CN112139417B - 超大深盲孔壳体的锻造成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超大深盲孔壳体的锻造成型方法，将电渣锭经制锥形坯、坯料冲孔和拔长成形而成，所述拔长成形步骤为先将拔长芯棒经盲孔坯料的冲孔端穿入内孔，再将盲孔坯料置于上、下圆弧砧中间进行拔长：先拔长成型盲孔坯料的头部实心端，然后将盲孔端与头部实心端的过渡段压成锥形过渡，再用拔长芯棒抵住盲孔坯料内孔底部，拔长成型盲孔端，直至压出超大深盲孔壳体的圆柱段；再将上、下圆弧砧换成上、下锥形圆弧砧，继续拔长成型头部实心端，直至压出光滑的超大深盲孔壳体的锥形段，最终完成全部拔长过程得到超大深盲孔壳体；本发明采用两幅型砧一火拔长成型，产品内孔纤维连续、质量好、工艺简单、制造成本低、设备体积小、投资和生产成本小。

Description

超大深盲孔壳体的锻造成型方法

技术领域

本发明涉及一种锻造方法，具体的说是一种超大深盲孔壳体的锻造成型方法。

背景技术

随着我国国防现代化的深入，建立强大的空中打击力量成为必然。根据未来战场的需要，我国也开始研制新一代航空炸弹系列。目前国内生产壳体类盲孔锻件主要有两种方式，一种是自由锻，即采用自由锻的方式锻出圆棒坯料后，再通过机加工的方式加工出内孔，早期国内的企业主要采用这种方法，由于自由锻的方式盲孔未锻出，材料利用率低，锻件纤维不连续，因此锻件的质量难以保证，但自由锻的方式相对简单，对于锻造设备的吨位需求也较小。

另一种制造方式是模锻反挤压成型，即使用自由锻的方式锻造出坯料后，在专用模具内，使用大吨位压机模锻成型壳体锻件，这种先进的生产方法被许多国外企业采用。在国内企业中，中国兵器工业集团下属内蒙古北方重工业集团有限公司也采用这种方法制造壳体锻件，也仅限于小型壳体。由于反挤压模锻对设备吨位要求过高，模具投入成本十分巨大，工序也较为复杂，这种模锻反挤压的方式很难得到广泛应用。

因此，通过对大型壳体锻件的锻造技术进行研究，结合企业自身优势，在公司现有的设备条件下，进一步减小锻造余量，提高材料利用率，减少模具投入，锻造出大型壳体的深盲孔及头部锥形，并提高壳体的质量是大型壳体锻件制造的发展趋势。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、制造成本低、设备体积小、投资和生产成本小、产品质量好的超大深盲孔壳体的锻造成型方法。

本发明方法包括：

将电渣锭经制锥形坯、坯料冲孔和拔长成形而成，其中，坯料冲孔后得到的盲孔坯料经高温保温出炉后进行拔长成形，所述拔长成形步骤包括两步拔长：

第一步：先将拔长芯棒经盲孔坯料的冲孔端穿入内孔，再将盲孔坯料置于上、下圆弧砧中间进行拔长：先拔长成型盲孔坯料的头部实心端，然后将盲孔端与头部实心端的过渡段压成锥形过渡，再用拔长芯棒抵住盲孔坯料内孔底部，拔长成型盲孔端，直至压出超大深盲孔壳体的圆柱段；

第二步：再将上、下圆弧砧换成上、下锥形圆弧砧，继续拔长成型头部实心端，直至压出光滑的超大深盲孔壳体的锥形段，最终完成全部拔长过程得到超大深盲孔壳体；

在上、下圆弧砧或上、下锥形圆弧砧内进行所述拔长操作时，将盲孔坯料以轴线为中心均匀旋转360°分次压完一圈后再轴向送进一定距离，再重复旋转360°分次压完一圈；所述上、下锥形圆弧砧的内圆弧部均为锥形。

所述盲孔坯料高温保温温度为1230±20℃。

所述过渡段长度为300-400mm，防止实心端与盲孔端相接处形成高度差较大的台阶，避免拔长时相接处形成一圈折叠。

所述制锥形坯步骤中，将电渣锭经高温保温后在8000吨以上压机上经过三次扁方镦粗和扁方拔长制得带锥度的锥形坯料，其中，坯料锻造比≥5。

所述锥形坯料的大端直径比小端直径大50-60mm，控制锥形坯料在拔长成形步骤中的直径拔长比≥2。

所述电渣锭高温保温温度为1250±20℃。

所述坯料冲孔步骤中，将所述锥形坯料经高温保温后置于冲孔装置的外模中，利用冲杆对外模中的锥形坯进行冲孔操作，冲孔完成后由顶出装置由外模底部向上将盲孔坯料从外模中顶出得到盲孔坯料；其中，所述冲孔装置由内孔为锥形的外模、与压机横梁相连的冲杆和位于外模底部的顶出装置组成。

所述锥形坯料的高温保温温度为1270±10℃；

所述锥形坯料的大端直径比外模内孔的最大直径小10-20mm，小端直径比外模内孔的最小直径小10-20mm。

所述冲杆直径比超大深盲孔壳体的盲孔内径大15-25mm。

所述拔长芯棒直径与超大深盲孔壳体的盲孔内径相同。

针对背景技术中存在的问题，发明人进行了如下改进：

(1)采用制锥形坯料、坯料冲孔和拔长成形的工艺步骤进行超大深盲孔壳体的锻造成型，各步骤工序简单，使用的工件结构简单、体积小，却能适应生产外径≥500mm、盲孔壁厚≥100mm，盲孔深度≥3m的大型深盲孔壳体锻件；

(2)采用特殊的拔长成形工艺，利用上、下圆弧砧可有效控制盲孔拔长成型时芯棒容易退出的问题，提高拔长效率及壳体成型外形质量；将盲孔端与头部实心端的过渡段压成锥形过渡，以避免后续拔长过程中过渡段产生折叠，所述过渡段长度控制在300-400mm，过长会降低拔长效率，过短可能会在拔长时过渡处产生折叠；

(3)强调盲孔坯料高温保温出炉后一火拔长完工，实心部分锻造比≥2，一火次成型变形量大，可保证大型深盲孔壳体整体晶粒细化及均匀；

(4)进行拔长过程中，将盲孔坯料以轴线为中心均匀旋转360°分次压完一圈后再轴向送进一定距离，该不同于现有技术(先沿轴向从头至尾边移动边压，压完后再转旋转一定角度从头再压的方法)的拔长方法具有以下优点：a,均匀旋转一圈压，利用上、下圆弧砧的侧面压力限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长，该拔长方法能够大幅提高拔长效率，缩短拔长时间，保证在盲孔坯料尚未到终锻温度前完成拔长操作；b,先沿径向均匀压一圈再轴向移动拔长，可保证内孔始终是圆的，这种操作顺序大大提高内孔成型质量，有效控制拔长芯棒后退的问题；c，先径向拔长，再轴向送进，在上、下圆弧砧内拔长时应力状态最好，可防止高合金钢的壳体实心部位内部裂纹的产生；

(5)采用两幅型砧一火拔长成型的两步拔长工序，第一步先利用上、下圆弧砧拔长成型超大深盲孔壳体的圆柱段，第二步再利用上、下锥形圆弧砧进一步拔长、精整成型超大深盲孔壳体的锥形段，从而提高产品的表面质量，保证成型的超大深盲孔壳体满足工艺尺寸要求，大大减少后续加工量。

