一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置与方法
阅读：1028发布：2020-12-13
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1.一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形方法，其特征在于，采用一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，包括有定形系统、两套旋压成形系统及两套自动在线加热系统；
两套所述旋压成形系统轴向错距分布在所述定形系统两侧，两套所述自动在线加热系统分别分布在定形系统两侧；所述定形系统用于钼板的定形，所述旋压成形系统用于钼板的旋压成形，所述自动在线加热系统用于在旋压成形过程中对钼板进行加热；
所述定形系统包括有与旋压机主轴(2)的端部连接的芯模(1)及与旋压机尾顶机架(19)端部连接的尾顶模(6)，所述尾顶模(6)的内底壁朝向芯模(1)的尾部设置，钼板设置在所述尾顶模(6)的内底壁与芯模(1)的尾部之间；
两套所述旋压成形系统之间的轴向错距为0.2-0.5mm；
所述旋压成形系统包括有旋轮轴(5)，所述旋轮轴(5)的一端连接有旋轮，所述旋轮轴(5)的另一端连接有旋轮基座(18)；
所述自动在线加热系统包括有固定立柱(15)，所述固定立柱(15)顶端设置有斜面滑轨(14)，所述斜面滑轨(14)的一端设有第二无级变速伺服电机(16)，所述第二无级变速伺服电机(16)的电机轴连接有第一丝杠，所述第一丝杠上设置有第一丝杠螺母，所述第一丝杠螺母与斜面滑轨(14)配合，所述第一丝杠螺母的顶端固定连接有水平支架(13)，所述水平支架(13)上设置有第三无级变速伺服电机(17)及滑轨，所述第三无级变速伺服电机(17)的电机轴连接有第二丝杠，所述第二丝杠上设置有第二丝杠螺母，所述第二丝杠螺母与滑轨配合，所述第二丝杠螺母的顶端固定连接有第一无级变速伺服电机(9)，所述第一无级变速伺服电机(9)的电机轴上连接有旋转支架(8)，所述旋转支架(8)上安装有若干组加热炬组件，每组所述加热炬组件包括有加热炬(7)，所述加热炬(7)的喷嘴朝向钼板，所述加热炬(7)固定在旋转支架(8)上，所述加热炬(7)的进气端连接有气体管道(12)，所述气体管道(12)上设置有气体止回阀(11)，所述加热炬(7)上还设置有加热气体流量调节阀(10)；
该方法包括以下步骤：
(1)芯模设计、制造与安装：
选择热作模具钢为原料，以钼坩埚的内尺寸为芯模(1)外尺寸，经过锻造、回火、粗机加工、调质、精机加工得到芯模(1)，使芯模(1)表面粗糙度达Ra0.8μm，淬火后表面硬度≥HRC55；将芯模(1)紧固在旋压机的旋压机主轴(2)上，芯模(1)与旋压机主轴(2)的配合间隙为-0.08mm，芯模(1)的空载轴向跳动不超过0.15mm，芯模(1)的空载径向跳动不超过0.1mm；
(2)设计旋压成形系统参数：
旋压成形系统参数包括有旋轮成形角α、旋轮的三个圆弧段的曲率半径ρ1、ρ及ρ2、旋轮半径Dρ、旋轮安装角β及旋轮布局结构；
(a)旋轮成形角α的确定
首道次旋压时，旋轮成形角α为40°，第二、三道次旋压时，旋轮成形角α分别为30°、22°，第四道次旋压时，旋轮成形角α为5°；
(b)钼坩埚旋压的旋轮由曲率半径分别为ρ1、ρ及ρ2的3个圆弧段光滑连接而成，ρ1、ρ、ρ2为8-12mm；
(c)钼坩埚旋压的旋轮半径Dρ为240-280mm；
(d)钼金属旋压的旋轮安装角β为20-30°；
(e)钼坩埚旋压采用双旋轮，双旋轮以旋压机主轴(2)为中心线分布在其两侧，2个旋轮的轴向错距为0.2-0.5mm，位置在前的旋轮的圆弧段半径为：10-12mm，用于钼坩埚的初步成形；位置在后的旋轮的圆弧段半径为：8-10mm，用于钼坩埚的壁厚控制和内表面精整；
(3)钼板准备：
按照等体积原则，由钼坩埚的体积计算所需圆形钼板的尺寸；将圆形钼板在真空或还原气氛下，900-1100℃保温0.5-1.5h，再对选取好的圆形钼板进行再结晶退火，以获得均匀的细小等轴晶，然后在圆形钼板表面均匀涂覆润滑剂；
(4)设计与调试旋压曲线
根据相邻旋压曲线等体积原理设计整体旋压曲线，使旋压曲线的进刀直线段与芯模(1)母线之间的间隙为钼坩埚壁厚的0.9-0.95倍；使贴模曲线与芯模母线之间的间隙，为钼坩埚相应部位壁厚的0.8-0.85倍，最后在芯模(1)表面均匀涂刷脱模剂；
(5)把步骤(3)准备的圆形钼板居中放置于芯模(1)的尾部；利用加热炬(7)将圆形钼板中心部位大于所需钼坩埚底部平面面积的区域加热至450-500℃并保温5-10min；移动旋压机尾顶机架(19)，使圆形钼板夹紧于芯模(1)与旋压机尾顶机架(19)之间，接着启动旋压机主轴(2)转动，使芯模(1)、钼板、尾顶模(6)与旋压机主轴(2)以200-500r/min的角速度同步旋转，同时，根据钼板大小，按照加热火焰区域不小于钼板面积的原则，调节加热炬(7)的数量和角度，使整块钼板处于火焰加热范围内；
