专利名称：深止口类复杂环形锻件辗扩成形工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环形锻件热锻辗扩成形领域，特别涉及一种深止口类复杂结构环形锻件辗扩成形工艺。
背景技术：
目前国内深止口类环形锻件的传统锻造方式有2种一种是采用闭式锻造直接成形，工艺适用范围外圆直径< Φ200，里孔< Φ 100的环形锻件，其工艺流程为中频加热一镦粗一闭式锻造成形一冲连皮。这种方式虽然锻件成形的工艺流程短。但存在着如下缺点 (1)锻件连皮直径大、随产品里孔尺寸变化，连皮厚度高，产品料耗高。( 锻件最终成形工位的设备吨位大，能耗高。(3)深止口底面的平面度往往因冲连皮变形或产生深度折叠等质量缺陷，甚至会产生批量报废的质量风险。目前还有另外一种锻造方式，采用符合工艺锻造成型。工艺适用范围环件外圆直径> Φ200，里孔> Φ 100的环形锻件，工艺流程为中频加热一(镦粗一制坯一冲连皮，三个工位由1台设备完成)一辗扩环形毛坯(见图1)—闭式锻造一冲连皮。这种锻造成形方式，虽然料耗相对第1种传统锻造方式闭式锻造成形料耗较低。但还存在如下缺点锻件成形工艺流程长，虽然锻件最终成形工位的设备吨位小，但是总的能耗高，原因是由多台锻造设备连线组合。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种深止口类复杂环形锻件辗扩成形工艺。本发明采用的技术方案为一种深止口类复杂环形锻件辗扩成形工艺，包括如下步骤中频加热一镦粗一制坯一冲连皮一辗扩成形，其中镦粗、制坯、冲连皮三个工位由 1台设备完成，其特征在于(1)辗扩前环坯设计辗扩前环坯的结构形状设计原则遵循等厚、等重、结构仿形原则(并且根据锻件的结构尺寸、辗扩比来设计环坯的形状和外形尺寸)(一)、所述的等厚、等重原则为环坯与锻件实体部分厚度、体积相等，优选通过CAXA、PROE、UG等三维软件来设计计算环坯外形结构尺寸，计算的前提是先设定辗扩比，即确定环坯里孔尺寸，然后根据等厚、等重、结构仿形原则即可计算出环坯外圆和止口尺寸，最终设计出具体的环坯外形尺寸。优选地，环坯的里孔尺寸确定参见表1所述，环坯的里孔尺寸更优选按照锻件重量的范围选择，举例说明，如某锻件外圆Φ 150，锻件重量2. 4kg，锻件重< ^g，环坯里孔尺寸的选择范围应为Φ40 70，如取Φ 53，且环坯的里孔尺寸进一步优选按照锻件重量取每规格范围上限，如锻件重量 1. 45kg，接近上限1. 5kg，环坯里孔尺寸可在范围Φ 30 50中取接近上限值，如Φ 45 50。 辗扩比选定范围为1. 5 5. 5，优选范围为1. 5 3. 5。(二)、所述的结构仿形原则辗扩前环坯的结构形状应与锻件结构相同或相近，即仿形，环坯结构应设计出深止口形状。(三)、 环坯的止口结构圆角、止口拔模斜度应根据环坯与锻件的辗扩比而定。辗扩比<2时，环坯止口圆角< R3，止口拔模斜度5° 15° ；辗扩比>2时，环坯止口圆角SR5 R8，止口拔模斜度20° 50°。
表一环坯里孔尺寸选用原则
锻件外圆直径 (mm)锻件重量 (kg)环坯里孔尺寸 (mm)< Φ 160^ 1.5kgΦ 30 50Φ 160 2501.5—5 kgΦ 40 70Φ 250 4005 :^kgΦ 60 100Φ 400 65015 40kgΦ90 150Φ 650 100040 90kgΦ 130 250O)、辗扩成形采用辗扩成形工艺，采用辗环机(立式或卧式辗环机)实现锻件辗扩成形。其辗压轮、芯轴设计应根据锻件止口结构进行径向分层设计，即辗压轮型腔形状与锻件结构的外圆部分相匹配，芯轴设计包含锻件止口部分，从而在辗压轮与芯轴间形成闭合型腔。优选地，辗环机得选用原则见表二所示表二、立式辗环机选用原则
