一种超大规格环锻件的制造方法
阅读说明：本技术 一种超大规格环锻件的制造方法 (Manufacturing method of super-large-specification ring forging ) 是由 陶志勇 聂徐庆 梁剑雄 董凯 任国柱 王长军 雷雪 刘振宝 王太江 杨志勇 张智 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种超大规格环锻件的制造方法,属于金属热加工技术领域。本发明通过在坯体的内圈和外圈之间设置分圈,并以分圈为界线,对坯体进行两次锻造,使第一阶段锻造所得锻件出现外低内高的台阶差,形成外圆环状带箍,有效阻止内圆金属向外侧流动,避免了坯体在锻造过程中壁厚方向的扭曲失稳,不需要修扭后再进行扩孔,缩短了制备周期；且能够精确控制环锻件的尺寸。本发明提供的制造方法能够制造外径在3000mm以上的超大规格环锻件。(The invention provides a manufacturing method of an oversized ring forging, and belongs to the technical field of metal hot working. According to the invention, the split ring is arranged between the inner ring and the outer ring of the blank body, and the blank body is forged twice by taking the split ring as a boundary line, so that the forged piece obtained by forging in the first stage has a step difference of low outside and high inside to form the outer circular band hoop, the metal of the inner circle is effectively prevented from flowing outwards, the distortion and instability of the blank body in the wall thickness direction in the forging process are avoided, and the reaming is carried out after the torque correction is not needed, so that the preparation period is shortened; and the size of the ring forging can be accurately controlled. The manufacturing method provided by the invention can manufacture the ultra-large-scale ring forging with the outer diameter of more than 3000 mm.)
技术领域
本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及一种超大规格环锻件的制造方法。
背景技术
厚壁环锻件的形状特点：壁厚＞高度，此类形状传统扩孔锻造时，壁厚方向施加压力，造成壁厚方向扭曲失稳，需要增加高度方向平整，修扭后再进行扩孔，而且不断的重复扩孔+平整工序，锻造周期长，尺寸视现场成形情况进行现场判断，技术成熟度较低，无法精确控制过程尺寸。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种超大规格环锻件的制造方法。本发明提供的制造方法得到的环锻件避免了壁厚方向的扭曲失稳，不需要修扭，缩短了制备周期；且能够精确控制环锻件的尺寸。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种超大规格环锻件的制造方法，包括以下步骤：
根据环锻件的尺寸，利用公式I、II和III，计算得到所需坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝n 公式III；
其中，D外0为坯体的外直径，mm；D内0为坯体内直径，mm；H0为坯体的高度，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；D内1为环锻件的内直径，mm；H1为环锻件的高度，mm；n为高度下压量，n≥20％；
按照计算得到的坯体的尺寸，将钢锭经初锻造，得到坯体；
在所述坯体的外圈和内圈之间设置分圈后进行锻造，得到所述超大规格环锻件；所述超大规格环锻件的外径≥3000mm；
所述坯体的分圈的分径通过公式IV计算得到：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
其中，D分为坯体分圈的直径，mm；D外0为坯体的外直径，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造对象为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料；所述第二阶段锻造的锻造对象为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料。
优选地，n为25～35％。
优选地，所述初锻造的温度为850～1240℃，所述初锻造的方式包括镦粗、拔长和冲孔中的一种或几种。
优选地，所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的初始温度独立地为1180～1240℃，所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的终锻温度独立地为800～850℃。
本发明提供了一种超大规格环锻件的制造方法，包括以下步骤：
根据环锻件的尺寸，利用公式I、II和III，计算得到所需坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝n 公式III；
其中，D外0为坯体的外直径，mm；D内0为坯体内直径，mm；H0为坯体的高度，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；D内1环锻件的内直径，mm；H1为环锻件的高度，mm；n为高度下压量，n≥20％；
