published as: CN109604494A

Abstract

本发明公开了一种超大型羊头锻件的锻造方法，涉及锻造技术领域，旨在解决现有的羊头锻造方法锻造出的羊头锻件力学性能差、使用寿命低的问题。其技术方案要点是，包括：a.选料下料；b.加热预锻；c.冲孔成型。其中，选料下料包括选料、处理坯料和坯料赋能；加热预锻包括第一阶段加热、初步成型、第二阶段加热和预锻成型；冲孔成型包括第三阶段加热和锻件成型。通过一系列的锻造步骤，极大改善了采用传统锻造方法得到的超大型羊头锻件晶的粒粗大、组织分布不均匀、缩松、气孔的问题，具有能够有效提高锻件产品的力学性能和使用寿命的效果。

Description

一种超大型羊头锻件的锻造方法

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，尤其是涉及一种超大型羊头锻件的锻造方法。

背景技术

利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，这类工艺方法称为锻造。锻造是金属零件的重要成型方法之一，它能保证金属零件具有较好的力学性能，以满足使用要求。

大型金属锻件一般是指锻件重量超过 50Kg，外廓尺寸在 500mm 以上的锻件。随着现有机械设备的不断改进和结构设计的整体化，出现了重量超过 500Kg，外廓尺寸在2000mm 以上的超大型锻件。如重量超过500Kg的羊头锻件就是各类超大型锻件中的一种，目前，现有的锻造厂商也设计出了一些针对这种超大型羊头锻件的锻造方法。例如：

公开号为CN105903871A的中国专利就公开了一种羊头的锻造方法，其包括如下步骤：1)选料下料，去掉坯料的头尾，再进行下料；2)加热，提供一炉子，装炉温度不高于1000℃，当炉温达到始锻温度下需要保温两个半小时，料段进炉依次排序，先进先出；3)镦挤，坯料装模后调整主压头间距镦挤成形，主压头行程达到设定值时回程；4)冲孔，调整冲头间距至合适位置冲孔成形，行程达到设定值时回程；5)冷却，锻件终锻温度不低于800℃，并放置于沙坑内缓慢冷却。

但是，上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于最终的锻件是通过一次镦挤和一次冲孔的方法得到的，锻件的锻造方法比较简陋，会导致成型的锻件存在晶粒粗大、组织分布不均匀、缩松、气孔等问题，从而使得锻件产品的力学性能差，使用寿命低。

发明内容

本发明的目的是提供一种超大型羊头锻件的锻造方法，其具有能够有效提高锻件产品的力学性能和使用寿命的效果。

本发明的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种超大型羊头锻件的锻造方法，包括以下步骤：

a.选料下料：

S10、选料：选取适宜的坯料，所述坯料呈棒状；

S20、处理坯料：沿坯料的径向去除坯料的头部和尾部；

S30、坯料赋能：通过热处理炉对坯料进行预热，并对达到始锻温度的坯料进行反复的镦粗和拔长，最终得到一赋能坯料；

b.加热预锻：

S40、第一阶段加热：将坯料赋能得到的赋能坯料重新加热到始锻温度并保温H~I小时；

S50、初步成型：将第一阶段加热后的赋能坯料在模锻压机上使用初步成型模具进行初步成型，得到与预锻模具配合的初步坯料；

S60、第二阶段加热：将初步成型得到的初步坯料重新加热到始锻温度并保温J~K小时；

S70、预锻成型：将第二阶段加热后的初步坯料在模锻压机上使用预锻模具进行预锻成型，得到与终锻模具配合的预锻坯料；

c.冲孔成型：

S80、第三阶段加热：将预锻成型得到的预锻坯料重新加热到始锻温度并保温L~M小时；

S90、锻件成型：将第三阶段加热后的预锻坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻成型并通过冲头在预锻坯料的合适位置冲孔，得到一符合设计要求的锻件。

通过采用上述技术方案，在选料下料步骤，通过坯料的处理和坯料的赋能，反复改变坯料的各部位面积，使坯料的内部不会出现较大距离的塑性流动，从而改善了金属的塑性，利于提高锻件的内在质量和力学性能，使之不易开裂。在加热预锻，通过初步成型和预锻成型，不仅进一步的改善了金属的塑性，也使得最终形成的预锻坯料能与终锻模具较好的配合，从而进一步的提高了冲孔成型的锻件的质量。另一方面，通过坯料赋能阶段的反复预热和三个阶段的加热，能使坯料在各个锻件环节能一直保持较高的温度，从而减小锻件金属的变形抗力，降低了所需锻压机械的吨位和损耗。

