CN110180987B - 复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺 - Google Patents
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Abstract
一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，用于具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型，通过使用金属成型工艺仿真软件模拟复杂环形锻件的全工序锻造加工过程，设计、优化各工序锻压模具，然后经过锯切下料‑加热‑锤上锻造‑仿形碾扩‑模压整形‑室温缓冷完成锻造成型工艺。本发明通过金属成型工艺仿真软件模拟锻件在锻造各工序中的成型形状，使金属流线的流向紧随锻件截面形状的变化而变化，因而可以得到预想得到的、良好的金属流线形状。本发明所提出的工艺技术方案，轴承套圈锻件的锻造成型合格率高、金属流线好，可实施性强，解决了具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型难题。
Description
技术领域
本发明涉及轴承锻造技术领域，尤其是涉及一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺。
背景技术
某种军工型号轴承，材料为高温渗碳轴承钢13Cr4Mo4Ni4V，这种材料的轴承钢除具有一般轴承钢的性能外，还具有一定的高温硬度、高温接触疲劳强度、抗氧化性能、高温耐冲击性能和高温尺寸稳定性等特点。正是由于以上特点，导致该材料在加热状况下难以锻造成型。
另外，图1示出的是某种军工型号轴承套圈成品示意图，可以看出，该种军工型号轴承套圈的成品为具有内外挡边的复杂薄壁形结构。图2示出的是该型号轴承套圈锻件所设计要求的成型示意图，该轴承套圈锻件不仅要求锻造余量小、精度高，而且要求在轴承套圈的截面上，其金属流线随锻件截面形状要有良好流动形状。
经过多次实验，现有的轴承套圈锻造工艺很难完全满足该军工型号轴承锻件的技术要求。
发明内容
由于该材料的轴承钢高温塑性差、且为具有内外挡边的复杂薄壁形结构，若要在其有限的高温塑性形变前提下，使金属流线随锻件截面形状有良好流动形状，需要对锻件分阶段的、多次锻造成型。此外，为了保证锻压的尺寸精度，终锻时还需对锻件的整体进行整形，才能保证该军工型号轴承对套圈锻件的技术要求。经过反复论证，本发明公开了一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，可满足该军工型号轴承对轴承套圈锻件的技术要求。
本发明采用如下技术方案：
一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，用于具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型，包含以下步骤：
1）使用金属成型工艺仿真软件模拟复杂环形锻件的全工序锻造加工过程，设计、优化各工序锻压模具；
2）锯切下料：保证锻件端面垂直度≤1°；
3）加热：保证锻件始锻温度≤1200℃，终锻温度≥850℃；
4）锤上锻造：包括单端面镦粗工序、冲盲孔工序、穿孔工序、平高工序；其中，在单端面镦粗工序中，锻件通过单端面镦粗模具锻压成型；所述单端面镦粗模具包括平锤头和单端面镦粗成型模，所述单端面镦粗成型模为具有锥台型腔的凹模，锥台型腔的形状与设计要求锻件形变需达到的形状相匹配；
5）仿形碾扩：通过仿形碾扩模具，使锻件的内环面、外环面与设计要求锻件形变需达到的内环面、外环面相符；所述仿形碾扩模具包括碾压辊和碾压轮，碾压辊设有与设计要求锻件形变需达到的内环面径向截面形状相对应的碾压面，碾压轮设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的碾压面，锻件在经仿形碾扩后，其实体充满碾压辊与碾压轮之间的间隙；
6）模压整形：通过模压整形模具，使锻件的内型面、外型面与设计要求锻件形变需达到的内型面、外型面相符；所述模压整形模具包括模压冲头和模压冲模，模压冲头设有与设计要求锻件形变需达到的内型面相匹配的冲头，模压冲模设有与设计要求锻件形变需达到的外型面相匹配的冲模；锻件在经模压整形后，其在内径尺寸上、外径尺寸上、高度上、圆度上、同心度上与设计要求相符合；
7）室温缓冷。
优选的，在仿形碾扩中，在仿形碾扩中，推压轮设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的推压面。
优选的，所述模压整形模具设有用于锻件多余体积溢流的溢流环槽。
优选的，在室温缓冷过程中，锻件端面向下放置。
