专利名称：法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法
技术领域：
本发明涉及一种机车空心轴锻件的整体随形锻造方法，尤其是一种适用于法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法。
背景技术：
在内燃机车、电力机车的驱动传动部分中，通常会应用到空心轴，结构均为法兰式台阶薄壁长套，其最大截面与最小截面相差悬殊、力学性能要求也比较高，图1所示结构，即一种公知的法兰式台阶薄壁长套类锻件，以下简称为空心轴，一般大多采用分体拼焊结构，即大截面的轴端与小截面的轴身两部分分体锻造然后焊接而成。采用分体拼焊结构的空心轴存在的主要问题是1、空心轴的材料选择问题空心轴按使用要求选用45钢其力学性能和热处理淬透性比较理想，但其焊接性能较差，所以只好选用35钢，则降低了该空心轴的强度。
2、拼焊结构使其金属纤维流线不连续，使其力学性能较低。
3、拼焊结构轴端与轴身截面尺寸相差悬殊，锻造时选用的坯料规格以及坯料的熔炼炉号不会一致，导致其化学成分、力学性能有差异。
4、轴端与轴身的焊接过程中焊条的选择原则是按与母材等强度选择的，很难做到与母材等材质等强度，而且等强度也是焊接后的等强度，热处理退火后、热处理淬火+高温回火后是否仍然等强度，由于轴端与轴身材质的差异、焊条材质与母材材质的差异，目前的热处理技术不可能保证它们热处理后的力学性能达到一致。
5、焊接后不可能达到100％的探伤无任何缺陷。
因此，目前常用的焊接结构的空心轴存在强度低，力学性能不佳的缺陷。
另一种公知的加工方法是进行整体锻造，其锻造难度相当大，生产效率也很低，锻件质量也很难保证。即这种方法锻造行业传统的成形过程(方案)通常是用平砧先将坯料镦粗到锻件的最大尺寸，然后冲孔、芯轴拔长(包括号印、劈肩)、芯轴加垫拔长、整形。具体变形工部如图2所示，包括下料—镦粗—冲孔—芯轴滚圆—号印(压痕)—一次压(劈)肩—芯轴平砧拔台阶—平端面—二次号印—二次压肩—二次拔台阶再次平端面、号印、劈肩、芯轴加垫拔长直至拔到图纸要求的尺寸，然后整形。
对于法兰式台阶薄壁长套，其最大截面与最小截面相差较大，采用上述公知的传统锻造方法制造时，具有一定的操作和变形难度，需多次加热多次锻造才能实现，图中示例即需通过六火次方可将锻件锻造成型，而且整个成型过程的变形趋势是以拔长为主；在各台阶的劈肩过程中其流线明显被切断，各台阶的同轴度和套筒的壁厚差也不好保证，各部分的变形量相差较大；在筒部的拔长过程中筒部内表面容易产生氧化皮垫坑和折叠等缺陷、端面参差不齐容易产生裂纹，用这种方法锻出的件不但生产效率非常低，而且弊病也很多，很难满足设计要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用镦粗胎及内孔加芯子镦粗锻制法兰式台阶薄壁长套类锻件的头部、用芯轴和型胎拔长法兰式台阶薄壁长套类锻件的筒部的整体随形锻造方法。
为此，本发明的法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法，包括以下步骤步骤1，根据所需加工零件的尺寸确定坯料规格并下料；步骤2，将坯料镦粗到锻造工艺要求的尺寸；步骤3，将镦粗后的实心坯料冲内孔，并在该内孔中穿入芯轴对坯料进行滚圆；步骤4，将滚圆后的坯料拔台阶，形成筒部；步骤5，通过镦粗胎模将坯料头部镦粗成型；步骤6，将该锻件筒部拔长、整形至要求的尺寸。其中上述步骤1至步骤3由第一火次完成，步骤4至步骤5由第二火次完成，步骤6由第三火次完成。
进一步，上述步骤3中所述的内孔中穿入的芯轴为两轴均伸出坯料的长芯轴，通过该长芯轴的设置，可以防止在镦粗过程中内孔产生收缩、偏斜、凹坑、折叠、裂纹等缺陷。
