专利名称：一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法
技术领域：
本发明涉及一种汽轮发电机组或核电站用的锻件，特别涉及一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法。
背景技术：
护环是汽轮发电机组的主要部件之一，套装在转子两端部，它对转子端部绕组起着固定、保护、防止变形、位移和偏心作用。护环承受转子绕组端部及自身的巨大离心力、弯曲应力及热套应力等，同时还须防止转子端部因漏磁造成损耗而影响电机效率。它是汽轮发电机组承受应力最高的部件。为了保证机组的安全运转，要求护环要有足够高的强度和塑性指标、均匀的力学性能和最小的残余应力，以及具有低磁性或无磁性。具备以上条件的护环必须用奥氏体无磁钢材料来制造，由于无相变奥氏体钢，不能通过传统的材料热处理方式来提高其强度，只能通过材料的冷变形强化来达到目的，冷变形强化是当工件的外形被拉长或压扁时，其内部晶粒的形状也随之被拉长或压扁，导致晶格发生畸变，使金属进一步滑移的阻力增大，因此金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降，产生所谓“变形强化”现象。现有护环钢的冷变形强化，一般是采用高压由内向外进行“胀形”强化。中国专利申请号201020666961. 3、授权公告号CN201918820U公开了一种实用新型一种无磁钢电机护环。该实用新型电机护环02内设有用于低温冷变形加工的下模04与上模01，在所述上模01与下模04之间还设有保护层03，其下模04是由若干个模块拼接而成的环形体，环形体的外环为圆形内环为多边形，环形体的外环与电机护环02的内表面配合，环形体的内表面与保护层03的外表面配合，保护03层的内表面与上模01的外表面配合。该实用新型虽然在下模04与上模01之间添加了保护层03，该保护层03可将下模04与上模01隔离开，且在挤压的过程中起到了辅助润滑的作用，可以顺利快捷的将护环进行冷变形强化，提高低温塑性变形的变形量。但是该护环02的内侧变形量较外侧大，当护环内侧的达到力学性能指标满足设计要求时，其外侧的变形量不足，造成护环内外侧的力学性能相差很大，此冷变形强化方法也难以满足护环的力学性能要求；且下模04为若干个模块拼接而成的环形体，随着电机护环02内侧尺寸的扩大，下模04也会出现模块的分离，电机护环04内侧在继续冷扩过程中，受压不均匀，容易影响电机护环02内侧尺寸的精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法。为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案
一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，所述模具包括将所述环形无磁钢锻件内孔扩大的冷扩模具，以及将所述环形无磁钢锻件外径缩小的冷压模具。优选地，所述冷扩模具包括至少一套冲模，其中每套冲模包括上冲模和下冲模，所述上冲模、下冲模与所述环形无磁钢锻件内孔相互配合，并围成一个密闭空腔，所述上冲模承载压机冲压。优选地，所述冷压模具包括上压模和下压模，所述上压模、下压模与环形无磁钢锻件外侧相互配合，所述环形无磁钢锻件内孔设有与之相互配合的芯棒，所述上压模承载压机冲压。优选地，与环形无磁钢锻件内孔相互配合的所述上冲模、下冲模均为圆台形，所述上冲模、下冲模的圆台小端分别嵌入所述环形无磁钢锻件内孔。圆台形状的上冲模、下冲模不仅能够增加形成环形无磁钢锻件空腔的密闭性，而且便于压机将上冲模、下冲模压入环形无磁钢锻件内孔，同时便于冷扩完毕压力卸压后上冲模、下冲模从环形无磁钢锻件上拆卸下来。优选地，与环形无磁钢锻件外侧相互配合的所述上压模表面、下压模表面为内凹弧面。优选地，所述上压模、下压模之间通过承载弹簧相互连接。上压模表面、下压模表面设计为内凹弧面，增大了上压模、下压模与环形无磁钢锻件外侧的接触面积，上压模、下压模之间设置的承载弹簧可以使环形无磁钢锻件夹持的更为平稳，上压模、下压模在承受压机下压时能保持相互平行挤压环形无磁钢锻件，利于环形无磁钢锻件冷压时变形更为均匀。一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具的使用方法，包括以下步骤
步骤一、将环形无磁钢锻件在所述冷扩模具上进行由内向外冷扩，即将环形无磁钢锻件竖直放置在上冲模和下冲模之间，所述环形无磁钢锻件内孔、上冲模、下冲模相互配合，且所述环形无磁钢锻件内孔与所述上冲模、下冲模围成一个密闭空腔，所述空腔内设有超高压液体，所述上冲模承载压机冲压，控制所述环形无磁钢锻件内孔冷扩变形量达到工艺规定尺寸；
步骤二、将环形无磁钢锻件在所述冷压模具进行外侧冷压，将所述环形无磁钢锻件以卧放方式放置在上压模、下压模之间，所述上压模、下压模与环形无磁钢锻件外侧相互配合，所述环形无磁钢锻件内孔插有与之相互配合的芯棒，所述上压模承载压机冲压，控制所述环形无磁钢锻件外径冷压变形量达到工艺规定尺寸要求。环形无磁钢锻件内孔、上冲模、下冲模相互配合形成密封的空腔，空腔内设有超高压液体，在压机强大压力的作用下，上冲模、下冲模则相向挤压环形无磁钢锻件内孔，空腔将会变小，则空腔内的超高压液体体积也相应变小而产生超高压，该液体产生的超高压会反向挤压环形无磁钢锻件，从而促使环形无磁钢锻件内孔直径向外变大，而整个环形无磁钢体积是一定的，相应的高度会变小；通过控制压机的压下量，实现控制环形无磁钢锻件内孔直径向外扩大的变形量。通过超高压液体促使环形无磁钢锻件内孔变形会更加均匀，环形无磁钢锻件内孔越小、锻件壁厚越厚，所需要的变形压强会越大，在冷扩模具变形过程中，随时环形无磁钢锻件内孔直径的变大，为了更好的保证精度，会更换不同大小的冷扩模具来与环形无磁钢锻件内孔所匹配。用上压模、下压模在进行环形无磁钢锻件冷压时，为了环形无磁钢锻件外形冷压的均匀，通过压机的压下量来控制环形无磁钢锻件被冷压的变形量，并在每冷压一段时间之后，转动环形无磁钢锻件再进行冷压，使其外形的变形量保持均匀；同时为了避免破坏已经冷扩到规定工艺尺寸的环形无磁钢锻件内孔，在环形无磁钢锻件内孔里适配有一根芯棒，待环形无磁钢锻件外径冷压至规定工艺尺寸时，再将内孔的芯棒拆除即可，在拆除芯棒时可以借助压机将其从环形无磁钢锻件上拆卸下来。优选地，所述超高压液体介质为水。超高压液体选择普通的水，水在压机强大压力的作用下，在上冲模、下冲模和环形无磁钢锻件内孔所围成的密闭空间由于体积变小而产生超高压使环形无磁钢锻件内孔冷扩，这种超高压力的大小可以根据环形无磁钢锻件的尺寸和压机施压力的大小而选择，其最大可以达到6000-7000个大气压，完全可以达到环形无磁钢锻件内孔变形所需要的压力，且水在冷扩过程中不会损伤或腐蚀环形无磁钢锻件，成本也低廉。优选地，所述环形无磁钢锻件内孔若为异型孔，如阶梯孔，则先将环形无磁钢锻件内孔加工成圆孔并留有一定余量，再进行所述从内向外冷扩以及所述外侧冷压，最后将所述环形无磁钢锻件圆形通孔加工成所需异型孔。如果对加工成具有异型孔型的内孔的环形无磁钢锻件直接进行由内向外冷扩和外侧冷压，则冷变形之后的环形无磁钢锻件由于壁厚不相同，容易造成环形无磁钢锻件变形不均匀，不能满足所需工艺尺寸，且内外侧壁厚薄不同位置的力学性能相差也会很大；而先将环形无磁钢锻件内孔加工成圆形通孔并留有一定余量，再进行所述从内向外冷扩以及所述外侧冷压，最后将所述环形无磁钢锻件圆孔加工切除多于余量成所需异型孔，其切除圆孔余量并不会影响其所需强度、硬度等力学性能要求。与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法，通过将环形无磁钢锻件依次进行由内向外冷扩后再进行外侧冷压，内侧变形量和外侧变形量相当，能够满足环形无磁钢锻件的力学性能要求；且该方法不需要设保护层以及环形体下模，方法简单、操作方便、安全可靠。
图1为现有无磁钢电机护环模具的结构示意图。图2为现有无磁钢电机护环、下模与保护层的俯视示意图。图3为本发明所述环形无磁钢锻件在由内向外冷扩时与冷扩模具配合结构示意图(其中无磁钢锻件为剖视图)。图4为本发明所述环形无磁钢锻件内孔由内向外冷扩至规定尺寸后的结构示意图(其中无磁钢锻件为剖视图)。图5为本发明所述环形无磁钢锻件外侧冷压时与冷压模具配合结构示意图。图6为本发明所述环形无磁钢锻件在通过冷变形强化之后加工为所需异型孔后的成品剖视图。图中标记、
O1、上模，02、电机护环，03、保护层，04、下模。1、环形无磁钢锻件，201、上冲模，202、下冲模，3、超高压液体，401、上压模，402、下压模，5、承载弹簧，6、芯棒，7、阶梯孔。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。如图3-5所示，一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，所述模具包括将所述环形无磁钢锻件I内孔扩大的冷扩模具，以及将所述环形无磁钢锻件I外径缩小的冷压模具。