具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选发明，其中，附图构成本发明的一部分，并与本发明的发明一起用于阐释本发明的原理。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在……上方”、“下”和“在……上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。

本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。

实施例一

本实施例提供了一种饼类锻件的体外锻造方法，参见图3至图8，包括如下步骤：

对原材料进行冶炼，得到钢锭；

对钢锭进行开坯，得到坯料7；

将工装辅具的梁体1的上端面与锻压设备的活动横梁4连接，梁体1的一端为锻造侧，锤头2设于梁体1的锻造侧，梁体1的另一端为非锻造侧，梁体1的非锻造侧与锻压设备的安装面连接，锻造平台3设于锤头2的正下方，将坯料7置于锻造平台3上，梁体1的锻造侧位于锻压设备的体外；

开启锻压设备，在活动横梁4的活动过程中，锻造侧绕非锻造侧旋转，锤头2对坯料7进行锻造，得到饼类锻件。

具体来说，工装辅具包括梁体1、锤头2和锻造平台3，定义梁体1与锤头2连接的一侧为锻造侧，梁体1的另一侧为非锻造侧，也就是说，锤头2设于梁体1的锻造侧，非锻造侧与锻压设备的安装面连接，锻造平台3设于锤头2的正下方，梁体1和活动横梁4构成扁担梁；在活动横梁4的活动过程中，锻造侧绕非锻造侧旋转，且能够将锻压设备的活动横梁4对梁体1施加的载荷从锻压设备内部传递至锻压设备外侧的锻造侧，锤头2对位于锻造平台3上的坯料7进行锻造，锤头2与锻造平台3共同作用使得坯料7发生变形，从而实现饼类锻件的体外锻造。

与现有技术相比，本实施例提供的饼类锻件的体外锻造方法，通过梁体1的设置，将梁体1的上端面与锻压设备的活动横梁4连接，活动横梁4的活动过程中，锻造侧绕非锻造侧旋转，构成扁担梁，相比于活动横梁4，锻造侧的活动距离大于活动横梁4的活动距离，由于将锻造成形工序移动到锻压设备体外，从而能够不受锻压设备结构尺寸(例如，档距和立柱12间距)的限制，对超出档距的超大型饼类锻件采用自由锻的方式进行整体成形。

考虑到钢锭在处理过程中存在损耗，因此，需要预留一定的损耗量，示例性地，钢锭的重量与饼类锻件的重量比为1.2～1.8(例如，1.5)，这样，通过预留一定的损耗量，能够有效补偿在钢锭的镦拔下料和开坯过程中的水冒口切除量以及各火次的火耗。

需要说明的是，开坯的目的是使得钢锭的组织均匀，并使得钢锭凝固过程所产生的铸态组织转变为等轴组织，焊合钢锭内部的孔洞，从而提高所制得的饼类锻件的致密性，开坯包括如下步骤：

