等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法及装置

摘要

本发明公开了一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法，包括如下步骤：1）圆柱形段加热；2）过渡段推压；3）变方形截面段推压：开启线形加热装置，将筒坯凸缘温度保持在350-400℃，以25~30mm/s的速度将筒坯推压至成形完成后，卸载；4）关闭环形加热装置和线形加热装置，退模。一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置，包括环绕设置在所述圆柱形段外的加热套、环绕设置在所述过渡段外测的环形加热装置和沿所述变方形截面段的圆角凸缘延伸设置的线形加热装置。该制备方法能够使得筒坯同时在凸缘处具有良好的塑性变形和在模具拉伸侧面处具有更好的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种筒坯制备方法及装置，具体的为一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法及装置。

背景技术

如图1所示，为采用推压方法制造的从轴向等圆截面到变方形截面的筒坯，该筒坯外形尺寸较大，属于大型变方截面薄壁壳体件。该筒坯的变方形截面的最大边可长达1000mm，而圆形截面处的最小直径仅为300mm，整体高度约为1250mm。该筒坯从高度方向看，可分为三部分，第一部分为圆形截面，第三部分为变为变方形截面，第二部分为圆形截面与变方形截面之间的过渡阶段。制作该筒坯的毛坯是中间圆孔直径为300mm、壁厚为100mm的空心圆柱毛坯。

目前所用的工艺方法是下料后，对毛坯施加推压力，并在压力机上成形，使其沿模具轴向移动，产生和模具外形相匹配的内腔形状，即从圆形截面到变方形截面的内腔结构。在现有的推压工艺过程中，毛坯经过模具圆角形成突缘时，发生较大的塑性变形，与模具侧面处的毛坯承受较大的拉应力，因此，现有的推压工艺最大的弊端是所得筒坯工件的组织性能不均一：在筒壁部位成形组织性能相对均一，而突缘部位则易出现裂纹或变薄的现象，这一现象在工件的壁厚相对较薄时出现的几率很大，因为造成了实际生产上的阻碍。

鉴于此，本发明旨在探索一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法及装置，该筒坯温差推压制备方法能够保证筒坯在模具圆角处具有较好的塑性变形，并在模具侧面处具有良好的抗拉强度，保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法和用于该筒坯差温推压制备方法的差温推压制备筒坯的装置，该筒坯差温推压制备方法能够使得筒坯在变方形截面段推压变形时，使筒坯同时在凸缘处具有良好的塑性变形和在模具拉伸侧面处具有更好的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

要实现上述技术目的，本发明首先提出了一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法，包括如下步骤：

1）圆柱形段加热：将空心圆柱形的筒坯套装在推压模具的圆柱形段上后，开启加热套，将筒坯加热至350±10℃，并保温6~8s后，关闭加热套； 

2）过渡段推压：加载，以40~45mm/s的速度推压筒坯至推压模具的过渡段，同时开启环形加热装置，使筒坯温度保持在350-400℃，完成过渡阶段的推压变形后，停留6~8s；

3）变方形截面段推压：开启线形加热装置，将筒坯凸缘温度保持在350-400℃，以25~30 mm/s的速度将筒坯推压至成形完成后，卸载；

4）关闭环形加热装置和线形加热装置，退模。

进一步，所述步骤3）中，采用滚轮I压紧所述筒坯的拉伸侧面在推压模具的变方形截面段上；

进一步，所述步骤2）中，采用滚轮II压紧筒坯在推压模具的过渡段上；

进一步，所述步骤2）和步骤3）中，向设置在所述推压模具中心的冷却通孔内持续通入用于控制筒坯温升的压缩空气。

本发明还提出了一种等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置，包括推压模具，所述推压模具上设有圆柱形段、过渡段和变方形截面段；还包括环绕设置在所述圆柱形段外的加热套、环绕设置在所述过渡段外测的环形加热装置和沿所述变方形截面段的圆角凸缘延伸设置的线形加热装置，所述加热套、环形加热装置和线形加热装置至所述推压模具表面的距离大于等于筒坯的厚度。

