[發明專利]一種盤件輾壓成形系統及方法

在審

• 申請號: 202011111995.0
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112275977A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 朱衛東;翟月雯;周樂育;賀小毛;郝國建;郝建強;金泉林
• 申請（專利權）人: 北京機電研究所有限公司
• 主分類號: B21J1/06
• 分類號: B21J1/06;B21J13/08;B21J13/12;B21J9/02
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營

一種盤件輾壓成形系統及方法，包括：對盤件通過兩壓緊頭對盤件中心進行固定；并驅動盤件旋轉；通過感應線圈對盤件輪輻、輪輞部分進行加熱；向盤件輪轂位置吹送冷卻氣體；通過輾壓頭對盤件進行輾壓成形；降低感應線圈功率，使盤件緩慢降低到預定溫度后空冷到室溫；對盤件進行固溶熱處理。可以通過對盤件的輪輻、輪輞部分進行加熱，同時向輪轂部分吹送冷卻氣體，使盤件的中心位置溫度低于盤件其他位置的溫度，形成沿徑向的溫度差。以此使盤件在輾壓成形后形成梯度分布并逐漸過渡的微觀組織，實現高性能渦輪盤徑向力學性能的梯度分布。

技術領域

本發明涉及金屬零件加工領域，特別是指一種盤件輾壓成形系統及方法。

背景技術

鈦合金、鎳基高溫合金等耐熱合金被廣泛用于制造航空發動機渦輪盤和壓氣機盤。它們具有高耐熱性和耐氣體腐蝕的特性，但同時由于延展性低和變形抗力高而具有較差的加工性能，因而也被稱為難成形的高強金屬材料。耐熱合金渦輪盤對尺寸精度以及在變形和隨后的熱處理過程中形成的組織有很高的要求，目前主要是通過與美國專利US3519503中的描述類似的方法通過等溫或近等溫條件下對耐熱合金盤坯整體進行模鍛成形。該方法的缺點是需要大噸位壓力機設備，根據計算，制造直徑550mm的盤件大約需要成形力為150MN的等溫鍛壓力機，設備能源消耗很大，此外鍛造高溫合金的模具費用也相當高昂。

還應注意，許多鈦合金、鎳基高溫合金渦輪盤的服役工作條條件異常惡劣，在此條件下渦輪盤的各個區域中形成梯度過渡狀的異質組織狀態是有利的。一般來說輪轂(盤心)部位承受低溫高應力，需要細晶組織以保證足夠的強度和疲勞抗力，而輪輞(邊緣)部位則承受高溫低應力，需要粗晶以保證足夠的蠕變和持久性能。然而用如前所述的整體模鍛成形時，輪轂、輪輻、輪輞同時成形，要在鍛造過程中對鍛件分區進行梯度組織調控難度很大。

為了尋找低成本的盤類件制造方法，人們嘗試了類似于環件軋制的回轉成形方法制造盤類件。已公開專利CN100546759以及CN100486754介紹了大中型空心、實心盤類鍛件的軋制方法，這種成形工藝是基于徑-軸向輾環機而開發的，屬于盤件臥式軋制，它的特點在于，在上錐輥的軸向進給以及上下錐輥的旋轉軋制聯合作用下，盤坯軸向尺寸逐漸變薄，徑向尺寸不斷延展，最終使盤件成形。該方法的局限性之一在于加工柔性差，因為上下錐輥的輥形需要根據盤件最終形狀要求而預制，如果盤件形狀過于復雜則一次性預制的錐輥形狀難以滿足要求。局限性之二在于受徑-軸向輾環機的結構特點所限，難以在成形設備上實現在線加熱，因此基于輾環機的盤件軋制是差溫成形。局限性之三在于在同一套錐輥上難以對盤件不同部位實現軋制變形速率的調控。

已公開的俄羅斯專利RU2119842介紹了一種與火車車輪軋制類似的盤件雙面輾壓成形方法，屬于盤件立式雙面輾壓成形，其特點在于：盤坯的盤轂部位被兩側的驅動主軸夾緊并隨主軸一起轉動，兩對輾頭分別位于盤坯兩側，它們相對于工件可以徑向和軸向進給，對盤坯兩側進行輾壓，輾壓成形過程由軋機的控制系統進行協調控制，盤坯、輾頭和主軸夾頭都處于封閉的加熱爐腔內，能進行盤件等溫輾壓成形。該方法的局限性在于閉式加熱爐爐璧上需要留有4個輾頭臂和2個夾緊主軸的伸入孔，此外盤件徑向進給行程相對較大，因此輾頭臂伸入孔需要較大尺寸。加熱爐以上孔洞的存在給爐溫保持或形成溫度梯度造成很多困難。