有益效果：

本发明方法特别适用于外径≥500mm、盲孔壁厚≥100mm，盲孔深度≥3m的大型深盲孔壳体的锻造成型，采用制锥形坯料、坯料冲孔和芯棒拔长成型，对于不同规格的壳体锻件，只需更换对应尺寸的冲杆和拔长芯棒即可，适应性好、方法灵活，经本发明锻造方法得到超大深盲孔壳体的盲孔内部质量良好，内孔尺寸控制精确，外形尺寸与壳体本身尺寸接近，大大提高了大型深盲孔壳体锻件的成型质量。

附图说明

图1为锥形坯的示意图。

图2为坯料冲孔示意图。

图3为盲孔坯料的拔长过程过渡段示意图。

图4为拔长成型示意图。

图5为上、下圆弧砧的立体图。

图6为上、下锥形圆弧砧的立体图。

图7为成型的超大深盲孔壳体示意图。

其中，1-锥形坯料、1.1-大端、1.2-小端、2-外模、3-冲杆、4-顶出装置、5-拔长芯棒、6-上圆弧砧、7-盲孔坯料、7.1-肓孔端、7.2-实心端、7.3-内孔、7.4-过渡段、8-超大深盲孔壳体、8.1-锥形段、8.2-圆柱段、9-下圆弧砧、10-上锥形圆弧砧、11-下锥形圆弧钻、12-内圆弧部。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步解释说明：

方法实施例：

本发明方法包括制锥形坯料、坯料冲孔和拔长成形。

1)制锥形坯料：将电渣锭经1250±20℃高温保温后在8000吨以上压机上经过三次扁方镦粗和扁方拔长制得带锥度的锥形坯料1(见图1)，其中，坯料锻造比≥5，所述锥形坯料1的大端直径比小端直径大50-60mm，控制所述锥形坯1的大端1.1直径比外模2内孔的最大直径小10-20mm，小端1.2直径比外模2内孔的最小直径小10-20mm；

2)坯料冲孔：参见图2，将所述锥形坯料1回炉1270±10℃高温保温后出炉，置于冲孔装置的外模2中，利用压机施压冲杆3对外模2中的锥形坯料1进行冲孔操作，冲孔完成后由液压装置带动顶出装置4由外模2底部向上将盲孔坯料从外模2中顶出得到盲孔坯料7；其中，所述冲孔装置由内孔为锥形的外模2、与压机横梁相连的冲杆3和位于外模2底部的顶出装置4组成；所述冲杆3直径比设计的超大深盲孔壳体8的内孔7.3尺寸大15-25mm；

3)拔长成形：

坯料冲孔后得到的盲孔坯料7经1230±20℃高温保温出炉后进行拔长成形，所述拔长成形步骤包括两步拔长：

第一步：先将拔长芯棒7经盲孔坯料7的肓孔端7.1穿入内孔7.3，再将盲孔坯料7置于上、下圆弧砧6、9中间进行拔长：先拔长成型盲孔坯料7的头部实心端7.2，然后将盲孔端7.1与头部实心端7.2的过渡段7.4压成锥形过渡，所述过渡段长度优选为300-400mm，防止实心端7.2与盲孔端7.1相接处形成高度差较大的台阶，避免拔长时相接处形成一圈折叠；再用拔长芯棒5抵住盲孔坯料7内孔7.3底部，拔长成型盲孔端7.1，直至压出超大深盲孔壳体的圆柱段8.2，且实心端7.2的外径尺寸满足设计的锥形段8.2的外径要求；

第二步：再将上、下圆弧砧6、9换成上、下锥形圆弧砧10、11，利用其锥形的内圆弧部12继续拔长、精整成形头部实心端7.2，直至压出光滑的超大深盲孔壳体的锥形段8.1，最终完成全部拔长过程得到超大深盲孔壳体8；

在上、下圆弧砧6、9或上、下锥形圆弧砧10、11中进行所述拔长操作时，将盲孔坯料7以轴线为中心均匀旋转360°分次压完一圈后再轴向送进一定距离(所述轴向送进距离优选为对应圆弧砧宽度的0.5～0.8倍)，再重复旋转360°分次压完一圈。