按照计算得到的坯体的尺寸，将钢锭经初锻造，得到坯体；
在所述坯体的外圈和内圈之间设置分圈后进行锻造，得到所述超大规格环锻件；所述超大规格环锻件的外径≥3000mm；
所述坯体的分圈的分径通过公式IV计算得到：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
其中，D分为坯体分圈的直径，mm；D外0为坯体的外直径，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造对象为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料；所述第二阶段锻造的锻造对象为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料。
本发明通过在坯体的内圈和外圈之间设置分圈，并以分圈为界线，对坯体进行两次锻造，使第一阶段锻造所得锻件出现外低内高的台阶差，形成外圆环状带箍，有效阻止内圆金属向外侧流动，避免了坯体在锻造过程中壁厚方向的扭曲失稳，不需要修扭后再进行扩孔，缩短了制备周期；且能够精确控制环锻件的尺寸。
附图说明
图1为环锻件的剖面结构示意图；
图2为坯体的结构示意图；
图3为第一阶段锻造后得到锻件的结构示意图；
图4为第二阶段锻造后得到的锻件的结构示意图；
图5为实施例1所得超大规格环锻件的实物照片；
图6为实施例2所得超大规格环锻件的实物照片。
具体实施方式
下面根据图1～图4对本发明提供的超大规格环锻件的制造方法进行详细描述。
本发明提供了一种超大规格环锻件的制造方法，包括以下步骤：
根据环锻件的尺寸，利用公式I、II和III，计算得到所需坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝n 公式III；
其中，D外0为坯体的外直径，mm；D内0为坯体内直径，mm；H0为坯体的高度，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；D内1为环锻件的内直径，mm；H1为环锻件的高度，mm；n为高度下压量，n≥20％；
按照计算得到的坯体的尺寸，将钢锭经初锻造，得到坯体；
在所述坯体的外圈和内圈之间设置分圈后进行锻造，得到所述超大规格环锻件；所述超大规格环锻件的外径≥3000mm；
所述坯体的分圈的分径通过公式IV计算得到：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
其中，H分为坯体分圈的直径，mm；D外0为坯体的外直径，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；D分为坯体分圈的直径，mm；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造对象为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料；所述第二阶段锻造的锻造对象为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料。
本发明首先根据环锻件的尺寸，利用公式I、II和III，计算得到所需坯体的尺寸。
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝n 公式III；
其中，D外0为坯体的外直径，mm；D内0为坯体内直径，mm；H0为坯体的高度，mm；D外1为环锻件的外直径，mm；D内1环锻件的内直径，mm；H1为环锻件的高度，mm；n为高度下压量，n≥20％。
图1为环锻件的剖面结构示意图，即最终要得到的环锻件的剖面结构示意图，其中H1为环锻件的高度，D外1为环锻件的外直径，即环锻件的外圈直径；D内1环锻件的内直径，即环锻件内圈的直径；图2为坯体的结构示意图，即前期需要成形的坯体示意图，其中，D外0为坯体的外直径，即坯体的外圈直径，D内0为坯体内直径，即坯体的内圈直径，H0为坯体的高度。
在本发明中，公式I的设计是基于坯体锻造后与所得超大规格环锻件的体积一致的原理。
在本发明中，所述公式III中，n≥20％，进一步优选为25～35％，在本发明的具体实施例中，公式III中的n为28.6％。
本发明通过公式I～III，根据最终超大规格环锻件设计坯体的尺寸，保证了锻造成形时得压实效果。
计算出坯体的尺寸后，本发明按照计算得到的坯体的尺寸，将钢锭经初锻造，得到坯体。
本发明对所述钢锭的获取不做具体限定。
在本发明中，所述初锻造的温度优选为850～1240℃；所述初锻造的方式优选包括镦粗、拔长和冲孔中的一种或几种，本发明对所述镦粗、拔长和冲孔的参数不做具体限定，只要能够得到相应尺寸的坯体即可。
得到坯体后，本发明在所述坯体的外圈和内圈之间设置分圈后进行锻造，得到所述超大规格环锻件；所述超大规格环锻件的外径≥3000mm。
在本发明中，所述坯体的分圈的分径通过公式IV计算得到：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
其中，D分为坯体分圈的直径，mm；D外0为坯体的外直径，mm；D外1为环锻件的外直径，mm。
在本发明中，所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造对象为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料；所述第二阶段锻造的锻造对象为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料。
本发明在所述坯体的外圈和内圈之间设置分圈，基于分圈，将所述坯体分为两部分，分别为坯体外圈与分圈之间的部分、坯体内圈与分圈之间的部分。锻造时，先对坯体外圈和分圈之间的部分进行锻造，即第一阶段锻造，第一阶段锻造后，第一阶段锻造所得锻件的外圈直径与最终环锻件的外圈直径一致，其结构如图3所示。然后，对第一阶段锻造所得的锻件进行第二阶段锻造，第二阶段锻造的目标物为坯体内圈和分圈之间的部分，第二阶段锻造完成后，使第二阶段锻造所得锻件的内圈直径与最终环锻件的内圈直接一致，其结构示意图如图4所示。
在本发明中，所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的初始温度独立地优选为1180～1220℃，所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的终锻温度独立地优选为800～850℃。