(6)当钼板整体加热到500-600℃，开启旋压曲线量化生成的旋压程序，两套旋轮同时按照旋压程序移动，根据不同的旋压曲线段，在旋压机上设置不同的旋轮进给量和主轴转速，具体为：正刀和反刀曲线的旋轮进给量为0.175mm/r，主轴转速为380-400r/min；进刀和贴模曲线的旋轮进给量均为0.1mm/r，主轴转速为360-400r/min；退刀曲线的速度均为6-
8mm/min；同时使加热炬(7)同步变换位置，使加热炬火焰跟随旋轮运行的位置在上下、前后、不同倾角不断变换，使钼板的变形区域处于500-510℃内；
(7)旋压程序结束后，两套旋轮均回到坐标原点，加热炬(7)关闭并后退至原始位置，旋压机尾顶机架(19)卸压并脱离钼坩埚尾部，将芯模(1)和旋压钼坩埚风冷5-10mim后，将钼坩埚从芯模(1)上手工脱出；
(8)将旋压钼坩埚在惰性或还原气氛下，900-1000℃保温0.5-1.5h，进行去应力退火；
(9)按照图纸高度，将去应力态旋压钼坩埚口部的多余金属切除，并打磨切割位置的毛刺。
一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置与方法
技术领域
[0001] 本发明属于强力旋压技术领域，具体涉及一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，本发明还涉及采用该装置进行钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形的方法。
背景技术
[0002] 钼坩埚是一类重要的钼及钼合金异形结构件，广泛用作蓝宝石单晶结晶、玻璃熔炼、稀土冶炼、锌冶炼的容器和高温炉内衬组件等，一般采用“粉末冶金+锻造(挤压)+机械加工”、冲压等方式加工。但对于尺寸大、长径比大、表面质量要求高、壁厚小且变化的钼坩埚，“烧结+锻造(挤压)+机械加工”方式不但材料利用率太低，而且工件的强度和致密度较低，而冲压技术往往因变形程度大、壁厚不均等原因而难以成形，因此多采用旋压技术成形。
[0003] 旋压技术是通过旋轮的进给运动，加压于随芯模沿同一轴线旋转的板坯或管坯上，使其产生连续局部塑性变形，成为所需空心回转体的成形方法。它综合了锻造、挤压、拉深、环轧、横轧和辊压等工艺特点。旋压技术不但因芯模外形多变，在加工精度高、长径比大、变截面、曲母线形的各种异型回转体加工中显出独特的成形优越性，而且在旋压过程中，旋轮与金属近乎点接触，接触面积小，单位压力高达2500-3500MPa，特别适合于高强度难变形材料零件的塑性成形。因此，旋压成形技术逐渐成为航空、航天、导弹、卫星、兵器、舰艇等行业小批量、多品种回转型薄壁壳体金属零件的一种先进精密塑性成形工艺。
[0004] 按照旋压过程中毛坯厚度是否变化(减薄)，旋压技术分为普通旋压和强力旋压，前者多用于表面质量要求较低的等壁厚罐体成形，后者多用于变壁厚、表面质量高的复杂结构件的加工。钼金属的脆性大，与芯模的贴合性较差，一般通过壁厚减薄过程的金属流动来实现较佳的表面粗糙度，因此多采用强力旋压。
[0006] 在筒形件的强力旋压过程中，多采用2-3个旋轮周向对称布局，以达到旋压径向力的平衡，减少主轴和芯模的弯曲挠度、偏摆和振动。
[0007] 目前，钼金属的热态强力旋压技术虽然具有一定的理论可行性和实验探索，但缺乏适合于工业化生产的技术细节。一则，为了保证钼坩埚具有严格的形状和尺寸(包括各个部位的直线尺寸、壁厚、角度、圆弧半径、平面度、位置公差等)、较高的刚度(避免使用过程出现变形)、优异的表面质量、较为均匀的变形显微组织(避免热疲劳在显微组织突变处诱发微裂纹)，必须对旋轮成形角、旋轮半径、旋轮尖角半径、旋轮安装角等旋压成形系统的结构参数，以及钼板前置处理工艺、壁厚道次减薄率、旋轮进给量、芯模-旋轮间隙、主轴转速、旋压温度、成品退火工艺等旋压工艺及其配套工艺给出详尽的规范。二则，现有热态旋压过程中加热多采用人工手持加热炬进行加热。这种加热方式不但难以保证均匀的温度场，而且操作人员的劳动强度较大，工作环境差，同时旋压大尺寸工件时需多人持多把加热炬配合加热，温度均匀性难以保证且存在一定的安全隐患。因此，设计一种与旋压运行轨迹同步移动的气体自动加热系统，是钼坩埚旋压技术的重要硬件保障。再则，旋轮的周向布局虽已有定论，但这2-3个旋轮的轴向布局尚无细节设计，而这对于保证旋压件壁厚周向一致性、壁厚轴向变化连续性、降低内表面粗糙度、提高成形效率具有较大的影响，因此，必须设计合理的旋轮轴向错距结构。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提供一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，能够以钼板为原料，一次性无间断地制备出长径比大、变截面、曲母线形的钼金属回转体产品。
[0009] 本发明的另一个目的是采用该装置进行钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形的方法。
[0010] 本发明所采用的技术方案是，一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，包括有定形系统、两套旋压成形系统及两套自动在线加热系统；两套旋压成形系统轴向错距分布在定形系统两侧，两套自动在线加热系统分别分布在定形系统两侧；定形系统用于钼板的定形，旋压成形系统用于钼板的施压成形，自动在线加热系统用于在旋压成形过程中对钼板进行加热。
[0011] 本发明的特点还在于，
[0012] 定形系统包括有与旋压机主轴的端部连接的芯模及与旋压机尾顶机架端部连接的尾顶模，尾顶模的内底壁朝向芯模的尾部设置，钼板设置在尾顶模的内底壁与芯模的尾部之间。
[0013] 两套旋压成形系统之间的轴向错距为0.2-0.5mm。
[0015] 自动在线加热系统包括有固定立柱，固定立柱顶端设置有斜面滑轨，斜面滑轨的一端设有第二无级变速伺服电机，第二无级变速伺服电机的电机轴连接有第一丝杠，第一丝杆上设置有第一丝杠螺母，第一丝杠螺母与斜面滑轨配合，第一丝杠螺母的顶端固定连接有水平支架，水平支架上设置有第三无级变速伺服电机及滑轨，第三无级变速伺服电机的电机轴连接有第二丝杠，第二丝杆上设置有第二丝杠螺母，第二丝杠螺母与滑轨配合，第二丝杠螺母的顶端固定连接有第一无级变速伺服电机，第一无级变速伺服电机的电机轴上连接有旋转支架，旋转支架上安装有若干组加热炬组件，每组加热炬组件包括有加热炬，加热炬的喷嘴朝向钼板，加热炬固定在旋转支架上，加热炬的进气端连接有气体管道，气体管道上设置有气体止回阀，加热炬上还设置有加热气体流量调节阀。
[0016] 本发明所采用的另一个技术方案是，一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形方法，采用上述的钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，包括以下步骤：
[0017] (1)芯模设计、制造与安装：
[0018] 选择热作模具钢为原料，以钼坩埚的内尺寸为芯模外尺寸，经过锻造、回火、粗机加工、调质、精机加工得到芯模，使芯模表面粗糙度达Ra0.8μm，淬火后表面硬度≥HRC55；将芯模紧固在旋压机的旋压机主轴上，芯模与旋压机主轴的配合间隙为-0.08mm，芯模的空载轴向跳动不超过0.15mm，芯模的空载径向跳动不超过0.1mm；
[0019] (2)设计旋压成形系统参数：
[0020] 旋压机构参数包括有旋轮成形角α、旋轮尖角半径ρ、旋轮半径Dρ、旋轮安装角β及旋轮布局结构；
[0021] (a)旋轮成形角α的确定
[0022] 首道次旋压时，旋轮成形角α为40°，第二、三道次旋压时，旋轮成形角α分别为30°、22°，第四道次旋压时，旋轮成形角α为5°；
[0023] (b)钼坩埚旋压的旋轮由曲率半径分别为ρ1、ρ及ρ2的3个圆弧段光滑连接而成，旋轮尖角半径ρ1、ρ、ρ2为8-12mm；
[0024] (c)钼坩埚旋压的旋轮半径Dρ为240-280mm；
[0025] (d)钼金属旋压的旋轮安装角β为20-30°；
[0026] (e)钼坩埚旋压采用双旋轮，双旋轮以旋压机主轴为中心线分布在其两侧，2个旋轮的轴向错距为0.2-0.5mm，位置在前的旋轮的圆弧段半径为：10-12mm，用于钼坩埚的初步成形；位置在后的旋轮的圆弧段半径为：8-10mm，用于钼坩埚的壁厚控制和内表面精整；
[0027] (3)钼板准备：
[0028] 按照等体积原则，由钼坩埚的体积计算所需圆形钼板的尺寸；将圆形钼板在真空或还原气氛下，900-1100℃保温0.5-1.5h，再对选取好的圆形钼板进行再结晶退火，以获得均匀的细小等轴晶，然后在圆形钼板表面均匀涂覆润滑剂；
[0029] (4)设计与调试旋压曲线
[0030] 根据相邻旋压曲线等体积原理设计整体旋压曲线，使旋压曲线的进刀直线段与芯模母线之间的间隙为钼坩埚壁厚的0.9-0.95倍；使贴模曲线与芯模母线之间的间隙，为钼坩埚相应部位壁厚的0.8-0.85倍，最后在芯模表面均匀涂刷脱模剂；
[0031] (5)把步骤准备的圆形钼板居中放置于芯模的尾部；利用加热炬将圆形钼板中心部位大于所需钼坩埚底部平面面积的区域加热至450-500℃并保温5-10min；移动旋压机尾顶机架，使圆形钼板夹紧于芯模与旋压机尾顶机架之间，接着启动旋压机主轴转动，使芯模、钼板、尾顶模与旋压机主轴以200-500r/min的角速度同步旋转，同时，根据钼板大小，按照加热火焰区域不小于钼板面积的原则，调节加热炬的数量和角度，使整块钼板处于火焰加热范围内；
[0032] (6)当钼板整体加热到500-600℃，开启旋压曲线量化生成的旋压程序，两套旋轮同时按照旋压程序移动，根据不同的旋压曲线段，在旋压机上设置不同的旋轮进给量和主轴转速，具体为：正刀和反刀曲线的旋轮进给量为0.175mm/r，主轴转速为380-400r/min；进刀和贴模曲线的旋轮进给量均为0.1mm/r，主轴转速为360-400r/min；退刀曲线的速度均为6-8mm/min；同时使加热炬同步变换位置，使加热炬火焰跟随旋轮运行的位置在上下、前后、不同倾角不断变换，使钼板的变形区域处于500-510℃内；
[0034] (8)将旋压钼坩埚在惰性或还原气氛下，900-1000℃保温0.5-1.5h，进行去应力退火；
[0035] (9)按照图纸高度，将去应力态旋压钼坩埚口部的多余金属切除，并打磨切割位置的毛刺。
[0036] 本发明的有益效果是：
[0037] (1)本发明可一次性制备出高内表面质量(Ra0.8μm)、变壁厚的钼金属回转体产品。由于在线加热系统可准确控制钼板或旋压坯的温度，保证了整个旋压过程中钼回转体各部分的塑性稳定性，产品的内在组织和尺寸的调控更为严格，重复性和再现性良好；
[0038] (2)本发明采用比三轮旋压简便的双旋轮轴向错距布置，使钼板或旋压坯的单次变形量相对单轮旋压大大减小，不但有效改善了旋压机的受力状态，而且减少了旋压时开裂几率，同时钼回转体产品的内表面质量明显提高，也成倍提高了旋压生产效率；
[0039] (3)本发明给出的定位方法通过简单调整升降和左右位置，就可以芯模轴线为基准，保证四周钼板分布均匀，有效避免了后续旋压过程中钼回转体产品的突耳不均问题，不但保证钼板或旋压坯各部分的变形均匀性，而且实现了模板的最大利用率；
[0041] 图1是本发明一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置的结构示意图；
[0042] 图2是图1中I区放大图；
[0043] 图3是本发明旋压成形方法中一个旋轮轨迹循环的示意图；
[0044] 图4是整个旋压曲线；
[0045] 图5是钼坩埚底部下凸示意图；
[0046] 图6是本发明实施例1制备得到的旋压钼坩埚结构示意图；
[0047] 图7是图6的实物照；
[0048] 图8是本发明实施例2制备得到的旋压钼坩埚结构示意图；
[0049] 图9是图8的实物照；
[0050] 图10是本发明实施例3制备得到的旋压钼坩埚结构示意图；
[0051] 图11是图10的实物照；
[0052] 图12是本发明实施例4制备得到的旋压钼坩埚结构示意图；
[0053] 图13是图12的实物照。
[0054] 图中，1.芯模，2.旋压机主轴，3.旋压坯，4.旋轮，5.旋轮轴，6.尾顶模，7.加热炬，8.旋转支架，9.第一无级变速伺服电机，10.加热气体流量调节阀，11.气体止回阀，12.气体管道，13.水平支架，14.斜面滑轨，15.固定立柱，16.第二无级变速伺服电机，17.第三无级变速伺服电机，18.旋轮基座，19.旋压机尾顶机架。
具体实施方式
[0055] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0056] 本发明提供了一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，如图1所示，包括有定形系统、两套旋压成形系统及两套自动在线加热系统；两套旋压成形系统轴向错距分布在所述定形系统两侧，两套自动在线加热系统分别分布在定形系统两侧；定形系统用于钼板的定形，旋压成形系统用于钼板的施压成形，自动在线加热系统用于在旋压成形过程中对钼板进行加热，加热采用自动在线加热系统，实现与旋压轨迹的同步移动，旋压时两套旋轮4同时按根据相邻旋压曲线等体积原理设计的整体旋压曲线设定的轨迹移动，同时自动加热炬7同步变换位置，使钼板变形区域处于适当温度；旋压结束后，钼坩埚固定在芯模1上，芯模1和钼坩埚风冷5-10mm后，利用芯模1与钼坩埚的热膨胀量差异，钼坩埚从芯模上脱出。
[0057] 定形系统包括有与旋压机主轴2的端部连接的芯模1及与旋压机尾顶机架19端部连接的尾顶模6，尾顶模6的内底壁朝向芯模1的尾部设置，钼板设置在尾顶模6的内底壁与芯模1的尾部之间，定形系统又是旋压承力机构。
[0058] 两套旋压成形系统之间的轴向错距为0.2-0.5mm。
