[发明专利]水压机镦粗新工艺及装置

说明书

本发明关于水压机镦粗新工艺及该工艺所用的专用装置。

镦粗是水压机锻造的主要工序之一，几乎涉及所有的锻件，其中饼类锻件就是主要靠镦粗来成形并改善内部质量的。轴类锻件一般也采用镦粗工序来提高拨长锻比。

在水压机上锻制的饼类锻件的种类很多，最常见的有汽轮机叶轮、化工设备用的管板、顶盖、带盲孔或不带盲孔的底封头等等。在水压机上锻制这些锻件时，一般都是采用上、下平镦粗板（图1的1和2）或凹入球面镦粗板（《锻工手册》第4-156～4-157页）进行镦粗。这些锻件在镦粗后要求进行超声波探伤检查。检查的结果是这类锻件的废品率往往很高，如果镦粗的是带盲孔的饼类锻件，则在盲孔下面靠近锻件下底面处往往有一缺陷密集区。

为了提高饼类锻件的成品率，日本制钢所的室兰工厂改变了传统的锻造工艺，在生产管板锻件时，先采用传统的平板间镦粗法进行镦粗，最后采用硬壳锻造法即园盘JTS法来压实心部缺陷。该工艺的详细过程是：当坯料用平砧镦粗后，根据锻坯的材质，水冷或空冷到750～800℃，然后移入水压机，用吊钳吊住管板，再用小平冲头从上、下两面同时加压，压下量约为管板高的10～12%。管板上下两面的受压范围约为管板直径的80%且分布在管板上下表面的中间部分。

该工艺要求操作时要特别小心，使上、下砧子的中心线事先调整好，保持相当的一致性，以免压实时毛坯发生翻倾，而且每次压下砧子的搭接量即对上一次压下的重迭量为100～150毫米。该工艺虽然较普通镦粗工艺有了某种改进但仍有其不足，其一是先用平板镦粗时，锻坯中心区域有二向拉应力存在，刚性区未变形，内部金属组织未得到有效改善;其二是用JTS法压实时操作复杂，所需专门的工、辅具种类多，且能源消耗大。

在平板间镦粗之所以产生前述缺陷，可用发明者提出的刚塑性力学模型图1来进行说明。当镦粗体毛坯在高径比H/D＞1的情况下，在镦粗体的中心区域处存在着二向拉应力状态，且两端的刚性区（常称难变形区）不变形。所以，在镦粗，即高径比H/D由大于或等于22到1的过程中，中心区域的冶金缺陷不但不能锻合，而且会使已有缺陷扩大，甚至会产生新的裂纹，或者在薄弱的地方如夹杂处产生夹杂性裂纹。两端的刚性区由于不变形，铸造组织得不到进一步的破碎，冶金缺陷也得不到改善。此外，镦粗体中如果存在拉应力，还能增加产生白点的敏感。所以在平板间进行镦粗成形得到的饼类锻件的探伤废品率高以及带盲孔的锻件在盲孔下产生缺陷密集区的原因都可用上述力学模型进行园满的解释。

本发明的目的是：根据所提的力学模型，设计了上、下锥形镦粗板代替平镦粗板进行园柱体镦粗，使镦粗体两端的刚性区得到变形;改变中心区域的应力状态，使一压二拉的应力状态变成三向压应力状态，减轻和克服用平板镦粗所产生的缺陷，从而有效地提高镦粗体的内部质量。同理，对有盲孔的如底封头锻件亦设计了相应的锥形底面冲子代替下端为平面的冲子。

此外，一般情况下轴类锻件也常采用镦粗工序来提高拨长锻比。采用所发明的上锥形镦粗板和普通下镦粗盘进行镦粗，也能有效地提高轴类锻件的内部质量。

下面结合附图来对发明进行详细说明。

图1是平板间镦粗的刚塑性力学模型。

图2是应用本发明提出的锥形镦粗板进行园柱体镦粗时的刚塑性力学模型。

图3是锥形镦粗板的结构示意图。

图4是锥形底面冲子的结构示意图。

图5是带钳把镦粗的示意图。

在图2中，当园柱体〔1〕在上锥形镦粗板〔2〕和下锥形镦粗板〔3〕间进行镦粗时，ABD和ACE，A′B′D′和A′C′E′是新形成的刚性区;园柱体两端在园锥作用下得到有效地变形;镦粗体中心An和A′m区域作用着三向压应力;如高径比较大、锥形镦粗板α角较小，有可能存在着nm区域，作用着单向压应力状态。无疑，这些应力状态对锻合镦粗体内的冶金缺陷是有利的，且保证了不出现新的内部裂纹。

如镦粗开始时，令n和m点重合，那么锥形镦粗板的α角与镦粗园柱体的高径比H/D有一个相应的对应关系：α＝f（H/D），当H/D从1变到3时，α在5°～40°之间变化，一般取H/D＝2，α＝20°。

图3是锥形镦粗板的结构示意图。操作时，先把上锥形镦粗板固定在水压机的活动横梁上，然后在园柱体的上端压窝，再把园柱体倒个，放置在下锥形镦粗板上，然后再用上、下锥形镦粗板一起对园柱体进行镦粗到所需尺寸。

图4是锥形底面冲子。

对盲孔锻件，要用锥形底面冲子进行冲孔，以防止盲孔下面产生缺陷密集区。