专利名称：一种制作发电机护环热锻环坯的方法及模具的制作方法
技术领域：
本发明属于金属塑性成形领域，涉及一种发电机护环零件的锻造工艺。
背景技术：
护环是火力发电设备中的大型关键零件之一。它在高速旋转中不但承受巨大的离心力，同时还要承受热装应力、交变应力、弯曲应力，要求有足够的强度，良好的韧性，均匀的力学性能，最小的残余应力。而且护环在强磁场、腐蚀性气氛中工作，因此，还要求无磁性和具有高的抗应力腐蚀能力。目前国内外制造护环零件的方法，普遍采用由钢锭经加热锻造成环形坯料(简称热锻)，再经固溶处理和冷变形强化(简称冷锻)的工艺制成锻件，最后机加工。
现有技术的护环热锻工艺，一直沿用自由锻造。主要工序为钢锭拔长下料、镦粗、冲孔、芯棒拔长及芯棒扩孔等。由于变形不均匀，应力状态不好，加之材料塑性差，锻造过程中很容易产生裂纹，且缺陷清除困难，热锻废品率高达60％以上，因此，护环热锻环坯成为制约生产发展的关键因素，急待改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种制作发电机护环热锻环坯的方法及模具，从而解决护环热锻裂纹的技术难题，同时可获得均匀的组织性能，为后续的冷变形强化提供良好的条件。
本发明的另一个目的是减小成形力，生产勿需占用大型锻压设备，提高其实用价值。
本发明是通过以下技术方案来实现其发明目的的。
一种制作发电机护环热锻环坯的方法，其工艺步骤是(1)将冲挤底模连同与其连接的冲挤筒模置于压力机的平台上；(2)将圆柱形坯料外设包套一起加热至锻造温度后，置于冲挤筒模内；(3)用包含有定位器的冲挤冲头，冲挤圆柱形热坯至设计深度；(4)将冲挤底模更换为冲孔漏盘，冲掉连皮；(5)将有包套的环形热坯置于与扩挤底模连接的扩挤筒模内，并置于扩挤下冲头上；(6)用含有定位器的扩挤上冲头扩挤环形热坯；(7)当上下冲头接触时，将扩挤底模换成扩挤漏盘，冲脱扩挤上冲头；
(8)用最终扩挤上冲头扩挤环形热坯，达到护环热锻环坯的设计尺寸。所述的工艺步骤(7)根据变形量的工序分配，使用较大直径的扩挤上冲头重复1～2次冲脱扩挤上冲头。
所述的包套壁厚按公式δ＝0.035D计算，其中D表示所包坯料的外径，δ表示包套的壁厚。
所述的工艺步骤用冲挤冲头冲挤圆柱形热坯，是在冲头上加上垫块施压。
所述的工艺步骤用扩挤上冲头扩挤环形热坯，是在冲头上加上垫块施压。
所述的制作发电机护环热锻环坯的方法所用的模具，包括冲挤模具和扩挤模具两部分。所述的冲挤模具由反挤模和冲孔模组成，其反挤模的结构是冲挤筒模置于底模上，并通过配合凸台连接，冲挤筒模上端设置冲头定位器，冲挤冲头与定位器内孔滑动配合；冲孔模的结构是冲挤筒模置于冲孔漏盘上，并通过配合凸台连接，冲挤冲头上有冲挤施压垫块。所述的扩挤模具由双冲头扩挤模和单冲头扩挤模组成，其双冲头扩挤模的结构是扩挤筒模置于底座上，并通过配合凸台连接，扩挤下冲头置于底座中心，扩挤筒模上端设置扩挤冲头定位器，扩挤上冲头与定位器内孔滑动配合；单冲头扩挤模的结构是扩挤筒模置于扩挤漏盘上，并通过配合凸台连接，扩挤上冲头及最终扩挤上冲头上有施压垫块。
所述的单冲头扩挤模，可根据变形量的要求改变扩挤上冲头直径，增加上冲头数量，以便分步成形。
所述的扩挤上冲头、扩挤下冲头、最终扩挤上冲头是一种球面冲头。
