一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法与流程

本发明属于锻造技术领域，涉及一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法。

背景技术：
锻造技术领域中，刮板形状极为复杂、模锻工艺性极差、合格品率极低、锻模使用寿命极低、成本极高、在国内外具有≥16吨模锻锤或≥120MN电动螺旋模锻压力机等特大型设备能力的模锻厂家极少和采购价格极其昂贵，多年来一直从国外进口；刮板现有模锻的主要工艺过程为：原材料坯料加热(材料牌号为30CrMnSi)→模锻(包括拔长、预锻、终锻和校正)。2009年，刮板(模锻件重量为80kg/件，下料重量为100kg/件)在实际生产中采用铸坯模锻成形以及在3吨模锻锤(最大理论锻造重量为30kg/件)上替代现有≥16吨模锻锤或≥120MN电动螺旋模锻压力机等特大型设备模锻获得了成功，实现了国产化生产。刮板铸坯模锻成形的主要工艺过程为：铸坯铸造(材料牌号为ZG30CrMnSi)→铸坯模锻(包括铸坯加热到始锻温度1180℃、热终锻和热校正)。铸坯模锻是将铸造加工和锻造加工联合成形以获得所需形状、尺寸和性能零件的一种工艺方法，所获得的冷态零件称为铸锻件；铸坯热模锻件是在冷态铸锻件的基础上增加金属冷却收缩量而在锻模终锻模膛中形成的热模锻件，或者说锻模终锻模膛的形状与尺寸是通过铸坯热模锻件图来体现的，即在冷却以后的铸坯热模锻件即为铸锻件。由GB/T12362《钢质模锻件公差及机械加工余量》国家标准可知，钢质模锻件长宽高尺寸在以下9个特定区间所对应的精密级尺寸公差为：(0～30)mm对应(30～80)mm对应(80～120)对应(120～180)mm对应(180～315)mm对应(315～500)mm对应(500～800)mm对应(800～1250)mm对应(1250～2500)mm对应现有刮板铸锻件长宽高尺寸在以下5个特定区间所对应的尺寸公差为：(0～80)mm对应(80～180)mm对应(180～500)mm对应(500～800)mm对应(800～1370)mm对应因此，现有刮板铸锻件为精密级尺寸公差。现有技术中，李志广和翟海等人发表的“1340大型刮煤板铸锻复合塑性成形工艺研究”论文(见2010(2)《大型铸锻件》杂志)，胡丰泽和李志广等人发表的“1170大型刮煤板国产化锻造的研究”论文(见2010(9)《热加工工艺》杂志)，李志广和李健健等人发表的“特大型刮煤板铸锻复合塑性成形工艺研究”论文(见2012(8)《模具工业》杂志)，同时，李志广和张雪冬等人申报的“一种刮板铸坯模锻的精密热校正方法”的发明专利(专利公开号为：201410665184.3)，李志广和赵瑞等人申报的“一种刮板铸锻件的过压与定高热校正方法”的发明专利(专利公开号为：201410665198.5)，以上公开的论文和申报的专利成功解决了使用3吨模锻锤中型设备替代≥16吨模锻锤或≥120MN电动螺旋模锻压力机等特大型设备而实现国产化生产的问题以及成功解决了铸坯热模锻件在热校正以后难以达到直线度公差的问题，但没有提及如何有效控制现有刮板铸锻件精密级尺寸公差的问题。现有刮板在实际铸坯模锻成形初期存在的主要质量问题是：现有刮板铸锻件占总数70％的长宽高尺寸在铸坯热模锻成形和冷却以后不能达到精密级尺寸公差的要求。产生以上不合格的根本原因是：现有刮板铸坯热模锻件的两端区间、中间区间和过渡区间的3段区间的不同部位选取的金属冷却收缩率δ值类别和大小不合理所致，或者说选取的现有金属冷却收缩率δ值类别和大小不能满足现有刮板铸锻件两端区间、中间区间和过渡区间的3段区间在铸坯热模锻成形和冷却以后的实际变形程度和热胀冷缩程度差异大以及具有特殊性的铸坯热模锻工艺要求。

技术实现要素：
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是：提供一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法，有效解决现有刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后难以达到精密级尺寸公差要求的难题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法，其中，刮板锻模终锻模膛所使用的铸坯热模锻件的两端区间、中间区间和过渡区间3段区间的不同部位选取“正值”、“0”和“负值”共3种不同类别和大小的金属冷却收缩率δ来进行铸坯热模锻件的冷却以获得刮板铸锻件；“正值”金属冷却收缩率用于刮板铸坯热模锻件两端区间的长宽尺寸、中间区间的长宽尺寸和过渡区间的长宽尺寸；“0”金属冷却收缩率用于刮板铸坯热模锻件分模面部分所有的高度尺寸、两端区间的上凹孔深度、下凹孔深度和总高尺寸以及过渡区间的总高尺寸；“负值”金属冷却收缩率用于刮板铸坯热模锻件两端区间的上凹孔长度尺寸和下凹孔长度尺寸以及中间区间的高度尺寸；刮板铸锻件两端区间指刮板上两个固定E型螺栓背体凹槽的外端区间，刮板铸锻件中间区间指刮板固定螺栓孔的孔间距对应的部分，刮板铸锻件过渡区间指刮板铸锻件两端区间和刮板铸锻件中间区间之间的部分。