本发明进一步设置为：步骤S20具体包括以下步骤：

S21、去头尾：通过机械加工的方式沿坯料的径向切除坯料的头部和尾部；

S22、去保护层：通过机械加工的方式磨掉坯料外侧壁上的保护层和/或氧化层。

通过采用上述技术方案，能够去除坯料表面的保护层和已形成的氧化层，并使坯料的表面光洁，从而使得坯料在锻造的过程中，坯料不易产生氧化、脱碳和烧损。

本发明进一步设置为：步骤S30中坯料的镦粗和拔长均至少进行三次，每次对坯料进行镦粗或拔长后均将坯料回炉重新加热至始锻温度。

通过采用上述技术方案，每一次将坯料回炉加热后再取出进行镦粗或拔长，都是进一步的提高坯料的内在质量和力学性能的过程，能够使得最终形成的锻件的质量更好，使用寿命更长。

本发明进一步设置为：步骤S30中得到的赋能坯料的径向长度大于步骤S90中得到的锻件的径向长度。

通过采用上述技术方案，为坯料的形变留有了一定的余量，利于使赋能坯料最终变形为符合设计要求的锻件形态。

本发明进一步设置为：步骤S40具体包括以下步骤：

S41、第一阶段压机预热：将模锻压机的预热分为两段，第一段为初步成型模具的预热，第二段为压机压头的预热，其中第一段预热的温度为200~260度，第二段预热的温度为180~240度；

S42、第一阶段坯料加热：将坯料赋能得到的赋能坯料重新加热到始锻温度并保温H~I小时，其中始锻温度为1050~1200度。

通过采用上述技术方案，在初步成型步骤前对初步成型模具和压机压头进行了预热的步骤，能够减缓坯料自身温度的降低速度（即能够有效减缓通过温度很低的初步成型模具和压机将热传递走的速度），使得坯料在初步成型时不易由于温度低却又受到较大压力而产生碎裂的问题，有效保证了锻件质量。

本发明进一步设置为：步骤S60具体包括以下步骤：

S61、第二阶段压机预热：将模锻压机的预热分为两段，第一段为预锻模具的预热，第二段为压机压头的预热，其中第一段预热的温度为240~300度，第二段预热的温度为220~280度；

S62、第二阶段坯料加热：将初步成型得到的初步坯料重新加热到始锻温度并保温J~K小时，其中始锻温度为1050~1200度。

通过采用上述技术方案，与初步成型前的预热和加热类似，能够减缓坯料在预锻成型时自身温度的降低速度，进一步地保证了最终成型的锻件的质量。

本发明进一步设置为：步骤S80具体包括以下步骤：

S81、第三阶段压机预热：将模锻压机的预热分为三段，第一段为终锻模具的预热，第二段为压机压头的预热，第三段为冲头的预热，其中第一段预热的温度为300~500度，第二段预热的温度为260~360度，第三段预热的温度为500~600度；

S82、第三阶段坯料加热：将预锻成型得到的预锻坯料重新加热到始锻温度并保温L~M小时，其中始锻温度为1050~1200度。

通过采用上述技术方案，与锻件成型前的预热和加热类似，能够减缓坯料在锻件成型时自身温度的降低速度，同时也保证了冲头钻孔时的稳定性，进一步地保证了最终成型的锻件的质量。

本发明进一步设置为：步骤S90具体包括以下步骤：

S91、终锻成型：将第三阶段加热后的预锻坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻成型，得到一初步成型的锻件；

S92、冲孔成型：通过冲头在初步成型的锻件的合适位置进行冲孔，冲头在行程达到设定值时回程，得到一符合设计要求的锻件；

S93、冷却成型：将冲孔成型得到的锻件放置于石灰、炉渣或砂中进行缓慢冷却，该锻件周围盖灰的厚度大于120mm。

本发明进一步设置为：步骤S93中锻件入灰的温度大于850度。

通过采用上述技术方案，所使用的石灰、炉渣或砂是干燥的，出灰温度不高于 150度。通过灰冷的方式，能使最终成型的锻件的温度缓慢降低，利于锻件内部形成较为稳定的结构，从而使得最终形成的锻件能具有较佳的力学性能，大大加强了锻件的使用寿命。

