[發明專利]一種超大高徑比金屬坯料鐓粗成形方法

有效

• 申請號: 201710205539.4
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106964735B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 錢東升;華林;蘭箭;鄧加東
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21J5/08
• 分類號: B21J5/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 唐萬榮,汪瑋華

技術領域

本發明屬于塑性加工的技術領域，尤其涉及一種超大高徑比金屬坯料鐓粗成形方法。

背景技術

鐓粗作為最基本的塑性成形工步，在鍛造、擠壓、軋制等主要塑性成形工藝中發揮著關鍵的作用，鐓粗的效果對于塑性成形毛坯和鍛件的幾何精度和組織性能都有著重要的影響。機械、能源、航空航天領域高端重大裝備的快速發展，對大型鍛件的性能要求越來越高，為了實現大型鍛件高性能制造，通常需要通過大塑性變形來盡可能消除坯料原始缺陷、改善內部組織狀態、提升綜合力學性能。要實現上述目的，通常需要大鐓粗比鐓粗來支撐，而為了獲得大鐓粗比，則需要鐓粗坯料的高度和直徑比值大即大高徑比坯料。然而，通常當鐓粗坯料高徑比超過2.5時，就極易出現鐓粗失穩而導致坯料彎曲。因此，塑性成形工藝中一般避免選用高徑比2.5以上的大高徑比坯料，這也就限制了鐓粗對坯料組織性能的改善效果。對于大鐓粗比需求和鐓粗失穩缺陷之間的矛盾，如何實現大高徑比坯料鐓粗成形一直作為關鍵技術問題被塑性加工界所重視，并且提出了一些大高徑比坯料鐓粗方法。然而，目前實際應用中鐓粗坯料的最大高徑比也只能達到3.3左右。而對于需要更大高徑比坯料鐓粗的情況，為了防止鐓粗失穩，也只能改用大直徑的坯料，一方面犧牲了鐓粗比，另一方面坯料直徑越大、內部組織質量越難以控制而相對越差。此外，對于航空航天一些特種材料鍛件，由于坯料本身規格的限制，無法選用更大直徑的坯料，而必須進行大高徑比鐓粗時，則給鍛件成形帶來了瓶頸制約。因此，為了擺脫上述問題對大型鍛件尤其是航空航天特殊材料大型鍛件高性能成形的制約，迫切需要研發有效的超大高徑比坯料鐓粗成形方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種超大高徑比金屬坯料鐓粗成形方法，采用模內鐓粗與自由鐓粗相結合的多道次組合鐓粗方式，通過合理規劃設計鐓粗工藝和模具，可以有效避免鐓粗失穩，從而可實現高徑比3.3～7的超大高徑比坯料鐓粗成形。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種超大高徑比金屬坯料鐓粗成形方法，其特征在于，它包括如下具體步驟：

1)確定模內鐓粗道次，根據初始坯料尺寸、模內鐓粗坯料直徑增加率和自由鐓粗坯料高徑比確定模內鐓粗道次，具體計算公式如下：

其中，n表示模內鐓粗次數，取整數；D₀、H₀分別表示初始坯料的直徑和高度；k為模內鐓粗坯料直徑增加率即模內鐓粗前后坯料直徑增加百分比，為了調控鐓粗變形均勻性，各道次模內鐓粗直徑增加率取相同值；λ為最后自由鐓粗坯料的高徑比；

2)鐓粗比設計，根據鐓粗成形件目標尺寸、自由鐓粗坯料高徑比和模內鐓粗坯料直徑增加率確定鐓粗比，具體計算公式如下：

其中，S表示模內鐓粗的鐓粗比，由于各道次模內鐓粗坯料直徑增加率k相等，則各道次模內鐓粗的鐓粗比相等；S₁表示自由鐓粗的鐓粗比；D、H分別表示鐓粗成形件的目標直徑和高度；

3)鐓粗模具設計，模內鐓粗用模具采用帶脫模斜度的環形模具，其主要尺寸可按下式設計：

d_i＝(1+k)D_i-1，i＝1,2...n，其中，d_i、h_i分別表示第i次模內鐓粗所用模具的內徑和高度；D_i-1、H_i-1分別表示第i次模內鐓粗前坯料的直徑和高度，可根據各道次鐓粗比計算確定，i＝1時則表示初始坯料的直徑和高度；

4)鐓粗成形，將模內鐓粗的模具預熱、潤滑，放上壓力機工作臺，將初始坯料放置于模具底部中心，保持坯料端面與軸線垂直，利用壓力機進行模內鐓粗，模內鐓粗完成后進行脫模，隨后進行后續道次鐓粗，直至完成最后的自由鐓粗。

按上述方案，所述步驟1)中的對于初始坯料高徑比為3.3～7的多道次鐓粗，k值取15％～20％、λ值取2.1～2.4，初始坯料高徑比漸增，k取值隨之漸增，λ取值隨之漸減，初始坯料高徑比漸減，k取值隨之漸減，λ取值隨之漸增。

按上述方案，所述步驟3)中所述脫模斜度為3°～5°。