专利名称：一种等温锻造用模具加热炉的制作方法
技术领域：
本发明是一种等温锻造用模具加热炉，属于锻造加热技术领域，该种模具加热炉是新的结构设计，更好地实现航空发动机用某整体框模具的加热，满足该模具在等温锻造时的要求。
背景技术：
某型机用结构框锻件是一典型的单孔圆形框类锻件，多萠、薄腹板，原由6个模锻件拼焊而成，具有6条焊缝，这样对锻件质量势必造成影响。消除焊缝将组合框改为整体框等温锻造是此类形式锻件的发展方向，进而设计更薄的构件剖面，可以大大减轻飞机结构重量(约20%)和提高飞机结构效益，同时还可以避免螺栓机械连接或焊接连接的薄弱面， 减少应力集中源、金属流线外露或中断，提高飞机隔框的抗疲劳、抗应力腐蚀等性能和安全可靠性。而钛合金构件尤其是大型形状复杂的飞机结构件采用等温锻方法制造，早已为国外生产实践证明是合理的。某型机用结构框整体框锻件重量约60kg，投影面积0. 45m2，最大外廓尺寸为1270mm，典型腹板厚度3mm。将此类框改为整体框等温锻具有以下优点1)显著减小锻造时的变形抗力，从而大大提高现有锻造设备的生产能力；2)提高锻造时的塑性 (甚至达到超塑性)，是一些难变形合金的锻造成为可能；3)锻件体内及表面温度均勻，变形均勻，从而导致最终组织和性能均勻；4)工艺条件易于严格控制，产品质量稳定；5)大大改善合金锻造时的流动性及充填型腔的能力，使精密锻造或半精密锻造成为可能，从而可节约大量贵重原材料，并使锻件流线分布非常合理，这一点对具有窄筋、薄腹板等复杂性状钛合金构件的制造十分重要；6)采用等温精锻件将大大节约机械加工工时，加快军品批生产的速度。该锻件模具材料为K403，材料热扩散率在1100°C时为4. 41 X 10-6m2s_l，热导率在1100°C时为22. Owm-Ik-I，是一般材料的1/5，属难加热材料；且该材料热敏感性较强，在加热过程中温度梯度不宜过大，否则，模具有开裂的倾向；模具质量较大，径向尺寸相当大， 加热难度大。采用普通的加热方法，模具芯部温度偏低，难以满足等温锻造的技术要求。适用于上述锻件模具的加热炉要求工作温度950°C 士 10°C，由于该框模具外形相当大，达到了 Φ 1720 X 1000mm，重量为16000kg，型腔大而深，多腹板，这在我公司等温锻造中属于特大型，在国内目前尚无此先例。在加热炉的设计中要充分考虑模具的相关性能一是材料为K403，这种材料的热扩散率本身就相当的小，在1100°C时为ΙΜΧΙ Γ6!!!2^，热导率在1100°C时仅为22. Own^k—1，为一般材料的1/5之多，属于难加热材料；二是该模具径向尺寸相当大，给加热带来一定的难度；三是质量较大；四是该材料的热敏感性较强，在加热过程中温度梯度不宜过大，否则，模具有开裂的倾向。采用普通的加热方法，模具芯部温度偏低，难以满足锻件的技术要求
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种等温锻造用模具加热炉，该加热炉正是供上述锻件模具的加热使用的，该加热炉提出一种具有单孔、圆形的大型、特大型整体框等温锻造模具的加热方法。采用内外同时加热的形式，即在模具的外部使用上下炉同时加热的外加热方式和内炉模芯补偿加热的加热方式，对模具从外向里加热的同时， 从里向外加热，既保证了正常的加热速度，又解决了温度梯度变化大对模具的影响问题及 k403材料加热时热敏感性的问题。保证等温锻造的可靠性，满足产品的性能要求，实现锻件尺寸的精化，减少机加工作量，缩短加工周期，提高生产效率，降低生产成本。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的该种等温锻造用模具加热炉，其特征在于(1)该加热炉主要包括外炉和内炉，外炉为大型环状结构，外炉的内腔尺寸大于 Φ 1900mm，外炉的外圆尺寸大于Φ 2600mm，外炉由外圆向内腔的周围结构分为炉壳、保温层和耐火层，外炉分为上、下高度相同的两部分，分别是上外炉体和下外炉体；内炉为一个用耐火层构成的圆柱状体，套装在外炉的内腔中心处，圆柱状体的外圆尺寸是根据内炉圆柱状体的外圆与外炉内腔的内缘的之间所需要的间距而确定的；(2)外炉加热元件采用电阻丝，环形、从上至下等间距排布在上外炉体和下外炉体的内腔的内缘面上；内炉加热元件采用电阻带形式，将电阻带绕制成回线形，均勻地悬挂于内炉的圆柱体的外表面。