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1、(10)申请公布号 CN 102500708 A (43)申请公布日 2012.06.20 C N 1 0 2 5 0 0 7 0 8 A *CN102500708A* (21)申请号 201110377815.8 (22)申请日 2011.11.24 B21D 39/20(2006.01) B21D 37/16(2006.01) (71)申请人贵州安大航空锻造有限责任公司 地址 561005 贵州省安顺市西秀区黄果树大 街东段322号 (72)发明人叶俊青 顾莉莉 李兴品 藏黔 肖灵 王亮 谭明明 (54) 发明名称 轴承钢矩形环轧件热胀形成形为异形环件的 方法 (57) 摘要 本发明公开了。
2、一种轴承钢矩形环轧件热胀形 成形为异形环件的方法，其步骤为：把加热的轴 承钢矩形环轧件套装在胀形机内经预热的胀形块 外围，启动胀形机使胀形块从环轧件的内圆周表 面沿径向挤压环轧件并变形811后成为异 形环坯，完成第一次胀形，再使异形环坯沿中心轴 线旋转45完成第一次旋转；之后，再按上述操 作对异形环坯进行变形量为12的第二次 胀形及第二次旋转，变形量为0.51的第三 次胀形及第三次旋转，以及变形量为0.51 的第四次胀形后得到异形环件。所述异形环件的 尺寸精度可达相应尺寸的12，该异形环件 主要用于航空航天等领域使用的筒形壳体等回转 体零部件。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书6。
3、页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种轴承钢矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 把加热到10601100的轴承钢矩形环轧件套装进胀形机，使其内环面套在经预 热到260320的胀形块的外圆周面外围，所述胀形块的外圆周面具有与最终胀形成 形的异形环件的内圆周面相配合一致的形状，此时，径向滑块处于合拢状态； 启动胀形机对芯轴滑块施加轴向拉力F使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块的内 孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上的胀形 块。
4、从矩形环轧件的内圆周表面沿径向挤压该矩形环轧件，矩形环轧件发生内、外径尺寸扩 大及壁厚减薄塑性变形为异形环坯，完成第一次胀形；在本次胀形过程中，所述矩形环轧件 的胀形温度为10601100，胀形时间为30s40s，保压时间为17s24s，胀形变形 量为811； 胀形机驱动芯轴滑块在径向滑块内沿轴向向上移动，并驱动径向滑块沿径向同步移动 合拢使胀形块脱离胀形后的异形环坯，启动胀形机的工作台上的导辊使其驱动所述异形环 坯沿中心轴线旋转45，完成异形环坯的第一次旋转； 按上述第一次胀形的操作对经过第一次胀形后的异形环坯进行第二次胀形，在本次胀 形过程中，所述异形环坯的胀形温度为10301060，胀形。
5、时间为15s30s，保压时间 为9s13s，胀形变形量为12； 按上述第一次旋转的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第二次旋转，本次旋 转，所述异形环坯与第一次旋转方向同向再旋转45； 按上述第一次胀形的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第三次胀形，在本次胀 形过程中，所述异形环坯的胀形温度为9901030，胀形时间为20s35s，保压时间为 8s15s，胀形变形量为0.51； 按上述第一次旋转的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第三次旋转，本次旋 转，所述异形环坯与第一次旋转方向同向再旋转45； 按上述第一次胀形的操作对经过第三次胀形后的异形环坯进行第四次胀形，在本次胀 形过程中，所述。