由于采用上述技术方案，相比背景技术，本发明具有如下有益效果：
本发明通过金属成型工艺仿真软件模拟锻件在锻造各工序中的成型形状，其有限的高温塑性形变前提下，使金属流线的流向紧随锻件截面形状的变化而变化，因而可以得到预想得到的、良好的金属流线形状。良好的金属流线可以使该军工型号轴承套圈具有良好的机械性能和使用性能，可满足该军工型号轴承对轴承套圈锻件的技术要求。
本发明所提出的工艺技术方案，轴承套圈锻件的锻造成型合格率高、金属流线好，可实施性强，解决了具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型难题。
附图说明
图1为某种军工型号轴承套圈成品示意图。
图2为某种军工型号轴承套圈锻件所设计要求的成型示意图。
图3为锻件 在单端面镦粗的示意图。
图4为 锻件在仿形碾扩的示意图。
图5为锻件在模压整形的示意图。
图6为锻件在各工序成型锻造过程中金属流线的变化示意图。
图中1.1、平锤头；1.2、单端面镦粗成型模；1.3、顶出装置； 2.1、碾压辊；2.2、碾压轮； 3.1、模压冲头；3.2、模压冲模；3.3、溢流环槽；4.1、锻件在锯切下料后的形态；4.2、锻件在单端面镦粗后的形态；4.3、锻件在冲盲孔后的形态；4.4、锻件在穿孔、平高后的形态；4.5、锻件在仿形碾扩后的形态。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，用于具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型，包含以下步骤：
1）使用金属成型工艺仿真软件模拟复杂环形锻件的全工序锻造加工过程，设计、优化各工序锻压模具；本发明中使用deform-3d金属成型工艺仿真软件模拟复杂环形锻件的全工序锻造加工过程，设计、优化冲头、冲模的形状、配合间隙、以及金属流线的流向。使用金属成型工艺仿真软件的意义是在该材料有限的高温塑性形变前提下，根据各锻造工序分阶段地模拟金属流线随锻件截面形状的变化而产生的流向变化，使金属流线随锻件截面形状有良好流动形状。
2）锯切下料：保证锻件端面垂直度≤1°，是为了保证锻件在镦粗工序中不发生歪斜。
3）加热：保证锻件始锻温度≤1200℃，终锻温度≥850℃；本发明中采用中频感应炉对锻件加热。
4）锤上锻造：包括单端面镦粗工序、冲盲孔工序、穿孔工序、平高工序；其中，在单端面镦粗工序中，锻件通过单端面镦粗模具锻压成型。如图3所示，所述单端面镦粗模具包括平锤头1.1和单端面镦粗成型模1.2，所述单端面镦粗成型模1.2为具有锥台型腔的凹模，锥台型腔的形状与设计要求锻件形变需达到的形状相匹配。
本发明中，由于高温渗碳轴承钢的高温塑性差，成型延伸大的部位需要多次锻压成型，因此，对锻件有外挡边的一端进行单端面镦粗，预成型外挡边。单端面镦粗工序、冲盲孔工序、穿孔、平高工序都在压力机上，通过各工序中的冲头与冲模的配合锻压完成的。在单端面镦粗工序中，由于单端面镦粗成型模1.2的形状约束，锻件只能在上端镦粗形变。如果采用自由锻，则锻件会产生腰鼓形镦粗，不符合设计要求的锻压形变。
5）仿形碾扩：通过仿形碾扩模具，使锻件的内环面、外环面与设计要求锻件形变需达到的内环面、外环面相符。如图4所示，所述仿形碾扩模具包括碾压辊2.1和碾压轮2.2，碾压辊2.1设有与设计要求锻件形变需达到的内环面径向截面形状相对应的碾压面，碾压轮2.2设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的碾压面，在锻件的碾压过程中，其金属流线沿碾压辊2.1与碾压轮2.2所形成的间隙流动，并充满碾压辊2.1与碾压轮2.2之间的间隙。这样，可以保证锻件在有限的高温塑性形变下，特别是对于锻件两端的内外挡边、以及内孔的沟槽，金属流线随锻件截面形状有良好流动形状。
为了更加利于锻件成型，在仿形碾扩中，推压轮设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的推压面。三个作用辊都有与锻件截面形状相对应的碾压面，更能保证锻件的成型形状。
6）模压整形：通过模压整形模具，使锻件的内型面、外型面与设计要求锻件形变需达到的内型面、外型面相符。如图5所示，所述模压整形模具包括模压冲头3.1和模压冲模3.2，模压冲头3.1设有与设计要求锻件形变需达到的内型面相匹配的冲头，模压冲模3.2设有与设计要求锻件形变需达到的外型面相匹配的冲模。锻件在经模压整形后，其在内径尺寸上、外径尺寸上、高度上、圆度上、同心度上与设计要求相符合。
由于锻件为复杂薄壁结构，锻造余量小、精度要求高，锻件在 仿形碾扩后，无论在内径尺寸上、外径尺寸上、高度上、圆度上、同心度上都很难同时与设计要求相符合，造成锻件合格率低。现有的整径工艺只能对锻件的外径尺寸上、圆度上与设计要求相符合，不能保证其在内径尺寸上、高度上、同心度上与设计要求相符合。