[0059] 旋压成形系统包括有旋轮轴5，旋轮轴5的一端连接有旋轮4，旋轮轴5的另一端连接有旋轮基座18；旋压成形系统是旋压过程的主要加载机构，其主要作用是通过旋轮基座18和旋轮轴5，将旋压力传递到旋轮4上，进而施加到旋压坯3(旋压坯为钼板制成)上。
[0060] 自动在线加热系统包括有固定立柱15，固定立柱15顶端设置有斜面滑轨14，斜面滑轨14的一端设有第二无级变速伺服电机16，第二无级变速伺服电机16的电机轴连接有第一丝杠，第一丝杆上设置有第一丝杠螺母，第一丝杠螺母与斜面滑轨14配合，第一丝杠螺母的顶端固定连接有水平支架13，水平支架13上设置有第三无级变速伺服电机17及滑轨，第三无级变速伺服电机17的电机轴连接有第二丝杠，第二丝杆上设置有第二丝杠螺母，第二丝杠螺母与滑轨配合，第二丝杠螺母的顶端固定连接有第一无级变速伺服电机9，第一无级变速伺服电机9的电机轴上连接有旋转支架8，旋转支架8上安装有若干组加热炬组件，每组加热炬组件包括有加热炬7，加热炬7的喷嘴朝向钼板，加热炬7固定在旋转支架8上，加热炬7的进气端连接有气体管道12，气体管道12上设置有气体止回阀11，加热炬7上还设置有加热气体流量调节阀10。自动在线加热系统的主要作用是保障钼板或旋压坯3在整个旋压成形过程中始终处于工艺温度范围内。在无级变速伺服电机9的控制下，加热炬7随着旋转支架8在-45°～45°之间旋转，以调节加热炬7的火焰朝向钼板或旋压坯3的角度；在无级变速伺服电机16的控制下，随着水平支架13在斜面滑轨14上的上下移动，同时调节加热炬7到芯模1的x向距离和z向距离；在无级变速伺服电机17的控制下，随着水平支架13左右移动，调节加热炬7到钼板或旋压坯3的y向距离。气体流量调节阀10控制加热炬7的火焰温度和火焰长度。为了防止加热气体回流而产生爆炸，设置气体止回阀11。
[0061] 钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置的工作过程为：首先，将经过处理的圆形钼板放置在芯模1与尾顶模6之间，在无级变速伺服电机9、16、17的控制下，加热炬7移动到把钼板的附近并将其中心部位加热至工艺温度。然后，在旋压机尾顶机架19的推动下，尾顶模6沿着-y方向移动，在压制成形钼坩埚底部形状的同时，使钼板夹紧在芯模1与尾顶模6之间，成为旋压坯3。接着，旋压机主轴2开启转动，带动芯模1、旋压坯3和尾顶模6同步转动，旋压坯3受到旋轮4沿着芯模1周向相对旋转和轴向移动产生的旋压作用，而向芯模1不断贴合，逐渐形成钼坩埚产品。在整个旋压过程中，加热炬7通过无级变速伺服电机9、16、17，沿着x、y、z向不断调节其与旋压坯3之间的距离、加热面积和加热角度；同时加热炬7通过气体流量调节阀10调节其加热温度。
[0062] 旋压过程结束后，旋轮回到起始位置，关闭加热炬7并离开旋压钼坩埚，停止旋压机主轴2旋转，尾顶模6随着旋压机尾顶机架19后移，旋压钼坩埚和芯模1风冷5-10min，利用二者热膨胀系数差异造成的径向间隙，将旋压钼坩埚从芯模1上脱出。
[0063] 本发明还提供了一种钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形方法，采用上述钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形装置，包括如下步骤：
[0064] (1)芯模设计、制造与安装：
[0065] 钼坩埚热态旋压芯模1选用热膨胀系数较低的5CrNiMo等优质热作模具钢为原料，表面必须经过磨削，达到Ra0.8μm，淬火后表面硬度≥HRC55，芯模1与旋压机主轴2的配合间隙为-0.1-0mm。将芯模1紧固在旋压机上的空载轴向跳动不超过0.15mm，空载径向跳动不超过0.1mm。
[0066] (2)设计旋压成形系统参数：
[0067] 旋压系统参数包括旋轮成形角α、旋轮尖角半径ρ、旋轮半径Dρ、旋轮安装角β、旋轮布局结构等(参看图1、图2、图3)；
[0068] (a)钼坩埚旋压过程中，随着旋轮与钼板的接触弧变化，旋轮成形角α变化(图1和图2)，体现在每个旋轮轨迹循环(图3)的不同曲线段中，α不同。首道次旋压(图3中AB段)时，α为40°，第二、三道次旋压(图3中EF、FG′G段)时，α分别为30°、22°，第四道次旋压(图3中段)时，α为5°；
[0069] (b)钼坩埚旋压的旋轮由3个不同曲率半径(ρ1、ρ、ρ2)的圆弧段光滑连接而成(图2)，旋轮尖角半径ρ1、ρ、ρ2为8-12mm；
[0070] (c)钼坩埚旋压的旋轮半径Dρ为240-280mm；
[0071] (d)钼金属旋压的旋轮安装角β为20-30°，优选25°；
[0072] (e)钼坩埚旋压采用双旋轮，双旋轮以旋压机主轴(2)为中心线对称分布在其两侧，2个旋轮4的轴向错距为0.2-0.5mm，位置在前的旋轮4的圆弧段半径较大(10-12mm)，用于钼坩埚的初步成形，位置在后的旋轮4的圆弧段半径较小(8-10mm)，用于钼坩埚的壁厚控制和内表面精整；
[0073] (3)钼板准备：
[0074] 按照等体积原则，由钼坩埚的体积计算所需钼板尺寸，并考虑旋压突耳造成的钼板浪费，确定圆形钼板规格，采用线切割、激光切割或水切割加工。对圆形钼板侧边打磨，保证四周无肉眼可见的分层、凸起、棱边、毛刺和凹槽。在真空或还原气氛下，900-1100℃保温0.5-1.5h，对钼板进行再结晶退火，以获得均匀的细小等轴晶，在钼板表面均匀涂覆润滑剂；
[0075] 钼板准备的关键技术是保证表面质量，包括三个方面：(a)确保钼板无分层，一旦出现分层，旋压过程中钼坩埚极易发生不可补救的开裂或分层，表现为旋压过程中出现异常的红色亮点；(b)钼板的两个表面不得有显性或隐性的凹坑；可通过表面打磨使隐性凹坑显现出来，一旦钼板表面出现凹坑，旋压过程中旋轮的“点接触”特性极易使凹坑扩展为裂纹，即使旋压过程不开裂，钼坩埚在静置过程中也会发展为裂纹；(c)彻底打磨掉切割工具的起始与结束的交界处在钼板侧面造成的凹槽或凸起，否则这些凹槽或凸起将在坯料边缘或钼坩埚口部扩展为撕裂型裂纹；
[0076] (4)设计与调试旋压曲线(图4)，根据相邻旋压曲线等体积原理设计整体旋压曲线，然后采用转化程序将其转化为旋轮的运行数值化程序，在旋压机上空载运行程序，检查程序运行是否正常，分别测量旋压曲线的进刀直线段 与芯模母线之间的间隙δ′为钼坩埚相应部位壁厚的0.9-0.95倍、贴模曲线 与芯模母线之间的间隙δ为钼坩埚相应部位壁厚的0.8-0.85倍，(参看图3)，最后在芯模1表面均匀涂刷脱模剂；
[0077] (5)把步骤(3)准备的圆形钼板居中放置于芯模1尾部；然后开启加热气体和氧气，利用加热炬7将钼板中心部位大于钼坩埚底部平面面积的区域加热至450-500℃并保温5-10min；移动旋压机尾顶机架19，使钼板夹紧于芯模1与旋压机尾顶机架19之间，接着启动旋压机主2转动，使芯模1、钼板、尾顶模6与旋压机主轴2以200-500r/min的角速度同步旋转，同时，根据钼板大小，按照加热火焰区域不小于钼板面积的原则，调节加热炬7的数量和角度，使整块钼板处于火焰加热范围内；
[0078] (6)当钼板整体加热到500-600℃，开启旋压曲线量化生成的旋压程序，两套旋轮4同时按照旋压曲线(图4)转化成的数值程序移动，根据不同的旋压曲线段，在旋压机上设置不同的旋轮进给量和主轴转速，正刀和反刀曲线(图3中AB段和EF段)的旋轮进给量为0.175mm/r，主轴转速为380-400r/min；进刀和贴模曲线(图3中FG′G段和 段)的旋轮进给量均为0.1mm/r，主轴转速为360-400r/min；退刀曲线(图3中
段)的速度均为6-8mm/min，同时加热炬7同步变换位置，使加热炬火焰跟随旋轮4运行的位置在上下、前后、不同倾角不断变换，使钼板变形区域处于如下设定温度；
段)的速度均为6-8mm/min，同时加热炬7同步变换位置，使加热炬火焰跟随旋轮4运行的位置在上下、前后、不同倾角不断变换，使钼板变形区域处于如下设定温度；
[0079] (a)钼坩埚底部圆弧的加热温度严格控制在500-510℃之间，如果温度过高，这部分金属容易向坩埚底部回流，造成坩埚底部下凸(图5)，影响底部锥面的形状；如果温度过低，圆弧部分折弯和减薄的复合作用很容易造成该部位残余内裂纹高度集中，甚至出现裂口；(b)在整个旋压过程中，尚未完全成形的钼坩埚边缘的加热温度必须略高于其它部位，否则容易引起边部坯料开裂；(c)运行贴模曲线(图3中 段)前，必须对该区域的钼坩埚进行5min以上的加热，否则相邻道次压下的钼板互相支撑成“拱桥”状，即使多次贴模也难以将拱起的金属压贴到芯模表面；
[0080] (7)旋压程序运行完毕，旋轮4回到起点位置，加热炬7关闭并后退至原始位置，旋压机尾顶机架19卸压并脱离钼坩埚尾部，旋压成形的钼坩埚紧紧包裹在芯模上，芯模1和旋压钼坩埚风冷5-10mm后，利用芯模1与钼坩埚的热膨胀量差异，将钼坩埚从芯模上手工脱出；
[0081] (8)将旋压钼坩埚在惰性或还原气氛下，900-1000℃保温0.5-1.5h，进行去应力退火；
[0082] (9)按照图纸高度，将去应力态旋压钼坩埚口部的多余金属切除，并打磨切割位置的毛刺；
[0083] (10)采用三坐标测量仪，测量旋压钼坩埚的形状、尺寸和壁厚；
[0084] (11)对旋压钼坩埚进行表面清洗和包装。
[0085] 本发明的技术原理如下：
[0086] (1)芯模是旋压承力元件和钼坩埚的定形元件。芯模必须具有较低且温度敏感性系数较小的热膨胀系数和表面粗糙度、较高的硬度和尺寸精度，故选用5CrNiMo或K603合金等优质热作模具钢，避免旋压过程中过大的热膨胀导致钼坩埚直径和高度超差；芯模表面粗糙度决定钼坩埚的内表面质量，故必须经过磨削，达到Ra0.8μm；芯模进行适当的锻造、调质处理和表面淬火处理，使其具有足够的高温综合力学性能和表面硬度；芯模空载轴向跳动、空载径向跳动、芯模与旋压机主轴的配合间隙不宜过大，否则芯模会因自身加工精度或配合精度过低而在旋压过程中产生径向摆动，导致钼坩埚内尺寸精度较差；芯模与旋压机主轴的配合间隙过盈量过大则装配困难。
[0087] (2)如图2所示，在旋轮工作部分形状和尺寸不变的情况下，旋轮成形角α越大，则旋轮与钼板的接触弧A1AN越小，钼坩埚的内表面光滑度越高，但在旋轮前端未变形的钼金属容易产生失稳堆积；α越小，待变形金属不易失稳隆起，但钼坩埚贴模性较差，内表面易于出现局部未贴合芯模的粗糙表层。每个旋轮轨迹循环由3-4段旋压曲线组成(参看图3)，为了保证旋轮前端金属既不失稳堆积，又有较好的贴模性，在旋轮轨迹循环的不同曲线段，旋轮成形角α不同。本发明确定，首道次旋压(旋轮沿着图3中AB段运行)时，旋轮与钼板的接触弧为A1AN(图2)，α为40°，在第二、三道次的旋压过程(旋轮沿着图3中EF、FG′G段运行)中，旋轮与钼板的接触弧依次变为A2AN、A3AN(图2)，α相应减小为30°、22°，在第四道次的旋压过程(旋轮沿着图3中 段运行)中，旋轮接触钼板在AN点(图2)处以近似“点接触”的方式碾压钼金属，α约为5°。
[0088] (3)旋轮的3段圆弧(ρ1、ρ、ρ2)(图2)是由趋进角(ρ1和AA1)、工作角(ρ和A1AN)、修光角(ρ和ANB)和退出角(ρ2)等4个部分的不同功能决定的，其中，工作角和修光角是钼坩埚精确成形作用部位，其曲率半径ρ对钼板成形性和成形质量影响较大。ρ越大，旋轮与工件的接触面越大，旋轮运动轨迹的重叠部分增加，钼坩埚外表面的表面粗糙度较低，但旋压载荷(径向力和轴向力)增大，且易造成待变形部分毛坯失稳；ρ越小，旋压载荷越小，钼坩埚的贴模性越好，但易于造成类似车刀的“切削”现象，使钼板内部的微裂纹迅速扩展为钼坩埚的穿透性裂纹。趋进角用于未变形金属的咬入，其弧长和曲率半径ρ1根据工作角的变形量等体积计算而得。退出角的弧长和曲率半径ρ2保证变形后金属稳定地脱离旋轮。因此，旋轮尖角为三个圆弧段光滑连接。
[0089] (4)旋轮半径Dρ对金属的切向流动、钼坩埚的外表面粗糙度、旋轮载荷均有影响。Dρ过小将使金属的切向流动增加，钼坩埚外表面周向不圆整，甚至导致钼坩埚在芯模上旋转；Dρ过大使旋轮轴的力臂增大，旋压力相应增大，设备吨位成倍增加。因此，旋轮半径应在保证钼坩埚外表面质量的前提下，尽可能小。本发明的旋轮最大旋压力为150kN，实验确定旋轮半径Dρ为240-280mm。
[0090] (5)旋轮安装角β(图1)是决定整个旋压机受力状况的至关重要的设备参数。β过大将使旋轮尖角部分过深地压入钼坩埚已变形区与待变形区的过渡区，使金属流向旋轮前面，壁厚偏离正弦律，从而造成极粗糙的“锉齿”形外表面。β过小将使旋轮尖角部分与芯模同步转动，无法形成旋压力。本发明确定钼金属热态旋压的旋轮安装角β为20-30°，优选25°。
[0091] (6)旋压曲线进刀直线段 与芯模母线之间的间隙δ′、贴模曲线 与芯模母线之间的间隙δ(图3)决定着钼坩埚的壁厚和内表面粗糙度，根据旋压机的弹性变形、液压系统的退让、钼金属的弹性回弹量来经验调整。由于钼为变形抗力较大的脆性金属，旋压机液压系统的退让量大，而钼的弹性回弹量可忽略不计，因此在保证钼坩埚最小壁厚的前提下，芯模母线与旋轮的间隙应尽可能取较小值，δ′、δ分别实验优化确定为坩埚壁厚的0.9-0.95倍和0.8-0.85倍。
[0092] (7)旋轮进给量f和主轴转速n密切相关，直接决定着零件尺寸精度、旋压力和道次减薄率(即材料的塑性极限)。f过大易引起坯料失稳堆积起皮，过小易旋压出椭圆形。主轴转速n过大，致使旋轮进给量f过大，类似于“螺纹的螺距增大”，坩埚周向各部分受到的减薄率不均，将导致钼坩埚的周向壁厚不均、内表面圈状波纹较多等问题。主轴转速n过小，将使旋压生产效率大大降低。
[0093] 一般地，体心立方金属的旋轮进给量取0.1-1.5mm/r。由于钼金属的脆性较大，过大的旋轮进给量f造成失效几率增大，故实验确定钼坩埚的正刀和反刀曲线的旋轮进给量f为0.175mm/r，主轴转速n为380-400r/min；进刀和贴模曲线的旋轮进给量f为0.1mm/r，主轴转速n为360-400r/min。退刀曲线用于调整后续旋压线段的旋轮起始位置，移动速率以旋压机设备能力确定。
[0094] 实施例1
[0095] 制备 高度400mm、底部厚度2.0mm的旋压钼坩埚，如图6-7所示；
[0096] (1)以5CrNiMo合金为原料，以图6所示钼坩埚的内尺寸为芯模外尺寸，经过锻造、回火、粗机加工、调质、精机加工，制备芯模表面粗糙度达Ra0.8μm，表面硬度≥HRC55，芯模-旋压机主轴的配合间隙为-0.08mm。将芯模紧固在旋压设备上后，芯模的空载轴向跳动不超过0.15mm，空载径向跳动不超过0.1mm。
