[发明专利]大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料成型技术领域的加工方法，具体是一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法。

背景技术

大锻件是电力、冶金、造船、核能、航天等重大工程和装备的关键零部件，其生产能力、产品级别与性能质量水平已成为一个国家工业水平的标志。然而，钢铁冶金过程决定了钢锭内部不可避免地会存在缩孔、疏松、夹杂等各种缺陷。消除大型锻件的内部缺陷，提高其内在质量及承载能力，是塑性加工领域多年来一直予以高度重视的研究方向，也是机械工业技术进步对锻件制造技术提出的基本要求之一。实际生产中，通常采用镦粗和拔长两个主要工艺过程对大锻件进行锻造，以消除大锻件的内部缺陷，提高大锻件的力学性能。

在大锻件的镦粗过程中，一般采用平砧对大型钢锭进行镦粗。研究表明，平砧下面由于存在一个难变形区(或称“变形死区”)，导致该区域的内部缺陷不能消除，形成“砧下缺陷区”。内部缺陷的存在使得锻件的使用寿命缩短、力学性能降低，甚至报废。为此，1994年刘助柏和王连东在《机械工程学报》上发表了“用锥形板镦粗的新工艺及其力学原理”的文章，提出用锥形板对大锻件进行镦粗，但锥形板镦压时大型钢锭内部的变形是不均匀的，导致锻件力学性能不均匀。

经对现有技术的文献检索发现，  2005年黄华贵等在《锻压技术》上发表了“大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟”的文章(黄华贵，杜凤山，臧新良.大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟.锻压技术.2005.增刊：34～37)，提出了用M形板镦粗的方法，其不足之处在于：M形板镦压时存在较大的难变形区，钢锭内部缺陷不能得到有效消除。

由此可见，目前的镦粗方法都不能很好地消除大锻件的内部缺陷，即使是多次镦压，大锻件的力学性能也不能有效提高。因此，有待于发明一种更好的工艺方法，以改善锻件质量，提高生产率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法。本发明通过巧妙设计的钹形砧，实现了难变形区金属的流动，促使变形体变形均匀，使大型钢锭在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除。本发明通过较小的压下率就能达到较好的锻造效果，镦粗次数少，所需压机载荷小，既改善了锻件的内部质量和力学性能，又能提高生产率，节省了能源。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造。上、下砧都用钹形砧，也可以上、下砧中有一砧采用钹形砧进行锻造。

所述钹形砧，其工作面类似于“钹”形，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，球的直径为D1，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，圆柱面的直径为D2，第二曲面与第一曲面之间采用圆角过渡，D1、D2的具体数值根据锻件材料、锻件几何尺寸和锻造工艺参数确定。第二曲面的水平夹角用α表示，α角可在-20°～20°之间根据要求不同而变化，当α＜0时，第二曲面为凹形面，当α＝0时，第二曲面为平面，当α＞0时，第二曲面为凸形面。

本发明大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法具有很多优点：(1)镦粗时，钹形砧中间的凸面部分首先与锻件接触，推动难变形区金属流动，能有效消除“砧下缺陷区”；(2)钹形砧镦粗能形成良好的应力应变状态，促使变形体内部变形均匀，使大型钢锭在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除，改善了锻件的内部质量和力学性能；(3)钹形砧锻造法通过较小的压下率就能达到较好的锻造效果，镦粗次数比传统方法少一倍以上，生产效率提高，模具使用寿命延长，成本降低；(4)当上砧为钹形砧，下砧为平砧时，所需压机载荷比传统方法小4％-30％，当上下砧都是钹形砧时，所需压机载荷比传统方法小18％以上，节省了能源。

附图说明

图1是钹形砧的三维示意图

图2是钹形砧的平面示意图

图3是上砧为钹形砧，下砧为平砧的锻造方法示意图

图中：1.第一曲面，2.第二曲面，3.圆柱面，4.上砧，5.大型锻件，6.下砧

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

1.制作钹形砧。