6、异形环坯的胀形温度为9601000，胀形时间为20s30s，保压时间为 10s15s，胀形变形量为0.51； 胀形结束后，向上移动芯轴滑块，合拢径向滑块，取出经胀形后的异形环件。 2.根据权利要求1所述的矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法，其特征在于：所 述轴承钢是GCr15。 3.根据权利要求1或2所述的矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法，其特征在于： 所述胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F按下式计算确定： F 0.2 S 式中： 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0.2 胀形温度下轴承钢材料的屈服强度(MPa)，GCr15合金取35MPa38MPa； S矩形环轧件或异形环坯的纵。
7、截面面积(mm 2 )。 4.根据权利要求1或2所述的矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法，其特征在于： 所述异形环件在热态下的胀形尺寸按以下公式计算确定： 权 利 要 求 书CN 102500708 A 2/2页 3 DD 0 (1+ t )+d 式中： D异形环件处于热态下的内径尺寸(mm)； D 0 异形环件处于冷态下的最终产品内径尺寸(mm)； t 合金材料在胀形温度下的温度补偿系数()，GCr15合金取1.31.7； d胀形成异形环件后内径尺寸的回弹量(mm)，GCr15合金取1mm5mm。 5.根据权利要求1或2所述的矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法，其特征在于： 所述胀形成形。
8、的异形环件，其内径尺寸范围为400mm4500mm，壁厚为10mm200mm， 高度为40mm750mm。 权 利 要 求 书CN 102500708 A 1/6页 4 轴承钢矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法 技术领域 0001 本发明涉及一种环件的胀形方法，特别是涉及了轴承钢矩形环轧件热胀形成形为 异形环件的方法。 背景技术 0002 轴承钢矩形环轧件(指纵截面是矩形截面的环轧件)或异形环轧件(指纵截面是 非矩形截面的环轧件)采用环轧机轧制后，由于受轧制工艺及设备局限性的影响，其尺寸 精度一般不高；只有在环轧件形状较理想和设备性能较优异的情况下，其尺寸精度才能达 到相应尺寸的35(千分之。
9、三至千分之五)，而且轧制后的环轧件由于应力较大，在后 续加工工序中如果控制不好易产生翘曲、变形甚至开裂等缺陷。 0003 2009年2月18日公开的中国发明专利说明书CN 101367104A公开了一种汽轮发 电机护环外补液液压胀形强化工艺，该工艺方法通过外设高压泵并使其产生的高压液体通 过高压缸内的通道，然后经由模具部分中的减力柱内的通道注入固定的上锥模与移动的下 锥模及护环形成的封闭空间，使护环在液体压力的作用下发生塑性变形来胀形护环，以达 到强化护环、提高护环成形精度的目的，从该专利说明书附图可以看出所述护环即矩形环 件。该方法对于如何通过胀形来提高环件的尺寸精度也未详细披露，只是笼统地。
10、得出可以 达到提高护环成形精度的目的，即该方法不能解决现有技术中存在的环轧件尺寸精度低的 问题。 发明内容 0004 本发明要解决的技术问题是提供一种采用胀形块来实现轴承钢矩形环轧件热胀 形成形为异形环件的方法，该方法通过一次大变形和连续三次小变形对所述轴承钢矩形环 轧件进行胀形，获得了尺寸精度高的胀形异形环件。 0005 为解决上述技术问题，本发明所述轴承钢矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方 法，其技术方案包括以下步骤： 0006 把加热到10601100的轴承钢矩形环轧件套装进胀形机，使其内环面套在 经预热到260320的胀形块的外圆周面外围，所述胀形块的外圆周面具有与最终胀 形成形的异形。
11、环件的内圆周面相配合一致的形状，此时，径向滑块处于合拢状态； 0007 启动胀形机对芯轴滑块施加轴向拉力F使其沿轴向向下移动并沿所述径向滑块 的内孔锥面挤压径向滑块使各径向滑块沿径向同步移动扩散，装在径向滑块外圆周面上的 胀形块从矩形环轧件的内圆周表面沿径向挤压该矩形环轧件，矩形环轧件发生内、外径尺 寸扩大及壁厚减薄塑性变形为异形环坯，完成第一次胀形；在本次胀形过程中，所述矩形环 轧件的胀形温度为10601100，胀形时间为30s40s，保压时间为17s24s，胀形 变形量为811； 0008 胀形机驱动芯轴滑块在径向滑块内沿轴向向上移动，并驱动径向滑块沿径向同步 移动合拢使胀形块脱离胀形后的。
