35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝及所用擠壓模具的制作方法

　　【技術領域】

　　[0001]發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】

　　[0002]大口徑厚壁管在化工和石油機械領域用途廣泛，目前常規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#等優質碳結鋼16Mn、5MnV等低合金結構鋼或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致產品強度低，在拉拔生產工藝中容易出現開裂等現象。

　　[0006]針對35CrMo鋼厚壁管立式反擠壓工藝進行分析，35CrMo合金鋼變形溫度、應變速度與金屬流動性之間的對應規律，結論是:35CrMo在反擠壓狀態時盡管高的變溫度和慢的變形速度(20mm/s)，按常規理論分析晶粒度會增大，特別動態再結晶過程充分；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。

　　【發明內容】

　　[0007]為了彌補以上不足，本發明提供了一種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]本發明為了解決其技術問題所采用的技術方案是: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]壓機上將凹模內圈壓入凹模外圈；最后預熱上、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定位置，進行坯料第一次反擠壓，然后回程；

　　[0021]e.拆脫料板；

　　[0022]f.鍛件內腔底部撒潤滑劑，沖頭上涂潤滑劑；

　　[0023]g.主缸繼續下壓，壓制上下模合模，然后回程；

　　[0024]h.用壓機內頂出缸頂松工件；

　　[0025]1.移出移動工作臺；

　　[0026]j.用壓機外頂出缸頂出工件。

　　[0027]作為本發明的進一步改進，所述潤滑劑為石墨。

　　[0028]作為本發明的進一步改進，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]作為本發明的進一步改進，所述坯料除氧化皮的方式采用預鐓除氧化皮的方式，當然也可以采用除鱗機進行除理。

　　[0030]作為本發明的進一步改進，步驟四中壓制成型的裝脫料板工序時間小于30s。

　　[0031]作為本發明的進一步改進，步驟四中壓制成型的拆脫料板工序時間小于30s。

　　[0032]作為本發明的進一步改進，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，其中鐓粗板套設于沖頭外側，凹模下方與凹模墊圈固連，凹模外圈緊密套設于凹模和凹模墊圈外側，凹模外圈下側與凹模墊板固連，凹模頂桿滑動插設于凹模墊板內，且凹模頂桿與凹模墊圈內孔位置正對。

　　[0034]作為本發明的進一步改進，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]作為本發明的進一步改進，所述沖頭外側壁為具有7°的斜度。

　　[0036]本發明的有益技術效果是:本發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的溫度，然后分步反擠壓成型，反擠壓成形工藝得到的產品，理化和金相表明金屬流線明顯，晶粒度達到7級，機性指標均滿足用戶要求。據有關資料介紹按熱擠壓力公式計算，通過統計回歸首次得到了 35CrMo合金鋼的動態再結晶數學模型。將該模型集成到Deform數值模擬軟件中對動態再結晶過程進行數值模擬，對比模擬結果(晶粒度和擠壓力)與實測值，二者吻合良好。說明35CrMo合金鋼動態再結晶數學模型的正確性，能夠應用于該鋼種熱成形的組織預測。項目通過反復試驗，總結了立式擠壓工藝的成形方案，針對Φ 593mm(外徑)X Φ401πιπι(內徑)X 1149mm規格的大口徑厚壁管進行計算，在保證厚壁管組織性能的條件下，采用5?7范圍內的擠壓比是合理的，而且采用反擠壓工藝成型避免了后續加工程序，節省人工和制造成本。

　　【附圖說明】

　　[0037]圖1為發明的反擠壓模具結構示意圖。

　　[0038]說明書附圖標記說明:

　　[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，加熱后溫度應均勻，坯料表面不得有嚴重氧化皮，不允許嚴重脫碳、過熱、過燒、內部裂紋等弊病的產生，所用工具為天然氣加熱爐，生產中設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]壓機上將凹模內圈壓入凹模外圈；最后預熱上、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，預鐓除氧化皮時，將加熱好的坯料用操作機夾持至預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鋼厚壁管預成型件鍛造致密化過程數值模擬及工藝優化如下:

　　[0065]成型工藝利用DEF0RM-3D軟件進行數值模擬分析，采用單一因素變量法模擬不同的方案，選取最優工藝參數完成鍛造過程，以達到質量的最優化和效益的最大化。下面即對影響鍛件成型的各個因素進行分析，從而確定最優工藝方案:

　　[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，影響擠壓件的質量、擠壓力大小以及擠壓模具溫度、應力場的分布狀態。在以下模擬中分別選取成形速度V為15mm/s、30mm/s、60mm/s進行研究。

　　[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: