大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法
专利汇可以提供大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种大型锻件镦粗过程的钹形砧 锻造 方法，用于材料成型加工技术领域。本 发明 使用钹形砧对大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造；所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的一部分，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第二曲面与第一曲面之间采用圆 角 过渡，第二曲面的 水 平夹角用α表示，α角在-20°～20°之间。本发明使大型锻件在整个轴线附近的 缺陷 都能得到比较理想的消除，改善锻件的内部 质量 和 力 学性能，用较少的镦粗次数就能得到较好的锻件质量，生产效率高，所需压机 载荷 小，节省 能源 。，下面是大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法专利的具体信息内容。
1、一种大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征在于，使用钹形砧对 大锻件进行镦粗，将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型 锻件进行锻造；
所述钹形砧，其工作面包括两个曲面，第一曲面是一个外凸的球形表面的 一部分，第二曲面的一侧与第一曲面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，第 二曲面与第一曲面之间圆角过渡，第二曲面的水平夹角用α表示，α角在-20°～20° 之间。
2、根据权利要求1所述的大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征是： 当α<0时，第二曲面为凹形面，当α＝0时，第二曲面为平面，当α>0时，第二曲面 为凸形面。
3、根据权利要求1所述的大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征是： 所述上、下砧都采用钹形砧。
4、根据权利要求1所述的大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法，其特征是： 所述上、下砧，其中有一砧采用钹形砧。
技术领域
本发明涉及一种材料成型技术领域的加工方法，具体是一种大型锻件镦粗 过程的钹形砧锻造方法。
背景技术
在大锻件的镦粗过程中，一般采用平砧对大型钢锭进行镦粗。研究表明， 平砧下面由于存在一个难变形区(或称“变形死区”)，导致该区域的内部缺陷 不能消除，形成“砧下缺陷区”。内部缺陷的存在使得锻件的使用寿命缩短、力 学性能降低，甚至报废。为此，1994年刘助柏和王连东在《机械工程学报》上 发表了“用锥形板镦粗的新工艺及其力学原理”的文章，提出用锥形板对大锻 件进行镦粗，但锥形板镦压时大型钢锭内部的变形是不均匀的，导致锻件力学 性能不均匀。
经对现有技术的文献检索发现，2005年黄华贵等在《锻压技术》上发表了 “大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟”的文章(黄华贵，杜凤 山，臧新良。大型零件M锻造法及其孔洞缺陷锻合过程的数值模拟。锻压技术。 2005.增刊：34～37)，提出了用M形板镦粗的方法，其不足之处在于：M形板镦 压时存在较大的难变形区，钢锭内部缺陷不能得到有效消除。
由此可见，目前的镦粗方法都不能很好地消除大锻件的内部缺陷，即使是 多次镦压，大锻件的力学性能也不能有效提高。因此，有待于发明一种更好的 工艺方法，以改善锻件质量，提高生产率。
发明内容
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明使用钹形砧对大锻件进行镦粗， 将大型锻件置于上、下砧之间，通过上砧的镦压运动对大型锻件进行锻造。上、 下砧都用钹形砧，也可以上、下砧中有一砧采用钹形砧进行锻造。
所述钹形砧，其工作面类似于“钹”形，其工作面包括两个曲面，第一曲 面是一个外凸的球形表面的一部分，球的直径为D1，第二曲面的一侧与第一曲 面相接，另一侧与钹形砧的圆柱面相连，圆柱面的直径为D2，第二曲面与第一 曲面之间采用圆角过渡，D1、D2的具体数值根据锻件材料、锻件几何尺寸和锻 造工艺参数确定。第二曲面的水平夹角用α表示，α角可在-20°～20°之间根据要 求不同而变化，当α<0时，第二曲面为凹形面，当α＝0时，第二曲面为平面，当 α>0时，第二曲面为凸形面。
