一种05Cr17Ni4Cu4Nb模锻件的成形模具、预锻坯、模锻件及生产工艺的制作方法

一种05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具、预锻坯、模锻件及生产工艺
技术领域
1.本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具、预锻坯、模锻件及生产工艺。


背景技术：

2.一种05cr17ni4cu4nb沉淀硬化不锈钢零件，中间为弧形薄壁结构，一侧为高度较大的圆柱凸台，属于薄壁高枝非对称结构，锻件采用自由锻造工艺加工而成，自由锻件的长、宽、高尺寸分别为370mm、225mm、135mm的方形块，通过机加工将多余材料去除获得最终零件，材料利用率仅为9.8%。另外05cr17ni4cu4nb沉淀硬化不锈钢硬度大，机加工速度慢，导致零件的供货周期较长。
3.因此，如何提高05cr17ni4cu4nb沉淀硬化不锈钢零件材料利用率，缩短供货周期是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明为解决上述问题提供了一种05cr17ni4cu4nb模锻件成形模具、预锻坯、模锻件及生产工艺，可以生产出薄壁高枝非对称结构的模锻件，达到提高材料利用率、降低生产成本，缩短零件制造周期，满足产品批量生产需求的目的。
5.本发明所采取的技术方案：一种05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具，包括预锻模和终锻模两套模具，预锻模由预锻上模和预锻下模组成，终锻模由终锻上模和终锻下模组成，预锻上模的下表面设有与模锻件小凸台形状和尺寸相匹配的预锻坯凸台凹槽，预锻上模的下表面为与模锻件弧形板形状和尺寸相匹配的预锻上模圆弧下凸表面，预锻下模的上表面为平面，终锻下模的上表面为与模锻件弧形板形状和尺寸相匹配的终锻下模圆弧上凸表面，终锻下模的上表面中间设有与模锻件小凸台形状和尺寸相匹配模锻件小凸台凹槽，终锻上模上设有与模锻件弧形板形状和尺寸相匹配的模锻件弧形板凹槽，模锻件弧形板凹槽的边缘具有倾斜的脱模斜度，脱模斜度为
°
，模锻件弧形板凹槽的中间设有与模锻件大凸台形状和尺寸相匹配的模锻件大凸台凹槽，模锻件大凸台凹槽的边缘具有倾斜的大凸台脱模斜度，终锻上模在模锻件弧形板凹槽的外周边设有飞边槽。
6.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具制备的预锻坯，包括预锻坯本体和预锻坯凸台，预锻坯本体的一侧面为平面，预锻坯本体的另一侧面的中间为预锻坯凸台，预锻坯凸台与模锻件小凸台尺寸一致，预锻坯本体与预锻坯凸台连接的侧面为向内凹的预锻坯圆弧面，预锻坯圆弧面弧度与模锻件圆弧面弧度一致。
7.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具制备的模锻件，包括模锻件弧形板、模锻件大凸台和模锻件小凸台，模锻件弧形板为圆弧状薄板，厚度为20mm~35mm，模锻件弧形板的前端为模锻件装卡边，模锻件弧形板四周的起模斜度为7
°
，模锻件弧形板的内侧面
中间为模锻件小凸台，模锻件弧形板的外侧面中间为模锻件大凸台，模锻件大凸台为圆柱状，模锻件大凸台的起模斜度为7
°
。
8.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，其步骤为：s1.下料：锯切05cr17ni4cu4nb棒料，将原材料两端倒角；s2.原材料加热：将原材料先预热，再随炉升温加热；s3.预锻模安装：将预锻模加热至250~400℃，预热充分后安装在螺旋压力机上；s4.自由锻：将原材料取出锻造，制备自由锻坯；s5.预锻成形：迅速将自由锻坯置于预锻下模中心，预锻上模打击自由锻坯，进行预锻成形，得到预锻坯，并将预锻坯取出后置于空气中冷却；s6.清理锻件：对预锻坯进行吹砂处理，清除表面氧化皮；s7.修伤：打磨清除预锻坯表面的裂纹、折叠缺陷，将尖角倒圆滑；s8.预锻坯加热：将预锻坯先预热，再随炉升温加热；s9.终锻模安装：将终锻模加热至250~400℃，预热充分后安装在螺旋压力机或模锻锤上；s10.终锻成形：将加热后的预锻坯转移至终锻模腔内，通过预锻坯凸台在终锻下模中定位，进行终锻成形，得到模锻件；s11.切除飞边：在切边压力机上将模锻件的飞边切除，并将模锻件置于空气中冷却；s12.清理锻件：对模锻件进行吹砂处理，清除表面氧化皮；s13.修伤：将模锻件表面的裂纹、折叠缺陷打磨清除干净；s14.固溶处理：对模锻件进行固溶处理；s15.时效处理：对模锻件7进行时效处理；s16.理化检测：每批破坏1件，取室温拉伸试棒、低倍组织检测试块进行理化检测。