本发明通过在坯体的内圈和外圈之间设置分圈，并以分圈为界线，对坯体进行两次锻造，使第一阶段锻造所得锻件出现外低内高的台阶差，形成外圆环状带箍，有效阻止内圆金属向外侧流动，避免了坯体在锻造过程中壁厚方向的扭曲失稳。
下面结合实施例对本发明提供的一种超大规格环锻件的制造方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
超大规格环锻件的尺寸为外圈直径D外1为3000mm，内圈直径D内1为1000mm，高度H1为500mm；
根据公式I、II和III，计算所述坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝28.6％ 公式III；
得到坯体的高度H0为700mm，坯体的外圈直径D外0为2740.8mm，内圈的直径为D内0为1340.8mm；
利用公式IV，计算坯体的分圈的直径D分：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
得到坯体的分圈直径D分为1947.3mm。
在实际锻造执行中对坯体的尺寸进行圆整，即实际坯体尺寸为：外圈直径为2745mm，内圈直径为1340mm，高度为700mm，分圈直径为1950mm。
将钢锭经初锻造，得到坯体；所述初锻造的初始温度为1190℃，终锻温度为850℃的条件下，通过镦粗、拔长和冲孔，获得尺寸为外圈直径为2745mm，内圈直径为1340mm，高度为700mm的坯体。
对所述坯体进行锻造，得到所述超大规格环锻件；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造物为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料锻造成外圈直径为3000mm，分圈直径为1950mm，高度为500mm的坯料；所述第二阶段锻造的锻造物为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料锻造成分圈直径为1950mm，内圈直径为1000mm，高度为500mm的环锻件；所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的初始温度独立地为1190℃，终锻温度独立地为850℃。
图5为本实施例所得超大规格环锻件的实物图。采用现场观测法测试超大规格环锻件的形状扭曲情况，结果显示：超大规格环锻件形状规则，无扭曲失稳现象。
实施例2
超大规格环锻件的尺寸为外圈直径D外1为3500mm，内圈直径D内1为1200mm，高度H1为550mm；
根据公式I、II和III，计算所述坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝28.6％ 公式III；
得到坯体的高度H0为770.3mm，坯体的外圈直径D外0为3275.3mm，内圈的直径为D内0为1734.7mm；
利用公式IV，计算坯体的分圈的直径D分：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
得到坯体的分圈直径D分为2631.8mm。
在实际锻造执行中对坯体的尺寸进行圆整，即实际坯体尺寸为：外圈直径为3280mm，内圈直径为1740mm，高度为775mm，分圈直径为2635mm。
将钢锭经初锻造，得到坯体；所述初锻造的始锻温度1200℃，终锻温度820℃的条件下，通过镦粗、拔长和冲孔工序，获得尺寸为外圈直径为3280mm，内圈直径为1740mm，高度为775mm的坯体。
对所述坯体进行锻造，得到所述超大规格环锻件；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造物为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料锻造成外圈直径为3280mm，分圈直径为2635mm，高度为775mm的坯料；所述第二阶段锻造的锻造物为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料锻造成分圈直径为2635mm，内圈直径为1740mm，高度为775mm的环锻件；所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的初始温度独立地为1200℃，终锻温度独立地为820℃。
图6为本实施例所得超大规格环锻件的实物图。采用现场观测法测试环锻件的形状扭曲情况，结果显示：锻件形状规则，无扭曲失稳现象。
实施例3
超大规格环锻件的尺寸为外圈直径D外1为4000mm，内圈直径D内1为1900mm，高度H1为530mm；
根据公式I、II和III，计算所述坯体的尺寸；
(D外0×D外0-D内0×D内0)×H0＝(D外1×D外1-D内1×D内1)×H1 公式I；
D外0-D内0＝2H0 公式II；
(H0-H1)/H0＝28.6％ 公式III；
得到坯体的高度H0为742.3mm，坯体的外圈直径D外0为3721.7mm，内圈的直径为D内0为2237.1mm；
利用公式IV，计算坯体的分圈的直径D分：
(D外0×D外0-D分×D分)×H0＝(D外1×D外1-D分×D分)×H1 公式IV；
得到坯体的分圈直径D分为2913.1mm。
在实际锻造执行中对坯体的尺寸进行圆整，即实际坯体尺寸为：外圈直径为3725mm，内圈直径为2240mm，高度为745mm，分圈直径为2915mm。
将钢锭经初锻造，得到坯体；所述初锻造的始锻温度为1220℃，终锻温度800℃的条件下，通过镦粗、拔长和冲孔工序，获得尺寸为外圈直径为3725mm，内圈直径为2240mm，高度为745mm的坯体。
对所述坯体进行锻造，得到所述超大规格环锻件；
所述锻造包括依次进行的第一阶段锻造和第二阶段锻造；所述第一阶段锻造的锻造物为所述坯体的外圈与分圈形成的环状坯料锻造成外圈直径为3725mm，分圈直径为2915mm，高度为745mm的坯料；所述第二阶段锻造的锻造物为所述坯体的内圈与分圈形成的环状坯料锻造成分圈直径为2915mm，内圈直径为2240mm，高度为745mm的环锻件；所述第一阶段锻造和第二阶段锻造的初始温度独立地为1220℃，终锻温度独立地为800℃。
采用现场观测法测试环锻件的形状扭曲情况，结果显示：锻件形状规则，无扭曲失稳现象。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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