对钢锭依次进行压钳口、镦粗、拔长(例如，KD拔长)和切钳口下料，其中，由于饼类锻件为实心锻件，镦拔(镦粗和拔长)能够保证所制得的饼类锻件的心部探伤质量。

示例性地，上述开坯过程中，一般镦粗比和拔长比控制在2.2～2.5。

值得注意的是，现有的饼类锻件在锻压设备的立柱12之间成形，最终成形的毛坯尺寸小于立柱12间距，成形过程中，坯料可随平台来回拉动来调整其与锤头之间的相对位置，因此，成形过程可不考虑各位置的成形工序，钢锭切除水冒口下料，先用盖板进行镦粗，随后进行平锤头旋转锻造，旋转锻造中间翻转180°一次，使得坯料两面的变形死区均得到一定的变形，即完成坯料的最终成形。对于最终成形的坯料直径大于锻压设备立柱12间距的饼类锻件，在现有的锻压设备条件的基础上，为了实现饼类锻件的整体成形，需要采用体外锻造技术，即采用体外锻造工装辅具将锻压设备的载荷传递到锻压设备的体外，使得饼类锻件在体外实现最后一火的成形工序。基于体外锻造的工艺性以及工装辅具的特点，饼类锻件的制造不同于传统的制造工序，由于坯料直径大于立柱12间距，受成形的最后一火受空间的限制，主承力梁的长度不能过长，使锤头不能伸出较远距离，导致锤头的作用范围无法全部覆盖坯料，只能作用于坯料的边缘。考虑到上述因素，需要对成形火次所需的坯料7尺寸进行合理设计，才能满足最终成形的需要。因此，对于坯料7的结构，具体来说，其包括体内锻造区71以及位于体内锻造区71边缘的体外锻造区72，体内锻造区71的厚度小于体外锻造区72的厚度，体内锻造区71的厚度h为饼类锻件成形的最终尺寸，坯料7沿轴向的截面形状为工字型，即上述坯料7的形状为中间薄周围厚的形状。实施时，坯料7的体内锻造区71在锻压设备(例如，自由锻液压力机、曲柄压力机、螺旋压力机、摩擦压力机或锻锤)内完成，坯料7的体外锻造区72在锻压设备外完成，在坯料7的体外锻造过程中，由于体内锻造区71已经在锻压设备体内完成，因此，仅需采用锤头2对坯料7的体外锻造区72进行锻造，使其厚度缩小至饼类锻件成形的最终尺寸即可。这样，坯料7分为在锻压设备内完成的体内锻造区71以及在锻压设备外完成的体外锻造区72，也就是说，饼类锻件的锻造分为体内锻造和体外锻造两个工序，这样，在饼类锻件的成形过程中，仅需对坯料7的体外锻造区72进行锻造即可，从而能够解决梁体1的长度过短、锤头2无法伸出较远距离进而导致锤头2的作用范围无法全部覆盖坯料7、只能作用于坯料7的边缘的问题。

为了进一步方便上述坯料7的锻造，坯料7的体外锻造区外径D(即坯料7整体的直径)小于锻压设备的立柱12间距，示例性地，立柱12间距与坯料7的体外锻造区外径D之差为100～150mm。将坯料7的体外锻造区外径D限定在上述范围内，不仅能够尽量增大坯料7整体的直径，适应体外锻造超大型饼类锻件的需求，还能够方便坯料7从锻压设备的取放，避免在坯料7移出锻压时与锻压设备的立柱12发生碰撞。

对于体内锻造区直径d，具体来说，其采用如下公式计算：

其中，D₂为锻压设备的立柱间距，m，L₂为立柱外延到锻压设备中心的横向距离，m，L1为体外锻造的工装辅具的锤头与锻压设备中心的横向距离，m，D为坯料的最终直径，m。

对于体外锻造区厚度H，根据上述计算得到的体内锻造区直径d以及体积不变原则，其采用如下公式计算：

其中，V为饼类锻件成形的最终体积，m³，D为坯料的最终直径，m，h为体内锻造区厚度，m，H为体外锻造区厚度，m。

综上，本实施例提供的饼类锻件成形的坯料7所涉及的主要尺寸参数为体内锻造区厚度h、体内锻造区直径d、体外锻造区厚度H和坯料7的体外锻造区外径D均可采用上述方法确定，从而得到坯料7的整体尺寸参数，需要说明的是，由于体外锻造区72设于体内锻造区71的边缘，体外锻造区内径等于体内锻造区直径d。

值得注意的是，体外锻造时，除了需要要求成形力尽可能小以外，还需要控制金属的流动状态，避免坯料7的体外锻造区72的金属向体内锻造区流动，这样会形成严重的折叠，这是体外锻造方法工艺控制的一大难题，体外锻造时，压力的减小会导致锻造难度加大，如果从体外锻造区72的边缘开始锻造，则该位置的金属受内外限制，成形力达不到要求。因此，当采用上述结构的坯料7进行饼类锻件的体外锻造时，锤头2对坯料7进行锻造包括如下步骤：从坯料7的体外锻造区72的边缘开始按圈锻造，每圈的下压量为85mm～110mm。

为了能够对体外锻造区72进行充分锻造，可以通过控制锤头2的搭接量来实现，具体来说，相邻两圈中，锤头2的搭接量为锤头2宽度的1/3～1/2。

或者，也可以通过控制锻造平台3的移动量来实现，具体来说，相邻两圈中，锻造平台的移动量与锤头宽度之比为1/2～3/4。

对于上述坯料7的制作，可以采用如下方法：

步骤1：在锻压设备内，对原始坯料进行墩粗，然后，采用平锤头进行展宽(例如，旋压展宽)，得到待处理坯，其中，在墩粗过程中，可以镦粗至锻压设备最大载荷所能镦粗的最大直径，对于万吨级锻压设备来说，一般可镦粗至直径4.5m～5.0m；

步骤2：对待处理坯的中心区域进行锻造，形成体内锻造区71，未开凹和精整部分为体外锻造区72，从而制得坯料7。

具体来说，上述坯料7的制作方法的步骤1中，展宽包括如下步骤：

步骤11：对墩粗后的原始坯料进行初步展宽，得到初步展宽坯料，初步展宽坯料的中心预留凸起(例如，圆柱形凸起)；

步骤12：采用平盖板对凸起进行压平。

展宽采用上述方法，有利于清除时产生的变形死区。

为了进一步促进变形死区的清除，凸起的直径D_t与初步展宽坯料的直径D_c之比为1：2～5(例如，1：3)，凸起的厚度H_t与初步展宽坯料的厚度H_c(不包含凸起的厚度)之比为1：2～5(例如，1：3)。

对于步骤2，其包括如下步骤：

步骤21：对待处理坯料的一面采用条形锤头(即双扇形锤头)进行开凹，使其直径迅速长大，然后，采用圆形锤头进行精整，得到单面开凹坯料，需要说明的是，此火次完成后，单面开凹坯料的直径达到水锻压设备体内所能锻造的最大坯料尺寸；

步骤22：将单面开凹坯料翻转180°，在单面开凹处垫设底垫，对待处理坯料的另一面采用圆形锤头进行错移，形成体内锻造区71，未开凹和精整部分为体外锻造区72，从而制得坯料7，需要说明的是，错移后待处理坯料的直径不变。

这是因为，步骤3采用上述条形锤头开凹结合圆形锤头精整的方式，不仅能够提高精整后的单面开凹坯料的表面质量，还能够提高开凹和精整效率。

为了保证每道次接锤的位置在下一道次可以压到，避免有位置漏压的情况，在开凹过程中，条形锤头每道次的旋转角度依次为0°、90°、45°、90°、22.5°、90°、45°、90°、11.25°、90°、45°、90°，其中，每一个道次为一个步锤周期，一个步锤周期采用对称压锤，每道次的下压量为80～100mm。这样，采用上述步锤方式，能够保证每道次接锤的位置在下一道次可以压到，避免有位置漏压的情况。

值得注意的是，在活动横梁4的运动过程中，活动横梁4的运动为上下运动，梁体1的运动为上下运动和转动的复合运动，为了弥补活动横梁4和梁体1之间的运动差，上述工装辅具还包括梁体连接件，活动横梁4通过梁体连接件与梁体1连接，具体来说，梁体连接件包括上梁体连接板5以及挂设于上梁体连接板5下方的下梁体连接板6，上梁体连接板5和下梁体连接板6之间为圆柱面接触，上梁体连接板5与活动横梁4固定连接，下梁体连接板6与梁体1固定连接。这样，通过在活动横梁4和梁体1之间设置梁体连接件，梁体连接件中上梁体连接板5和下梁体连接板6之间的圆柱面滑动，能够弥补活动横梁4和梁体1之间的运动差，使得梁体1与活动横梁4随动，实现一定幅度的摆动和转动，将梁体1与活动横梁4之间的刚性连接转化为柱面柔性连接，避免活动横梁4和梁体1在连接处产生过大的强扭矩。

为了保证上梁体连接板5和下梁体连接板6之间圆柱面滑动的顺畅性，上述上梁体连接板5的凸面半径小于下梁体连接板6的凹面半径，示例性地，上梁体连接板5的凸面半径与下梁体连接板6的凹面半径之比为0.9～0.98：1。这是因为，将上梁体连接板5的凸面半径与下梁体连接板6的凹面半径之比限定在上述范围内，不仅能够保证上梁体连接板5和下梁体连接板6之间滑动的顺畅性，还能够保证上梁体连接板5与下梁体连接板6的接触面积，从而有效抗击冲击载荷。

值得注意的是，上梁体连接板5的凸面半径设计取决于锻压设备的最大偏载中心距和承力板的最大倾斜角度，最大倾斜角度越大，则所需上梁体连接板5的凸面半径越大，具体来说，上梁体连接板5的凸面半径采用如下公式计算：

δ＝R×sinα

δ为锻压设备的最大偏载中心距，R为上梁体连接板5的凸面半径，α为承力板的最大倾斜角度。

同样值得注意的是，梁体1的运动为转动，为了保证锤头2的工作面能够与坯料7更好地接触，上述工装辅具还包括锤头连接件，上述锤头2通过锤头连接件与梁体1的锻造侧连接，具体来说，锤头连接件包括上锤头连接板9以及挂设于上锤头连接板9下方的下锤头连接板10，上锤头连接板9和下锤头连接板10之间为球面接触，上锤头连接板9与梁体1的锻造侧固定连接，下锤头连接板10与锤头2固定连接。这是因为，饼类锻件在变形过程中的高度逐渐降低，随着锤头2的压下量增加，梁体1会发生一定程度的倾转，通过在锤头2和梁体1的锻造侧之间设置锤头连接件，锤头连接件中上锤头连接板9和下锤头连接板10之间的球面滑动，能够将锤头2与梁体1的锻造侧之间的刚性连接转化为柱面柔性连接，使得锤头2能够发生一定程度的摆动，保证锤头2的轴线垂直于坯料7的锻造面，锤头2的工作面与坯料7的锻造面之间为面接触，提高锻造所得饼类锻件的质量。

为了保证上锤头连接板9和下锤头连接板10之间球面滑动的顺畅性，上述上锤头连接板9的凸面半径小于下锤头连接板10的凹面球半径，示例性地，上锤头连接板9的凸面半径与下锤头连接板10的凹面球半径之比为0.9～0.98：1。这是因为，将上锤头连接板9的凸面半径与下锤头连接板10的凹面球半径之比限定在上述范围内，不仅能够保证上锤头连接板9和下锤头连接板10之间球面滑动的顺畅性，还能够保证上锤头连接板9与下锤头连接板10的接触面积，从而有效抗击冲击载荷。

对于梁体1的非锻造侧与锻压设备的安装面之间的连接，为了能够对非锻造侧所受的冲击进行缓冲，上述工装辅具还包括弹性箱8，梁体1的非锻造侧通过弹性箱8支撑在锻压辅具的安装面上。这样，通过弹性箱8的设置，当活动横梁4向下运动并对梁体1施加载荷时，梁体1的非锻造侧会先与弹性箱8接触，弹性箱8能够对梁体1的非锻造侧进行柔性支撑，通过弹性箱8的弹性形变能够对非锻造侧所受的冲击进行缓冲，从而避免由冲击导致的工装辅具发生断裂，起到保护工装辅具的作用，延长工装辅具的使用寿命。

对于弹性箱8的结构，具体来说，其包括箱体81、箱盖82、弹簧83(例如，弹簧83包括多个沿弹簧83轴向布置的多个碟簧，多个碟簧构成一套弹簧83)和导柱84，导柱84的一端通过弹簧83支撑于箱体81的底部，箱盖82盖设于导柱84的另一端，箱体81与箱盖82之间具有空隙，箱体81设于锻压设备的安装面上，梁体1的非锻造侧支撑在箱盖82上。这样，箱盖82通过弹簧83和导柱84支撑在箱体81上，且与箱体81之间具有一定的空隙，当活动横梁4向下运动并对梁体1施加载荷时，弹簧83变短使得箱盖82向靠近箱体81方向移动，当活动横梁4向上运动不对梁体1施加载荷时，弹簧83变长使得箱盖82向远离箱体81方向移动，通过在箱体81和箱盖82之间设置弹簧83赋予弹性箱8的弹性形变。