进一步，所述变方形截面段的侧面上设有用于压平工件的滚轮I；

进一步，所述过渡段上设有用于压平工件的滚轮II；

进一步，所述推压模具的中心沿轴向方向设有冷却通孔；

进一步，所述环形加热装置和线形加热装置的加热体均为电阻丝，所述环形加热装置的电阻丝环绕所述过渡段一周。

本发明的有益效果为：

本发明的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置通过在推压磨具的圆柱形段上设置加热套、在过渡段外侧设置环形加热装置和在变方形截面段的圆角凸缘上设置线形加热装置，在筒坯推压成型过程中，将筒坯套装在圆柱形段上后，再用加热套加热，操作方便简单；当筒坯推压至过渡段时，开启环形加热装置，增加筒坯的塑性，使其在过渡段内沿推压模具顺利变形；当筒坯推压至变方形截面段时，开启线形加热装置，增加筒坯凸缘处的塑性，使其顺利变形，不会出现裂纹，对筒坯的拉伸侧面不加热，可有效增加拉伸侧面的抗拉强度，能够有效承受推压过程中的拉应力；

本发明的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法将推压过程分为三个阶段，每个阶段对筒坯采用不同的加热方案，在圆柱形段推压时，将筒坯套装在圆柱形段上后，再将筒坯加热，为后续的变形做准备；在过渡段推压时，筒坯开始变形，加热使筒坯温度升高，增加塑性，由于过渡段的变形特点，可采用较快的推压速度，提高生产效率的同时获得较好的变形；在变方形截面段推压时，针对筒坯的凸缘变形处加热，以增加塑性，对筒坯的拉伸侧面不加热，增加筒坯拉伸侧面的抗拉强度；

因此，采用本发明的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法能够克服现有的筒坯推压过程中筒坯的圆角凸缘需要满足一定的塑性变形和拉伸侧面必须保证足够的抗拉强度的矛盾，使得筒坯的圆角凸缘具有良好的塑性变形，拉伸侧面具有更好的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

附图说明

图1为本发明等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置实施例结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图4为图2的D-D剖视图；

图5为筒坯结构示意图；

图6为采用本实施例的筒坯差温推压制备装置的筒坯推压设备装配图；

图7为本发明等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法第一实施例的推压速度和时间关系的坐标图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

图1为本发明等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置实施例结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；图3为图2的B-B剖视图；图4为图2的D-D剖视图。

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置，包括推压模具1，所述推压模具上设有圆柱形段11、过渡段12和变方形截面段13，在圆柱形段11的外侧环绕圆柱形段11的加热套7，在过渡段12的外侧设有环绕过渡段12的环形加热装置2，在变方形截面段13的圆角凸缘14上分别对应设有沿该圆角凸缘14延伸的线形加热装置3，环形加热装置2和线形加热装置3至推压模具1表面的距离大于等于筒坯4的厚度。本实施例的推压模具1采用H13（4Cr5MoSiV1）材料制成，该材料是一中广泛应用的热作模具钢，工作温度可达600℃，能够承受筒坯差温推压过程中的高温。优选的，本实施例的环形加热装置2和线形加热装置3的加热体均为电阻丝，所述环形加热装置2的环绕所述过渡段12一周，本实施例的电阻丝材料选Cr13Al4，其工作温度可达850℃，采用电阻丝加热不仅加热快，而且加热温度易于控制，能够满足使用要求。

在筒坯的推压成型过程中，筒坯4经过推压模具1圆角凸缘14形成凸缘时，会发生较大的塑性变形，需要较高的成形温度，是筒坯4的危险断面；而筒坯4经过推压模具1侧壁部分，作为变形的传力区，承受了很大拉应力，对材料抗拉强度有较高的要求，需要较低的温度。因此，现有筒坯的推压工艺中存在着矛盾，即变方形截面段13的圆角凸缘14区需要较高的温度以保证筒坯4变形的优良塑性，同时推压模具1的侧壁区需要较低的温度以获得高的抗拉强度，这对矛盾极大限制了利用推压工艺获得高性能筒坯的应用，其根本原因在于同一温度下不可能同时使变形材料具有优良的塑性和高的抗拉强度。

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯装置通过在推压模具1的圆柱形段11外侧设置加热套7、在过渡段12外侧设置环形加热装置和在变方形截面段13的圆角凸缘14上设置线形加热装置3，在筒坯推压成型过程中，当筒坯4推压至过渡段12时，开启环形加热装置2，增加筒坯4的塑性，使其在过渡段12内沿推压模具1顺利变形；当筒坯4推压至变方形截面段13时，开启线形加热装置3，增加筒坯凸缘处的塑性，使其顺利变形，不会出现裂纹，对筒坯的拉伸侧面不加热，可有效增加拉伸侧面的抗拉强度，能够有效承受推压过程中的拉应力。

作为本实施例的进一步改进，所述变方形截面段13的侧面上设有用于压平工件的滚轮I 5，所述过渡段12上设有用于压平工件的滚轮II 6，由于筒坯4的拉伸侧面的金属坯料变形面积较大，为保证拉伸侧面变形均匀，在过渡段12与所述变方形截面段13上增添了滚轮，这样促使筒坯变形时紧贴模具，在很大程度上防止了侧壁区裂纹等缺陷的发生。

作为本实施例的进一步改进，所述推压模具1的中心沿轴向方向设有冷却通孔7，设置冷却通孔7用于在筒坯推压过程中通压缩空气，带走筒坯4与推压模具1之间的摩擦热，从而控制筒坯4的温升，保证推压成型的质量。

如图6所示，为采用本实施例的筒坯差温推压制备装置的筒坯推压设备装配图。本实施例的筒坯差温推压制备装置放置在压力机上，压力机的底座20上设有用于防止推压模具1的模具底座21，模具底座上设有支架22，支架22用于支撑加热套7、环形加热装置2和线形加热装置3，并支撑滚轮I 5和滚轮II 6，压力机的顶部设有用于推压筒坯4的压力座23，在压力机的导杆24的作用下，压力座23向筒坯4施加推压力。

下面对本发明的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法的具体实施方式进行详细说明。

第一实施例

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法，包括如下步骤：

1）圆柱形段11推压：将空心圆柱形的筒坯4套装在推压模具1的圆柱形段11上后，开启加热套7，将筒坯4加热至350℃，并保温6s后，关闭加热套7。将筒坯4加热用于增加筒坯4的塑性，为后续变形作准备。

2）过渡段12推压：加载，以40mm/s的速度推压筒坯4至推压模具1的过渡段12，同时开启环形加热装置2，使筒坯4温度保持在350℃，完成过渡阶段的推压变形后，停留6s。如图6所示，采用压力机8对筒坯4施加推压力，通过环形加热装置2的加热作用，提高或维持筒坯4在过渡段12推压过程中的温度，增加筒坯4的塑性变形能力，在过渡段12的推压结束后，通过保温进一步增加或保持筒坯4的温度，增加筒坯4的塑性，为下一步的变方形截面段13的变形做准备。

3）变方形截面段推压：开启线形加热装置3，将筒坯凸缘温度保持在350℃，以25 mm/s的速度将筒坯4推压至成形完成后，卸载。通过线形加热装置3加热筒坯凸缘，增加筒坯凸缘的塑性变形能力，而筒坯4的拉伸侧面不进行加热，在推压过程中，拉伸侧面的温度逐渐降低，抗拉强度逐渐增强，而随着拉伸侧面变形越来越大，抗拉需求也是逐步增加的，因此，拉伸侧面的抗拉强度能够满足筒坯推压成型的要求。

4）关闭环形加热装置2和线形加热装置3，退模。

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法将推压过程分为三个阶段，每个阶段对筒坯4采用不同的加热方案，在圆柱形段推压时，将筒坯4套装在圆柱形段11上后，再将筒坯加热，为后续的变形做准备；在过渡段12推压时，由于筒坯4开始变形，用环形加热装置2对筒坯4加热，增加塑像，适当调整推压速度，以获得较好的变形；在变方形截面段13推压时，针对筒坯4的凸缘加热增加塑性，对筒坯的拉伸侧面不加热，增加筒坯4拉伸侧面的抗拉强度，由于变形量大，推压速度适当降低可防止裂纹等缺陷的产生。