步骤5还包括将拔台阶后的坯料放入镦粗胎模内，并在坯料的内孔中放入短芯轴。所述短芯轴位于镦粗胎模内的一端设置在坯料内孔内部，短芯轴位于镦粗胎模外部的一端可沿伸至坯料内孔的外部。
步骤6包括将型胎设置在坯料筒部，将该筒部进行拔长。
所述坯料的内孔设置一芯轴，在筒部拔长过程中，通过该芯轴，成型内孔。
本发明所述的坯料可为采用电炉炼钢并进行真空脱气的材料，同时还要求从钢锭到轧坯应有足够的变形量。
本发明提出的一种法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法，克服了公知技术存在的缺陷，在锻造过程中综合考虑了锻件的变形程度，做到变形均匀，流线连续，外观整洁，整个成型过程的变形趋势是镦粗、拔长相结合，即对头部法兰部分实行了镦粗成型，对筒部实行了拔长成型。其特点及优点是1、本发明由于是通过整体锻造成型，因此较公知的焊接方法，大大提高了法兰式台阶薄壁长套类零件的整体力学性能，同时也保证该零件热处理后的力学性能整体达到一致。
2、本发明采用了镦粗拔长相结合的方法，特别通过将台阶套毛坯放入镦粗胎内并在内孔加芯子镦粗的方法锻制台阶套的头部，这在锻造技术上是一大突破。
3、本发明改变了法兰式多台阶套传统的锻造方法，解决了采用传统方法锻造多台阶轴存在的金属流线不连续，各台阶轴同轴度误差大，内孔缺陷比较多，套筒端部易产生裂纹的问题。
4、本发明简化了工艺，降低了锻造难度，特别是降低了镦粗到最大尺寸后进行劈肩拔台阶的难度，同时采用芯轴型胎拔长既保证了质量又提高了生产效率。
5、本发明提高了锻造质量，缩小了头部与杆部的变形差异，使其基本上达到了均匀一致，内孔外圆的加工余量以及壁厚的最小锻出条件也小于JB的要求。
图1为一种内空心轴整体随形锻造锻件图；图2为公知的法兰式台阶薄壁长套类锻件的锻造变形过程图；图3本发明的法兰式台阶薄壁长套类锻件的锻造变形过程图。
具体实施例方式
本发明提出的一种法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法，是通过镦粗、拔长相结合，也就是对锻件头部法兰部分实行了镦粗成型，对筒部实行了拔长成型。如图3所示，其具体变形工步包括下料—镦粗—冲孔—芯轴滚圆—芯轴拔台阶—将台阶套毛坯放入镦粗胎模内用短芯轴镦粗头部、胎模芯轴拔长、整形直至达到图纸要求的尺寸。更具体地讲，本发明的法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法至少包括以下步骤步骤1，根据所需加工零件的尺寸确定坯料规格并下料；步骤2，将坯料镦粗到锻造工艺要求的尺寸；步骤3，将镦粗后的实心坯料冲内孔，并在该内孔中穿入芯轴对坯料进行滚圆；步骤4，将滚圆后的坯料拔台阶，形成筒部；步骤5，通过镦粗胎模将坯料头部镦粗成型；步骤6，将该锻件拔长、整形至要求的尺寸。
上述步骤1至步骤3由第一火次完成，步骤4至步骤5由第二火次完成，步骤6由第三火次完成。
其中，步骤3所述的内孔中穿入的芯轴为两端均伸出坯料的长芯轴1，以防止在镦粗过程中内孔产生收缩、偏斜、凹坑、折叠、裂纹等缺陷。
所述步骤4是通过平砧拔台阶，形成法兰端部及长轴套筒部。
步骤5进一步包括将拔台阶后的坯料放入镦粗胎模2内，并在坯料的内孔中放入短芯轴3，从而在将坯料头部镦粗成型的同时，保证头部与筒部内孔与外圆的同轴度。
上述步骤6在通过型胎拔长时，需在坯料内孔中设置芯轴4，以保证在该锻造工步中使内孔成型至规定的尺寸。
所述短芯轴位于镦粗胎模内的一端设置在坯料内孔内部，短芯轴位于镦粗胎模外部的一端可沿伸至坯料内孔的外部。
上述步骤6包括将型胎设置在坯料筒部，将该筒部进行拔长，既提高了效率又保证了质量。