本发明大型锻件镦粗过程的钹形砧锻造方法具有很多优点：(1)镦粗时， 钹形砧中间的凸面部分首先与锻件接触，推动难变形区金属流动，能有效消除 “砧下缺陷区”；(2)钹形砧镦粗能形成良好的应力应变状态，促使变形体内部 变形均匀，使大型钢锭在整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的消除，改善 了锻件的内部质量和力学性能；(3)钹形砧锻造法通过较小的压下率就能达到 较好的锻造效果，镦粗次数比传统方法少一倍以上，生产效率提高，模具使用 寿命延长，成本降低；(4)当上砧为钹形砧，下砧为平砧时，所需压机载荷比 传统方法小4％-30％，当上下砧都是钹形砧时，所需压机载荷比传统方法小18％以 上，节省了能源。
附图说明
图1是钹形砧的三维示意图
图2是钹形砧的平面示意图
图3是上砧为钹形砧，下砧为平砧的锻造方法示意图
图中：1.第一曲面，2.第二曲面，3.圆柱面，4.上砧，5.大型锻件，6.下 砧
具体实施方式
1.制作钹形砧。
钹形砧的工作面类似于“钹”形，主要由两个曲面组成，如图1所示，中间 外凸的第一曲面1是一个球形表面的一部分，球的直径为D1，第二曲面2的一侧 与第一曲面1相接，另一侧与钹形砧的圆柱面3相连，圆柱面的直径为D2，第二 曲面2与第一曲面1之间采用圆角过渡。
如图2所示，第二曲面2的水平夹角用α表示，α角可在-20°～20°之间根据要 求不同而变化，当α<0时，第二曲面2为凹形面，当α＝0时，第二曲面2为平面， 当α>0时，第二曲面2为凸形面。需要指出的是，第一曲面1包括但不限于球面， 比如，第一曲面1还可以是椭球面、抛物面、双曲面等等，第二曲面2也包括但 不限于球面，比如，第二曲面2还可以是锥形面、椭球面、抛物面、双曲面等等， D1、D2的值包括但不限于实施例中的数值，它们的取值可以根据锻件尺寸和锻 造工艺来确定。
2.使用钹形砧对大型锻件进行镦粗。
钹形砧制作好后，钹形砧就成为大型锻件镦粗时的工具，将高温的大型锻件 5置于上砧4和下砧6之间，上砧4通过镦压运动产生的压下量对大型锻件进行锻 造，压下量的大小根据锻件材料和工艺参数确定。具体实施时，可以上、下砧 都用钹形砧，也可以上、下砧至少有一砧采用钹形砧进行锻造，钹形砧还可以 与其它砧型组合使用。
图3显示的是上砧为钹形砧，下砧为平砧的锻造方法。当下砧采用钹形砧时， 为了能将大锻件放稳，下砧四周应高一些，使下砧呈“坛底”形。需要说明的 是，镦粗过程的钹形砧锻造方法既适用于大型锻件，也适用于中小型锻件，对 中小型锻件应用钹形砧锻造方法也属于本发明的保护范围。术语“大型锻件” 是指具有适于锻造的较高可塑性的锻造材料，并通过锻造成型为一制品，“大型” 的衡量标准可以是重量，也可以是体积，用重量衡量时一般指锻件重量不小于 一吨，用体积衡量时一般指锻件体积不小于0.15立方米，两个衡量标准只要满 足一个的锻件就可算作“大型锻件”。锻件材料包括但不限于金属，比如，钹形 砧锻造法除了可以锻造各种金属和合金外，还可以用于粉末冶金材料的锻造和 压实，甚至还可以用于复合材料的加工。
实施例1：
本实施例采用直径和高均为2m的圆柱形大型锻件，材料是25CrNiMo，在大锻 件加热至1210±20℃时进行锻造，上下砧均采用钹形砧，基本尺寸如表1所示。 将用钹形砧镦粗所得的锻件与用传统方法镦粗所得锻件进行对比，考察其内部 质量和力学性能，得到如下结论：
(1)平砧锻造法和M形板锻造法存在“砧下缺陷区”，内部晶粒大小不均匀；
(2)锥形板锻造法内部应力应变分布不理想，导致内部晶粒大小不均匀；
(3)钹形砧锻造法能促使难变形区金属流动，有效消除“砧下缺陷区”和整 个轴线附近的缺陷，内部应力应变分布较理想，使得晶粒大小较均匀，力学性 能较好，各种压下率下压机载荷比传统方法都要小，具体数值见表2。
表1 实施例1中钹形砧的形状参数
D1 D2 H α 3.2m 2.8m 0.3m 5
表2 实施例1中钹形砧锻造法与传统方法的压机载荷对比
压下率％ 5 10 15 20 25 30 35 40 压机载荷 相对减小％ 166.9 61.2 20.1 19 18.8 20.5 22.4 27.1
实施例2：
本实施例选用直径为1m高为1.6m的圆柱形大锻件，材料是SW718H，将1200 ±10℃的大型锻件置于两砧之间，上砧采用钹形砧对大型锻件进行镦压，下砧 为平砧。钹形砧的形状参数见表3。实施效果对比：
传统锻造法：存在“砧下缺陷区”，内部晶粒大小不均匀。
钹形砧锻造法：“砧下缺陷区”和整个轴线附近的缺陷都能得到比较理想的 消除，内部晶粒大小较均匀，力学性能较好，各种压下率下压机载荷比传统方 法都要小，具体数值见表4。
实施例表明，钹形砧锻造法使大型锻件内部应力应变分布较理想，整个轴线 附近的缺陷都能得到比较理想的消除，改善了锻件的内部质量和力学性能，用 较少的镦粗次数就可以得到较好的锻件质量，生产效率高，所需压机载荷小， 节省能源。
表3 实施例2中钹形砧的形状参数
D1 D2 H α 2m 1.5m 0.3m 0
表4 实施例2中钹形砧锻造法与传统方法的压机载荷对比
压下率％ 5 10 15 20 25 30 35 40 45 压机载荷 相对减小％ 24.2 5.3 4.6 4.9 5.1 5.3 5.7 6.8 7.2
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