12、异形环坯，启动胀形机的工作台上的导辊使其驱动所述异 说 明 书CN 102500708 A 2/6页 5 形环坯沿中心轴线旋转45，完成异形环坯的第一次旋转； 0009 按上述第一次胀形的操作对经过第一次胀形后的异形环坯进行第二次胀形，在本 次胀形过程中，所述异形环坯的胀形温度为10301060，胀形时间为15s30s，保压 时间为9s13s，胀形变形量为12； 0010 按上述第一次旋转的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第二次旋转，本次 旋转，所述异形环坯与第一次旋转方向同向再旋转45； 0011 按上述第一次胀形的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第三次胀形，在本 次胀形过程中，所述。
13、异形环坯的胀形温度为9901030，胀形时间为20s35s，保压时 间为8s15s，胀形变形量为0.51； 0012 按上述第一次旋转的操作对经过第二次胀形后的异形环坯进行第三次旋转，本次 旋转，所述异形环坯与第一次旋转方向同向再旋转45； 0013 按上述第一次胀形的操作对经过第三次胀形后的异形环坯进行第四次胀形，在本 次胀形过程中，所述异形环坯的胀形温度为9601000，胀形时间为20s30s，保压时 间为10s15s，胀形变形量为0.51； 0014 胀形结束后，向上移动芯轴滑块，合拢径向滑块，取出经胀形后的异形环件。 0015 上述轴承钢优选材料牌号为GCr15的轴承钢。 0016 所。
14、述胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F按下式计算确定： 0017 F 0.2 S 0018 式中： 0019 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0020 0.2 胀形温度下轴承钢材料的屈服强度(MPa)，GCr15合金取35MPa38MPa； 0021 S矩形环轧件或异形环坯的纵截面面积(mm 2 )。 0022 所述异形环件在热态下的胀形尺寸按以下公式计算确定： 0023 DD 0 (1+ t )+d 0024 式中： 0025 D异形环件处于热态下的内径尺寸(mm)； 0026 D 0 异形环件处于冷态下的最终产品内径尺寸(mm)； 0027 t 合金材料在胀形温度下的温度补偿系数(。
15、)，GCr15合金取1.3 1.7； 0028 d胀形成异形环件后内径尺寸的回弹量(mm)，GCr15合金取1mm5mm。 0029 采用本发明所述方法胀形成形的异形环件，其内径尺寸范围为400mm 4500mm，壁厚为10mm200mm，高度为40mm750mm。 0030 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： 0031 本发明通过胀形机上的胀形块与轴承钢矩形环轧件进行刚性接触来直接胀形成 形为异形环件，可以获得所需要的胀形尺寸并有利于提高尺寸精度。 0032 本发明通过把矩形环轧件加热到钛，采用811的大变形量一次把矩形环轧 件胀形变形为异形环坯，再通过三次小变形量把异形环坯胀形成形为异。
16、形环件，并且通过 选择合适的胀形温度、胀形时间和保压时间等工艺参数，不会对环轧件的组织产生显著影 响，不会出现胀裂现象，还可以使每次胀形后环轧件或异形环坯的回弹量较小；并且在胀形 说 明 书CN 102500708 A 3/6页 6 过程中通过把所述异形环坯三次同向旋转45，可以消除胀形块沿径向扩散胀形时相邻胀 形块之间的间隙对异形环坯内圆周面形成的痕迹，从而有利于胀形过程的顺利进行和获得 尺寸精度较高的胀形异形环件；在整个胀形过程中，由于胀形块可以实时测量异形环坯内 径尺寸的变化情况及每次胀形后内径尺寸的回弹量，并把测量数据及时传送到胀形机的显 示器上，从而在胀形时可以精确控制异形环轧件的胀。
17、形尺寸。综上所述，采用本发明所述方 法胀形的异形环轧件可以得到尺寸精度较高的最终产品尺寸。 0033 在胀形过程中，由于胀形机对芯轴滑块施加的轴向拉力F是由胀形机的胀形系数 ()、胀形温度下材料的屈服强度( 0.2 )及矩形环轧件或异形环坯的纵截面面积(S)来确 定，因此，可以针对不同的胀形机和不同材料、尺寸的环轧件或异形环坯来确定轴向拉力F 的大小，使环轧件在胀形过程中受力比较均匀和合理，能够保证胀形过程的顺利进行，避免 用力过大造成胀裂或用力过小造成胀不动的现象发生。 0034 所述胀形后的异形环件的热态胀形内径尺寸(D)由异形环件经胀形后处于冷态 下的最终产品内径尺寸(D 0 )、合金材。