外炉加热元件在上外炉体和下外炉体的内腔的内缘面上各为6趟，每两趟为一相，三相为一区，形成上外炉体和下外炉体对加热元件的分区控制。外炉加热元件选择的电阻丝材料为0Cr21A16Nb，电阻丝直径d = 6. 5mm, Ct = 1.03，P = 1.43Q.mm2/m, (Ct为不同温度下电阻修正系数，P为电阻系数)，R冷态电阻 =4. 673 Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1. 356ff/cm2,电阻丝的节距h = 13. 768mm。内炉加热元件采用的电阻带材料为0Cr27A17Mo2，电阻带尺寸a = 1. 5mm、b = 30mm mm, Ct = 0.9862，P = 1. 5Q.mm2/m. (Ct为不同温度下电阻修正系数，P为电阻系数)，R冷态电阻=1.34 Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1.4W/cm2。外炉的保温层选用硅酸铝纤维毡叠块和含锆的保温针刺毯复合的结构形式。该种等温锻造用模具加热炉实现某大型整体框等温锻造模具的加热要求及等温锻造时的技术要求。
图1为本发明等温锻造用模具加热炉外炉的结构示意2为本发明等温锻造用模具加热炉内炉的结构示意图
具体实施例方式以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述参见附图1、2所示，该种等温锻造用模具加热炉，其特征在于(1)该加热炉主要包括外炉1和内炉2，外炉1为大型环状结构，外炉1的内腔尺寸大于Φ 1900mm，外炉1的外圆尺寸大于Φ 2600mm，外炉1由外圆向内腔的周围结构分为炉壳3、保温层4和耐火层5，外炉1分为上、下高度相同的两部分，分别是上外炉体11和下外炉体12 ；内炉2为一个用耐火层5构成的圆柱状体，套装在外炉1的内腔中心处，圆柱状体的外圆尺寸是根据内炉2圆柱状体的外圆与外炉1内腔的内缘的之间所需要的间距而确定的；(2)外炉加热 元件6采用电阻丝，环形、从上至下等间距排布在上外炉体11和下外炉体12的内腔的内缘面上；由于内炉2加热条件相对比较差，内炉加热元件7采用电阻带形式，将电阻带绕制成回线形，均勻地悬挂于内炉2的圆柱体的外表面，这样使炉体在设计上确保了加热时的
稳定性。外炉加热元件6在上外炉体11和下外炉体12的内腔的内缘面上各为6趟，每两趟为一相，三相为一区，形成上外炉体11和下外炉体12对加热元件的分区控制。外炉加热元件6选择的电阻丝材料为0Cr21A16Nb，电阻丝直径d = 6. 5mm, Ct = 1.03，P = 1.43Q.mm2/m, Ct为不同温度下电阻修正系数，P为电阻系数，R冷态电阻= 4. 673 Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1. 356ff/cm2,电阻丝的节距h = 13. 768mm。内炉加热元件7采用的电阻带材料为0Cr27A17Mo2，电阻带尺寸a = 1. 5mm、b = 30mm mm，Ct = 0.9862，P = 1. 5 Ω . mm2/m，Ct为不同温度下电阻修正系数，P为电阻系数， R冷态电阻=1.34Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1.4W/cm2。外炉1的保温层4选用硅酸铝纤维毡叠块和含锆的保温针刺毯复合的结构形式。该加热炉是根据等温锻造用模具的形状及特点及锻造用万吨油压机设备的使用空间而设计的，将外炉1设计为圆形，并分为上外炉体11和下外炉体12两个部分随模具、 设备上下运行，以协调等温锻造用模具，等温锻造用模具的尺寸Φ 1720X 1000mm，重量16000kg，形状单孔、圆形，材料K403高温合金。本加热炉中温炉，等温锻造用模具的使用温度950°C 士 10°C，模具加热到950°C需要热量4488000KK，约合52. 2KW，结合炉子结构特点、密封性、模具散热性、上下炉保温较差等因素，外炉1所需功率为171KW 228KW，内炉2所需功率为30KW 46KW。