CN104439033A - 轴向闭式辗压成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的轴向闭式辗压成形方法涉及一种对称回转类锻件的成形方法，尤其涉及大型盘类锻件的成形方法。所述的轴向闭式辗压成形方法包括下述步骤：将上模与下模设置为均能转动，且转动轴相交；将加热后的工件毛坯放入下模中，转动下模；将上模沿平行于下模转动轴的方向下压；当上模下压至下死点之后，保持在下死点位置1～20s。本发明将上、下模设置为能够转动，并且转动轴成一定夹角，因此能对工件坯料产生类似辗压的动作，使得金属沿径向流动、填充。下模和工件始终局部接触，随着摆动及下压的进行，接触面逐渐扩大，但始终为同类别液压机模锻的1/n（n=8~10）。因此可以在低载体下获得性能最佳的大型如盘轴类轴对称零件。

Description

轴向闭式辗压成形方法

技术领域

本发明涉及一种对称回转类锻件的成形方法，尤其涉及大型盘类锻件的成形方法。 

背景技术

目前盘件的成形技术主要有自由锻、液压机模锻、锤上模锻和螺旋压力机模锻等几种。自由锻是将金属坯料置于锻造设备的上下砧座之间，通过施加冲击力或压力，直接使坯料产生塑性变形而获得所需锻件的一种加工方法。自由锻的特点是使用通用工装快捷、灵活，适用于单件、小批量及重型锻件的生产。自由锻主要应用于单件、小批量生产。模锻是指将金属坯料置于锻造设备的上下模具之间，通过施加冲击力或压力，使金属坯料发生塑性变形，获得与模膛形状相同的锻件的一种加工方法。液模锻液压机的特点是工作台面宽大、行程长、工作液体的压力高、锻造能力大，而且在整个工作过程中压力和速度的变化不大、工作平稳、振动和噪声都比较小，有利于改善工人的劳动条件，对厂房和周围环境也没有特殊的要求。因此，液压机模锻适于锻造大型的铝镁合金、钛合金及高温合金的盘形、深孔锻件和局部镦粗的实心或空心锻件，在航空、造船、汽车等行业中应用较广泛。另外，液压机模锻在等温锻造、超塑性锻造等特种锻造方面具有的优势。锤上模锻主要用于锻件的大批量生产，是锻造生产中最基本的锻造方法。由于模锻锤具有通用性较强、生产效率高等优点，因此锤上模锻也是锻造生产中应用最广的锻造方法之一。螺旋压力机具有锻锤的工作特性，可以进行不同变形程度的反复打击，所以它可以为镦粗、挤压等大变形提供大的变形能量。另一方面，它也可为精压、压印、终锻等小变形提供大的变形力，因而工艺用途广泛，能满足各种锻压变形工序的力能要求，使用范围较广；由于螺旋压力机有下顶杆装置，因此可对长杆类锻件进行局部镦粗或挤压，另外，还可以采用双分模或多分模组合式凹模，锻出无模锻斜度或小模锻斜度的锻件，以及两个方向有凹陷的锻件；由于滑块行程不固定，锻件在高度方向的尺寸精度不受机架弹性变形的影响，可在螺旋压力机上进行精密模锻和无毛边模锻。 

上述成形设备均属于整体锻造设备，其显著特点在于需要高强度耐热性优越的模具和大吨位的压力输出设备，成型载荷随着锻造的进行呈指数增长趋势。 

盘类和盘轴类回转对称构件是机械零件的基本类型之一，一般作为传动和承载的关键零件，在航空、航天、能源、交通等诸多工业领域应用十分广泛。近年来，随着我国国民经济和科学技术的发展，各类高性能盘件的应用需求迅速增加，盘件的尺寸和复杂程度不断增大。例如，航空发动机用钛合金整体叶盘最大直径已超过φ1200mm，新一代重型燃气轮机则需要使用φ1850mm~φ2200mm的高温合金盘件。各类难变形材料在大型盘件中的应用日益广泛，对盘件的质量要求越来越严格，导致大型盘件的成形载荷显著增大。由于我国目前尚缺乏大吨位锻压设备，使得大型盘件的制造与应用受到了较大制约。 

发明内容

本发明旨在提供一种能在低载荷下制造出大型工件的轴向闭式辗压成形方法（简称ACDR）。 

本发明所述的轴向闭式辗压成形方法，包括下述步骤： 

①将上模与下模设置为均能转动，且转动轴相交；

②将加热后的工件毛坯放入下模中，转动下模；

③将上模沿平行于下模转动轴的方向下压； 

④当上模下压至下死点之后，保持在下死点位置1~20s。

优选地，步骤①中所述的上模转动轴与下模转动轴之间的夹角为2-10度。 

或者更优选地，步骤②中是以匀速转动下模，步骤③中也是以匀速下压上模。 

进一步优选地，所述的下模转动速度为0.01~10mm/rad。 

本发明将上、下模设置为能够转动，并且转动轴成一定夹角，因此能对工件坯料产生类似辗压的动作。通过外力向下模输出扭矩，使得下模绕下模中心线转动。坯料和上下模之间产生的滚动摩擦使得上模发生从动。从动的同时，上模继续下压，使得金属沿径向流动、填充。下模和工件始终局部接触，随着摆动及下压的进行，接触面逐渐扩大，但始终为同类别液压机模锻的1/n（n=8~10）。因此可以在低载体下获得性能最佳的大型如盘轴类轴对称零件。 

