变截面空心轴锻件挤压成型方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超高强度钢空心轴成型领域，具体涉及变截面空心轴锻件挤压成型方法。
【背景技术】
[0002]空心轴广泛应于汽车、石油化工、航空航天等领域，现有的技术方案为先自由锻成形实心轴后机加工中心孔。此外，公开号为CN102357625A的中国发明专利给出了《自由锻造压机短芯棒锻造超长空心件的锻造方法》，两种工艺均采用自由锻方式成形，不仅增加了成型控制难度，而且降低材料利用率，增加生产成本，尺寸精度差，应变分布不均匀，而且一定程度上割断锻件流线，影响空心轴的性能均匀性。现阶段，挤压工艺多用于成形实心锻件或等截面的薄壁空心锻件，针对变截面锻件的成形，公开号为CN104668911A的中国发明专利给出了《飞机起落架外筒锻件径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺》，此方法虽然可以成形非等截面锻件，但是在成形过程中需要进行二次熔炼，增加了生产成本，降低了生产效率。
【发明内容】
[0003]为了解决上述问题，本发明提供一种操作过程简单，产品应变分布均匀，能降低残余应力，流线分布合理，提高产品质量，降低生产成本的变截面空心轴锻件挤压成型方法。
[0004]本发明变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，包括以下步骤:
第一步:将坯料在锻造加热炉内加热到始锻温度，并在锻压机上镦粗；
第二步:将镦粗后的坯料进行喷砂去除氧化皮，并采用机加工的方法加工出中心孔，得到挤压用空心坯料；
第三步:将空心坯料放入预热炉内加热到预热温度，然后在加热后的空心坯料表面喷涂防氧化剂；将涂覆防氧化剂的空心坯料放入锻造加热炉内加热到始锻温度；将锻压机的上锻模和下锻模在预热炉内加热到预热温度；
第四步:为加热后的空心坯料、锻压机的上锻模和下锻模涂覆表面润滑剂；
第五步:将涂覆润滑剂的上锻模和下锻模安装在锻压机的上、下砧上，将涂覆润滑剂的空心坯料转运到下锻模型腔内，上锻模以20mm/s速度向下运动，至锻压机上、下锻模合模，对空心坯料进行挤压成型；
第六步:对挤压成型的空心坯料进行机加工去除表面余量，并进行热处理。
[0005]优选地，空心坯料的预热温度为200°C -300°C。
[0006]优选地，锻压机的上锻模和下锻模的预热温度为200°C -300°C。
[0007]或者优选地，所述第四步中空心坯料的表面润滑剂为润滑玻璃粉，所述上锻模和下锻模的表面润滑剂为石墨润滑剂。
[0008]优选地，第六步中热处理为固溶和时效处理。
[0009]本发明一步成形制中心带有通孔的轴件，流线完整且分布合理，结构强度高，应变分布均匀，残余应力低，不仅提高了锻件质量、材料利用率、锻件尺寸精度，而且降低了制造成本，提高了生产效率，具有广泛的应用价值和较高的经济效益。
[0010]说明书附图
图1为变截面空心轴锻件挤压成型方法所使用的锻压机结构示意图。
[0011]附图标记:1-工作台，2-顶杆，3-下砧，4-下锻模，5-坯料，6-上锻模，7_上砧，8-滑块，9-锻压机机头，10-导柱。
【具体实施方式】
[0012]图1为变截面空心轴锻件挤压成型方法所使用的锻压机结构示意图，包括工作台I，所述工作台I通过导柱10连接有一滑块8，滑块8在导柱10上可上下滑动，滑块8与锻压机机头9相连，所述滑块8通过上砧7连接有一锻压机的上锻模6，与锻压机的上锻模6位置相对应的工作台I上设置有一下锻模4，所述下锻模4通过下砧3与工作台I相连，所述上锻模6和下锻模4的中心轴线在同一直线上。上锻模6的中心处设置有一中心杆，所述下锻模4的中心处设置有一空腔，当上锻模6与下锻模4合模，所述中心杆伸入所述空腔中，所述空腔底部设置有一顶杆2，下锻模4的空腔为变截面空腔。
[0013]实施例一
C250钢变截面空心轴挤压生产。
[0014]第一步，将C250钢棒材的坯料5在锻造加热炉内加热到1100°C -1200°C的始锻温度，优选温度为1150°C，然后在锻压机上墩粗到一定高度，并用胎膜控制其外缘不出现鼓度；
第二步，挤压用坯料的制作，将墩粗后的坯料5进行喷砂去除氧化皮，并机加工中心孔，得到挤压所用的空心坯料5 ;
第三步，加热空心坯料及上锻模6、下锻模4，将空心坯料5放入预热炉内加热到2000C -3000C的预热温度，优选温度为300°C，表面均匀喷涂防氧化剂，将涂覆防氧化剂的坯料5放入锻造加热炉内加热到1100°C _1200°C，优选温度为1130°C ;同时将下锻模6、下锻模4在预热炉内加热到200°C -300°C的预热温度，优选为300°C ；
第四步，为加热后的坯料5及上锻模6、下锻模4涂覆表面润滑剂，将加热后的坯料5表面用专用的润滑玻璃粉包裹，保证玻璃粉均匀覆盖坯料表面；上锻模6和下锻模4表面涂覆石墨润滑剂；
第五步，挤压成型空心轴，将涂覆润滑剂的上锻模6和下锻模4安装在锻压机的上、下砧7、3上；上锻模6和下锻模4安装完成后，将坯料5转运到下锻模型腔内，上锻模以20mm/s速度向下运动至固定距离完成挤压过程；挤压完成后上锻模4向上运动与坯料5脱离，顶杆2向上运动，顶出坯料5。
[0015]第六步，机加工及热处理，对挤压成型后的坯料5进行机加工去除表面余量并进行固溶和时效处理，即得到成品轴锻件。
[0016]在第二步中只需确保坯料5中心孔直径与成品中心孔直径相同，即可加工出所需尺寸的成品轴锻件，一步挤压成形制中心带有通孔的轴锻件，坯料5在成形过程中承受三向压应力，而且轴锻件的形状和尺寸完全由模具控制，流线完整且分布合理，轴锻件尺寸精度高；挤压时由于轴锻件各部位承受相同的挤压比，使得轴锻件的热力参数分布更加均匀，组织均匀性提高，同时降低残余应力水平；挤压时由于轴锻件直接成形空心结构，避免了轴锻件空心部分材料的浪费，提高的材料利用率并降低了机加工成本；该方法坯料的加热为一个火次，降低了生产成本，提高生产效率，同时避免了多次高温加热引起的组织不均匀及性能的下降。
[0017]实施例二
航空发动机用GH4169合金低压涡轮轴挤压生产。
[0018]第一步，将GH4169棒材的坯料在锻造加热炉内加热到960°C -1060°C的始锻温度，优选温度为1020°C，然后在锻压机上墩粗到一定高度，并用胎膜控制其外缘不出现鼓度；
第二步，挤压用坯料的制作，将墩粗后的坯料5进行喷砂去除氧化皮，并机加工中心孔，得到挤压所用的空心坯料5 ;
第三步，加热空心坯料及锻压机上锻模6、锻压机下锻模4，将坯料5放入预热炉内加热到200°C -300°C的预热温度，优选温度为300°C，表面均匀喷涂防氧化剂，将涂覆防氧化剂的坯料放入锻造加热炉内加热到960°C -1060°C，优选温度为1020°C;同时将下锻模6、下锻模4在预热炉内加热到200°C -300°C的预热温度，优选为300°C ；
第四步，为加热后的坯料5及上锻模6、下锻模4涂覆表面润滑剂，将加热后的坯料5表面用专用的润滑玻璃粉包裹，保证玻璃粉均匀覆盖坯料表面；上锻模6和下锻模4表面涂覆石墨润滑剂；
第五步，挤压成型空心轴，将涂覆润滑剂的上锻模6和下锻模4安装在锻压机的上、下砧7、3上；上锻模6和下锻模4安装完成后，将坯料转运到下锻模4型腔内，上锻模6以20mm/s速度向下运动至固定距离完成挤压过程；挤压完成后上锻模4向上运动与坯料5脱离，顶杆2向上运动，顶出坯料5。