9.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s2步骤中预热温度为700~800℃，保温系数为0.6~0.8，升温后加热温度为1120℃~1140℃，保温系数为0.5~0.8。
10.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s4步骤中自由锻坯为长条状，高度h1方向与原材料长度h方向一致，自由锻坯的长宽交接处保留圆角。
11.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s8步骤中预热温度为700~800℃，预热保温时间为60min~90min，随炉升温后的温度为1120℃~1140℃，保温时间为30min~80min。
12.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s10步骤中预锻坯转移时间为不超过30s，预锻坯通过凸台在终锻下模定位。
13.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s14步骤中固溶温度为890℃~910℃预热60min~80min，然后随炉升温至1030℃~1050℃保温110~140min，最后将模锻件取出置于空气中冷却。
14.所述的利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，所述s15步骤中时效制度为510℃~530℃加热260~280min，然后将模锻件取出置于空气中冷却。
15.本发明的有益效果：通过合理设计模具结构、合理制定工艺参数，可实现难度较大薄壁高枝非对称结构模锻件的顺利成形，模锻件性能满足标准要求，实施模锻工艺后可将05cr17ni4cu4nb沉淀硬化不锈钢零件的材料利用率由9.8%提高至27.3%，零件机加工余量大幅减小，加工效率提高65%以上。
附图说明
16.图1为本发明的原材料结构示意图。
17.图2为本发明的自由锻坯结构示意图。
18.图3为本发明预锻成形过程示意图。
19.图4为本发明预锻坯的主视图。
20.图5为本发明预锻坯的俯视图。
21.图6为本发明终锻成形过程示意图。
22.图7为本发明模锻件结构示意图。
23.图8为本发明模锻件主视图。
24.图9为本发明模锻件俯视图。
25.其中：1-原材料；2-自由锻坯；3-预锻上模；31-预锻坯凸台凹槽；32-预锻上模圆弧下凸表面；4-预锻坯；41-预锻坯本体；42-预锻坯圆弧面；43-预锻坯凸台；5-预锻下模；6-终锻下模；61-终锻下模圆弧上凸表面；62-模锻件小凸台凹槽；7-模锻件；71-模锻件大凸台；72-模锻件弧形板；73-模锻件小凸台；74-模锻件弧形板四周的起模斜度；75-模锻件装卡边；76-飞边；8-终锻上模；81-模锻件弧形板凹槽；82-模锻件大凸台凹槽；83-脱模斜度；84-大凸台脱模斜度；85-飞边槽。
具体实施方式
26.所述05cr17ni4cu4nb模锻件7要求为：室温力学性能rm=1200
±
100mpa、rp0.2≥1000mpa、a≥10%、z≥44%，低倍组织无缺陷，流线随锻件形状分布。
27.一种05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具，包括预锻模和终锻模两套模具，预锻模由预锻上模3和预锻下模5组成，终锻模由终锻上模8和终锻下模6组成，预锻上模3的下表面设有与模锻件小凸台73形状和尺寸相匹配的预锻坯凸台凹槽31，预锻上模3的下表面为与模锻件弧形板72形状和尺寸相匹配的预锻上模圆弧下凸表面32，预锻下模5的上表面为平面，终锻下模6的上表面为与模锻件弧形板72形状和尺寸相匹配的终锻下模圆弧上凸表面61，终锻下模6的上表面中间设有与模锻件小凸台73形状和尺寸相匹配模锻件小凸台凹槽62，终锻上模8上设有与模锻件弧形板72形状和尺寸相匹配的模锻件弧形板凹槽81，模锻件弧形板凹槽81的边缘具有倾斜的脱模斜度83，脱模斜度83为7
