[发明专利]大高径比棒材一火次镦粗成型的锻造方法

说明书

本发明涉及一种大高径比棒材一火次镦粗成型的锻造方法，其特征在于，采用多向锻造设备同时进行水平和垂直锻造，上模、下模在垂直载荷下合模后，通过水平顶缸施加载荷挤压高径比远超3:1的棒料，并进行镦粗，上模、下模需在生产前进行预热，以防止表面激冷组织的产生，锻造一火完成，保证了锻件的性能，减小了锻造过程中的能源消耗。

技术领域

本发明涉及横截面积比相差较大的锻件在制坯时棒材局部镦粗的技术领域，特别是涉及高度与直径之比最高达9:1的棒坯的镦粗锻造技术领域。

背景技术

随着航空航天的发展，形状复杂，横截面比较大的锻件越来越多。该类锻件需要设计预锻，而冶炼原材料基本为棒坯，导致该类锻件的预锻成型时所需火次较多，重量较大，所出毛边较多，在锻件锻造过程中会造成生产成本的巨大浪费。该类锻件在锻造过程中预锻所使用的棒材高径比一般较大，如采用常规的镦粗方法，镦粗比要在3:1以下，当高直径比超过3:1以后，镦粗需多火次分工步逐渐进行，导致锻件性能难以得到有效的保证，同时镦粗时高径比超过3：1以后在锻造过程中极易产生弯曲，校直工作难度也较大。近几年出现的多向锻造设备基本应用于成型复杂且内部空心的锻件，由于该设备可同时锻造垂直及水平方向，将该机制应用于镦粗过程可以有效的解决高径比超过3:1时产生的各种问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：高度与直径之比超过3:1，高达9:1的棒材镦粗过程中的弯曲，扭曲等成形缺陷，减小能源消耗，提高原材料的利用率。

本发明的技术方案是：

本发明中采用近几年出现的多向锻造设备，通过该设备可同时进行水平和垂直锻造的机制，设计的上下在垂直载荷下合模后采用水平顶缸施加载荷挤压高径比远超3:1的棒料进行镦粗，所用模具需在生产前进行预热，以防止表面激冷组织的产生，锻造一火完成，保证了锻件的性能，减小了锻造过程中的能源消耗。模具采用镶块的形式安装在通用模套上，减小模具所需的材料重量，缩小了生产成本，简化了现场工人的操作。

一种大高径比棒材一火次镦粗成型的锻造方法，按照如下方案进行锻造。

步骤一：设计棒料镦粗成型后的形状，如图1所示，棒料部分进行镦粗(2L1+L2)，其余部分预留进行夹持固定不进行变形，未变形的棒料长度L0不能低于所选棒料直径D0。

步骤二：根据后续工序所需要的尺寸，设计变形区域的直径D1和长度L1、L2。

步骤三：模具设计为镶块模，模块大小可根据所需形状的尺寸调整，模具型腔不再设计传统意义上的桥和仓等结构，保证上下模闭合后形成密闭型腔，棒料在变形过程中不从模具闭合处溢出形成毛刺。

步骤四：镶块模制作时与模套的接触面粗糙度保证最低为0.8微米，方便镶块模嵌入后与模套接触紧密不晃动，形成的闭合型腔无缝隙；

步奏五：在定位台处拧紧螺丝，固定死镶块模。

步骤六：在模套除上下端面外的四周安装电加热片，电加热片功率依据模块尺寸调整计算，保证可以将镶块模加热至350℃以上，保证在镦粗时不会失热过快而导致材料的组织性能等不合格。

步骤七：使用夹钳将加热到锻造温度的棒料转移至模具型腔中。

步骤八：启动多向锻设备，闭合上下模具并保持压力，使上下模具闭合后形成密闭的型腔，防止水平方向镦粗时棒材发生弯曲，扭曲等成形缺陷。

步骤九：上下模具合模后，可按照模具设计不同，使用左边或右边的水平顶缸推进，进行水平挤压。推进速度不能过快，不能超过10mm/s，否则容易在快速的变形过程中局部来不及充满而形成相互折叠等缺陷。

所述镦粗方法适用于钢、钛合金、铝合金及高温合金。模具材料需根据模具的加热温度及棒料的材料特性进行选取，一般选取H13模具钢即可。