[发明专利]轴承钢矩形截面环形件的热胀形成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种环件的胀形方法，特别是涉及了轴承钢矩形截面环形件的热胀形成形方法。

背景技术

在环形件成形技术领域，随着航空、航天、船舶、核能、燃气轮机、风力发电等行业的发展对环形件高可靠性、高寿命和低成本的要求，对环形件的成形尺寸精度、组织及性能也提出了较高的要求，环形件成形朝着优质、精密、高效、环保、低成本的方向发展。

轴承钢矩形截面环形件（指纵截面是矩形截面的环形件）采用环轧机轧制后，由于受轧制工艺及设备局限性的影响，其尺寸精度一般不高；只有在环形件形状较理想和设备性能较优异的情况下，其尺寸精度才能达到相应尺寸的3‰～5‰（千分之三至千分之五），而且轧制后的环形件由于应力较大，在后续加工工序中如果控制不好易产生翘曲、变形甚至开裂等缺陷。

2012年6月13日公开的中国发明专利说明书CN102489597A公开了一种轴承钢矩形环轧件的热胀形方法，所述矩形环轧件即为矩形截面环形件。该方法把加热的轴承钢矩形环轧件装进胀形机，通过对胀形机的芯轴滑块施加轴向拉力使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块的内孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上的胀形块从矩形环轧件的内圆周表面沿径向挤压矩形环轧件使其发生内、外径尺寸扩大及壁厚减薄的塑性变形，经过连续三次小变形，所述轴承钢矩形环轧件被胀形成形。该方法采用开放式胀形方式胀形成形的轴承钢矩形截面环形件存在以下问题：第一，仅仅是所述环形件的内径尺寸精度能够达到内径尺寸的1‰～2‰，对于所述环形件的外径及高度的尺寸精度则无法达到该尺寸精度，因为在胀形过程中所述环形件的外径及高度的尺寸精度是不受控的，不能通过该胀形方法来提高其尺寸精度，即所述环形件的高度及外径尺寸精度基本还保持在环轧后的水平；第二，该方法通过连续三次小变形以及二次旋转来胀形矩形截面环形件，每次胀形都要通过调节和控制大量的工艺参数才能实现，其工序较为繁琐，生产率低，能源消化大，生产准备时间和生产周期较长，对设备的要求也较高，实际生产过程中不利于控制产品质量和组织大批量生产，很难获得优质、精密、高效、环保和低成本的环形件。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用模套来实现轴承钢矩形截面环形件的热胀形成形方法，该方法通过一次大变形对所述轴承钢矩形截面环形件进行胀形成形，简化了操作，获得了尺寸精度高、产品质量易于控制、有利于组织大批量生产和生产率高的胀形矩形截面环形件。

为解决上述技术问题，本发明所述轴承钢矩形截面环形件的热胀形成形方法，其技术方案包括以下步骤：

把预热到310℃～350℃的模套固定在胀形机的工作台上并与芯轴滑块同心，再把加热到830℃～870℃的轴承钢胀形前的矩形截面环形件套装进胀形机，使其内环面套在经预热到310℃～350℃的胀形块的外圆周面外围，所述环形件处于由胀形块的外圆周面和模套的内环面围成的环形空间内，此时，径向滑块处于合拢状态；

启动胀形机对芯轴滑块施加轴向拉力F使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块的内孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上的胀形块从胀形前的矩形截面环形件的内圆周表面沿径向挤压该环形件使其发生内、外径尺寸扩大及壁厚减薄的塑性变形，当所述环形件的胀形变形量达到9%～11%时被挤压到模套的内环面内，充满了由胀形块的外圆周面和模套的内环面围成的封闭型腔，经保压后成为胀形后的矩形截面环形件；

所述胀形前的矩形截面环形件的胀形温度为830℃～870℃，胀形时间按胀形前的矩形截面环形件的壁厚×0.6s/mm～0.8s/mm计算，保压时间按胀形后的矩形截面环形件的壁厚×23s/mm～32s/mm计算；

胀形结束后，向上移动芯轴滑块，合拢径向滑块，拆卸并取出模套后取出胀形后的矩形截面环形件。

所述轴承钢是GCr15。

胀形过程中，所述胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F按下式计算确定：

F＝ξ×σ_0.2×S

式中：

ξ——胀形机胀形系数，本发明取1.26～1.52；

σ_0.2——胀形温度下轴承钢材料的屈服强度（MPa），GCr15轴承钢取60MPa～80MPa；

S——胀形前的矩形截面环形件的纵截面面积（mm²）。

采用上述方法胀形后的矩形截面环形件，其内径尺寸范围为Φ400mm～Φ4500mm，壁厚为10mm～200mm，高度为40mm～750mm。