其中，所述的金属冷却收缩率δ的类别和大小为：δ＝+(1.00％～2.20％)、δ＝0和δ＝－(5.00％～1.50％)。其中，所述刮板铸锻件两端区间的长宽尺寸的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)；两端区间的上凹孔深度、下凹孔深度和总高尺寸的金属冷却收缩率δ＝0；两端区间的上凹孔长度尺寸和下凹孔长度尺寸的金属冷却收缩率δ＝－(2.00％～1.50％)。其中，所述刮板铸锻件中间区间的长宽尺寸的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)，中间区间的高度尺寸的金属冷却收缩率δ＝－(5.00％～2.50％)，中间区间分模面高度尺寸的金属冷却收缩率δ＝0。其中，所述刮板铸锻件过渡区间的长宽尺寸的金属冷却收缩率δ＝+(1.51％～1.79％)，过渡区间分模面高度和总高尺寸的金属冷却收缩率δ＝0。(三)有益效果上述技术方案所提供的刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法，具有可行性、可靠性的实用性，有效解决了现有刮板铸锻件占总数70％的长宽高尺寸在铸坯热模锻成形和冷却以后不能达到精密级尺寸公差要求的难题，合格品率高达100％；对于有效控制其它类别钢质铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后精密级尺寸公差的也同样具有参考价值。附图说明图1a为本发明中涉及的一种刮板铸锻件毛坯图的主视图(含A-A、B-B、C-C和D-D剖视图)；图1b为图1a的左视图；图1c为图1a的后视图(或称图1b的左视图)；图2a为本发明举例说明的含有“正值”、“0”和“负值”共3种不同类别和大小金属冷却收缩率的一种刮板锻模终锻模膛所使用的铸坯热模锻件图(含A-A、B-B、C-C和D-D剖视图)；图2b为图2a的左视图；图2c为图2a的后视图(或称图2b的左视图)。具体实施方式为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。本实施例提供的刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法是依靠刮板锻模终锻模膛所使用的铸坯热模锻件的两端区间、中间区间和过渡区间3段区间的不同部位选取不同类别和大小的金属冷却收缩率δ来实现的(见图2a、图2b和2c)；所述的金属冷却收缩率δ包括“正值”、“0”和“负值”共3种不同类别和大小。“正值”金属冷却收缩率适用于刮板铸坯热模锻件两端区间、中间区间和过渡区间的长宽尺寸；“0”金属冷却收缩率适用于刮板铸坯热模锻件分模面部分所有的高度尺寸、两端区间的上凹孔深度、下凹孔深度和总高尺寸以及过渡区间的总高尺寸；“负值”金属冷却收缩率适用于刮板铸坯热模锻件两端区间的上凹孔和下凹孔长度尺寸以及中间区间的高度尺寸。钢质热模锻件、热铸件或热铸坯模锻件尺寸L、钢质冷模锻件、冷铸件或冷铸坯模锻件尺寸l以及钢质热模锻件、热铸件或热铸坯模锻件的金属冷却收缩率δ之间的关系式为：L＝l(1+δ)(mm)；式中L——钢质热模锻件、热铸件或热铸坯模锻件尺寸(mm)，l——钢质冷模锻件、冷铸件或冷铸坯模锻件尺寸(mm)，δ——钢质热模锻件、热铸件或热铸坯模锻件的金属冷却收缩率(％)；该公式中钢质热模锻件对应钢质冷模锻件，热铸件对应冷铸件，热铸坯模锻件对应冷铸坯模锻件。钢质铸坯热模锻件的金属冷却收缩率具有特殊性，其既不同于现有钢质热模锻件类别和大小的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)，又不同于现有钢质热铸件类别和大小的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)；在本发明中，选取的钢质铸坯热模锻件的金属冷却收缩率的类别和大小为：δ＝+(1.00％～2.20％)、δ＝0和δ＝－(5.00％～1.50％)。首先，对刮板铸锻件的两端区间、中间区间和过渡区间3段区间进行划分，刮板铸锻件两端区间是指刮板上两个固定E型螺栓背体凹槽的外端区间，刮板铸锻件中间区间是指刮板固定螺栓孔的孔间距对应的部分，刮板铸锻件过渡区间是指刮板铸锻件两端区间和刮板铸锻件中间区间之间的部分。刮板铸锻件两端区间(如图1a、图1b和图1c所示的纵向分界线长度＞640mm外侧两个部分)，是力学性能要求最低的次要部分，是铸坯热模锻小无变形的区间，相当于现有的钢质铸件，在本发明中，铸坯热模锻件两端区间选取的金属冷却收缩率的类别和大小为：除了现有钢质铸件的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)以外，还有δ＝0和δ＝－(2.20％～1.50％)。