[发明专利]一种盘件辗压成形系统及方法

说明书

一种盘件辗压成形系统及方法，包括：对盘件通过两压紧头对盘件中心进行固定；并驱动盘件旋转；通过感应线圈对盘件轮辐、轮辋部分进行加热；向盘件轮毂位置吹送冷却气体；通过辗压头对盘件进行辗压成形；降低感应线圈功率，使盘件缓慢降低到预定温度后空冷到室温；对盘件进行固溶热处理。可以通过对盘件的轮辐、轮辋部分进行加热，同时向轮毂部分吹送冷却气体，使盘件的中心位置温度低于盘件其他位置的温度，形成沿径向的温度差。以此使盘件在辗压成形后形成梯度分布并逐渐过渡的微观组织，实现高性能涡轮盘径向力学性能的梯度分布。

技术领域

本发明涉及金属零件加工领域，特别是指一种盘件辗压成形系统及方法。

背景技术

钛合金、镍基高温合金等耐热合金被广泛用于制造航空发动机涡轮盘和压气机盘。它们具有高耐热性和耐气体腐蚀的特性，但同时由于延展性低和变形抗力高而具有较差的加工性能，因而也被称为难成形的高强金属材料。耐热合金涡轮盘对尺寸精度以及在变形和随后的热处理过程中形成的组织有很高的要求，目前主要是通过与美国专利US3519503中的描述类似的方法通过等温或近等温条件下对耐热合金盘坯整体进行模锻成形。该方法的缺点是需要大吨位压力机设备，根据计算，制造直径550mm的盘件大约需要成形力为150MN的等温锻压力机，设备能源消耗很大，此外锻造高温合金的模具费用也相当高昂。

还应注意，许多钛合金、镍基高温合金涡轮盘的服役工作条条件异常恶劣，在此条件下涡轮盘的各个区域中形成梯度过渡状的异质组织状态是有利的。一般来说轮毂(盘心)部位承受低温高应力，需要细晶组织以保证足够的强度和疲劳抗力，而轮辋(边缘)部位则承受高温低应力，需要粗晶以保证足够的蠕变和持久性能。然而用如前所述的整体模锻成形时，轮毂、轮辐、轮辋同时成形，要在锻造过程中对锻件分区进行梯度组织调控难度很大。

为了寻找低成本的盘类件制造方法，人们尝试了类似于环件轧制的回转成形方法制造盘类件。已公开专利CN100546759以及CN100486754介绍了大中型空心、实心盘类锻件的轧制方法，这种成形工艺是基于径-轴向辗环机而开发的，属于盘件卧式轧制，它的特点在于，在上锥辊的轴向进给以及上下锥辊的旋转轧制联合作用下，盘坯轴向尺寸逐渐变薄，径向尺寸不断延展，最终使盘件成形。该方法的局限性之一在于加工柔性差，因为上下锥辊的辊形需要根据盘件最终形状要求而预制，如果盘件形状过于复杂则一次性预制的锥辊形状难以满足要求。局限性之二在于受径-轴向辗环机的结构特点所限，难以在成形设备上实现在线加热，因此基于辗环机的盘件轧制是差温成形。局限性之三在于在同一套锥辊上难以对盘件不同部位实现轧制变形速率的调控。

已公开的俄罗斯专利RU2119842介绍了一种与火车车轮轧制类似的盘件双面辗压成形方法，属于盘件立式双面辗压成形，其特点在于：盘坯的盘毂部位被两侧的驱动主轴夹紧并随主轴一起转动，两对辗头分别位于盘坯两侧，它们相对于工件可以径向和轴向进给，对盘坯两侧进行辗压，辗压成形过程由轧机的控制系统进行协调控制，盘坯、辗头和主轴夹头都处于封闭的加热炉腔内，能进行盘件等温辗压成形。该方法的局限性在于闭式加热炉炉璧上需要留有4个辗头臂和2个夹紧主轴的伸入孔，此外盘件径向进给行程相对较大，因此辗头臂伸入孔需要较大尺寸。加热炉以上孔洞的存在给炉温保持或形成温度梯度造成很多困难。