一种大高度直径比的圆柱状锭坯或棒材的镦粗方法与流程

本发明涉及圆柱锭坯或棒材的开坯技术领域，特别是涉及高度与直径之比在2.5和4.2之间的圆柱状锭坯或棒材的开锻方法。

背景技术：

随着航空航天的发展，各类飞行器逐渐向整体化、大型化发展，随之带来的便是所用锻件重量的增加，下料尺寸的增大。由于目前金属材料冶炼水平限制，可制备的组织均匀性能良好的圆柱锭坯或棒材外径有限，因此锻件锻造过程中所用锭坯或棒材的高径较大，对于高度与直径之比在2.5和4.2之间的圆柱状锭坯或棒材，若采用常规的镦粗方法，则会在镦粗过程中易产生弯曲，且由于棒材较长，校直工作难度大，同时由于镦粗过程中，沿高度方向变形不均匀，且常规镦粗方法后，坯料表面质量较差，容易在后续锻造过程中产生裂纹等缺陷，甚至导致报废。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：高度与直径之比在2.5和4.2之间的圆柱形锭坯或棒材开坯或棒材镦粗过程中的弯曲，扭曲等成形缺陷及变形不均导致的组织不均等冶金缺陷。

本发明的技术方案是：一种高度与直径之比在2.5和4.2之间的圆柱状锭坯或棒材的镦粗方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据锭坯或棒材(1)的尺寸和变形量要求，制作相应的胎模(2)、导向环(3)和冲头(5)并在工装预热炉中对其进行预热，其中，导向环(3)为分瓣设计，胎模(2)的高度设计保证锭坯或棒材(1)露出胎模(2)的高度介于总镦粗量的三分之二到五分之四之间，同时不超过锭坯或棒材(1)总高度的三分之一；

步骤二：将胎模(2)放置在圆形砧座(4)上，胎模(2)大口端朝上；

步骤三：将分瓣的导向环(3)放置在胎模(2)大端口；

步骤四：将锭坯或棒材(1)从导向环(3)内孔穿过放置在胎模(2)内；

步骤五：取出导向环(3)，将锭坯或棒材(1)镦粗至与胎模(2)平齐；

步骤六：将冲头(5)放置在胎模(2)上端中心，将锭坯或棒材(1)镦粗至与胎模(2)内侧壁接触，完成镦粗。

所述胎模及冲头材料需根据加热温度进行选取，一般选取5CrNiMo模具钢即可。

所述导向环采用Cr-Ni-Mo系模具钢，优选5CrNiMo模具钢。

本发明的有益效果是：在常规镦粗方法的基础上，通过采用胎模、导向环、冲头等一系列工装模具，解决了高径比在2.5和4.2之间的锭坯或棒材镦粗过程中弯曲、扭曲等成形缺陷，改善了金属内部的组织均匀性。通过采用该方法有效降低了锭坯或棒材的高径比，从而利于后续锻造工序的开展，为大高径比锭坯或棒材镦粗提供了一种新的选择途径。

附图说明：

图1是锭坯或棒材的初始定位示意图。

图2是锭坯或棒材通过冲头镦粗前的定位示意图。

其中，1是锭坯或棒材，2是胎模，3是导向环，4是砧座，5是冲头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步的详细说明

某型号发动机用涡轮盘材质为FGH96粉末高温合金，目前由于该材料冶炼难度较大，只能冶炼出直径为175mm的锭坯或棒材，因此涡轮盘锻造用锭坯或棒材的直径为175mm，高度为750mm，高度与直径之比达4.2，该锭坯或棒材开坯过程需将锭坯或棒材从750mm镦粗至430mm，总镦粗量为320mm。开坯过程所用胎膜基本情况为，胎模为空心筒状，其中外径为450mm，高度为530mm，胎模内孔则设置了少量斜度，其中大端直径为231mm，小端直径为221mm，保证了开坯完成后坯料可从胎模中顺利取出。所用导向环为分瓣结构，各瓣上分别焊接了一个把手，用以在锻造过程中进行操作。所用冲头为圆台状，高度为240mm，小端 直径为220mm，大端直径为227mm。如图1所示，镦粗过程中先将锭坯或棒材通过导向环放置在胎模中心，然后去掉导向环将锭坯或棒材镦粗至与胎模平齐。然后将冲头防止在胎模上端中心，如图2所示，将坯料镦粗至430mm与胎模内壁接触。通过上述锻造过程，锭坯或棒材高径比由4.2降至不足2，且表面无任何弯曲扭曲现象，完成开坯后的坯料在后续锻造工序进行时顺利成形，且最终成型锻件的内部组织均匀性良好。