锻件外圆直径 (mm)锻件重量 (kg)选用立式辗环机型号< Φ 160^ 1.5kg160Φ 160 2501.5—5 kg250Φ 250 4005 :^kg400 或 450Φ 400 65015 40kg500 或 650Φ 650 100040 90kg1000针对某锻件的外圆直径和锻件重量不在表二的同一级内时，优选按照锻件重量选择立式辗环机型号。如某锻件外圆Φ 150，锻件重量2. 4kg，锻件重< ^g，选择250的立式辗扩机辗扩成形。目前国内立式辗环机最大辗扩直径Φ 1000mm，如果锻件的外圆直径大于 Φ 1000mm，应选择卧式辗环机实现锻件辗扩成形。本发明步骤中涉及的中频加热、镦粗、冲连皮工序与传统锻造工艺、模具结构设计相同，在此不做详细说明。本发明所具有的有益效果
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采用本发明工艺与传统工艺相比，材料的利用率大幅提高，而且制坯设备吨位低， 产品质量稳定，不会出现里孔折叠、止口底面变形等质量缺陷。
图1为背景技术中提到的环形毛坯的示意图；图2为制作的零件1的锻件示意图；图3为制作图2所示零件1的辗扩前的环坯示意图；图4为制作图2所示零件1的辗扩模具辗压轮、芯轴的示意图；其中标号1为碾压轮，标号2为锻件，标号3为芯轴。图5为制作的零件2的锻件示意图；图6为制作图5所示零件2的辗扩前的环坯示意图；图7为制作图5所示零件2的辗扩模具辗压轮、芯轴的示意图；其中标号4为碾压轮，标号5为锻件，标号6为芯轴。
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。实施例1如图2所示，零件1，材料20CrMnTi，锻件重量2. 4kg，锻件外圆尺寸及止口深度按照常规螺旋压力机模锻压力计算公式(参见锻压手册螺旋压力机模锻设备公称压力计算) P = (17. 5 28)KF = 495T(KN)进行锻造吨位计算，(17. 5 观)为锻造的变形系数，实施例产品双面深止口结构变形大取^，κ为钢种系数，K = 1 (低碳合金钢)，F 锻件投影面积，由图2计算F 177。鉴于该锻件的双止口结构和其中深止口的锻造成形难易程度，传统闭式锻造成形需采用630T摩擦压力机或电动螺旋压力机。传统锻造工艺流程(350KW)中频加热一GOOkg空气锤30kw)镦粗一(630T摩擦压力机或电动螺旋压力机IlOkw)闭式锻造一(160T开式压力机llkw)冲连皮。本发明的工艺流程如图3所示，辗扩前环坯外圆尺寸及止口深度按照常规螺旋压力机模锻压力计算公式(参见锻压手册螺旋压力机模锻设备公称压力计算)P = (17. 5 28)KF ^ 328T(KN) 进行锻造吨位计算，锻造的变形系数同样取28，K为钢种系数，K=l(低碳合金钢)，F 锻件总变形面积，由图3计算F 117 ；因此本发明辗扩前环坯成形采用400T摩擦压力机或电动螺旋压力机即可完成。本发明工艺流程(350KW)中频加热一镦粗一制坯一冲连皮(镦粗、制坯、冲连皮 3个工位在400T电动螺旋压力机完成55kw)—辗扩Q50立式辗环机55kw)，即可完成该锻件辗扩成形。锻件后工序热处理正火一粗加工一精加工。(1)辗扩前环坯设计(一 )、辗扩前环坯的结构形状设计遵循等厚、等重、结构仿形原则，根据锻件的厚度重量、外形结构尺寸、辗扩比，通过CAXA三维软件计算环坯外形结构尺寸。先设定辗扩比，即确定环坯里孔尺寸，环坯的里孔尺寸确定参见表1，锻件外圆Φ 150，锻件重量2. 