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)變速度與金屬流動性之間的對應(yīng)規(guī)律，結(jié)論是:35CrMo在反擠壓狀態(tài)時盡管高的變溫度和慢的變形速度(20mm/s)，按常規(guī)理論分析晶粒度會增大，特別動態(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.用壓機內(nèi)頂出缸頂松工件；

　　[0025]1.移出移動工作臺；

　　[0026]j.用壓機外頂出缸頂出工件。

　　[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，由固定于壓機上墊板上的上模和固定于壓機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?，然后分步反擠壓成型，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算，通過統(tǒng)計回歸首次得到了 35CrMo合金鋼的動態(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)與實測值，二者吻合良好。說明35CrMo合金鋼動態(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。項目通過反復(fù)試驗，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——移動工作臺板6——壓機上墊板

　　[0041]7—壓機下墊板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

　　【具體實施方式】

　　[0044]實施例: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，若搶修時間彡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間要小于20s ；

　　[0055]b.坯料出爐，預(yù)鐓除氧化皮，移出移動工作臺裝料，坯料上表面撒石墨粉，裝料完成后移入移動工作臺，撒石墨粉以及涂潤滑劑時間要小于20s，預(yù)鐓除氧化皮時，將加熱好的坯料用操作機夾持至預(yù)先放置在壓機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:裝脫料板時間小于30s ；

　　[0057]d.主缸下壓，行程走到-160mm時回程，總壓制行程540mm，以上下模壓靠時的位置為O點，上模接觸工件時的位移為-540mm ；

　　[0058]e.拆脫料板:拆脫料板時間小于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間間隔小于20s，總壓制行程540mm，以上下模壓靠時的位置為O點，上模接觸工件時的位移為_540_ ；

　　[0061]h.用壓機內(nèi)頂出缸頂松工件；

　　[0062]1.移出移動工作臺；

　　[0063]j.用壓機外頂出缸(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，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有兩種不同的機制在相互影響: