一种TA1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法与流程

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一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法
技术领域
1.本发明涉及一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，属于钛合金环锻件锻造技术领域。

背景技术：

2.阴极辊用ta1旋压毛坯属于高筒薄壁环形锻件，外径φ2400mm～φ2700mm，锻件高度920mm～980mm，径向壁厚55mm～65mm，高壁比14～ 18，旋压毛坯其制造过程基本为：镦粗、冲孔、马架扩孔、轧制、热处理、粗加工、超声波探伤等工序，在这些工序中尤以冲孔工序操作难度最大，因为锻件高度将近1000mm，坯料镦粗后高度高至1050mm，坯料镦粗后外径不足φ800mm。如果冲孔孔径太小，那么坯料马架扩孔的马棒直径将更小，这严重影响马棒的寿命；如果冲孔孔径太大、冲孔底边偏薄，那么将直接产生冲孔后坯料拉料(严重时，塌角可至r100mm)、走样(中部外径鼓肚、端面外径缩小、底部翘曲)、壁厚不均、马蹄形、孔径歪斜等缺陷，并且这些缺陷难以在后续马架、环轧工序中完全缓解，极大几率会导致产品因尺寸不合格而报废。
3.高筒薄壁件冲孔通常采用闭式冲孔的工艺方法，既可以得到较大尺寸孔径，又可以降低冲孔底片厚度，从而提高原材料利用率，但由于该方法需要专门制造闭式冲孔模具。这种工艺方法不适合多品种小批量的产品制造，因为采用该方法，需要为每项产品制造专用的闭式冲孔模具，加之阴极辊镦粗后坯料高、外径大，闭式冲孔模具制造成本高，高昂的模具制造成本，必将降低产品销售利润。
4.为此，阴极辊用ta1旋压毛坯冲孔常采用自由冲孔成形方法，现有的阴极辊用ta1旋压毛坯的自由冲孔成形方法中存在的马棒寿命低下、冲孔件形状尺寸不符合要求以及较薄的冲孔底片等问题；为确保马棒寿命、冲孔件形状尺寸以及冲孔底片的厚度，这就需要对现有的自由冲孔成形方法进行优化，既保证产品质量，又控制产品制造成本。

技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：提供一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，以解决现有的阴极辊用ta1旋压毛坯的自由冲孔成形方法中存在的马棒寿命低下、冲孔件形状尺寸不符合要求以及较薄的冲孔底片等问题。
6.本发明采取的技术方案为：一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，包括以下步骤：
7.(1)加热，使用电炉对坯料进行加热；
8.(2)镦粗滚圆或拔长平端面，使用锻造液压机对坯料进行镦粗滚圆或拔长平端面；
9.(3)冲盲孔，采用第一道圆锥形冲头对坯料冲盲孔；
10.(4)滚圆，将坯料滚圆；
11.(5)漏孔，将坯料翻转后，使用第二道圆锥形冲头对坯料冲通孔；
12.(6)胀孔，使用第三道圆锥形冲头对坯料胀孔；
13.(7)反向胀孔，将坯料翻转后，使用第三道圆锥形冲头对坯料胀孔；
14.(8)刮料，使用第四道圆柱形冲头对坯料整形；
15.(9)平端面，使用上、下砧面对环坯的上下两端平端面。
16.优选的，所述步骤(1)使用电炉进行加热，坯料加热温度为950℃～1050 ℃，保温时间0.5mm/min～1.0mm/min，电炉炉温均匀性须达到
±
15℃。
17.优选的，所述步骤(2)中确保冲孔前坯料消除镦粗鼓肚，冲孔前坯料高度满足冲孔工序要求。
18.优选的，所述步骤(3)中冲头需要对中，冲盲孔用圆锥形冲头尺寸须满足式(1)、式(2)和式(3)：
[0019][0020]
d1＝d1-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0021][0022]
式中，d1、d1为、h1分别为第一道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d1＞d1，h、d为步骤(2)镦粗滚圆或拔长平端面后坯料外径和高度。
[0023]
优选的，所述步骤(4)中坯料须携带第一道圆锥形冲头进行滚圆，并确保消除冲盲孔过程中产生的走样缺陷。
[0024]
优选的，所述步骤(5)中冲头需要对中，漏孔用第二道圆锥形冲头尺寸须满足式(4)、式(5)和式(6)：
[0025]
d2＝d1+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)
[0026]
d2＝d2-(5mm～10mm)
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式(5)
[0027][0028]
式中，d2、d2为、h2分别为第二道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d2＞d2。
[0029]
优选的，所述步骤(6)、(7)中胀孔用第三道圆锥形冲头尺寸须满足式(7)、式(8)和式(9)：
[0030]
d3＝d2+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0031]
d3＝d3-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0032][0033]
式中，d3、d3为、h3分别为第三道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d3＞d3。
[0034]
优选的，所述步骤(8)中刮料用圆柱形冲头尺寸须满足式(10)和式(11)：
[0035]
d4＝d3+(20mm～30mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(10)
[0036]
[0037]
式中，d4、h4分别为第四道圆柱形冲头的直径以及高度。
[0038]
优选的，所述步骤(9)中确保坯料最终高度满足式(12)，以消除冲孔过程中产生的拉料缺陷：
[0039]h平
＝h-(50mm～150mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(12)
[0040]
式中h
平
为环坯最终高度。
[0041]
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过采用冲盲孔、滚圆、漏孔、胀孔、反向胀孔、刮料、平端面等一些列工序，并且通过对冲头尺寸进行优化，实现了阴极辊用ta1超大尺寸高筒薄壁件环坯自由冲孔成形，避免了闭式冲孔模具投入的同时，确保了冲孔环坯无拉料、无走样、壁厚均匀、无马蹄形缺陷、无孔径歪斜，同时满足坯料冲孔底片薄等冲孔技术要求，从而满足了马架扩孔成形工艺需要，确保阴极辊用ta1旋压毛坯后续工序的顺利实现，延长了马棒寿命，该发明可以推广到其他材料超大尺寸高筒薄壁件环坯自由冲孔成形生产制造中。
附图说明
[0042]
图1为本发明成形工步图；
[0043]
图2为第一道圆锥形冲头示意图；
[0044]
图3为第二道圆锥形冲头示意图；
[0045]
图4为第三道圆锥形冲头示意图；
[0046]
图5为第四道圆柱形冲头示意图。
具体实施方式
[0047]
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
[0048]
实施例1：
[0049]
一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，成形坯料 3的尺寸：～φ850mm
×
φ300mm
×
790mm，如图1所示，包括以下步骤：
[0050]
(1)加热
[0051]
使用电炉对ta1高筒薄壁件φ900mm
×
700mm坯料3进行加热，坯料3 的加热温度为1050℃，最短保温时间420min，最长保温时间540min，电炉炉温均匀性须至少达到
±
15℃。
[0052]
(2)镦粗滚圆或拔长平端面
[0053]
使用锻造液压机对坯料3进行镦粗滚圆或拔长成形，成型后尺寸为：直径d(φ820mm)
×
高度h(840mm)，达到冲孔前坯料3尺寸要求。
[0054]
(3)冲盲孔
[0055]
采用如图2所示的下砧1、上砧2、第一道圆锥形冲头4进行冲盲孔，冲孔前，冲头须对中，要求第一道圆锥形冲头4尺寸须满足式(1)、式(2)和式(3)：。
[0056][0057]
d1＝d1-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0058]
[0059]
按式(1)、(2)、(3)进行计算，则d1＝φ240mm，d1＝φ230mm，
[0060]
h1＝600mm。
[0061]
(4)滚圆
[0062]