4kg< 5kg,因此选用250立式辗环机，环坯里孔根据表1取Φ 53，连皮直径小，锻件下料重量轻，符合连皮直径选定范围Φ40 70。锻件里孔的辗扩比1.9，符合选定范围1.5 3. 5。 实施例1中辗扩前环坯按照等厚、等重原则，环坯的外圆厚度、总厚度、双面止口深度与锻件相同，即可计算出环坯外形尺寸。( 二)、遵循结构仿形原则辗扩前环坯的结构形状与锻件结构相同或相近，即仿形，因此环坯结构设计出两端面止口形状，如图3所示。(三)、环坯的止口结构圆角、止口拔模斜度根据环坯与锻件的辗扩比而定。实施例1辗扩比1. 9 < 2，因此根据本发明相应设计规则环坯止口圆角< R3，止口拔模斜度5°， 然后根据等厚、等重、结构仿形原则即可计算出环坯外圆和止口尺寸见图3。O)、辗扩成形采用250立式辗环机辗扩成形，实施例1的辗压轮、芯轴设计根据锻件止口结构进行径向分层，辗压轮型腔形状与锻件结构的外圆部分匹配，芯轴设计包含锻件双内止口部分，从而在辗压轮与芯轴间形成闭合型腔，见图4。采用本发明工艺与传统工艺数据对比
权利要求
1.一种深止口类复杂环形锻件辗扩成形工艺，其特征在于包括如下步骤中频加热 —镦粗一制坯一冲连皮一辗扩成形，其中镦粗、制坯、冲连皮三个工位由1台设备完成，(1)、辗扩前环坯设计辗扩前环坯结构形状设计原则遵循等厚、等重、结构仿形原则， (一)、所述的等厚、等重原则为环坯与锻件实体部分厚度、体积相等，(二)、所述的结构仿形原则辗扩前环坯结构形状应与锻件结构相同或相近，即仿形，环坯结构应设计出深止口形状，(三)、辗扩前环坯结构圆角、拔模斜度应根据环坯与锻件的辗扩比而定，辗扩比< 2 时，环坯圆角<R3，拔模斜度5° 15° ；辗扩比>2时，环坯圆角SR5 R8，拔模斜度 20° 50° ；(2)、辗扩成形采用辗扩成形工艺，利用辗环机实现锻件稳定辗扩，其辗压轮、芯轴设计应根据锻件止口结构进行径向分层设计，即辗压轮型腔形状与锻件结构的外圆部分相匹配，芯轴设计包含锻件止口部分，从而在辗压轮与芯轴间形成闭合型腔。
2.根据权利要求1所述的一种深止口类复杂环件辗扩成形工艺，其特征在于所述辗环机选用原则为锻件外圆直径(mm)锻件重量(kg)选用立式辗环机型号< Φ 160彡1.5kg160Φ 160 -2501.5 kg-- 5 kg250Φ 250 -4005 kg 45 kg400 或 450Φ 400 -65015 kg--40 kg500 或 650Φ 650 -100040 kg--90kg1000。如果锻件的外圆直径大于1000mm，选用卧式辗环机进行辗扩成形。
全文摘要
本发明涉及一种深止口类复杂环形锻件辗扩成形工艺，包括如下步骤中频加热→镦粗→制坯→冲连皮→辗扩成形，其中镦粗、制坯、冲连皮三个工位由1台设备完成，其特征在于(1)辗扩前环坯设计辗扩前环坯结构形状设计原则遵循等厚、等重、结构仿形原则，(2)辗扩成形采用辗扩成形工艺，利用辗环机实现锻件稳定辗扩，其辗压轮、芯轴设计应根据锻件止口结构进行径向分层设计，即辗压轮型腔形状与锻件结构的外圆部分相匹配，芯轴设计包含锻件止口部分，从而在辗压轮与芯轴间形成闭合型腔。采用本发明工艺材料的利用率大幅提高，而且制坯设备吨位低，产品质量稳定，不会出现里孔折叠、止口底面变形等质量缺陷。
文档编号B21H1/06GK102240760SQ20111012644
公开日2011年11月16日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者安仲勇, 薛桂凤, 韩大伟 申请人:天津天海精密锻造有限公司