[0019]第六步，机加工及热处理，对挤压成型后的坯料5进行机加工去除表面余量并进行固溶和时效处理。
[0020]在第二步中只需确保坯料5中心孔直径与成品中心孔直径相同，即可加工出所需尺寸的成品轴锻件，航空发动机用GH4169合金低压涡轮轴挤压生产，实现了长2.0米低压涡轮轴的一步挤压成形，提高了尺寸精度及组织均匀性，降低残余应力水平，降低了生产成本，实现了 GH4169合金低压涡轮轴热加工的突破。
【主权项】
1.一种变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:将坯料(5)在锻造加热炉内加热到始锻温度，并在锻压机上镦粗； 第二步:将镦粗后的坯料(5)进行喷砂去除氧化皮，并采用机加工的方法加工出中心孔，得到挤压用空心坯料(5); 第三步:将空心坯料(5)放入预热炉内加热到预热温度，然后在加热后的空心坯料(5)表面喷涂防氧化剂；将涂覆防氧化剂的空心坯料(5)放入锻造加热炉内加热到始锻温度；将锻压机的上锻模(6)和下锻模(4)在预热炉内加热到预热温度； 第四步:为加热后的空心坯料(5)、锻压机的上锻模(6)和下锻模(4)涂覆表面润滑剂； 第五步:将涂覆润滑剂的上锻模(6)和下锻模(4)安装在锻压机的上、下砧(7)、(3)上，将涂覆润滑剂的空心坯料(5)转运到下锻模(4)型腔内，上锻模(6)以20mm/s速度向下运动，至锻压机上、下锻模(6)、(4)合模，对空心坯料(5)进行挤压成型； 第六步:对挤压成型的空心坯料(5)进行机加工去除表面余量，并进行热处理。2.如权利要求1所述变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，所述空心坯料(5)的预热温度为200°C -300°C。3.如权利要求2所述变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，所述锻压机的上锻模(6)和下锻模(4)的预热温度为200°C -300°C。4.如权利要求1或2或3所述变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，所述第四步中空心坯料(5 )的表面润滑剂为润滑玻璃粉，所述上锻模(6 )和下锻模(4 )的表面润滑剂为石墨润滑剂。5.如权利要求4所述变截面空心轴锻件挤压成型方法，其特征在于，所述第六步中热处理为固溶和时效处理。
【专利摘要】本发明涉变截面空心轴锻件挤压成型方法及一种超高强度钢空心轴成型领域，具体涉及变截面空心轴锻件挤压成型方法，将坯料锻压机上鐓粗；然后加工中心孔；将坯料放入预热炉内加热到预热温度，然后喷涂防氧化剂；将坯料放入锻造加热炉内加热到始锻温度；为坯料、上锻模和下锻模涂覆表面润滑剂；上锻模和下锻模安装在上、下砧上，将坯料转运到下锻模型腔内，合模；去除表面余量，并进行热处理。本发明一步成形制中心带有通孔的轴件，流线完整且分布合理，结构强度高，应变分布均匀，残余应力低，不仅提高了锻件质量、材料利用率、锻件尺寸精度，而且降低了制造成本，提高了生产效率，具有广泛的应用价值和较高的经济效益。
【IPC分类】B21J3/00, B21J5/02, B21J5/08
【公开号】CN105057529
【申请号】CN201510513390
【发明人】刘 东, 王建国, 吕楠, 饶浩东, 胡阳
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年8月20日