本发明与现有技术相比，由于锻造方法由自由锻改为模内冲扩，坯料在模内约束成形，使圆周上的拉应力大大减小，改善了应力状态，因此，有效地防止了裂纹的产生。在扩孔阶段采用球面冲头轴对称扩挤成形，使周向变形均匀，而且在变形过程中环坯在筒模和冲头间，发生剪切和挤压复合变形，对环坯材料粗晶的细化、匀化有很好的效果，为冷变形强化提供了良好的条件。新工艺为模内整体变形，所需设备吨位比较大，为了减小成形压力，本发明采取了坯料包套成形的方式，即在环坯外圆周加一层软钢包套，既能改善润滑减小摩擦，又能有效地保持住热坯的温度，提高塑性，降低成形力，加上扩挤工序分步成形，将大变形分步完成，因而减小了每步的成形力，勿需占用大型压机。本发明解决了护环锻件热成形中易开裂、组织性能不均匀、成形力较大的三大难题，与现有技术相比，具有突出的进步和显著的效果。
下面结合附图通过实施例对本发明作进一步的说明。
图1为反挤模的结构示意图；图2为冲孔模的结构示意图；图3为双冲头扩挤模的结构示意图；图4为单冲头扩挤模的结构示意图；图5为单冲头分步扩挤模的结构示意图。
具体实施方案选300MW发电机护环作为实施对象，锻件成品为圆筒形件，护环材料采用Mn18Cr18N钢，其加热规范为始锻温度1150～1200℃，终锻温度950～1000℃。
冲挤成形工步坯料经钢锭拔长为圆柱形，直径D＝850mm，坯料高为1000mm。扩挤成形工步扩挤变形量取70mm，且扩孔与挤压变形之比为1∶1。在此条件下，经过计算可得到两次扩挤后环坯尺寸分别为φ950×φ540×1050mm，φ1000×φ640×1050mm。
包套材料15号钢，厚度30mm，模具材料H-13钢。筒模内壁有拔模斜度。
如图1、2、3、4、5所示，一种制作发电机护环热锻环坯的方法，其工艺步骤是(1)将冲挤底模2连同与其连接的冲挤筒模1置于50MN压力机的平台上；(2)将圆柱形坯料5外设包套6一起加热至锻造温度后，置于冲挤筒模1内；(3)用包含有定位器3的冲挤冲头4冲挤圆柱形热坯5至设计深度；(4)将冲挤底模2更换为冲孔漏盘7，冲掉连皮9；(5)将有包套16的环形热坯15置于与扩挤底模12连接的扩挤筒模11内，并置于扩挤下冲头19上；(6)用含有定位器13的扩挤上冲头14扩挤环形热坯15至上下冲头接触；(7)将扩挤底模12换成扩挤漏盘17，冲脱扩挤上冲头14；(8)用最终扩挤上冲头140扩挤有包套160的环形热坯150，达到护环热锻坯料的设计尺寸。
工艺步骤(7)可根据变形量的工序分配，使用较大直径的扩挤上冲头增加1～2次。
包套6的壁厚按公式δ＝0.035D计算，其中D表示所包坯料的外径，δ表示包套的壁厚。即δ＝0.035×850＝29.75≈30mm。
工艺步骤用冲挤冲头4冲挤圆柱形热坯5，是在冲头上加上垫块8施压。
工艺步骤用扩挤上冲头14扩挤环形热坯15，是在冲头上加上垫块18施压。
一种制作发电机护环热锻坯料的方法所用的模具，有冲挤模具和扩挤模具两部分，所述的冲挤模具由反挤模和冲孔模组成，其反挤模的结构是冲挤筒模1置于底模2上，并通过配合凸台连接，冲挤筒模上端设置冲头定位器3，冲挤冲头4与定位器内孔滑动配合，冲孔模的结构是冲挤筒模1置于冲孔漏盘7上，并通过配合凸台连接，冲挤冲头4上有冲挤施压垫块8；所述的扩挤模具由双冲头扩挤模和单冲头扩挤模组成，其双冲头扩挤模的结构是扩挤筒模11置于底座12上，并通过配合凸台连接，扩挤下冲头19置于底座中心，扩挤筒模上端设置扩挤冲头定位器13，扩挤上冲头14与定位器内孔滑动配合，单冲头扩挤模的结构是扩挤筒模11置于扩挤漏盘17上，并通过配合凸台连接，扩挤冲头上有扩挤施压垫块18。
所述的单冲头扩挤模，可根据变形量的要求改变扩挤上冲头直径，增加上冲头数量，以便分步成形。
所述的扩挤上冲头14、扩挤下冲头19、最终扩挤上冲头140是一种球面冲头。
权利要求
1.一种制作发电机护环热锻坯料的方法，其特征在于所述方法的工艺步骤是(1)将冲挤底模(2)连同与其连接的冲挤筒模(1)置于压力机的平台上；(2)将圆柱形坯料(5)外设包套(6)一起加热至锻造温度后，置于冲挤筒模(1)内；(3)用包含有定位器(3)的冲挤冲头(4)，冲挤圆柱形热坯(5)至设计深度；(4)将冲挤底模(2)更换为冲孔漏盘(7)，冲掉连皮(9)；(5)将有包套(16)的环形热坯(15)置于与扩挤底模(12)连接的扩挤筒模(11)内，并置于扩挤下冲头(19)上；(6)用含有定位器(13)的扩挤上冲头(14)扩挤环形热坯(15)至上下冲头接触；(7)将扩挤底模(12)换成扩挤漏盘(17)，冲脱扩挤上冲头(14)；(8)用最终扩挤上冲头(140)扩挤有包套(160)的环形热坯(150)，达到护环热锻坯料的设计尺寸。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的工艺步骤(7)根据变形量的工序分配，使用较大直径的扩挤上冲头(14)重复1～2次冲脱扩挤上冲头(14)。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的包套(6)的壁厚按公式δ＝0.035D计算，其中D表示所包坯料的外径，δ表示包套的壁厚。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的工艺步骤用冲挤冲头(4)冲挤圆柱形热坯(5)，是在冲头上加上垫块(8)施压。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的工艺步骤用扩挤上头(14)扩挤环形热坯(15)，是在冲头上加上垫块(18)施压。
6.按照权利要求1至5中任一权利要求所述的方法所用的模具，其特征在于所述的模具有冲挤模具和扩挤模具两部分，所述的冲挤模具由反挤模和冲孔模组成，其反挤模的结构是冲挤筒模(1)置于底模(2)上，并通过配合凸台连接，冲挤筒模上端设置冲头定位器(3)，冲挤冲头(4)与定位器内孔滑动配合，冲孔模的结构是冲挤筒模(1)置于冲孔漏盘(7)上，并通过配合凸台连接，冲挤冲头(4)上有冲挤施压垫块(8)；所述的扩挤模具由双冲头扩挤模和单冲头扩挤模组成，其双冲头扩挤模的结构是扩挤筒模(11)置于底座(12)上，并通过配合凸台连接，扩挤下冲头(19)置于底座中心，扩挤筒模上端设置扩挤冲头定位器(13)，扩挤上冲头(14)与定位器内孔滑动配合，单冲头扩挤模的结构是扩挤筒模(11)置于扩挤漏盘(17)上，并通过配合凸台连接，扩挤上冲头(14)及最终扩挤上冲头(140)上有施压垫块(18)。
7.按照权利要求6所述的模具，其特征在于所述的单冲头扩挤模，可根据变形量的要求改变扩挤上冲头直径，增加上冲头数量。
8.按照权利要求6所述的模具，其特征在于所述的扩挤上冲头(14)、扩挤下冲头(19)、最终扩挤上冲头(140)是一种球面冲头。
全文摘要
一种制作发电机护环热锻环坯的方法及模具，涉及一种发电机护环零件的锻造工艺及其装置。现有技术的护环热锻工艺为自由锻造，由于变形不均匀，应力状态不好，锻造过程很容易产生裂纹。本发明由于将自由锻改为模内约束成形，改善了应力状态，有效地防止了裂纹的产生。在扩孔阶段采用球面冲头轴对称扩挤成形，细化、均化了晶粒，为冷变形强化提供了良好的条件。本发明采取了坯料包套成形的方式，既能改善润滑减小摩擦，又能有效地保持住热坯的温度，提高了塑性，降低了成形力，因而勿需占用大型压机。本发明解决了护环锻件热成形中易开裂、组织性能不均匀、成形力较大的三大难题，与现有技术相比，具有突出的进步和显著的效果。
文档编号B21K21/02GK1736630SQ20051001256
公开日2006年2月22日 申请日期2005年5月31日 优先权日2005年5月31日
发明者刘建生, 陈慧琴, 安红萍, 郭会光, 田继红 申请人:太原科技大学