使用下砧1、上砧2，将坯料3携带第一道圆锥形冲头4进行滚圆，并消除冲盲孔后坯料3外径面存在的鼓肚。
[0063]
(5)漏孔
[0064]
将坯料3翻转，放置在漏孔平台5上，确保盲孔朝下并对准漏孔平台5 中心圆孔。使用如附图3所示的第二道圆锥形冲头6对坯料3进行漏孔，漏孔前，第二道圆锥形冲头6须对中，要求第二道圆锥形冲头6尺寸须满足式 (4)、式(5)和式(6)。
[0065]
d2＝d1+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)
[0066]
d2＝d2(5mm～10mm)
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式(5)
[0067][0068]
按(4)、式(5)、式(6)进行计算，则d2＝φ260mm，d1＝φ250mm，h2＝600mm。
[0069]
(6)胀孔
[0070]
采用如图4所示的第三道圆锥形冲头7进行胀孔，要求第三道圆锥形冲头7尺寸须满足式(7)、式(8)和式(9)。
[0071]
d3＝d2+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0072]
d3＝d3-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0073][0074]
按式(7)、式(8)、式(9)进行计算，则d3＝φ280mm，d1＝φ270mm， h2＝600mm。
[0075]
(7)反向胀孔
[0076]
将坯料3翻转，继续采用第三道圆锥形冲头7对坯料3进行反向胀孔。
[0077]
(8)刮料
[0078]
采用如图5所示的第四道圆柱形冲头8对坯料3进行刮料整形，要求第四道圆柱形冲头8尺寸须满足式(10)和式(11)，刮料前，第四道圆柱形冲头8须对中：
[0079]
d4＝d3+(20mm～30mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(10)
[0080][0081]
按(10)、式(11)进行计算，则d4＝φ300mm，h4＝630mm。
[0082]
(9)平端面
[0083]
使用上、下砧面对坯料3平端面，确保坯料3最终高度h平满足式(12)，以消除冲孔过程中产生的端面塌角缺陷。
[0084]h平
＝h-(50mm～150mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(12)
[0085]
本实施例中h平＝790mm。
[0086]
实施例2：
[0087]
一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，成形坯料 3的尺寸：
～φ840mm
×
φ290mm
×
830mm，如图1所示，包括以下步骤：
[0088]
(1)加热
[0089]
使用电炉对ta1高筒薄壁件φ1000mm
×
580mm坯料3进行加热，坯料3 加热温度为1050℃，最短保温时间350min，最长保温时间470min，电炉炉温均匀性须至少达到
±
15℃。
[0090]
(2)镦粗滚圆或拔长平端面
[0091]
使用锻造液压机对坯料3进行镦粗滚圆或拔长成形，成型后尺寸为：直径d(φ800mm)
×
高度h(910mm)，达到冲孔前坯料3尺寸要求。
[0092]
(3)冲盲孔
[0093]
采用如图2所示的下砧1、上砧2、第一道圆锥形冲头4对坯料3进行冲盲孔，冲孔前，第一道圆锥形冲头4须对中，要求第一道圆锥形冲头4尺寸须满足式(1)、式(2)、式(3)：
[0094][0095]
d1＝d1-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(2)
[0096][0097]
按式(1)、式(2)、式(3)进行计算，则d1＝φ220mm，d1＝φ210mm，h1＝650mm。
[0098]
(4)滚圆
[0099]
使用下砧1、上砧2，坯料3携带第一道圆锥形冲头4进行滚圆，并消除冲盲孔后坯料3外径面存在的鼓肚。
[0100]
(5)漏孔
[0101]
将坯料3翻转，放置在漏孔平台5上，确保盲孔朝下并对准漏孔平台5 中心圆孔。使用如附图3第二道圆锥形冲头6进行漏孔，漏孔前，第二道圆锥形冲头6须对中，要求第二道圆锥形冲头6尺寸须满足式(4)、式(5)、式(6)：
[0102]
d2＝d1+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(4)
[0103]
d2＝d2-(5mm～10mm)
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式(5)
[0104][0105]
按(4)、式(5)、式(6)进行计算，则d2＝φ240mm，d1＝φ230mm， h2＝650mm。
[0106]
(6)胀孔
[0107]
采用如图4所示的第三道圆锥形冲头7进行胀孔，要求第三道圆锥形冲头7尺寸须满足式(7)、式(8)、式(9)：
[0108]
d3＝d2+(10mm～20mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(7)
[0109]
d3＝d3-(5mm～10mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(8)
[0110][0111]
按式(7)、式(8)、式(9)进行计算，则d3＝φ260mm，d1＝φ250mm， h2＝650mm。
[0112]
(7)反向胀孔
[0113]
将坯料3翻转，继续采用第三道圆锥形冲头7对坯料3进行反向胀孔。
[0114]
(8)刮料
[0115]
采用如图5所示的第四道圆柱形冲头8对坯料3进行刮料整形，要求第四道圆柱形冲头8尺寸须满足式(10)、式(11)，刮料前，冲头须对中，
[0116]
d4＝d3+(20mm～30mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式(10)
[0117][0118]
按式(10)、式(11)进行计算，则d4＝φ290mm，h4＝680mm。
[0119]
(9)平端面
[0120]
使用上、下砧面对坯料3平端面，确保坯料3最终高度h平满足式(12)，以消除冲孔过程中产生的端面塌角缺陷。
[0121]h平
＝h-(50mm～150mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(12)
[0122]
本实施例中h平＝830mm。
[0123]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

1.一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)加热，使用电炉对坯料进行加热；(2)镦粗滚圆或拔长平端面，使用锻造液压机对坯料进行镦粗滚圆或拔长平端面；(3)冲盲孔，采用第一道圆锥形冲头对坯料冲盲孔；(4)滚圆，将坯料滚圆；(5)漏孔，将坯料翻转后，使用第二道圆锥形冲头对坯料冲通孔；(6)胀孔，使用第三道圆锥形冲头对坯料胀孔；(7)反向胀孔，将坯料翻转后，使用第三道圆锥形冲头对坯料胀孔；(8)刮料，使用第四道圆柱形冲头对坯料整形；(9)平端面，使用上、下砧面对环坯的上下两端平端面。2.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(1)使用电炉进行加热，坯料加热温度为950℃～1050℃，保温时间0.5mm/min～1.0mm/min，电炉炉温均匀性须达到
±
15℃。3.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(2)中确保冲孔前坯料消除镦粗鼓肚，冲孔前坯料高度满足冲孔工序要求。4.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(3)中冲头需要对中，冲盲孔用圆锥形冲头尺寸须满足式(1)、式(2)和式(3)：d1＝d1-(5mm～10mm)
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式(2)式中，d1、d1为、h1分别为第一道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d1＞d1，h、d为步骤(2)中镦粗滚圆或拔长平端面后坯料外径和高度。5.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(4)中坯料须携带第一道圆锥形冲头进行滚圆，并确保消除冲盲孔过程中产生的走样缺陷。6.根据权利要求4所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(5)中冲头需要对中，漏孔用第二道圆锥形冲头尺寸须满足式(4)、式(5)和式(6)：d2＝d1+(10mm～20mm)
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式(4)d2＝d2-(5mm～10mm)
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式(5)式中，d2、d2为、h2分别为第二道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d2
＞d2。7.根据权利要求6所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(6)、(7)中胀孔用第三道圆锥形冲头尺寸须满足式(7)、式(8)和式(9)：d3＝d2+(10mm～20mm)
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式(7)d3＝d3-(5mm～10mm)
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式(8)式中，d3、d3为、h3分别为第三道圆锥形冲头的上底半径、下底半径以及垂直高度，且d3＞d3。8.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(8)中刮料用圆柱形冲头尺寸须满足式(10)和式(11)：d4＝d3+(20mm～30mm)
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式(10)式中，d4、h4分别为第四道圆柱形冲头的直径以及高度。9.根据权利要求1所述的一种ta1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，其特征在于：所述步骤(9)中确保坯料最终高度满足式(12)，以消除冲孔过程中产生的拉料缺陷：h
平
＝h-(50mm～150mm)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(12)式中h
平
为环坯最终高度。

技术总结

本发明公开了一种TA1高筒薄壁环坯双向多道次自由复冲工艺成形的方法，包括以下步骤：加热—镦粗滚圆或拔长平端面—冲盲孔—滚圆—漏孔——胀孔—反向胀孔—刮料—平端面。本发明通过采用冲盲孔、滚圆、漏孔、胀孔、反向胀孔、刮料、平端面等一些列工步，并且通过头冲头尺寸的优化实现了阴极辊用TA1超大尺寸高筒薄壁件环坯自由冲孔成形，避免了闭式冲孔模具投入的同时，确保了冲孔环坯无拉料、无走样、壁厚均匀、无马蹄形缺陷、无孔径歪斜、冲孔底片薄等冲孔技术要求，从而满足了马架扩孔成形工艺需要，确保阴极辊用TA1旋压毛坯后续工序的顺利实现。利实现。利实现。