专利名称：一种曲面型砧高效锻造方法
技术领域：
本发明涉及一种金属塑性加工技术领域，特别是涉及一种曲面型砧高效锻造方法。
背景技术：
轧辊、转子等大型轴类锻件是国家重大装备的关键零部件，多采用大型铸钢锭，经"镦粗+拔长"工序将钢锭锻制到接近零件形状，利用压力破碎其铸态组织，细化晶粒、均匀组织，锻合钢锭内部縮孔、气孔和疏松等
缺陷。平砧和v型砧是目前拔长锻造方法中使用最为广泛的砧型，出现了上
下V型砧、上平砧下V型砧、WHF法、FM法等拔长工艺方法。用上述几种拔长工艺，能够在锻件心部产生不同程度的压实效果，但均缺乏对表层金属变形的控制手段，工件与变形工具(上、下砧)接触处存在难变形区，致使大锻件出现剧烈的不均匀变形。这种不均匀变形是造成大型锻件内部组织性能不均和表层铸造缺陷得不到消除的主要原因，也是导致钢锭利用率和锻造效率低下的重要原因。
发明内容
为了解决现有拔长方法锻造大型锻件时所出现的严重不均匀变形问题，本发明提供一种曲面型砧锻造新工艺，本发明与普通平砧和V型砧锻造工艺相比，采用曲面型砧锻造工艺可用较小的锻造载荷锻合锻件表层和心部孔洞型缺陷，钢锭利用率和锻造效率均能得到明显提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
所述锻造方法使用一种曲面型砧，其工作面由两部分组成对称于中心线的侧压面1和中间曲线型柱面2，两者间通过圆弧3连接而成。其中，
型砧中心柱面轮廓采用圆弧或抛物曲线(图3);侧压面轮廓采用直线或圆弧(图4)，直线型侧压面夹角"的取值范围为90。 18(T。
所述锻造方法使用的曲面型砧(图l、 2)，其工作面由两个对称于中心线的侧压面1和中心柱面2通过圆弧3光滑连接而成，其中，曲面型砧的中心
4柱面2可采用圆弧型中心柱面d或抛物线型中心柱面(^ (图3);侧压面l采-用直线型侧压面C3或圆弧型侧压面C,，直线型侧压面q的夹角"取值范围
为90° 180°。
以曲面型砧底面中心为原点建立直角坐标系(图3)，中心柱面2轮廓
圆弧型曲线可用式(1)表示式中
y。 一圆弧中心位置在y轴方向的高度；
圆弧半径。
中心柱面2轮廓抛物线型曲线可用式(2)表示
_y = ax2 +6 (2 )
式中-
a—控制抛物线的开口度；6—控制抛物线与y轴截距。
若曲面型砧中心柱面2轮廓为抛物线型q (或圆弧型q)、侧压面轮廓为直线型C" (1)当"=180°,">0力<0 (或,>3;。>0)时，两侧压面1呈一水平面，中心柱面2呈外凸型，曲面型砧成为平面凸砧(图5-a); (2)
当"=180°，"<0力>0 (或-^<;;。<0)时，两侧压面l呈一水平面，中心柱面2呈内凹型，砧子成为平面凹砧(图5-b); (3)当90° <a<180°,a>0》>0(或^。>。时，两侧压面1呈内凹V型，中心柱面2呈外凸型，砧子成为直线侧压面曲面型砧(图5-c)。当中心柱面2轮廓为抛物线型G (或圆弧
型q)、侧压面i轮廓为圆弧型c,时，取">0力>0 (或^。>。，两侧压面i
呈内凹"八"字型，中心柱面2呈外凸型，曲面型砧成为圆弧侧压面曲面型砧(图5-d)。
采用该方法锻造时，其上、下砧可采用上述曲面砧型的组合，也可以和普通平砧、普通V型砧及大平台组合使用，通过改变砧型几何尺寸参数和砧宽比、压下量等锻造工艺参数来实现高效控制锻造。
本发明的有益效果是，采用曲面型砧锻造工艺，既能获得很好的心部压实效果，对锻件表层金属变形也能起到很好的控制作用，能消除锻件的，从而改善锻件组织性能的均匀性，用较小的锻造载荷锻合锻件表层和心部孔洞型缺陷，从而使钢锭利用率和锻造效率得到明显提高。
图1是曲面型砧的结构示意图；图2是曲面型砧的侧视图3是曲面型砧中心柱面轮廓曲线型式示意图；图4是曲面型砧侧压面轮廓曲线型式示意图；图5-a平面凸砧结构示意图5-b是平面凹砧结构示意图5-C是直线型侧压面曲面型砧结构示意图5-d是圆弧型侧压面曲面型砧结构示意图6是直线型侧压面、抛物线型中心柱面的曲面型砧三维示意图；图7是采用曲面型砧锻造工艺进行锻件表层金属变形控制示意图8是采用曲面型砧锻造工艺进行锻件心部压实控制示意图。在图1中，l为侧压面，2为中心柱面曲线，3为侧压面和中心柱面的过渡圆弧。在图3中，d为圆弧中心柱面曲线，C,为抛物线中心柱面曲线。在图4中，q为直线型侧压面，^为圆弧型侧压面。在图7、 8中，4.上曲面型砧，4'.下曲面型砧，5为锻件，4.为上表层压实区域，^.为下表层压实区域，^为心部压实区域。
具体实施例方式
附图公开的是本发明的一个实施例，具体操作步骤为
(1) 钢锭加热出炉，压出钳把、倒棱；
(2) 镦粗；
(3) 曲面型砧拔长，其上、下砧均采用直线型侧压面、中心凸型抛物型柱面的曲面型砧(90。 < <180。,a>0,6>0，见图6);
(4) 滚圆或其它后续工序。本发明所提供的锻造方法的关键步骤为曲面型砧拔长，其主要技术参
数为
6(1) 砧宽比0.6~0.8;
(2) 侧压面l轮廓为直线型q时，夹角"取值120° 145° ;