(1)刮板铸锻件两端区间的长度和宽度部分在铸坯热模锻时只产生微量变形(相当于现有的钢质铸件)，终锻温度约为1000℃，金属冷却收缩率相对较大，但受到锻模模膛的约束作用，在本发明中选取的铸坯热模锻件的金属冷却收缩率为现有钢质铸件的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)。例如，将两端区间的长度尺寸l＝1370mm、1240mm和1040mm(见图1a和图1b，具体选取δ＝+2.00％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应长度尺寸L＝1397mm、1265mm和1060mm(见图2a和图2b)；将两端区间的宽度尺寸l＝150mm、100mm和60mm(见图1a和图1b，具体选取δ＝+2.00％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应宽度尺寸L＝153mm、102mm和61.5mm(见图2a和图2b)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。(2)刮板铸锻件两端区间的上凹孔深度、下凹孔深度和总高部分在铸坯热模锻时会产生微量变形和微量模锻不足现象，微量模锻不足量和热胀冷缩量基本相同，在本发明中选取的铸坯热模锻件的金属冷却收缩率δ＝0；刮板铸锻件两端区间、中间区间和过渡区间的分模面所有高度尺寸恰是锻模分模面基准高度尺寸，在铸坯热模锻时的热胀冷缩量极其微小(可忽略不计)，在本发明中选取的铸坯热模锻件的金属冷却收缩率δ＝0。例如，将两端区间凹孔深度和分模面高度以及总高尺寸l＝77mm和30mm、72mm、42mm以及123mm(见图1b和B-B剖视图，具体选取δ＝0的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应深度和高度尺寸为L＝77mm和30mm、72mm、42mm以及123mm(见图2b和B-B剖视图)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。(3)刮板铸锻件两端区间上凹孔和下凹孔部分的长度尺寸的金属冷却收缩率更具有特殊性：该部分在铸坯热模锻过程中本身不变形但受到中间区间大变形向两侧的强烈延伸与移动的影响，会产生变形伸长程度大于金属热胀冷缩程度以及上凹孔长度方向金属热胀冷缩程度大于下凹孔长度方向金属热胀冷缩程度的现象，金属冷却收缩率既不同于现有钢质热模锻件的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)，也不同于现有钢质热铸件的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)，在本发明中铸坯热模锻件上凹孔和下凹孔长度尺寸选取的金属冷却收缩率δ＝－(2.00％～1.50％)。例如，将两端区间(1175－715)/2mm和640mm的上凹孔长度尺寸l＝1175mm、715mm和640mm(见图1b，具体选取δ＝－2.00％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应长度尺寸为1152mm、701mm和627mm(见图2b)；将两端区间(880－720)/2mm和680mm的下凹孔长度尺寸l＝880mm、720mm和680mm(见图1c，具体选取δ＝－1.50％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应长度尺寸为867mm、709mm和670mm(见图2c)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。刮板铸锻件中间区间(如图1a、图1b和图1c所示的纵向分界线长度≤530mm以内的部分)，是力学性能要求最高的最关键部位，是铸坯热模锻变形量最大的区间,相当于现有的钢质模锻件，在本发明中，铸坯热模锻件中间区间选取的金属冷却收缩率的类别和大小为：除了现有钢质模锻件的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)以外，还有δ＝0和δ＝－(5.00％～2.50％)。(1)刮板铸锻件中间区间在铸坯热模锻时，在长度方向产生的变形大，向纵向外侧的延伸与移动量也大，但终锻温度约为850℃、同时受锻模模膛约束以及各凹孔对应的锻模凸台内侧阻挡和限制延伸与移动作用，金属冷却收缩率相对较小，而在宽度方向因横向飞边阻力较大，限制了金属向横向的延伸与移动，金属冷却收缩率略有增大；在本发明中，铸坯热模锻件中间区间长度和宽度尺寸选取现有钢质模锻件的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)。