如果加大锻件的锻造余量，为后续车削留出误差修正余量，一则是增加了生产成本，再则是过多的车削余量破坏了金属流线。因此，本发明采用模压整形工艺，通过模压整形模具对锻件进行全面整形，使锻件在终锻后具有与设计要求相符合的尺寸精度、形位公差精度。
为了保证锻件多余体积有溢出空间，所述模压整形模具设有用于锻件多余体积溢流的溢流环槽3.3。
自此，如图6所示，锻件由 锯切下料的棒状开始，在不同锻造工序中发生的形变，各工序的形变形状与金属成型工艺仿真软件所模拟的形状基本相同，使金属流线的流向紧随锻件截面形状的变化而变化，因而可以得到预想得到的、良好的金属流线形状。良好的金属流线可以使该军工型号轴承套圈具有良好的机械性能和使用性能，满足该军工型号轴承对轴承套圈锻件的技术要求。
7）室温缓冷： 室温缓冷是为了减少锻造应力对锻件产生的变形、开裂的倾向。由于锻件为薄壁件，为了防止锻件在室温缓冷过程中变形，锻件端面向下放置，室温条件下缓慢冷却。
本发明所提出的工艺技术方案，轴承套圈锻件的锻造成型合格率高、金属流线好，可实施性强，解决了具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型难题。
本发明未详述部分为现有技术。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，用于具有复杂薄壁结构的高温渗碳轴承钢轴承套圈的锻造成型，其特征是：包含以下步骤：
1）使用金属成型工艺仿真软件模拟复杂环形锻件的全工序锻造加工过程，设计、优化各工序锻压模具；
2）锯切下料：保证锻件端面垂直度≤1°；
3）加热：保证锻件始锻温度≤1200℃，终锻温度≥850℃；
4）锤上锻造：包括单端面镦粗工序、冲盲孔工序、穿孔工序、平高工序；其中，在单端面镦粗工序中，锻件通过单端面镦粗模具锻压成型；所述单端面镦粗模具包括平锤头和单端面镦粗成型模，所述单端面镦粗成型模为具有锥台型腔的凹模，锥台型腔的形状与设计要求锻件形变需达到的形状相匹配；
5）仿形碾扩：通过仿形碾扩模具，使锻件的内环面、外环面与设计要求锻件形变需达到的内环面、外环面相符；所述仿形碾扩模具包括碾压辊和碾压轮，碾压辊设有与设计要求锻件形变需达到的内环面径向截面形状相对应的碾压面，碾压轮设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的碾压面，锻件在经仿形碾扩后，其实体充满碾压辊与碾压轮之间的间隙；
6）模压整形：通过模压整形模具，使锻件的内型面、外型面与设计要求锻件形变需达到的内型面、外型面相符；所述模压整形模具包括模压冲头和模压冲模，模压冲头设有与设计要求锻件形变需达到的内型面相匹配的冲头，模压冲模设有用于锻件多余体积溢流的溢流环槽，还设有与设计要求锻件形变需达到的外型面相匹配的冲模；锻件在经模压整形后，其在内径尺寸上、外径尺寸上、高度上、圆度上、同心度上与设计要求相符合；
7）室温缓冷。
2.如权利要求1所述的一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，其特征是：在仿形碾扩中，推压轮设有与设计要求锻件形变需达到的外环面径向截面形状相对应的推压面。
3.如权利要求1所述的一种复杂薄壁环形锻件的锻造成型工艺，其特征是：在室温缓冷过程中，锻件端面向下放置。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Country or region after: China Address after: 471039 No. 96, Jianxi, Luoyang District, Henan, Jianshe Road Applicant after: Luoyang Bearing Group Co.,Ltd. Applicant after: Luoyang Luoxi precision forging Heavy Industry Co.,Ltd. Address before: 471039 No. 96, Jianxi, Luoyang District, Henan, Jianshe Road Applicant before: LUOYANG LYC BEARING Co.,Ltd. Country or region before: China Applicant before: Luoyang Luoxi precision forging Heavy Industry Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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