(3) 中心柱面2轮廓取抛物线型曲线q时，方程(2)中的控制参数a，
6取值可由式(3)、式(4)计算获得；
j、 …
6 = /1
2
7
(3)
雄
a = 7
2
2 1
式中，5——曲面型砧在义轴方向上的宽度;6,——砧底部平面部分在义轴方向上的宽度；
-侧压面夹角；
-控帝惨数l，取义=0.7~0.9;
(4)
义-
;;—一控制参数2，取;;-0 4。(4)压下量20 28%。
其控制锻造思路为当压下量较小时(图7)，曲面型砧中心凸型曲面首先与锻坯表面接触，对锻坯表面金属实施强迫变形，可有效避免砧下难变形区的形成；随着压下量的增大(图8)，曲面型砧的侧压面与中心凸型曲面同时与锻坯接触，变形由锻坯表层向心部渗透，形成显著的心部压实效果，而锻件表层仍能保持较大变形量。从而使锻造过程兼顾锻件表面和心部变形，解决大型锻件心部锻透和难变形区问题，实现均匀变形和高效锻造。
权利要求
1.一种曲面型砧高效锻造方法，其特征是所述方法的曲面型砧的工作面由两个对称于中心线的侧压面(1)和中心柱面(2)通过圆弧(3)光滑连接而成，其中，曲面型砧的中心柱面(2)可采用圆弧型中心柱面(C1)或抛物线型中心柱面(C2)，分别用方程x2+(y-y0)2＝r2和y＝ax2+b表示，式中y0-圆弧中心位置在y轴方向的高度，r-圆弧半径，α-控制抛物线的开口度，b-控制抛物线与y轴截距；侧压面(1)采用直线型侧压面(C3)或圆弧型侧压面(C4)，直线型侧压面(C3)的夹角α取值范围为90°～180°。
2. 根据权利要求1所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是采用抛物 线型中心柱面(C2)或圆弧型中心柱面(d)和直线型侧压面(C3)，当 "=180°，">0》<0或0<;/。 <r时，两侧压面(1)呈一7夂平面，中心柱面(2)呈外凸型，成为平面凸砧。
3. 根据权利要求1所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是采用抛物 线型中心柱面(C2)或圆弧型中心柱面(d)和直线型侧压面(C3)，当 "=180°,"<0》>0或—r <y。 <0时，两侧压面(1)呈一水平面，中心柱 面(2)呈内凹型，成为平面凹砧。
4. 根据权利要求1所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是采用抛物 线型中心柱面(C2)或圆弧型中心柱面(d)和直线型侧压面(C3)，当90°<a<180°， a〉0力〉0或r <少。时，两侧压面(1)呈内凹V型，中心柱 面(2)呈外凸型，成为直线型侧压面曲面型砧。
5. 根据权利要求1所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是采用抛物 线型中心柱面(c2)或圆弧型中心柱面(d)和圆弧型侧压面(C4)，取 ">0力>0或少0 "，两侧压面(1)呈内凹"八"字型，中心柱面(2)呈外 凸型，成为圆弧侧压面曲面型砧。
6. 根据权利要求1 5所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是上、下砧都用直线型或圆弧型侧压面曲面型砧进行锻造。
7. 根据权利要求1或3所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征是上、下砧都用平面凹砧进行锻造。
8. 根据权利要求1或3所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征在于上砧 用普通平砧，下砧用平面凹型砧进行锻造。
9. 根据权利要求1 3所述的曲面型砧高效锻造方法，其特征在于上砧 用平面凸型砧，下砧用平砧或平面凹型砧进行锻造。
全文摘要
本发明公开一种能够有效锻合大锻件内部孔洞型缺陷，改善锻坯表层与心部金属变形不均匀性的锻造方法。该方法使用一种曲面型砧，所述曲面型砧的工作面由两个对称于中心线的侧压面(1)和中心柱面(2)通过圆弧(3)光滑连接而成，其中，曲面型砧的中心柱面(2)可采用圆弧型中心柱面(C<sub>1</sub>)或抛物线型中心柱面(C<sub>2</sub>)，侧压面(1)采用直线型侧压面(C<sub>3</sub>)或圆弧型侧压面(C<sub>4</sub>)，直线型侧压面(C<sub>3</sub>)的夹角α取值范围为90°～180°。利用曲面型砧的侧压面(1)和中心柱面(2)，对锻坯表层、心部、次表层金属变形进行有针对性的控制，避免大面积难变形区域和心部锻造裂纹的出现，用较小的锻造载荷锻合锻件内部孔洞型缺陷，提高锻件变形均匀性进而改善锻件内部组织性能均匀性，实现高效锻造。
文档编号B21J5/00GK101513664SQ200910074078
公开日2009年8月26日 申请日期2009年4月1日 优先权日2009年4月1日
发明者静 李, 杜凤山, 黄华贵 申请人:燕山大学