[发明专利]大型壁厚突变环件近净复合成形方法

权利要求书

1.一种大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：包括步骤，S1、预环轧成形—将锻造冲孔后的小直径矩形截面环坯加热保温后取出并放到热轧环机上轧制，待外径长大至目标尺寸时停止轧制获得大直径矩形截面环坯，取出并加热保温；S2、模锻成形—将大直径矩形截面环坯放到成形模具中热成形，获得所需形状的异形截面环坯后取出并加热保温；S3、精环轧近净成形—将异形截面环坯放到轧环机上精环轧，通过异形轧辊近净成形出环件截面轮廓，待外径长大到目标尺寸时停止轧制获得壁厚突变环件；S4、热胀形精准定径—将壁厚突变环件快速放到胀形机上，利用余热进行热胀形来提高尺寸精度和圆度并改善残余应力分布，待胀形至目标尺寸后继续保压，冷却至室温后取出，获得目标环件；

在步骤S2中，成形模具包括凸模、凹模、镶块、导柱、底板和环形压块，凸模和凹模的工作面分别与成形的异形截面环坯的内外表面相匹配；热成形前，先将底板安装在凹模内孔下方，然后将镶块沿凹模内表面安装于底板上，然后将导柱通过底板上中心孔插入凹模，然后将大直径矩形截面环坯放入凹模内并放在镶块上，利用大直径矩形截面环坯预热成形模具；热成形时，先将凸模插到导柱上，然后压力设备下压凸模至目标位完成异形截面环坯的小端成形，然后压力设备上行并将环形压块套在凸模上方，然后压力设备下压环形压块至目标位，完成异形截面环坯的大端台阶成形；热成形结束后，先取下环形压块，然后通过底板将镶块、凸模和异形截面环坯顶出，然后将异形截面环坯从凸模上取出。

2.如权利要求1所述的大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：在步骤S1中，成形的大直径矩形截面环坯内径d₂＝成形的异形截面环坯小端内孔直径d_s3，成形的大直径矩形截面环坯外径D₂＝成形的异形截面环坯小端外表面直径D_s3，成形的大直径矩形截面环坯高度其中V为目标环件体积；初始的小直径矩形截面环坯内径d₁＝冲孔所用冲头直径d_c，初始的小直径矩形截面环坯高度B₁＝B₂，初始的小直径矩形截面环坯外径

3.如权利要求1所述的大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：在步骤S1中，进行轧制前，小直径矩形截面环坯的加热温度控制在0.9～1倍的材料始锻温度以保证成形后的环坯具有细小晶粒；进行轧制时，热轧环机在允许范围内采用较快的进给速度以保证成形后的环坯晶粒更加细小，同时监控环坯温度，若低于材料终锻温度则立刻停止轧制并在加热后继续轧制。

4.如权利要求1所述的大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：在步骤S2中，进行热成形时，压力设备在允许范围内采用较快的下压速度以防止环坯与模具长时间接触温降过快，同时监控环坯温度，若温度过低则立刻停止热成形并在加热后继续热成形。

5.如权利要求1所述的大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：在步骤S3中，成形的异形截面环坯大端内径倍的成形的壁厚突变环件大端内径d_b4，其中k_r为精环轧时大端内径的变形量且控制在10％以上从而提高成形的壁厚突变环件晶粒细化程度，成形的异形截面环坯大端高度B₃＝成形的壁厚突变环件高度B₄，成形的异形截面环坯的外表面尺寸和壁厚根据成形的壁厚突变环件的轴向体积分配情况和体积不变原则确定，保证成形的异形截面环坯与成形的壁厚突变环件在同一高度上的横截面积近似相等。

6.如权利要求1所述的大型壁厚突变环件近净复合成形方法，其特征在于：在步骤S3中，轧环机采用闭式孔型，包括均为异形轧辊的主轧辊和芯辊，芯辊和主轧辊的工作面尺寸分别与成形的壁厚突变环件的内外表面尺寸相匹配；进行精环轧时，轧环机前期在允许范围内采用尽量大的进给速度以保证成形后的环件晶粒更加细小，轧环机后期采用较小的进给速度以精确控制环件尺寸。