其中冷扩模具包括至少一套冲模，其中每套冲模包括上冲模201和下冲模202，所述上冲模201、下冲模202与所述环形无磁钢锻件I内孔相互配合，并围成一个密闭空腔，所述上冲模201承载压机冲压；其中冷压模具包括上压模401和下压模402，所述上压模401、下压模402与环形无磁钢锻件I外侧相互配合，所述环形无磁钢锻件I内孔设有与之相互配合的芯棒6，所述上压模401承载压机冲压。本发明中与环形无磁钢锻件I内孔相互配合的上冲模2001、下冲模202均为圆台形。因为圆台形状的上冲模201、下冲模202不仅能够增加形成环形无磁钢锻件I空腔的密闭性，而且便于压机将上冲模201、下冲模202压入环形无磁钢锻件I内孔，同时便于冷扩完毕压力卸压后上冲模201、下冲模202从环形无磁钢锻件I上拆卸下来。为了上压模401、下压模402将环形无磁钢锻件I夹持的更为平稳，冷压更为可靠，将上压模401表面、下压模402表面设计为内凹弧面且二者之间设置的承载弹簧5相互连接，内凹弧面可以增大了上压模401、下压模402与环形无磁钢锻件I外侧的接触面积，上压模401、下压模402在承受压机下压时能保持相互平行挤压环形无磁钢锻件1，利于环形无磁钢锻件I冷压时变形更为均匀。一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具的使用方法，包括以下步骤
步骤一、将环形无磁钢锻件I进行由内向外冷扩，控制所述环形无磁钢锻件I内孔冷扩变形量达到工艺规定尺寸；
步骤二、将环形无磁钢锻件I进行外侧冷压，控制所述环形无磁钢锻件I外径冷压变形量达到工艺规定尺寸要求。其中，步骤一中环形无磁钢锻件I进行从内向外冷扩时，将环形无磁钢锻件I竖直放置在下冲模202和上冲模201之间，环形无磁钢锻件I内孔、上冲模201、下冲模202相互配合，并围成一个空腔，空腔内设有超高压液体3，上冲模201承载压机冲压。在压机强大压力的作用下，上冲模201、下冲模202则相向挤压环形无磁钢锻件I内孔，空腔将会变小，则空腔内的超高压液体3体积也相应变小而产生超高压，该液体3产生的超高压会反向挤压环形无磁钢锻件1，从而促使环形无磁钢锻件I内孔直径向外变大，相应的高度会变小；通过控制压机的压下量，实现控制环形无磁钢锻件I内孔直径向外扩大的变形量。步骤二中环形无磁钢锻件I进行冷压时，将所述锻件I以卧放方式放置在上压模401、下压模402之间，上压模401、下压模402与环形无磁钢锻件I外侧相互配合，上压模401承载压机冲压。为了环形无磁钢锻件I外形冷压的均匀，通过压机的压下量来控制环形无磁钢锻件I被冷压的变形量，并在每冷压一段时间之后，转动环形无磁钢锻件I再进行冷压，使其外形的变形量保持均匀；同时为了避免破坏已经冷扩到规定工艺尺寸的环形无磁钢锻件I内孔，在环形无磁钢锻件I内孔里适配有一根芯棒6，待环形无磁钢锻件I外径冷压至规定工艺尺寸时，再将内孔的芯棒6拆除即可。通过超高压液体3促使环形无磁钢锻件I内孔变形会更加均匀，环形无磁钢锻件I内孔越小、锻件壁厚越厚，所需要的变形压强会越大，在冷扩模具变形过程中，随时环形无磁钢锻件I内孔直径的变大，为了更好的保证精度，会更换不同大小的冷扩模具来与环形无磁钢锻件I内孔所匹配。例如外径为600mm、内径为200mm、高度为600mm的环形无磁钢锻件I的内孔从200_冷扩到350_，实验表明其内孔在逐渐冷扩过程中为了保持冷扩模具与内孔的匹配和密封效果，需要更换不同大小的五套冷扩模具。超高压液体3选择为水，水最大可以达到6000-7000个大气压，能满足环形无磁钢锻件I内孔冷扩所需要压强，且水在冷扩过程中不会损伤或腐蚀环形无磁钢锻件1，普通的水成本也低廉。另外，当环形无磁钢锻件内孔不是规则圆形孔，而是异型孔时，如阶梯孔7，如图6所示，如果对加工成具有异型孔型的内孔的环形无磁钢锻件I直接进行由内向外冷扩和外侧冷压，则冷变形之后的环形无磁钢锻件I由于壁厚不相同，容易造成环形无磁钢锻件I变形不均匀，不能满足所需工艺尺寸，且内外侧壁厚薄不同位置的力学性能相差也会很大；而先将环形无磁钢锻件I内孔加工成圆形通孔并留有一定余量，再进行从内向外冷扩以及外侧冷压，最后将环形无磁钢锻件圆孔加工切除多于余量成所需异型孔，如图示6中所示的阶梯孔7，其切除圆孔余量并不会影响其所需强度、硬度等力学性能要求。其强度、硬度等力学性能要求可以通过环形无磁钢锻件I沿高度方向的两端留有的试料区进行检测。本发明所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法，不需要通过设置保护层以及环形体下模来进行冷变形强化，而是直接将环形无磁钢锻件依次进行由内向外冷扩后再进行外侧冷压，即能够满足环形无磁钢锻件的力学性能要求；方法简单、操作方便、安全可靠。
权利要求