18、料在胀形温度下的温度补偿系数( t )及胀形成异形 环件后内径尺寸的回弹量(d)来计算确定，从而在胀形时可以精确控制异形环件的热态尺 寸，并在胀形后的异形环件冷却后获得尺寸精度高的冷态尺寸即异形环件经胀形后的最终 产品尺寸。 0035 以牌号为GCr15的轴承钢胀形异形环件为例，经检测胀形后的该合金异形环件的 冷态尺寸即最终产品尺寸，达到了相应尺寸的12；经检测该合金异形环件的内部组 织，未发生显著变化，而且无变形、翘曲等缺陷。 附图说明 0036 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。 0037 图1是矩形环轧件沿其中心线的纵剖面图。 0038 图2是胀形机的结构简图。 003。
19、9 图3是矩形环轧件的装机示意图。 0040 图4是矩形环轧件热胀形成形为异形环件的过程示意图。 0041 图5是胀形块脱离胀形后的异形环件的示意图。 0042 图6是胀形后的异形环件沿其中心线的纵剖面图。 具体实施方式 0043 实施本发明所述的轴承钢矩形环轧件热胀形成形为异形环件的方法需要提供胀 形机、锻造加热炉、机械手等设备。下面以我国材料牌号为GCr15的轴承钢为例来详细说明 该方法的具体实施方式： 0044 该合金的主要化学元素含量(重量百分比)为：含C量0.951.05、含Mn量 0.20.4、含Si量0.150.35、含S量0.020、含P量0.027、含Cr量 1.301.65。
20、。 0045 用于实施本发明所述热胀形方法的胀形机的结构简图如图2所示，该胀形机主要 由芯轴滑块1、径向滑块2、胀形块3、工作台4及导轨5组成。芯轴滑块1呈圆锥形并套装 在径向滑块2内与径向滑块2的锥形内圆周面配合，芯轴滑块1可由胀形机的液压缸带动 说 明 书CN 102500708 A 4/6页 7 在径向滑块2内沿轴向上下移动并挤压径向滑块2；径向滑块2安装在胀形机的导轨5上并 可沿导轨5径向来回移动，径向滑块2从图2俯视方向看是12块分开的扇形块形状，各扇形 块的外圆周面上分别固定安装有胀形块3，各扇形块合拢时与胀形块3一起可以形成一个 圆环形状；当芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向下移动。
21、时可使各径向滑块2沿径向同步 移动扩散使胀形块3达到胀形环件的目的，当芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向上移动 时胀形机可驱动各径向滑块2沿径向同步移动合拢使胀形块3脱离胀形后的环件，胀形块3 在胀形过程中具有实时测量环件内径尺寸并把测量数据传送到胀形机的显示器上的功能； 此外，在该胀形机的工作台4上还有可驱动环件在该工作台上沿中心轴线旋转的导辊(图 中未示出)。 0046 该合金从矩形环轧件热胀形成形为异形环件的工艺步骤如下： 0047 步骤1：装机。 0048 如图3所示，先把胀形机上的胀形块3预热到260320，再把如图1所示的 GCr15合金矩形环轧件10加热到10601100后套装进胀。
22、形机，使其内环面套在胀形块 3的外圆周面外围，胀形块3的外圆周面具有与如图6所示最终胀形成形的异形环件20的 内圆周面相配合一致的形状，其底面平放在工作台4的上面，此时，径向滑块2处于合拢状 态。装机时工件的装运主要通过机械手操作完成。 0049 步骤2：第一次胀形。 0050 如图4所示，启动胀形机使其芯轴滑块1沿其轴向向下移动，芯轴滑块1在径向滑 块2内沿其锥形面挤压径向滑块2使各径向滑块2沿径向同步移动扩散，径向滑块2上的 胀形块3的外圆周面沿矩形环轧件10的内圆周表面挤压矩形环轧件10，使矩形环轧件10 从内圆周表面到外圆周表面受到来自胀形块3的径向挤压力，导致矩形环轧件10的内圆周 。
23、面沿径向扩大，矩形环轧件10发生内、外径尺寸扩大，壁厚减薄的塑性变形，矩形环轧件10 被胀形块3第一次胀形变形为异形环坯15。胀形时胀形机的液压缸对芯轴滑块1施加轴向 拉力F，矩形环轧件10的胀形温度为10601100，胀形时间为30s40s，保压时间为 17s24s，矩形环轧件10的胀形变形量为811。 0051 所述胀形时间是指矩形环轧件10从一开始被胀形到胀形结束后的时间；所述保 压时间是指矩形环轧件10被胀形达变形量后不再发生变形并一直保持到胀形结束的时 间。 0052 步骤3：第一次旋转。 0053 如图5所示，使胀形机驱动芯轴滑块1在径向滑块2内沿轴向向上移动，并驱动径 向滑块2沿。
