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      35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝及所用擠壓模具的制作方法

      文檔序號:8535317閱讀:790來源:國知局
      35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝及所用擠壓模具的制作方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]發(fā)明涉及一種金屬加工工藝方法及其所用模具,特別涉及一種35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝及所用擠壓模具。
      【背景技術(shù)】
      [0002]大口徑厚壁管在化工和石油機(jī)械領(lǐng)域用途廣泛,目前常規(guī)的加工方法為熱軋和冷車L (撥)無縫鋼管兩類,熱軋無縫鋼管分一般鋼管,低、中壓鍋爐鋼管,高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、地質(zhì)鋼管和其它鋼管等。
      [0003]冷軋(撥)無縫鋼管除分一般鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其它鋼管外,還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異型鋼管。熱軋無縫管外徑一般大于32mm,壁厚2.5_75mm,冷軋無縫鋼管處徑可以到6mm,壁厚可到0.25mm,薄壁管外徑可到5mm,壁厚小于0.25mm,冷軋比熱軋尺寸精度高。
      [0004]一般用無縫鋼管:是用10#、20#、30#、35#、45#等優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼16Mn、5MnV等低合金結(jié)構(gòu)鋼或40Cr、30CrMnS1、45Mn2、40MnB等合金鋼熱軋或冷軋制成的。
      [0005]然而這種加工方式導(dǎo)致產(chǎn)品強(qiáng)度低,在拉拔生產(chǎn)工藝中容易出現(xiàn)開裂等現(xiàn)象。
      [0006]針對35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝進(jìn)行分析,35CrMo合金鋼變形溫度、應(yīng)變速度與金屬流動(dòng)性之間的對應(yīng)規(guī)律,結(jié)論是:35CrMo在反擠壓狀態(tài)時(shí)盡管高的變溫度和慢的變形速度(20mm/s),按常規(guī)理論分析晶粒度會(huì)增大,特別動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程充分;變形速度越慢,變形溫度越高,晶粒尺寸越大,晶粒越大-則晶界也越大,那么晶粒越大則材料中的“裂紋”越大。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0007]為了彌補(bǔ)以上不足,本發(fā)明提供了一種35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝,該工藝所得的35CrMo鋼厚壁管強(qiáng)度高,制造成本低。
      [0008]本發(fā)明為了解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝,其步驟如下:
      [0009]步驟一:鋼錠下料;
      [0010]步驟二:坯料加熱;
      [0011]將坯料放入加熱爐內(nèi)先加熱到600°C,保溫lh,然后快速加熱到1190°C?1210°C,保溫3?7h,然后將坯料冷卻至850°C以上;
      [0012]步驟三:模具預(yù)熱
      [0013]先將凹模外圈放入加熱爐加熱至200°C?250°C,然后在
      [0014]壓機(jī)上將凹模內(nèi)圈壓入凹模外圈;最后預(yù)熱上、下模至
      [0015]200°C ?250°C;
      [0016]第四步:壓制成型
      [0017]a.先在下模底部撒石墨粉,在下模內(nèi)壁和沖頭上涂潤滑劑,下模通冷卻水;
      [0018]b.坯料出爐,除氧化皮,然后在坯料上表面潤滑,裝料完成后移入移動(dòng)工作臺;
      [0019]c.裝脫料板;
      [0020]d.主缸下壓到合模位置以上的設(shè)定位置,進(jìn)行坯料第一次反擠壓,然后回程;
      [0021]e.拆脫料板;
      [0022]f.鍛件內(nèi)腔底部撒潤滑劑,沖頭上涂潤滑劑;
      [0023]g.主缸繼續(xù)下壓,壓制上下模合模,然后回程;
      [0024]h.用壓機(jī)內(nèi)頂出缸頂松工件;
      [0025]1.移出移動(dòng)工作臺;
      [0026]j.用壓機(jī)外頂出缸頂出工件。
      [0027]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述潤滑劑為石墨。
      [0028]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述每次撒潤滑劑以及在沖頭上涂潤滑劑的時(shí)間小于20so
      [0029]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述坯料除氧化皮的方式采用預(yù)鐓除氧化皮的方式,當(dāng)然也可以采用除鱗機(jī)進(jìn)行除理。
      [0030]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),步驟四中壓制成型的裝脫料板工序時(shí)間小于30s。
      [0031]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),步驟四中壓制成型的拆脫料板工序時(shí)間小于30s。
      [0032]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述沖頭在向下擠壓過程中的運(yùn)行速度為60mm/s。
      [0033]一種35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓用擠壓模具,由固定于壓機(jī)上墊板上的上模和固定于壓機(jī)下墊板上的下模組成,其中上模包括凸模固定板、凸模墊板、鐓粗板和沖頭,下模包括凹模、凹模外圈、凹模墊圈、凹模墊板和凹模頂桿,所述凸模墊板固定于凸模固定板下方,鐓粗板和沖頭固定于凸模墊板下方,其中鐓粗板套設(shè)于沖頭外側(cè),凹模下方與凹模墊圈固連,凹模外圈緊密套設(shè)于凹模和凹模墊圈外側(cè),凹模外圈下側(cè)與凹模墊板固連,凹模頂桿滑動(dòng)插設(shè)于凹模墊板內(nèi),且凹模頂桿與凹模墊圈內(nèi)孔位置正對。
      [0034]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述沖頭的材料為AIS1-H-1熱處理3模具鋼,且在沖頭表面涂覆有一層碳粉。
      [0035]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn),所述沖頭外側(cè)壁為具有7°的斜度。
      [0036]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:本發(fā)明采取反擠壓工藝加工35CrMo鋼厚壁管,通過先把材料加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋缓蠓植椒磾D壓成型,反擠壓成形工藝得到的產(chǎn)品,理化和金相表明金屬流線明顯,晶粒度達(dá)到7級,機(jī)性指標(biāo)均滿足用戶要求。據(jù)有關(guān)資料介紹按熱擠壓力公式計(jì)算,通過統(tǒng)計(jì)回歸首次得到了 35CrMo合金鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶數(shù)學(xué)模型。將該模型集成到Deform數(shù)值模擬軟件中對動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程進(jìn)行數(shù)值模擬,對比模擬結(jié)果(晶粒度和擠壓力)與實(shí)測值,二者吻合良好。說明35CrMo合金鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶數(shù)學(xué)模型的正確性,能夠應(yīng)用于該鋼種熱成形的組織預(yù)測。項(xiàng)目通過反復(fù)試驗(yàn),總結(jié)了立式擠壓工藝的成形方案,針對Φ 593mm(外徑)X Φ401πιπι(內(nèi)徑)X 1149mm規(guī)格的大口徑厚壁管進(jìn)行計(jì)算,在保證厚壁管組織性能的條件下,采用5?7范圍內(nèi)的擠壓比是合理的,而且采用反擠壓工藝成型避免了后續(xù)加工程序,節(jié)省人工和制造成本。
      【附圖說明】
      [0037]圖1為發(fā)明的反擠壓模具結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0038]說明書附圖標(biāo)記說明:
      [0039]1-凹模2-凹模外圈 3-凸模固定板
      [0040]4——凹模墊板 5——移動(dòng)工作臺板6——壓機(jī)上墊板
      [0041]7—壓機(jī)下墊板8—凸模墊板9—鐓粗板
      [0042]10-沖頭11-凹模墊圈 12-頂桿
      [0043]13——厚壁管鍛件圖14——頂桿墊板15——凹模頂桿
      【具體實(shí)施方式】
      [0044]實(shí)施例:一種35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝,其步驟如下:
      [0045]步驟一:鋼錠下料:
      [0046]鋼錠下料0 500 X 885mm,尺寸精確度在±5mm ;
      [0047]步驟二:坯料加熱;
      [0048]將坯料放入加熱爐內(nèi)先加熱到600°C,保溫lh,然后快速加熱到1190°C?1210°C,保溫3?7h,然后將坯料冷卻至850°C以上,加熱后溫度應(yīng)均勻,坯料表面不得有嚴(yán)重氧化皮,不允許嚴(yán)重脫碳、過熱、過燒、內(nèi)部裂紋等弊病的產(chǎn)生,所用工具為天然氣加熱爐,生產(chǎn)中設(shè)備故障或模具修理時(shí),若搶修時(shí)間彡lh,爐溫保持等待,若> lh,爐溫迅速降至800°C保溫;
      [0049]步驟三:模具預(yù)熱
      [0050]先將凹模外圈放入加熱爐加熱至200°C?250°C,然后在
      [0051]壓機(jī)上將凹模內(nèi)圈壓入凹模外圈;最后預(yù)熱上、下模至
      [0052]200°C ?250°C;
      [0053]第四步:壓制成型
      [0054]a.在下模底部撒石墨粉,下模內(nèi)壁涂石墨潤滑劑,沖頭上涂石墨潤滑劑,下模通冷卻水,檢查底部頂出板是否落回原位,撒石墨粉以及涂潤滑劑時(shí)間要小于20s ;
      [0055]b.坯料出爐,預(yù)鐓除氧化皮,移出移動(dòng)工作臺裝料,坯料上表面撒石墨粉,裝料完成后移入移動(dòng)工作臺,撒石墨粉以及涂潤滑劑時(shí)間要小于20s,預(yù)鐓除氧化皮時(shí),將加熱好的坯料用操作機(jī)夾持至預(yù)先放置在壓機(jī)工作平臺上的鐓粗柱,鐓粗壓下量在10?20mm左右,使坯料的氧化皮脫落;
      [0056]c.裝脫料板:裝脫料板時(shí)間小于30s ;
      [0057]d.主缸下壓,行程走到-160mm時(shí)回程,總壓制行程540mm,以上下模壓靠時(shí)的位置為O點(diǎn),上模接觸工件時(shí)的位移為-540mm ;
      [0058]e.拆脫料板:拆脫料板時(shí)間小于30s ;
      [0059]f.鍛件內(nèi)腔底部撒石墨潤滑劑,沖頭上涂潤滑劑,撒石墨粉以及涂潤滑劑時(shí)間小于 20s ;
      [0060]g.主缸繼續(xù)下壓,壓至上下模貼合(行程0mm),然后立即回程,壓制完成到回程的時(shí)間間隔小于20s,總壓制行程540mm,以上下模壓靠時(shí)的位置為O點(diǎn),上模接觸工件時(shí)的位移為_540_ ;
      [0061]h.用壓機(jī)內(nèi)頂出缸頂松工件;
      [0062]1.移出移動(dòng)工作臺;
      [0063]j.用壓機(jī)外頂出缸(行程300mm)頂出工件。
      [0064]35CrMo鋼厚壁管預(yù)成型件鍛造致密化過程數(shù)值模擬及工藝優(yōu)化如下:
      [0065]成型工藝?yán)肈EF0RM-3D軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析,采用單一因素變量法模擬不同的方案,選取最優(yōu)工藝參數(shù)完成鍛造過程,以達(dá)到質(zhì)量的最優(yōu)化和效益的最大化。下面即對影響鍛件成型的各個(gè)因素進(jìn)行分析,從而確定最優(yōu)工藝方案:
      [0066]1.成形速度對厚壁管成形的影響:
      [0067]在厚壁管熱擠壓過程中,當(dāng)擠壓變形程度一定時(shí),成形速度直接決定金屬變形速度的大小,影響擠壓件的質(zhì)量、擠壓力大小以及擠壓模具溫度、應(yīng)力場的分布狀態(tài)。在以下模擬中分別選取成形速度V為15mm/s、30mm/s、60mm/s進(jìn)行研究。
      [0068](I)成形速度對成形載荷的影響其實(shí)有兩種不同的機(jī)制在相互影響:
      [0069]成形速度較高時(shí),鍛造過程時(shí)間較短,鍛件內(nèi)部溫度熱
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