°
，模锻件弧形板凹槽81的中间设有与模锻件大凸台71形状和尺寸相匹配的模锻件大凸台凹槽82，模锻件大凸台凹槽82的边缘具有倾斜的大凸台脱模斜度84，终锻上模8上在模锻件弧形板凹槽81的外周边设有飞边槽85。
28.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具制备的预锻坯，包括预锻坯本体41和预锻坯凸台43，预锻坯本体41的一侧面为平面，预锻坯本体41的另一侧面的中间为预锻坯凸台43，预锻坯凸台43与模锻件小凸台73尺寸一致，预锻坯本体41与预锻坯凸台43连接的
侧面为向内凹的预锻坯圆弧面42，预锻坯圆弧面42弧度与模锻件圆弧面弧度一致。
29.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具制备的模锻件，包括模锻件弧形板72、模锻件大凸台71和模锻件小凸台73，模锻件弧形板72为圆弧状薄板，厚度为20mm~35mm，模锻件弧形板72的前端为模锻件装卡边75，模锻件弧形板四周的起模斜度74为7
°
，模锻件弧形板72的内侧面中间为模锻件小凸台73，模锻件弧形板72的外侧面中间为模锻件大凸台71，模锻件大凸台71为圆柱状，模锻件大凸台71的起模斜度为7
°
。
30.一种利用05cr17ni4cu4nb模锻件的成形模具生产模锻件的生产工艺，其步骤为：s1.下料：锯切05cr17ni4cu4nb棒料，下料尺寸直径φ=180
±
2mm、长度h=120mm~125mm，将原材料1两端倒圆角r5mm；s2.原材料加热：将原材料1先预热，再随炉升温加热，预热温度为700~800℃，保温85min，其中保温时间=保温系数*原材料有效厚度，预热时选择保温系数为0.7，然后随炉升温至1120℃~1140℃，保温60min，其中保温时间=保温系数*原材料有效厚度，此时选择保温系数为0.5；s3.预锻模安装：将预锻模加热至250~400℃，预热充分后安装在螺旋压力机上；s4.自由锻：将原材料1取出，锻至高h1=110
±
5mm、宽b=145
±
5mm、长c=200
±
5mm的长条状自由锻坯2，自由锻坯2的长宽交接处保留圆角；s5.预锻成形：迅速将自由锻坯2置于预锻下模5中心，预锻上模3打击自由锻坯2，进行预锻成形，得到预锻坯4，并将预锻坯4取出后置于空气中冷却；s6.清理锻件：对预锻坯4进行吹砂处理，清除表面氧化皮；s7.修伤：打磨清除预锻坯4表面的裂纹、折叠等缺陷，将尖角倒圆滑；s8.预锻坯加热：将预锻坯4先预热，再随炉升温加热，预热温度为700~800℃，保温70min后随炉升温至1120℃~1140℃，保温30min；s9.终锻模安装：将终锻模加热至250~400℃，预热充分后安装在4000吨螺旋压力机上；s10.终锻成形：将加热后的预锻坯4在30s内转移至终锻模腔内，通过预锻坯凸台43在终锻下模6中定位，终锻上模8打击预锻坯4，打击次数为2~3次，进行终锻成形，得到模锻件7；s11.切除飞边：在切边压力机上将模锻件7的飞边76切除，并将模锻件7置于空气中冷却；s12.清理锻件：对模锻件7进行吹砂处理，清除表面氧化皮；s13.修伤：将模锻件7表面的裂纹、折叠等缺陷打磨清除干净；s14.固溶处理：对模锻件7进行固溶处理，将固溶炉温度设定为890℃~910℃，先将模锻件7保温60min~80min，随炉升温至1030℃~1050℃，再保温110~140min，然后将模锻件7取出置于空气中冷却；s15.时效处理：对模锻件7进行时效处理，将时效炉温度设定为510℃~530℃，保温260~280min后将模锻件7取出置于空气中冷却；s16.理化检测：每批破坏1件，取室温拉伸试棒、低倍组织检测试块进行理化检测。
31.经s16步骤取样后的低倍组织试片，模锻件7低倍无缺陷，纤维流线随模锻件7形状轮廓分布。
32.表1为经s16步骤取样检测后试棒的力学性能，模锻件7力学性能实测值与标准要求相比有较大裕度。
33.表1 模锻件力学性能检测结果在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
34.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。