外炉1的耐火层5材料选用半重质高温耐火浇注料，耐火度1700°C，该耐火材料性能比一般的中温炉耐火材料高一级，完全满足炉体温度之需要；保温层4选用硅酸铝纤维毡叠块和含锆的保温针刺毯复合使用，这样保温层既薄保温性能又好，而且节省了空间。内炉2是进行内部加热，不需要保温层，耐火层5材料也是选用比外炉炉衬用耐火层材料高一级的重质高温耐火材料，这种材料既保证了温度的需要，又具有一定的强度，完全满足了的内炉加热。加热监测与控制在等温锻造模具分阶段加热及等温锻造实际过程中，控制为外炉1实行上、下分区控制，内炉2模芯独立控制，等温锻造模具型腔、表面2个点监测炉子升温速度，在等温锻造模具的不同深度处放置3只控温热电偶，控制内外炉子的加热，保证炉子的加热温度，等温锻造模具内外温度差异小。在等温锻造模具型芯内设置一圆形加热炉体，突破了传统加热方式，保证了等温锻造模具型腔的温度，通过以外炉1同时加热解决了温度梯度过大对模具的影响，满足了等温锻造时的要求。
与现有技术相比，该加热炉实现了对具有单孔、圆形的大型、特大型整体框等温锻造模具的加热既保证了正常的加热速度，又解决了温度梯度变化大对模具的影响问题及 k403材料加热时热敏感性的问题。
权利要求
1.一种等温锻造用模具加热炉，其特征在于(1)该加热炉主要包括外炉⑴和内炉(2)，外炉⑴为大型环状结构，外炉⑴的内腔尺寸大于Φ 1900mm，外炉(1)的外圆尺寸大于Φ 2600mm，外炉(1)由外圆向内腔的周围结构分为炉壳(3)、保温层(4)和耐火层(5)，外炉(1)分为上、下高度相同的两部分，分别是上外炉体(11)和下外炉体(12)；内炉(2)为一个用耐火层(5)构成的圆柱状体，套装在外炉(1)的内腔中心处，圆柱状体的外圆尺寸是根据内炉⑵圆柱状体的外圆与外炉⑴内腔的内缘的之间所需要的间距而确定的；(2)外炉加热元件(6)采用电阻丝，环形、从上至下等间距排布在上外炉体(11)和下外炉体(12)的内腔的内缘面上；内炉加热元件(7)采用电阻带形式，将电阻带绕制成回线形，均勻地悬挂于内炉(2)的圆柱体的外表面。
2.根据权利要求1所述的等温锻造用模具加热炉，其特征在于外炉加热元件(6)在上外炉体(11)和下外炉体(12)的内腔的内缘面上各为6趟，每两趟为一相，三相为一区， 形成上外炉体(11)和下外炉体(12)对加热元件的分区控制。
3.根据权利要求1或2所述的等温锻造用模具加热炉，其特征在于外炉加热元件(6) 选择的电阻丝材料为0Cr21A16Nb，电阻丝直径d = 6. 5匪，Ct = 1. 03，P=L 43 Ω .匪2/ m，R冷态电阻=4. 673Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1. 356W/cm2，电阻丝的节距h = 13. 768mm。
4.根据权利要求1所述的等温锻造用模具加热炉，其特征在于内炉加热元件(7)采用的电阻带材料为0Cr27A17Mo2，电阻带尺寸a = 1. 5讓、b = 30讓讓，Ct = 0. 9862，P =1. 5Ω._2/ι ，R冷态电阻=1. 34 Ω，校核电阻丝的表面负荷ω = 1. 4W/cm2。
5.根据权利要求1所述的等温锻造用模具加热炉，其特征在于外炉(1)的保温层(4) 选用硅酸铝纤维毡叠块和含锆的保温针刺毯复合的结构形式。
全文摘要
本发明是一种等温锻造用模具加热炉，其特征在于(1)该加热炉主要包括外炉和内炉，外炉为大型环状结构，内炉为一个用耐火层构成的圆柱状体，套装在外炉的内腔中心处；(2)外炉加热元件采用电阻丝，环形、从上至下等间距排布在上外炉体和下外炉体的内腔的内缘面上；内炉加热元件采用电阻带形式，将电阻带绕制成回线形，均匀地悬挂于内炉的圆柱体的外表面。与现有技术相比，该加热炉实现了对具有单孔、圆形的大型、特大型整体框等温锻造模具的加热既保证了正常的加热速度，又解决了温度梯度变化大对模具的影响问题及k403材料加热时热敏感性的问题。
文档编号B21J17/02GK102218499SQ201110125940
公开日2011年10月19日 申请日期2011年5月17日 优先权日2011年5月17日
发明者冀胜利, 张春江, 朱敏鸿, 虢迎光, 郭鸿镇 申请人:陕西宏远航空锻造有限责任公司