因此，采用本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法能够克服现有的筒坯4推压过程中筒坯4的凸缘需要满足一定的塑性变形和拉伸侧面必须保证足够的抗拉强度的矛盾，使得筒坯4的圆角凸缘14具有良好的塑性变形的同时，拉伸侧面也具有较高的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤3）的变方形截面段13的推压过程中，采用滚轮I 5压紧所述筒坯4的拉伸侧面在推压模具1的变方形截面段上，所述步骤2）的过渡段12推压过程中，采用滚轮II 6压紧筒坯4在推压模具1的过渡段上。由于筒坯4的拉伸侧面的金属坯料变形面积较大，为保证拉伸侧面变形均匀，在过渡段12与所述变方形截面段13上增添了滚轮，这样促使筒坯变形时紧贴模具，在很大程度上防止了侧壁区裂纹等缺陷的发生。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤2）和步骤3）中，向设置在所述推压模具1中心的冷却通孔7内持续通入用于控制筒坯4温升的压缩空气，带走筒坯4与推压模具1之间的摩擦热，从而控制筒坯4的温升，保证推压成型的质量。

第二实施例

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法，包括如下步骤：

1）圆柱形段11推压：将空心圆柱形的筒坯4套装在推压模具1的圆柱形段11上后，开启加热套7，将筒坯4加热至340℃，并保温8s后，关闭加热套7。将筒坯4加热用于增加筒坯4的塑性，为后续变形作准备。

2）过渡段12推压：加载，以45mm/s的速度推压筒坯4至推压模具1的过渡段12，同时开启环形加热装置2，使筒坯4温度保持在370℃，完成过渡阶段的推压变形后，停留7s。如图6所示，采用压力机8对筒坯4施加推压力，通过环形加热装置2的加热作用，提高或维持筒坯4在过渡段12推压过程中的温度，增加筒坯4的塑性变形能力，在过渡段12的推压结束后，通过保温进一步增加或保持筒坯4的温度，增加筒坯4的塑性，为下一步的变方形截面段13的变形做准备。

3）变方形截面段推压：开启线形加热装置3，将筒坯凸缘温度保持在380℃，以30 mm/s的速度将筒坯4推压至成形完成后，卸载。通过线形加热装置3加热筒坯凸缘，增加筒坯凸缘的塑性变形能力，而筒坯4的拉伸侧面不进行加热，在推压过程中，拉伸侧面的温度逐渐降低，抗拉强度逐渐增强，而随着拉伸侧面变形越来越大，抗拉需求也是逐步增加的，因此，拉伸侧面的抗拉强度能够满足筒坯推压成型的要求。

4）关闭环形加热装置2和线形加热装置3，退模。

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法将推压过程分为三个阶段，每个阶段对筒坯4采用不同的加热方案，在圆柱形段推压时，将筒坯4套装在圆柱形段11上后，再将筒坯加热，为后续的变形做准备；在过渡段12推压时，由于筒坯4开始变形，用环形加热装置2对筒坯4加热，增加塑像，适当调整推压速度，以获得较好的变形；在变方形截面段13推压时，针对筒坯4的凸缘加热增加塑性，对筒坯的拉伸侧面不加热，增加筒坯4拉伸侧面的抗拉强度，由于变形量大，推压速度适当降低可防止裂纹等缺陷的产生。

因此，采用本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法能够克服现有的筒坯4推压过程中筒坯4的凸缘需要满足一定的塑性变形和拉伸侧面必须保证足够的抗拉强度的矛盾，使得筒坯4的圆角凸缘14具有良好的塑性变形的同时，拉伸侧面也具有较高的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤3）的变方形截面段13的推压过程中，采用滚轮I 5压紧所述筒坯4的拉伸侧面在推压模具1的变方形截面段上，所述步骤2）的过渡段12推压过程中，采用滚轮II 6压紧筒坯4在推压模具1的过渡段上。由于筒坯4的拉伸侧面的金属坯料变形面积较大，为保证拉伸侧面变形均匀，在过渡段12与所述变方形截面段13上增添了滚轮，这样促使筒坯变形时紧贴模具，在很大程度上防止了侧壁区裂纹等缺陷的发生。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤2）和步骤3）中，向设置在所述推压模具1中心的冷却通孔7内持续通入用于控制筒坯4温升的压缩空气，带走筒坯4与推压模具1之间的摩擦热，从而控制筒坯4的温升，保证推压成型的质量。