考虑到弹簧83的形变方向和导柱84的运动方向会影响箱盖82和梁体1的非锻造侧的运动稳定性，上述弹性箱8还包括设于箱体81内的弹簧导筒85以及设于箱盖82内的导柱导筒86，弹簧83部分置于弹簧导筒85内，导柱84的另一端插入导柱导筒86内，对于弹簧导筒85和导柱导筒86的形状，示例性地，两者的形状均可以为圆柱形。这样，通过弹簧导筒85能够对弹簧83的形变方向进行导向，减少弹簧83在形变过程中的晃动和倾斜，通过导柱导筒86能够对导柱84的运动方向进行导向，减少导柱84在运动过程中的晃动和倾斜，从而能够保证箱盖82和梁体1的非锻造侧的运动稳定性。

同样值得注意的是，在活动横梁4的运动过程中，梁体1与弹性箱8之间同样会存在扭矩，因此，上述工装辅具还包括箱体连接件，梁体1的非锻造侧通过箱体连接件与弹性箱8连接，具体来说，箱体连接件包括上箱体连接板87以及挂设于上箱体连接板87下方的下箱体连接板88，上箱体连接板87和下箱体连接板88之间为圆柱面接触，上箱体连接板87与梁体1的非锻造侧固定连接，下箱体连接板88与弹性箱8(即箱盖82)固定连接。这样，通过在梁体1的非锻造侧和弹性箱8之间设置箱体连接件，箱体连接件中上箱体连接板87和下箱体连接板88之间的圆柱面滑动，能够弥补梁体1的非锻造侧和弹性箱8之间的运动差，使得梁体1的非锻造侧和弹性箱8随动，实现一定幅度的摆动和转动，将梁体1的非锻造侧和弹性箱8之间的刚性连接转化为柱面柔性连接，避免梁体1的非锻造侧和弹性箱8在连接处产生过大的强扭矩。

为了保证上箱体连接板87和下箱体连接板88之间圆柱面滑动的顺畅性，上述上箱体连接板87的凸面半径小于下箱体连接板88的凹面半径，示例性地，上箱体连接板87的凸面半径与下箱体连接板88的凹面半径之比为0.9～0.98：1。这是因为，将上箱体连接板87的凸面半径与下箱体连接板88的凹面半径之比限定在上述范围内，不仅能够保证上箱体连接板87和下箱体连接板88之间圆柱面滑动的顺畅性，还能够保证上箱体连接板87与下箱体连接板88的接触面积，从而有效抗击冲击载荷。

为了能够对坯料7的各个部位进行锻造，上述工装辅具还包括用于驱动坯料7旋转的旋转平台11，旋转平台11设于锤头2的斜下方，锻造平台3的一侧。也就是说，旋转平台11仅用于坯料7的支撑和旋转，在锤头2对坯料7进行锻造的过程中，旋转平台11不承受锤头2的载荷。示例性地，旋转平台11可以采用气动、液压或外力推动的传动形式进行旋转。

考虑到在锻造过程中，锻造平台3为静止状态，旋转平台11为旋转状态，为了避免两者发生干涉，锻造平台3朝向旋转平台11的一侧与旋转平台11共形。示例性地，上述旋转平台11的形状为圆形，且旋转平台11的直径小于坯料7的直径，锻造平台3朝向旋转平台11一侧为圆弧形，锻造平台3的整体形状可以为月牙形。这样，在旋转平台11的旋转过程中，锻造平台3不会对旋转平台11的旋转造成干涉；此外，采用此种结构的锻造平台3和旋转平台11，还能够减少旋转平台11的直径，有效解决了门字吊送料时如何将坯料7放置于转台台面上的问题。

需要说明的是，以往用于锻造的工装辅具，各个部件之间均为刚性连接，对锻压设备和工装辅具的损耗较大，本实施例提供的饼类锻件体外锻造方法，通过梁体连接件、锤头连接件和箱体连接件的设置，梁体1与活动横梁4、锤头2和弹性箱8之间均为球面或柱面接触，能够将梁体1与活动横梁4、锤头2和弹性箱8之间的连接均转化为柔性连接，从而保证四者之间的相对滑动和转动，在实现传力的同时，最大限度的保障了工装辅具的稳定性和高效性，为实现体外锻造的工程应用及超大饼类锻件的批量化生产提供了技术保障。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。