对于空心轴即法兰式台阶薄壁长套类锻件在保证成型要求的基础上通常要从原材料开始控制。为了保证其力学性能和探伤无裂纹以及其它缺陷，本发明所采用的坯料原材料最好是采用电炉炼钢并进行真空脱气，同时还要求从钢锭到轧坯应有足够的变形量。
采用本发明的上述锻造步骤，确实能达到预期的目的，实现了法兰式台阶薄壁长套类零件的整体随形锻造，克服了公知的法兰式台阶轴端与薄壁长套轴身的采用拼焊方式制造存在的缺陷，大大提高了产品的力学性，加工后的表面磁粉探伤无裂纹和其他缺陷。满足了产品设计的各项要求，提升了工艺制造水平。并可使其加工余量和锻出条件(余量)小于JB的要求。
本发明的方法为对采用法兰式台阶薄壁长套类锻件(简称空心轴)机车的关键部件空心轴的制造技术攻克了一项难关，同时也为同类件的锻造技术开发奠定了基础。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等同变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法，包括以下步骤步骤1，根据所需加工零件的尺寸确定坯料规格并下料；步骤2，将坯料镦粗到锻造工艺要求的尺寸；步骤3，将镦粗后的实心坯料冲内孔，并在该内孔中穿入芯轴对坯料进行滚圆；步骤4，将滚圆后的坯料拔台阶，形成筒部；步骤5，通过镦粗胎模将坯料头部镦粗成型；步骤6，将该锻件筒部拔长、整形至要求的尺寸。
2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤1至步骤3由第一火次完成，步骤4至步骤5由第二火次完成，步骤6由第三火次完成。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述坯料可为采用电炉炼钢并进行真空脱气的材料，同时还要求从钢锭到轧坯应有足够的变形量。
4.如权利要求1或2或3所述的方法，其中，步骤3中所述的内孔中加入的芯轴为两端均伸出坯料的长芯轴。
5.如权利要求1或2或3所述的方法，其中，步骤5包括将拔台阶后的坯料放入镦粗胎模内，并在坯料的内孔中放入短芯轴。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述短芯轴位于镦粗胎模内的一端设置在坯料内孔内部，短芯轴位于镦粗胎模外部的一端可沿伸至坯料内孔的外部。
7.如权利要求1或2或3所述的方法，其中，步骤6包括将型胎设置在坯料筒部，将该筒部进行拔长。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述坯料的内孔设置一芯轴，在筒部拔长过程中，通过该芯轴，成型内孔。
全文摘要
一种法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体随形锻造方法，包括以下步骤步骤1，根据所需加工零件的尺寸确定坯料规格并下料；步骤2，将坯料镦粗到锻造工艺要求的尺寸；步骤3，将镦粗后的实心坯料冲内孔，并在该内孔中穿入芯轴对坯料进行滚圆；步骤4，将滚圆后的坯料拔台阶，形成筒部；步骤5，通过镦粗胎模将坯料头部镦粗成型；步骤6，将该锻件筒部拔长、整形至要求的尺寸。本发明通过整体锻造成型，采用镦粗拔长相结合的方法，提高了法兰式台阶薄壁长套类锻件的整体力学性能，同时也保证该锻件热处理后的力学性能整体达到一致。本发明克服了公知技术存在的缺陷，在锻造过程中综合考虑了锻件的变形程度，做到变形均匀，流线连续，外观整洁。
文档编号B21K21/04GK1736654SQ200410058499
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月19日 优先权日2004年8月19日
发明者王春, 朱鸿江, 武华成, 刘世权 申请人:中国北车集团大同电力机车有限责任公司