第三实施例

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法，包括如下步骤：

1）圆柱形段11推压：将空心圆柱形的筒坯4套装在推压模具1的圆柱形段11上后，开启加热套7，将筒坯4加热至360℃，并保温7s后，关闭加热套7。将筒坯4加热用于增加筒坯4的塑性，为后续变形作准备。

2）过渡段12推压：加载，以43mm/s的速度推压筒坯4至推压模具1的过渡段12，同时开启环形加热装置2，使筒坯4温度保持在400℃，完成过渡阶段的推压变形后，停留8s。如图6所示，采用压力机8对筒坯4施加推压力，通过环形加热装置2的加热作用，提高或维持筒坯4在过渡段12推压过程中的温度，增加筒坯4的塑性变形能力，在过渡段12的推压结束后，通过保温进一步增加或保持筒坯4的温度，增加筒坯4的塑性，为下一步的变方形截面段13的变形做准备。

3）变方形截面段推压：开启线形加热装置3，将筒坯凸缘温度保持在400℃，以27 mm/s的速度将筒坯4推压至成形完成后，卸载。通过线形加热装置3加热筒坯凸缘，增加筒坯凸缘的塑性变形能力，而筒坯4的拉伸侧面不进行加热，在推压过程中，拉伸侧面的温度逐渐降低，抗拉强度逐渐增强，而随着拉伸侧面变形越来越大，抗拉需求也是逐步增加的，因此，拉伸侧面的抗拉强度能够满足筒坯推压成型的要求。

4）关闭环形加热装置2和线形加热装置3，退模。

本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法将推压过程分为三个阶段，每个阶段对筒坯4采用不同的加热方案，在圆柱形段推压时，将筒坯4套装在圆柱形段11上后，再将筒坯加热，为后续的变形做准备；在过渡段12推压时，由于筒坯4开始变形，用环形加热装置2对筒坯4加热，增加塑像，适当调整推压速度，以获得较好的变形；在变方形截面段13推压时，针对筒坯4的凸缘加热增加塑性，对筒坯的拉伸侧面不加热，增加筒坯4拉伸侧面的抗拉强度，由于变形量大，推压速度适当降低可防止裂纹等缺陷的产生。

因此，采用本实施例的等圆截面到变方形截面的差温推压制备筒坯方法能够克服现有的筒坯4推压过程中筒坯4的凸缘需要满足一定的塑性变形和拉伸侧面必须保证足够的抗拉强度的矛盾，使得筒坯4的圆角凸缘14具有良好的塑性变形的同时，拉伸侧面也具有较高的抗拉强度，并保证筒坯在推压制作过程中不会出现裂纹或变薄的现象，提高筒坯的质量。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤3）的变方形截面段13的推压过程中，采用滚轮I 5压紧所述筒坯4的拉伸侧面在推压模具1的变方形截面段上，所述步骤2）的过渡段12推压过程中，采用滚轮II 6压紧筒坯4在推压模具1的过渡段上。由于筒坯4的拉伸侧面的金属坯料变形面积较大，为保证拉伸侧面变形均匀，在过渡段12与所述变方形截面段13上增添了滚轮，这样促使筒坯变形时紧贴模具，在很大程度上防止了侧壁区裂纹等缺陷的发生。

作为本实施例技术方案的进一步改进，所述步骤2）和步骤3）中，向设置在所述推压模具1中心的冷却通孔7内持续通入用于控制筒坯4温升的压缩空气，带走筒坯4与推压模具1之间的摩擦热，从而控制筒坯4的温升，保证推压成型的质量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。