[發明專利]大型壁厚突變環件近凈復合成形方法

有效

• 申請號: 202110320199.6
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113059100B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 錢東升;鄧加東;華林;蘭箭;汪小凱;王豐
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J5/02;B21H1/06;B21D53/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 程力

本發明公開了一種大型壁厚突變環件近凈復合成形方法，將鍛造沖孔后的小直徑矩形截面環坯加熱保溫后取出并放到熱軋環機上軋制，待外徑長大至目標尺寸時停止軋制獲得大直徑矩形截面環坯，取出并加熱保溫；將大直徑矩形截面環坯放到成形模具中熱成形，獲得所需形狀的異形截面環坯后取出并加熱保溫；精環軋近凈成形—將異形截面環坯放到軋環機上精環軋，通過異形軋輥近凈成形出環件截面輪廓，待外徑長大到目標尺寸時停止軋制獲得壁厚突變環件；將壁厚突變環件快速放到脹形機上，利用余熱進行熱脹形來提高尺寸精度和圓度并改善殘余應力分布，待脹形至目標尺寸后繼續保壓，冷卻至室溫后取出，獲得目標環件。該方法成形精度高。

技術領域

本發明屬于塑性加工技術領域，具體涉及一種大型壁厚突變環件近凈復合成形方法。

背景技術

大型壁厚突變環件是指直徑1米以上的截面輪廓形狀急劇變化的環形件，如機匣環件，這類復雜結構環件通常采用環件軋制的方法成形出矩形截面環件，然后進行大量切削加工得到所需形狀的異形截面環件，該方法不僅材料利用率低，加工效率低，而且大量切削破壞了金屬流線分布，削弱了環件的力學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種大型壁厚突變環件近凈復合成形方法，該方法整體形變均勻，成形精度高，材料利用率高，能改善環件內部組織狀態、提高產品力學性能。

本發明所采用的技術方案是：

一種大型壁厚突變環件近凈復合成形方法，包括步驟：S1、預環軋成形—將鍛造沖孔后的小直徑矩形截面環坯加熱保溫后取出并放到熱軋環機上軋制，待外徑長大至目標尺寸時停止軋制獲得大直徑矩形截面環坯，取出并加熱保溫；S2、模鍛成形—將大直徑矩形截面環坯放到成形模具中熱成形，獲得所需形狀的異形截面環坯后取出并加熱保溫；S3、精環軋近凈成形—將異形截面環坯放到軋環機上精環軋，通過異形軋輥近凈成形出環件截面輪廓，待外徑長大到目標尺寸時停止軋制獲得壁厚突變環件；S4、熱脹形精準定徑—將壁厚突變環件快速放到脹形機上，利用余熱進行熱脹形來提高尺寸精度和圓度并改善殘余應力分布，待脹形至目標尺寸后繼續保壓，冷卻至室溫后取出，獲得目標環件。

在步驟S1中，成形的大直徑矩形截面環坯內徑d₂＝成形的異形截面環坯小端內孔直徑d_s3，成形的大直徑矩形截面環坯外徑D₂＝成形的異形截面環坯小端外表面直徑D_s3，成形的大直徑矩形截面環坯高度其中V為目標環件體積；初始的小直徑矩形截面環坯內徑d₁＝沖孔所用沖頭直徑d_c，初始的小直徑矩形截面環坯高度B₁＝B₂，初始的小直徑矩形截面環坯外徑

在步驟S1中，進行軋制前，小直徑矩形截面環坯的加熱溫度控制在0.9～1倍的材料始鍛溫度以保證成形后的環坯具有細小晶粒；進行軋制時，熱軋環機在允許范圍內采用較快的進給速度以保證成形后的環坯晶粒更加細小，同時監控環坯溫度，若低于材料終鍛溫度則立刻停止軋制并在加熱后繼續軋制。

在步驟S2中，成形模具包括凸模、凹模、鑲塊、導柱、底板和環形壓塊，凸模和凹模的工作面分別與成形的異形截面環坯的內外表面相匹配；熱成形前，先將底板安裝在凹模內孔下方，然后將鑲塊沿凹模內表面安裝于底板上，然后將導柱通過底板上中心孔插入凹模，然后將大直徑矩形截面環坯放入凹模內并放在鑲塊上，利用大直徑矩形截面環坯預熱成形模具；熱成形時，先將凸模插到導柱上，然后壓力設備下壓凸模至目標位完成異形截面環坯的小端成形，然后壓力設備上行并將環形壓塊套在凸模上方，然后壓力設備下壓環形壓塊至目標位，完成異形截面環坯的大端臺階成形；熱成形結束后，先取下環形壓塊，然后通過底板將鑲塊、凸模和異形截面環坯頂出，然后將異形截面環坯從凸模上取出。

在步驟S2中，進行熱成形時，壓力設備在允許范圍內采用較快的下壓速度以防止環坯與模具長時間接觸溫降過快，同時監控環坯溫度，若溫度過低則立刻停止熱成形并在加熱后繼續熱成形。