例如，将中间区间长度尺寸l＝170mm、330mm、530mm和150mm(见图1b和图1c，具体选取δ＝+1.00％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应长度尺寸L＝172mm、333mm、535mm和152mm(见图2b和图2c)；将中间区间宽度尺寸l＝45mm、42mm、115mm和￠80mm(见图1a、B-B剖视图和图1c，具体选取δ＝+1.30％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应宽度尺寸L＝45.6mm、42.6mm、116.5mm和(R40.5+R40.5)＝￠81mm(见图2a、B-B剖视图和图2c)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。(2)刮板铸锻件中间区间高度部分在铸坯热模锻时的变形量大，但使用相对打击能量较小的3吨模锻锤会产生模锻不足而同步增高约+2.0mm的现象，只有将该高度尺寸再降低约－2.0mm才能抵消约+2.0mm的增高量，在本发明中的铸坯热模锻件中间区间高度尺寸选取的金属冷却收缩率δ＝－(5.00％～2.50％)；分模面高度部分在铸坯热模锻时会产生微量变形和微量模锻不足现象，微量模锻不足量和热胀冷缩量基本相同，在本发明中的铸坯热模锻件中间区间分模面高度尺寸选取的金属冷却收缩率δ＝0。例如，将中间区间高度尺寸l＝40mm、62mm和82mm(见图1b，具体分别选取δ＝－5.00％、－3.30％和－2.50％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应高度尺寸L＝38mm、60mm和80mm(见图2b)；将中间区间分模面高度尺寸l＝42mm(见图1b和B-B剖视图，选取δ＝0的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，得出铸坯热模锻件相对应高度尺寸L＝42mm(见图2b和B-B剖视图)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。刮板铸锻件过渡区间(如图1a、图1b和图1c所示的纵向分界线长度＞530mm以外和≤640mm以内的两个部分)，力学性能要求介于上述铸锻件两端区间与中间区间之间，铸坯热模锻变形程度、伸长程度、终锻温度和热胀冷缩程度等也介于上述两者之间，是介于现有铸钢件和现有模锻件之间的铸锻件；铸坯热模锻件的金属冷却收缩率既不同于现有钢质热模锻件类别和大小的金属冷却收缩率δ＝+(1.00％～1.50％)，也不同于现有钢质热铸件类别和大小的金属冷却收缩率δ＝+(1.80％～2.20％)，在本发明中，铸坯热模锻件过渡区间长度和宽度尺寸选取的金属冷却收缩率的类别和大小为：δ＝+(1.51％～1.79％)；在铸坯热模锻时，过渡区间分模面高度和总高部分在铸坯热模锻时会产生微量变形和微量模锻不足现象，微量模锻不足量和热胀冷缩量基本相同，在本发明中，铸坯热模锻件过渡区间分模面高度和总高尺寸选取的金属冷却收缩率的类别和大小δ＝0。例如，将过渡区间宽度尺寸l＝60mm(见图1a、图1b和D-D剖视图，具体选取δ＝+1.70％的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应宽度尺寸L＝61mm(见图2a、图2b和D-D剖视图)；将过渡区间分模面高度和总高尺寸l＝42mm和123mm(见图1b和B-B剖视图，具体选取δ＝0的效果最佳)代入L＝l(1+δ)式中，分别得出铸坯热模锻件相对应高度和总高尺寸L＝42mm和123mm(见图2b和D-D剖视图)，可确保刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后达到相应精密级尺寸公差要求。由上述技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：(1)本发明的一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法，具有可行性、可靠性的实用性，有效解决了现有刮板铸锻件占总数70％的长宽高尺寸在铸坯热模锻成形和冷却以后不能达到精密级尺寸公差要求的难题，合格品率高达100％。(2)本发明的一种刮板铸锻件精密级尺寸公差的控制方法，是以有效控制现有特大型刮板铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后精密级尺寸公差为研究对象的，对于有效控制其它类别钢质铸锻件在铸坯热模锻成形和冷却以后精密级尺寸公差的也同样具有参考价值。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。