1.一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，所述模具包括将所述环形无磁钢锻件(I)内孔扩大的冷扩模具，以及将所述环形无磁钢锻件(I)外径缩小的冷压模具。
2.根据权利要求1所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，所述冷扩模具包括至少一套冲模，其中每套冲模包括上冲模(201)和下冲模(202)，所述上冲模(201)、下冲模(202)与所述环形无磁钢锻件(I)内孔相互配合，所述环形无磁钢锻件(I)内孔与所述上冲模(201)、下冲模(202)围成一个密闭空腔，所述上冲模(201)承载压机冲压。
3.根据权利要求1或2所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，所述冷压模具包括上压模(401)和下压模(402)，所述上压模(401)、下压模(402)与环形无磁钢锻件⑴外侧相互配合，所述环形无磁钢锻件⑴内孔插有与之相互配合的芯棒(6)，所述上压模(401)承载压机冲压。
4.根据权利要求2所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，与环形无磁钢锻件(I)内孔相互配合的所述上冲模(201)、下冲模(202)均为圆台形，所述上冲模(201)、下冲模(202)的圆台小端分别嵌入所述环形无磁钢锻件(I)内孔。
5.根据权利要求3所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，与环形无磁钢锻件(I)外侧相互配合的所述上压模(401)表面、下压模(402)表面为内凹弧面。
6.根据权利要求5所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具，其特征在于，所述上压模(401)、下压模(402)之间通过承载弹簧(5)相互连接。
7.一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具的使用方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一、将环形无磁钢锻件(I)在所述冷扩模具上进行由内向外冷扩，即将环形无磁钢锻件(I)竖直放置在所述上冲模(201)和下冲模(202)之间，所述环形无磁钢锻件(I)内孔、上冲模(201)、下冲模(202)相互配合，并围成一个空腔，所述空腔内装有超高压液体(3)，所述上冲模(201)承载压机冲压，控制所述环形无磁钢锻件(I)内孔冷扩变形量达到工艺规定尺寸； 步骤二、将环形无磁钢锻件(I)在所述冷压模具进行外侧冷压，将所述环形无磁钢锻件(I)以卧放方式放置在所述上压模(401)、下压模(402)之间，所述上压模(401)、下压模(402)与环形无磁钢锻件(I)外侧相互配合，所述环形无磁钢锻件(I)内孔插有与之相互配合的芯棒￠)，所述上压模(401)承载压机冲压，控制所述环形无磁钢锻件(I)外径冷压变形量达到工艺规定尺寸要求。
8.根据权利要求7所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具的使用方法，其特征在于，所述超高压液体(3)介质为水。
9.根据权利要求7或8所述的一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具的使用方法，其特征在于，所述环形无磁钢锻件(I)内孔若为异型孔，如阶梯孔(7)，则先将环形无磁钢锻件⑴内孔加工成圆孔并留有一定余量，再进行所述由内向外冷扩以及所述外侧冷压，最后将所述环形无磁钢锻件(I)圆孔加工成所需异型孔。
全文摘要
本发明公开了一种环形无磁钢锻件冷变形强化用模具及使用方法，该模具包括冷扩模具包括上冲模和下冲模，所述上冲模、下冲模与所述环形无磁钢锻件内孔相互配合，并围成一个密闭空腔，所述上冲模承载压机冲压；冷压模具包括上压模和下压模，所述上压模、下压模与环形无磁钢锻件外侧相互配合，环形无磁钢锻件内孔设有与之相互配合的芯棒，且上压模承载压机冲压。使用该模具的方法包括，步骤一、将环形无磁钢锻件进行由内向外冷扩至规定尺寸；步骤二、将环形无磁钢锻件进行外侧冷压至规定尺寸。本发明方法简单、操作方便、安全可靠，能够满足环形无磁钢锻件的力学性能要求。
文档编号B21D26/033GK103008476SQ20121058295
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者丁宇, 鲜勇, 朱立祥 申请人:德阳万鑫电站产品开发有限公司