本发明进一步设置为：步骤S92中冲头冲孔的过程分为三个阶段，第一阶段的冲孔速度为0.5~2mm/s，第二阶段的冲孔速度为2~5mm/s，第三阶段的冲孔速度为5~10mm/s。

通过采用上述技术方案，初始时，锻件表面是平整的，第一阶段冲孔时冲孔速度较低，能够使冲孔时更精准和稳定，避免锻件冲孔位置附近出现断裂和掉渣的情况，保证了第一阶段冲孔的精度。第二阶段和第三阶段的冲孔速度依次缓慢增大，能够在保证冲孔质量的同时，提高冲孔的效率。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

1、通过选料下料、加热预锻和冲孔成型三个步骤，反复改变坯料的各部位面积，使坯料的内部不会出现较大距离的塑性流动，改善了金属的塑性，利于提高锻件的内在质量和力学性能；

2、通过坯料赋能步骤的反复预热、三个阶段中均重新将坯料加热至始锻温度以及三个阶段中均将模锻压机和相应的模具进行预热，使得坯料在三个步骤中均不易产生碎裂或掉渣的问题，有效保证了锻件的质量；

3、通过冲头冲孔三个阶段的设置，有效保证了冲头冲孔的稳定性和精准性，进而保证了最终成型的锻件的质量，使得锻件的精度更高，更符合最初的设计要求。

附图说明

图1是本发明实施例示出的超大型羊头锻件的锻造方法的流程图；

图2是本发明实施例示出的另一种超大型羊头锻件的锻造方法的流程图；

图3是本发明实施例示出的用于体现超大型羊头锻件的锻造过程中坯料形状的变化过程的流程图。

图中，10、第一坯料；20、第二坯料；30、第三坯料；40、第四坯料；50、最终锻件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例

参照图1，为本发明公开的一种超大型羊头锻件的锻造方法，包括以下步骤：

a.选料下料：

S10、选料：选取适宜的坯料，该坯料呈棒状结构（即圆柱状），且为碳素钢。

S20、处理坯料：沿坯料的径向去除坯料的头部和尾部，变为第一坯料10（参照图3）。具体的，坯料的头部和尾部可通过切削加工的方式去除，以使坯料的两端变得平整，也去除了坯料两端的保护层和氧化层。

S30、坯料赋能：通过热处理炉对坯料进行预热，并对达到始锻温度的坯料进行反复的镦粗和拔长，最终得到一赋能坯料，即第二坯料20（参照图3）。需要说明的是，该第二坯料20呈饼状（即第二坯料20的径向长度小于第一坯料10的径向长度，但仍呈圆柱状）。具体的，该步骤中坯料的镦粗和拔长均至少进行三次，每次对坯料进行镦粗或拔长后，均将坯料回炉重新加热至始锻温度后保温0.5~2小时，再将坯料取出进行镦粗或拔长。优选的，该步骤中坯料的镦粗进行了4次，拔长进行了3次，最终得到了一个径向长度大于最终锻件50（参照图3）的径向长度的赋能坯料。

b.加热预锻：

S40、第一阶段加热：将坯料赋能得到的赋能坯料重新加热到始锻温度并保温H~I小时。具体的，此步骤中坯料加热到始锻温度后保温1~2小时，本实施例中的始锻温度为1050~1200度。

S50、初步成型：将第一阶段加热后的赋能坯料在模锻压机上使用初步成型模具进行初步成型，得到与预锻模具配合的初步坯料，即第三坯料30（参照图3）。本实施例中的模锻压机为4000吨多向模锻机。

S60、第二阶段加热：将初步成型得到的初步坯料重新加热到始锻温度并保温J~K小时。具体的，此步骤中坯料加热到始锻温度后保温2~4小时。

S70、预锻成型：将第二阶段加热后的初步坯料在模锻压机上使用预锻模具进行预锻成型，得到与终锻模具配合的预锻坯料，即第四坯料40（参照图3）。

c.冲孔成型：

S80、第三阶段加热：将预锻成型得到的预锻坯料重新加热到始锻温度并保温L~M小时。具体的，此步骤中坯料加热到始锻温度后保温3~5小时。

S90、锻件成型：将第三阶段加热后的预锻坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻成型并通过冲头在预锻坯料的合适位置冲孔，得到一符合设计要求的锻件，即最终锻件50（参照图3）。

