一种法兰对称式锻造加工工艺的制作方法

本技术涉及法兰加工，更具体地说，它涉及一种法兰对称式锻造加工工艺。

背景技术：

1、法兰(flange)，又叫法兰凸缘盘或突缘，是轴与轴之间相互连接的零件，主要用于管端之间的连接。锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时保存了完整的金属流线，经过锻造的锻件机械性能一般优于未锻造的铸件。因此，锻造是法兰生产中较为常见的一种方式。

2、相关技术中，法兰锻造工艺的模锻冲孔时为了保护模具，模具中心孔位置预料多，冲孔连皮厚，以及碾环时也必须留够足够的坯料余量为后续的机加工做准备，因此会造成料比高，原材料利用率低，工艺速度慢，效率较低；而且单次锻造只能制备一个法兰，生产效率低。

技术实现思路

1、为了提高法兰锻造加工工艺的生产效率，本技术提供了一种法兰对称式锻造加工工艺，其采用如下技术方案：

2、一种法兰对称式锻造加工工艺，包括如下步骤：

3、步骤s1：下料，根据两个法兰成品的预料需要切割下料，得到原料坯；

4、步骤s2：加热原料坯，将原料坯加热至1200-1250℃；

5、步骤s3：入模锻造，将模具预加热至200-300℃，然后将加热后的原料坯放入模具中，进行墩粗、打长、冲孔，得到坯料；所述入模锻造的锻造比为3-3.5；

6、步骤s4：碾环，将入模锻造后的坯料置于碾环机上，在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两端对称式碾环坯；

7、所述两端对称式碾环坯为两个完全相同的、相连接的法兰坯。

8、步骤s5：热处理，将两端对称式碾环坯先升温再自然冷却至23±2℃，得到法兰对称式毛坯；

9、步骤s6：机加工，将得到的法兰对称式毛坯进行车、铣、磨、钻、刨工后，切割，得到两个相同的法兰成品；

10、步骤s7：验收入库，对机加工后的法兰进行尺寸和外观检验检测，合格成品进行标识，包装入库。

11、通过采用上述技术方案，通过下料切割得到制备两个法兰的原料坯的用量预料，将原料坯加热至1200-1250℃，可以提高原料坯的塑性，降低原料坯变形抗力，减少内应力产生，更加易于成形，并获得良好的锻后组织和力学性能；然后将模具预加热到200-300℃，可以提高模具材料的冲击韧性，避免模具断裂，保护模具，同时减少坯料降温，便于坯料充满整个模具，减少打击次数，有利于入模锻造，再将坯料通过墩粗、打长、冲孔得到带孔的坯料，控制锻造比为3-3.5，可以精确控制坯料的用量，提高原材料的利用率，加快生产速度；再将带孔的坯料放置到碾环机上在主碾压辊带动芯辊转动下，同时对坯料的中心孔的孔径和外径两端端面进行碾压，扩大中心孔并且对坯料外端端面塑型，得到两端对称式碾环坯，即两个完全相同的相连接的法兰坯，然后采用先升温后自然冷却到23±2℃的热处理方式，可以细化晶粒，提高产品性能；最后经机加工和验收入库制备得到两个相同的法兰成品；

12、通过上述方法可以精确的控制工艺步骤中的材料用量，减少材料损耗、减少坯料的切削加工，节约能源，提高生产速率，还可以保证法兰质量，而且一次工艺可以制备两个法兰，明显提高了法兰的生产效率。

13、作为优选，所述步骤s3中冲孔具体包括如下操作步骤：将镦粗、打长后的原料坯按上模具和下模具的定位标志放置，然后以5-8mm/s下压量锻造。

14、通过采用上述技术方案，通过将原料坯按照模具标识定位放置，可以提高冲孔精确度，减小冲孔连皮，减少了材料损耗，提高了原材料利用率，结合将下压量控制为5-8mm/s，可以提高冲孔速度，两者配合作用，既提高了入模锻造的质量，减少了材料损耗，还提高了工艺速度，从而提高生产效率。

15、作为优选，所述步骤s3中冲孔以6.5mm/s的下压量锻造。

16、通过采用上述技术方案，将下压量控制为6.5mm/s，可以进一步而提高生产效率。

17、作为优选，所述步骤s4碾环的下压量为0.5-1.5mm/min。

18、在碾环机中最主要的轧制力来自主碾压辊的挤压。坯料与主碾压辊和芯辊接触的部位是环件的内外两个侧面，加工出来的环件内外表面相对于环件壁厚中间部位要高出一部分，这种现象叫端面凹陷，合适的下压量可以提高坯料的致密度，提高组织性能，但下压量过大时，端面凹陷严重会造成材料浪费和机加工工作量大，而且会破坏坯料组织，下压量过小速度太慢，不能在合适温度下碾环，也会破坏坯料组织，造成裂纹。