[0097] (2)以H13为原料，将40°、30°、22°、5°分别作为正刀、反刀、进刀、贴模曲线的旋压成形角，进而按照3段圆弧光滑连接的曲线分别设计前旋轮、后旋轮的轮廓(三段圆弧的曲率半径保证各自切线与芯模母线的夹角等于各自的旋压成形角)，旋轮半径选择260mm，精确加工制得前旋轮、后旋轮，选择25°的旋轮安装角，将双旋轮对称安装，旋轮安装后旋转顺利，不得颤动。
[0098] (3)将尺寸为 的钼板，在1050℃真空气氛下保温45min，然后侧边打磨，直至四周无肉眼可见的分层、凸起、棱边、毛刺和凹槽。
[0099] (4)设计旋压曲线(图4)，在旋压机上空载运行程序，按照高度为40mm、390mm时钼坩埚壁厚分别为1.5mm、1.00mm的基准，调整旋压曲线的起点位置，然后在芯模表面均匀涂刷脱模剂。
[0100] (5)把步骤(3)准备的 钼板放置在芯模与尾顶模之间，并调整至钼板圆心与芯模中心线重合；用1把氢气-氧气加热炬加热钼板中心 区域，红外测温仪测量450℃并保温5min；移动旋压机尾顶机架，夹紧钼板；启动旋压机主轴转动，使芯模、钼板与主轴以200r/min的角速度同步旋转；开启自动加热炬装置的1把加热炬，调节火焰方向和位置，使得整个钼板处于加热状态。
[0101] (6)当钼板整体加热到500-520℃时，开启旋压程序，旋轮按照输入程序轨迹移动，同时控制加热炬跟随旋轮轨迹移动，并由红外测温仪控制其与钼板距离，使钼板变形区域处于500-520℃。正刀和反刀曲线的旋轮进给量0.175mm/r，主轴转速为400r/min；进刀和贴模曲线的旋轮进给量均为0.1mm/r，主轴转速为360-380r/min；退刀曲线的旋轮进给量均为8mm/min。
[0102] (7)旋压程序结束后，旋轮回到坐标原点，关闭加热炬，加热炬支架撤到原始位置，旋压成形的钼坩埚固定在芯模上，芯模与钼坩埚风冷5mm后，钼坩埚从芯模上手动脱出。
[0103] (8)氢气气氛下，1000℃保温30min，对旋压钼坩埚进行去应力退火。
[0104] (9)按照图6图纸要求，切除旋压钼坩埚口部的多余金属，并打磨切割位置的毛刺。
[0105] (10)采用三坐标测量仪，测量旋压钼坩埚的各部分尺寸和壁厚。
[0106] (11)对旋压钼坩埚进行表面清洗和包装。
[0107] 实施例2
[0108] 制备直径为 高度469.9mm、底部厚度4.5mm的旋压钼坩埚，如图8-9所示；
[0109] 参见实施例1，与实施例1不同的工艺条件及有关参数如表1所示。
[0110] 表1实施例2的工艺参数及有关数据
[0111]
[0112] 实施例3
[0113] 制备 高度406.4mm、底部厚度4.5mm的旋压钼坩埚，如图10-11所示，参见实施例1，与实施例1不同的工艺条件及有关参数如表2所示。
[0114] 表2实施例3的工艺参数及有关数据
[0115]
[0116] 实施例4
[0117] 制备 高度482.6mm、底部厚度6.0mm的旋压钼坩埚，如图12-13所示；
[0118] 表3实施例4的工艺参数及有关数据
[0119]
[0121] 本发明的钼坩埚双轮错距热态强力旋压成形方法相对其它加工方法具有以下优点：
[0122] (1)本发明采用比三轮旋压简便的双旋轮轴向错距布置，实现了钼板旋压的精确成形，使钼板的单次变形量相对单轮旋压大大减小，不但有效改善了旋压机的受力状态，而且减少了钼板旋压时开裂几率，同时钼坩埚的表面质量明显提高，也成倍提高了旋压生产效率。
[0123] (2)本发明一种用于在线自动加热炬装置，由两组轴对称布置在旋压机尾部两侧的加热炬组件组成；每组由3个加热炬(不局限数量)、3个支架及相应的无级变速电机等组成；3个无级变速电机控制加热炬位置和角度变换，因此，在旋压过程中加热炬可实现无级连续的旋转、前后移动和上下升降，加热炬不但可随旋轮随意移动，而且加热炬数量可随时增减，火焰调节范围广；同时，采用红外温控系统实时监测坯料温度而精确控温，保证了整个旋压过程中钼金属塑性的稳定性，产品的内在组织和尺寸的调控更为严格，重复性和再现性良好。避免了人工手持加热炬加热过程中出现的不安全、劳动环境差、工作强度高、加热不均匀、人力成本高等缺点。
[0124] (3)由于经过仔细打磨后，钼板已经不是一个严格意义的圆形，因此，采用传统的机械测量方法，很难将钼板均匀地布置在芯模四周。本发明给出的定位方法可通过简单调整升降和左右位置，就可以芯模轴线为基准，保证四周钼板分布均匀，有效避免了后续旋压过程中钼坩埚突耳不均，甚至一边突耳严重、一边有效高度不足的问题。
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