参照图2，步骤S20具体包括以下步骤：

S21、去头尾：通过机械加工的方式沿坯料的径向切除坯料的头部和尾部。

具体的，坯料的头部和尾部可通过切削加工的方式去除，坯料外侧壁上的保护层和/或氧化层可通过磨削加工的方式去除。

参照图2，步骤S40具体包括以下步骤：

S41、第一阶段压机预热：将模锻压机的预热分为两段，第一段为初步成型模具的预热，第二段为模锻压机的压头的预热，其中第一段预热的温度为200~260度，第二段预热的温度为180~240度。优选的，将初步成型模具预热到260度、将模锻压机的压头预热到240度为最佳，考虑到温度加热有误差，一般将初步成型模具预热到255度左右、将模锻压机的压头预热到245度左右后即进入保温状态，在保温状态下，初步成型模具和模锻压机的压头的温度都会缓慢升至最佳的温度。

S42、第一阶段坯料加热：将坯料赋能得到的赋能坯料重新加热到始锻温度并保温H~I小时。

参照图2，步骤S60具体包括以下步骤：

S61、第二阶段压机预热：将模锻压机的预热分为两段，第一段为预锻模具的预热，第二段为模锻压机的压头的预热，其中第一段预热的温度为240~300度，第二段预热的温度为220~280度。与第一阶段预热类似，预锻模具和模锻压机的压头在保温状态下最终升至最佳温度（预锻模具的最佳温度为300度，模锻压机的压头的最佳温度为280度）。

S62、第二阶段坯料加热：将初步成型得到的初步坯料重新加热到始锻温度并保温J~K小时。

参照图2，步骤S80具体包括以下步骤：

S81、第三阶段压机预热：将模锻压机的预热分为三段，第一段为终锻模具的预热，第二段为模锻压机的压头的预热，第三段为冲头的预热，其中第一段预热的温度为300~500度，第二段预热的温度为260~360度，第三段预热的温度为500~600度。与第二阶段预热类似，终锻模具、模锻压机的压头和冲头会在保温状态下最终升至最佳温度（终锻模具的最佳温度为500度，模锻压机的压头的最佳温度为360度，冲头的最佳温度为600度）。

S82、第三阶段坯料加热：将预锻成型得到的预锻坯料重新加热到始锻温度并保温L~M小时。

参照图2，步骤S90具体包括以下步骤：

S91、终锻成型：将第三阶段加热后的预锻坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻成型，得到一个初步成型的锻件。

S92、冲孔成型：通过冲头在初步成型的锻件的合适位置进行冲孔，冲头在行程达到设定值时回程，得到一个符合设计要求的锻件。具体的，冲头冲孔的过程分为三个阶段，第一阶段的冲孔速度为0.5~2mm/s，第二阶段的冲孔速度为2~5mm/s，第三阶段的冲孔速度为5~10mm/s。

S93、冷却成型：将冲孔成型得到的锻件放置于石灰、炉渣或砂中进行缓慢冷却。具体的，锻件入灰的温度大于850度，锻件周围盖灰的厚度大于120mm。

本具体实施方式的实施例为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.选料下料：

S10、选料：选取适宜的坯料，所述坯料呈棒状；

S20、处理坯料：沿坯料的径向去除坯料的头部和尾部；

b.加热预锻：

c.冲孔成型：

S90、锻件成型：将第三阶段加热后的预锻坯料在模锻压机上使用终锻模具进行终锻成型并通过冲头在预锻坯料的合适位置冲孔，得到一符合设计要求的锻件；

步骤S40具体包括以下步骤：

S42、第一阶段坯料加热：将坯料赋能得到的赋能坯料重新加热到始锻温度并保温H~I小时，其中始锻温度为1050~1200度；

步骤S60具体包括以下步骤：

S62、第二阶段坯料加热：将初步成型得到的初步坯料重新加热到始锻温度并保温J~K小时，其中始锻温度为1050~1200度；

步骤S80具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S20具体包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S30中坯料的镦粗和拔长均至少进行三次，每次对坯料进行镦粗或拔长后均将坯料回炉重新加热至始锻温度。

4.根据权利要求1所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S30中得到的赋能坯料的径向长度大于步骤S90中得到的锻件的径向长度。

5.根据权利要求1所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S90具体包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S93中锻件入灰的温度大于850度。

7.根据权利要求5所述的一种超大型羊头锻件的锻造方法，其特征在于，步骤S92中冲头冲孔的过程分为三个阶段，第一阶段的冲孔速度为0.5~2mm/s，第二阶段的冲孔速度为2~5mm/s，第三阶段的冲孔速度为5~10mm/s。