19、通过采用上述技术方案，将碾环的下压量控制为0.5-1.5mm/min，既可以减少端面凹陷或者裂纹的产生，提高碾环质量，还可以提高生产速度，从而提高生产效率。

20、作为优选，所述步骤s4中坯料外端端面塑型具体为：将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压；

21、所述碾环机模包括两端为圆饼形外模（101）和中间圆柱形腔部（102），所述腔部还包括中间凸起部（103）和凹槽部（104），所述中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度为0-8°。

22、通过采用上述技术方案，将坯料置于碾环机芯辊上和碾环机模中间进行碾压；所述碾环机模包括两端为圆饼形外模和中间圆柱形腔部，所述中间圆柱形腔部还包括中间凸起部和凹槽部，所述中间凸起部和凹槽部之间的斜坡角度为0-8°，中间的凸起部可以精确定位法兰坯料位置，并且形成成品法兰的倒角，还可以为后续的机加工的切割定位；凹槽部可以精确定位端部并且有利于坯料的金属流动，二者共同作用，使坯料精准定位，减少在碾环过程中因坯料移位导致的产品质量差和材料的浪费，加快生产速率，同时得到外端端面塑型成功的到两个完全相同的、相连接的法兰坯，提高了生产效率；

23、调整凸起部和凹槽部之间的斜坡角度可以得到不同类型的法兰造型。

24、作为优选，所述步骤s4碾环的主碾压辊的旋转角速度为2-3rad/s。

25、碾环是芯辊跟随主碾压辊作匀速运动，带动环件轧制平稳地进行，随着环件直径逐渐变大，环件在轧制平台上左右摇摆逐渐增强，环件在轧制点相当于瞬时固定，因此环件以轧制点为基点，会发生左右摆动，主碾压辊旋转量太大会导致环件扭曲变形，造成材料浪费，旋转量太小，速率减慢，则不能在合适温度下碾环，同样会破坏坯料组织性能，造成裂纹。

26、通过采用上述技术方案，通过将碾环的主碾压辊的旋转角速度控制为2-3rad/s，既可以减少扭曲形变或者裂纹的产生，提高碾环质量，有效避免材料浪费，还可以保证有较高的碾环速度，进一步提高生产效率。

27、作为优选，所述步骤s5热处理的具体步骤为：先升温得到700-900℃，时间为1-2h，然后冷却至23±2℃。

28、通过采用上述技术方案，将热处理的条件控制为：先升温到700-900℃，时间为1-2h，然后冷却至23±2℃，可以使碾环坯内部组织变为奥氏体，细化晶粒，消除或改善坯料成型过程中可能产生的各种组织缺陷、不良组织形态，有利于坯料切削加工的组织及硬度，保证法兰毛坯质量，提高生产效率。

29、作为优选，所述步骤s5冷却的具体步骤为：在自然冷却降温到550-650℃时保温15-25min，然后再冷却到23±2℃。

30、通过采用上述技术方案，通过将碾环坯再次降温到550-650℃时保温15-25min，然后再冷却到23±2℃，可以使毛坯组织更均匀，更加细化晶粒尺寸，进一步提高生产效率。

31、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

32、（1）本技术通过下料、加热原料坯、入模锻造、碾环、热处理、机加工、验收入库的一次锻造加工工艺制备得到两个法兰，得到的法兰晶粒度等级最优为2级，抗拉强度最高为587mpa，材料的利用率最高为82.53%，下料到热处理之前的时间最短为26min，有良好的加工性能，还提高了生产效率。

33、（2）本技术通过调节入模锻造的下压量，得到的法兰晶粒度等级为4级和抗压强度为573-575mpa，且下料到热处理之前的时间也缩短为31-32min，进一步提高了生产效率。

34、（3）本技术通过调节坯料碾环的下压量，优化对称式法兰的晶粒度等级为3级和抗压强度为577-579mpa，且下料到热处理之前的时间也缩短为29-30min，进一步提高了生产效率。

35、（4）本技术通过调节坯料碾环的主碾压辊的旋转角速度，提高抗压强度为581-583mpa，且下料到热处理之前的时间也缩短为26-27min，进一步提高了生产效率。

36、（5）本技术通过控制热处理冷却降温后再保温，优化对称式法兰的晶粒度等级为2级和抗压强度为587mpa，且下料到热处理之前的时间也缩短为26min，进一步提高了生产效率。