参见图5，所述上、下圆弧砧6、9的内圆弧部无锥度变化，有利于拔长成型超大深盲孔壳体8的圆柱段8.2；参见图6，所述上、下锥形圆弧砧10、11的内圆弧部12均为锥形(从轴向看内圆弧部12具有锥度变化，具有锥形截面)，且上、下对称设置，以利于精整、拔长成型超大深盲孔壳体8的锥形段8.1，提高锥形段8.1的表面质量。

完成全部拔长过程得到超大深盲孔壳体8完全满足设计尺寸要求(参见图7)，采用本发明方法可以锻造外径≥500mm、盲孔壁厚≥100mm、盲孔深度≥3m的超大深盲孔壳体8，其内孔无缩孔，内孔质量良好，内孔尺寸控制精确，外形尺寸与壳体本身尺寸接近(满足单边10-20mm余量)，表面质量良好，大大提高了大型深盲孔壳体锻件的成型质量。

Claims (10)

1.一种超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，将电渣锭经制锥形坯、坯料冲孔和拔长成形而成，所述超大深盲孔壳体外径≥500mm、盲孔壁厚≥100mm，盲孔深度≥3m，其中，坯料冲孔后得到的盲孔坯料经高温保温出炉后进行拔长成形，所述拔长成形步骤包括两步拔长：

第一步：先将拔长芯棒经盲孔坯料的冲孔端穿入内孔，再将盲孔坯料置于上、下圆弧砧中间进行拔长：先拔长成型盲孔坯料的头部实心端，然后将盲孔端与头部实心端的过渡段压成锥形过渡，再用拔长芯棒抵住盲孔坯料内孔底部，拔长成型盲孔端，直至压出超大深盲孔壳体的圆柱段；

第二步：再将上、下圆弧砧换成上、下锥形圆弧砧，继续拔长成型头部实心端，直至压出光滑的超大深盲孔壳体的锥形段，最终完成全部拔长过程得到超大深盲孔壳体；

在上、下圆弧砧或上、下锥形圆弧砧内进行所述拔长成形操作时，将盲孔坯料以轴线为中心均匀旋转360°分次压完一圈后再轴向送进一定距离，再重复旋转360°分次压完一圈；所述上、下锥形圆弧砧的内圆弧部均为锥形。

2.如权利要求1所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述盲孔坯料高温保温温度为1230±20℃。

3.如权利要求1或2所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述过渡段长度为300-400mm。

4.如权利要求1所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述制锥形坯步骤中，将电渣锭经高温保温后在8000吨以上压机上经过三次扁方镦粗和扁方拔长制得带锥度的锥形坯料，其中，坯料锻造比≥5。

5.如权利要求4所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述锥形坯料的大端直径比小端直径大50-60mm，控制锥形坯料在拔长成形步骤中的直径拔长比≥2。

6.如权利要求4或5所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述电渣锭高温保温温度为1250±20℃。

7.如权利要求1或2所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述坯料冲孔步骤中，将所述锥形坯料经高温保温后置于冲孔装置的外模中，利用冲杆对外模中的锥形坯进行冲孔操作，冲孔完成后由顶出装置由外模底部向上将盲孔坯料从外模中顶出得到盲孔坯料；其中，所述冲孔装置由内孔为锥形的外模、与压机横梁相连的冲杆和位于外模底部的顶出装置组成。

8.如权利要求7所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述锥形坯料的高温保温温度为1270±10℃。

9.如权利要求7所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述锥形坯料的大端直径比外模内孔的最大直径小10-20mm，小端直径比外模内孔的最小直径小10-20 mm。

10.如权利要求7所述的超大深盲孔壳体的锻造成型方法，其特征在于，所述冲杆直径比超大深盲孔壳体的盲孔内径大15-25mm。

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