24、径向同步移动合拢使胀形块3脱离胀形后的异形环坯15，启动胀形机的工作台 4上的导辊使其驱动异形环坯15在该工作台上沿中心轴线顺时针或逆时针旋转45，从而 完成异形环坯15的第一次旋转。 0054 步骤4：第二次胀形。 0055 重复步骤1的胀形过程使胀形块3对异形环坯15进行第二次胀形，胀形时胀形机 的液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，异形环坯15的胀形温度为10301060，胀形 时间为15s30s，保压时间为9s13s，异形环坯15的胀形变形量为12。 0056 步骤5：第二次旋转。 0057 重复步骤3，使胀形机的导辊驱动环轧件10与第一次旋转方向同向再旋转45， 说 明 书CN 102。
25、500708 A 5/6页 8 从而完成异形环坯15的第二次旋转。 0058 步骤6：第三次胀形。 0059 重复步骤1的胀形过程使胀形块3对异形环坯15进行第三次胀形，胀形时胀形机 的液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，异形环坯15的胀形温度为9901030，胀形时 间为20s35s，保压时间为8s15s，异形环坯15的胀形变形量为0.51。 0060 步骤7：第三次旋转。 0061 重复步骤3，使胀形机的导辊驱动异形环坯15与第二次旋转方向同向再旋转 45，从而完成异形环坯15的第三次旋转。 0062 步骤6：第四次胀形。 0063 重复步骤1的胀形过程使胀形块3对异形环坯15进行第四次胀形。
26、使其最终变形 成形为异形环件20，胀形时胀形机的液压缸对芯轴滑块1施加轴向拉力F，异形环坯15的 胀形温度为9601000，胀形时间为20s30s，保压时间为10s15s，异形环坯15 的胀形变形量为0.51。 0064 四次胀形结束后，向上移动芯轴滑块1，合拢径向滑块2并使胀形块3脱离异形环 件20，用机械手取出异形环件20从而完成胀形过程。 0065 所述矩形环轧件10或异形环坯15在胀形过程中，所述轴向拉力F按下式计算： 0066 F 0.2 S 0067 式中： 0068 胀形机胀形系数，本发明取1.261.52； 0069 0.2 胀形温度下轴承钢材料的屈服强度(MPa)，本发明取3。
27、5MPa38MPa； 0070 S矩形环轧件10或异形环坯15的纵截面面积(mm 2 )； 0071 所述矩形环轧件10的胀形变形量的计算方法为：胀形变形量胀形后矩形环 轧件10(或异形环坯15)的中径尺寸-胀形前矩形环轧件10(或异形环坯15)的中径尺 寸)/胀形前环轧件10(或异形环坯15)的中径尺寸100。 0072 所述矩形环轧件10(或异形环坯15)的中径尺寸(矩形环轧件10(或异形环坯 15)的内径尺寸+矩形环轧件10(或异形环坯15)的外径尺寸)2 0073 为保证矩形环轧件10经胀形成形异形环件20后能够得到产品要求的最终尺寸， 异形环件20在热态下的胀形尺寸按以下公式计算： 。
28、0074 DD 0 (1+ t )+d 0075 式中： 0076 D异形环件20处于热态下的内径尺寸(mm)； 0077 D 0 异形环件20经处于冷态下的最终产品内径尺寸(mm)； 0078 t 合金材料在胀形温度下的温度补偿系数()，对于不同的材料在不同温 度下的温度补偿系数不同，本发明取1.31.7； 0079 d胀形成异形环件20后内径尺寸的回弹量(mm)，本发明取1mm5mm。 0080 上述尺寸在计算时以变形最大的尺寸为准，对于本发明而言计算时的尺寸是指矩 形环轧件10或异形环坯15的大头端面即底端面的尺寸 0081 采用上述方法胀形的轴承钢异形环件，其内径尺寸范围为：400mm。
29、4500mm， 壁厚为10mm200mm，高度为40mm750mm。 说 明 书CN 102500708 A 6/6页 9 0082 本发明并不限于上述异形环轧件20，对于不同截面的异形环轧件只要对应把胀形 块3的外圆周面形状加工成与异形环轧件的内圆周面的形状相一致的形状，采用本发明所 述的方法便可胀形出不同截面的异形环轧件。 说 明 书CN 102500708 A 1/3页 10 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102500708 A 10 2/3页 11 图3 图4 说 明 书 附 图CN 102500708 A 11 3/3页 12 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102500708 A 12 。