本发明应用的设备可当做液压机配件使用，使用快捷，操作简单，成形方式与模锻类似。此外成形过程可以通过上模具的倾角、每转进给量和进给速度三个因素共同控制坯料的成形过程，比液压机模锻具有更大的灵活性。 

附图说明

图1为实施例一中本方法应用于设备时的设备正剖视图。 

图2为实施例一中本方法应用于设备时的设备局部剖视图。 

图3为载荷随时间变化图。 

图中，1.上模座，2.轴承，3.上模斜板，4.上模，5.工件（坯料），6.下模，7.蜗轮，8.主轴、9.蜗杆，10.下模座，5-1.成形前的坯料，5-2.成形中的坯料，5-3.成形后的坯料。图3中线条A为液压机成形时所消耗的载荷，线条B为实施例一所述方法成形时所消耗的载荷。 

具体实施方式

下面结合附图与实施例进一步说明本发明，但它们仅用于举例说明，而不能理解为限定本发明的保护范围。 

实施例一：燃气轮机二级涡轮盘的制备。 

如图所示，在本实施例中，为了举例说明，本发明所述的轴向闭式辗压成形方法使用如下设备来实现。 

一种轴向闭式辗压成形设备，包括驱动机构、主动机构、从动机构、上模组件、上模座1、下模组件和下模座10。 

在本实施例中，所述的驱动机构为三相异步电机，主动机构为蜗杆9，从动机构为蜗轮7。其中蜗杆9和蜗轮7相互啮合，三相异步电机控制蜗杆9带动蜗杆9转动，蜗杆9带动蜗轮7转动。 

所述的下模组件由下模6和主轴8组成，其中下模6，主轴8和蜗轮7通过螺栓固定相连，主轴8通过轴承2与下模座10转动地相连。于是下模6和主轴8就在蜗轮7的带动下绕轴转动，并且转动轴垂直。 

所述的上模组件由固定连接的上模斜板3和上模组成，所述的上模斜板3通过轴承2与上模座1转动地相连，并且上模斜板3和上模4的转动轴与垂直方向成2-10度的夹角。 

所述的下模6上表面为内凹形状。工作时，工件5的坯料可以方便地放入下模6中。然后下压上模座1，使上模4下降压到坯料上。同时，开启三相异步电机，使之带动下模6和坯料发生转动。当上模4与坯料接触后，将在表面摩擦力作用下，被坯料带动自转。 

整个机构中，只有下模6的自转和上模4的下压力是需要输入转矩和载荷， 但是由于这种工作模式使坯料是发生连续局部变形，因此所需的变形力小，所以所需的载荷相应减小，因此能够代替标称压力是其标称压力8～20倍的常规成形设备。同时由于上模4是间歇性工作，并且载荷减小，因此对模具的性能要求显著降低。 

使用时， 

将加热后的GH4698镍基高温合金放入下模中，转动下模，使下模转动速度为2.5rad/s；

将上模沿平行于下模转动轴的方向下压，，每转进给量（即ν/ω）为2mm/rad，当上模下压至其下表面与工件毛坯接触时， 工件毛坯会带动上模转动；

当上模下压至下死点之后，保持该压力1~20s。

得到的燃气轮机二级涡轮盘直径为1356mm，锻造温度为1080℃。 

同样采用液压机模锻对该类难变形合金材料进行锻造，上模下压速度为5mm/s。液压机模锻和ACDR盘件成形过程中的载荷—时间曲线如所示。其中，曲线1为液压机模锻过程中载荷—时间曲线，曲线2为ACDR过程中的载荷—时间曲线。由图可以看出，盘件尺寸相同条件下，液压机模锻所需最大成形载荷为 ，而ACDR盘件所需的最大成形载荷为，仅为液压机模锻的左右。其次，液压机模锻成形后期，由于大部位型腔均已填充，金属继续流动的阻力急剧增加，使得成形载荷激增。而ACDR过程中由于局部加载的作用，载荷变化要相对平缓得多，对于大型盘类锻件，这种载荷—时间特性更有利于成形过程和成形载荷的精确控制。 

Claims (4)

1.轴向闭式辗压成形方法，其特征在于包括下述步骤：

①将上模与下模设置为均能转动，且转动轴相交；

②将加热后的工件毛坯放入下模中，转动下模；

③将上模沿平行于下模转动轴的方向下压，当上模下压至其下表面与工件毛坯接触时， 工件毛坯会带动上模转动；

④当上模下压至下死点之后，保持在下死点位置1~20s。

2.如权利要求1所述的轴向闭式辗压成形方法，其特征在于步骤①中所述的上模转动轴与下模转动轴之间的夹角为2-10度。

3.如权利要求1或2所述的轴向闭式辗压成形方法，其特征在于步骤②中是以匀速转动下模，步骤③中也是以匀速下压上模。

4.如权利要求3所述的轴向闭式辗压成形方法，其特征在于所述的下模转动速度为ω，上模的下压速度为ν，所述的ν/ω为0.01~10mm/rad。