[发明专利]一种大型盘类件的旋转锻造方法及锻造装置

说明书

技术领域

本发明属于锻造成形技术领域，涉及一种锻造方法和装置，尤其是一种针对大型盘类件的分步旋转锻造方法及用于实现该锻造方法的锻造装置。

背景技术

目前，大型盘类件主要是通过机械加工的方法制造，该方法材料利用率低，机械加工量大且制造时间长；此外大型盘类件的制造也可采用闭式模锻的方法，模锻所需成形力非常大，对设备和模具的要求很高。例如，某型号离心风机用叶轮轮盘其内直径为580mm，外直径1180mm，工件最厚处45mm，最薄处5mm，工件重83Kg，机械加工方法用坯料重702Kg，机加工量为619Kg，材料利用率仅为11％。如果采用闭式模锻方法，锻造力大于8万吨，并且对于不同形状的叶轮，都需要制造模具，因此，其模具制造成本也很高。随着工业的发展，特别是风机制造业的发展，对大型盘类件(直径可达1300mm)的省力、节材、低成本的成形方法的需求越来越明显。

采用局部锻打的方法也可以成形出大锻件，然而，由于每次上砧和下砧打击的不对称和局部性，使其金属的变形很不均匀，因此，常常会造成锻打后工件的形状误差大，废品率高等问题。如何使金属的流动受到控制，就成为保证锻件质量的重要因素。随着现代计算机和数值模拟技术的发展，采用有限元分析软件，如：DEFORM，FORGE和ABAQUS等可以对锻造中金属的变形过程进行分析，为成形工艺参数的制定和模具的设计提供依据。从而，推动了新锻造工艺的出现和发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种大型盘类件的分步旋转锻造方法及用于实现该锻造方法的锻造装置。分步旋转锻造方法可以解决大型盘类件(特别是小批量生产)在机械加工制造中所存在的材料利用率低、机械加工量大和制造成本高等问题。采用为了实现分步旋转锻造而设计的装置可以直接与普通锻造压力机相结合，使锻造用上模具能够旋转，实现大型盘类件的成形。

本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：本发明的大型盘类件的旋转锻造方法，具体按照以下步骤：A.锻造模具的设计使锻造模具由上锻模和下模组成，将上锻模设计为由一条或者多条矩形长条状锻模组件构成的轴对称结构，所述矩形长条状锻模组件的垂直截面下轮廓与被加工的大型盘类工件中心截面的上轮廓相同；B.坯料准备、预锻分流槽准备圆板或圆形坯料并加热到坯料金属材料的始锻温度；然后在该坯料上预先锻造出分流槽；再将预锻件加热至始锻温度；C.定位坯料将以上预锻并加热后的坯料固定在锻造模具的下模上，使坯料的中心轴、以及上锻模和下模的中心轴同轴；D.分步旋转锻造1)首先使上锻模以压下量H₁锻造坯料的局部，成形后升起上锻模，使上锻模和下模绕其中心轴相对旋转一角度α，紧接着再次使上锻模以压下量H₁锻造坯料局部，依此循环至上锻模和下模绕其中心轴相对旋转一圈；2)改变上锻模的压下量，使上锻模以压下量H₂锻造坯料的局部，成形后升起上锻模，使上锻模和下模绕其中心轴相对旋转一角度α，紧接着再次使上锻模以压下量H₂锻造坯料局部，依此循环至上锻模和下模绕其中心轴相对旋转一圈；所述压下量H₂大于压下量H₁；3)按照以上步骤1)至2)的规律，使上锻模和下模相对旋转从而对坯料进行反复多圈旋转锻造，每一圈旋转锻造的压下量均大于上一圈的压下量，当坯料被锻造成设计形状后，旋转锻造结束。

进一步，以上步骤B中，在坯料上预锻分流槽时，采用整体模锻方法成形或者分步旋转锻造方法。

上述步骤D中，当上锻模和下模绕其中心轴相对旋转时：使下模不动，上锻模绕其中心轴旋转；或者使上锻模不动，下模绕其中心轴旋转。

上述步骤D中，所述压下量H1小于坯料厚度的8％；角度α小于arctan(b/d)，其中b为组成上锻模的矩形长条状锻模组件的宽度，d为锻造过程坯料的外直径。

本发明还提供一种实现上述旋转锻造方法的锻造装置，包括水平设置的上模组件以及设置于上模组件正下方的下模，所述上模组件包括一上模板，上模板的下端面中部设有一水平的旋转盘，旋转盘的下端面固定设有旋转锻模，所述旋转锻模由一条或者多条矩形长条状锻模组件构成，所述矩形长条状锻模组件的垂直截面的下轮廓与被加工的大型盘类工件的中心截面的上轮廓相同；旋转锻模的中心轴与旋转盘的回转轴同轴。

上述旋转锻模由一条矩形长条状锻模组件构成，所述旋转锻模的中心轴是垂直于长条状锻模组件轴向且过其中心的轴。

上述旋转锻模由两条矩形长条状的锻模组件相互垂直构成，使旋转锻模呈“十字”形一体式结构。