[發明專利]不銹鋼矩形截面環形件的熱脹形成形方法

有效

• 申請號: 201310388659.4
• 申請日: 2013-09-01
• 公開（公告）號: CN103447377A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 宋捷;吳永安;陳學洪;項春花;張園園
• 申請（專利權）人: 貴州航宇科技發展股份有限公司
• 主分類號: B21D31/04
• 分類號: B21D31/04;B21D37/10
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技術領域

本發明涉及一種環件的脹形方法，特別是涉及了不銹鋼矩形截面環形件的熱脹形成形方法。

背景技術

在環形件成形技術領域，隨著航空、航天、船舶、核能、燃氣輪機、風力發電等行業的發展對環形件高可靠性、高壽命和低成本的要求，對環形件的成形尺寸精度、組織及性能也提出了較高的要求，環形件成形朝著優質、精密、高效、環保、低成本的方向發展。

不銹鋼矩形截面環形件（指縱截面是矩形截面的環形件）采用環軋機軋制后，由于受軋制工藝及設備局限性的影響，其尺寸精度一般不高；只有在環形件形狀較理想和設備性能較優異的情況下，其尺寸精度才能達到相應尺寸的3‰～5‰（千分之三至千分之五），而且軋制后的環形件由于應力較大，在后續加工工序中如果控制不好易產生翹曲、變形甚至開裂等缺陷。

2012年6月13日公開的中國發明專利說明書CN102489616A公開了一種不銹鋼矩形環軋件的熱脹形方法，所述矩形環軋件即為矩形截面環形件。該方法把加熱的不銹鋼矩形環軋件裝進脹形機，通過對脹形機的芯軸滑塊施加軸向拉力使其沿軸向向下移動并沿所述徑向滑塊的內孔錐面擠壓徑向滑塊使各徑向滑塊沿徑向同步移動擴散，裝在徑向滑塊外圓周面上的脹形塊從矩形環軋件的內圓周表面沿徑向擠壓矩形環軋件使其發生內、外徑尺寸擴大及壁厚減薄的塑性變形，經過連續三次小變形，所述不銹鋼矩形環軋件被脹形成形。該方法采用開放式脹形方式脹形成形的不銹鋼矩形截面環形件存在以下問題：第一，僅僅是所述環形件的內徑尺寸精度能夠達到內徑尺寸的1‰～2‰，對于所述環形件的外徑及高度的尺寸精度則無法達到該尺寸精度，因為在脹形過程中所述環形件的外徑及高度的尺寸精度是不受控的，不能通過該脹形方法來提高其尺寸精度，即所述環形件的高度及外徑尺寸精度基本還保持在環軋后的水平；第二，該方法通過連續三次小變形以及二次旋轉來脹形矩形截面環形件，每次脹形都要通過調節和控制大量的工藝參數才能實現，其工序較為繁瑣，生產率低，能源消化大，生產準備時間和生產周期較長，對設備的要求也較高，實際生產過程中不利于控制產品質量和組織大批量生產，很難獲得優質、精密、高效、環保和低成本的環形件。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種采用模套來實現不銹鋼矩形截面環形件的熱脹形成形方法，該方法通過一次大變形對所述不銹鋼矩形截面環形件進行脹形成形，簡化了操作，獲得了尺寸精度高、產品質量易于控制、有利于組織大批量生產和生產率高的脹形矩形截面環形件。

為解決上述技術問題，本發明所述不銹鋼矩形截面環形件的熱脹形成形方法，其技術方案包括以下步驟：

把預熱到305℃～345℃的模套固定在脹形機的工作臺上并與芯軸滑塊同心，再把加熱到830℃～890℃的不銹鋼脹形前的矩形截面環形件套裝進脹形機，使其內環面套在經預熱到305℃～345℃的脹形塊的外圓周面外圍，所述環形件處于由脹形塊的外圓周面和模套的內環面圍成的環形空間內，此時，徑向滑塊處于合攏狀態；

啟動脹形機對芯軸滑塊施加軸向拉力F使其沿軸向向下移動并沿所述徑向滑塊的內孔錐面擠壓徑向滑塊使各徑向滑塊沿徑向同步移動擴散，裝在徑向滑塊外圓周面上的脹形塊從脹形前的矩形截面環形件的內圓周表面沿徑向擠壓該環形件使其發生內、外徑尺寸擴大及壁厚減薄的塑性變形，當所述環形件的脹形變形量達到10%～13%時被擠壓到模套的內環面內，充滿了由脹形塊的外圓周面和模套的內環面圍成的封閉型腔，經保壓后成為脹形后的矩形截面環形件；

所述脹形前的矩形截面環形件的脹形溫度為830℃～890℃，脹形時間按脹形前的矩形截面環形件的壁厚×0.6s/mm～1.1s/mm計算，保壓時間按脹形后的矩形截面環形件的壁厚×23s/mm～33s/mm計算；

脹形結束后，向上移動芯軸滑塊，合攏徑向滑塊，拆卸并取出模套后取出脹形后的矩形截面環形件。

所述不銹鋼是1Mn18Cr18N。

脹形過程中，所述脹形機對芯軸滑塊施加的軸向拉力F按下式計算確定：

F＝ξ×σ_0.2×S

式中：

ξ——脹形機脹形系數，本發明取1.26～1.52；

σ_0.2——脹形溫度下不銹鋼材料的屈服強度（MPa），1Mn18Cr18N不銹鋼取190MPa～210MPa；

S——脹形前的矩形截面環形件的縱截面面積（mm²）。

采用上述方法脹形后的矩形截面環形件，其內徑尺寸范圍為Φ400mm～Φ4500mm，壁厚為10mm～200mm，高度為40mm～750mm。