35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺及所用挤压模具的制作方法

　　35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺及所用挤压模具的制作方法

　　【技术领域】

　　[0001]发明涉及一种金属加工工艺方法及其所用模具，特别涉及一种35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺及所用挤压模具。

　　【背景技术】

　　[0002]大口径厚壁管在化工和石油机械领域用途广泛，目前常规的加工方法为热轧和冷车L (拨)无缝钢管两类，热轧无缝钢管分一般钢管，低、中压锅炉钢管，高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、地质钢管和其它钢管等。

　　[0003]冷轧(拨)无缝钢管除分一般钢管、低中压锅炉钢管、高压锅炉钢管、合金钢管、不锈钢管、石油裂化管、其它钢管外，还包括碳素薄壁钢管、合金薄壁钢管、不锈薄壁钢管、异型钢管。热轧无缝管外径一般大于32mm,壁厚2.5_75mm,冷轧无缝钢管处径可以到6mm,壁厚可到0.25mm,薄壁管外径可到5mm,壁厚小于0.25mm,冷轧比热轧尺寸精度高。

　　[0004]一般用无缝钢管:是用10#、20#、30#、35#、45#等优质碳结钢16Mn、5MnV等低合金结构钢或40Cr、30CrMnS1、45Mn2、40MnB等合金钢热轧或冷轧制成的。

　　[0005]然而这种加工方式导致产品强度低，在拉拔生产工艺中容易出现开裂等现象。

　　[0006]针对35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺进行分析，35CrMo合金钢变形温度、应变速度与金属流动性之间的对应规律，结论是:35CrMo在反挤压状态时尽管高的变温度和慢的变形速度(20mm/s)，按常规理论分析晶粒度会增大，特别动态再结晶过程充分；变形速度越慢，变形温度越高，晶粒尺寸越大，晶粒越大-则晶界也越大，那么晶粒越大则材料中的“裂纹”越大。

　　【发明内容】

　　[0007]为了弥补以上不足，本发明提供了一种35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺，该工艺所得的35CrMo钢厚壁管强度高，制造成本低。

　　[0008]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺，其步骤如下:

　　[0009]步骤一:钢锭下料；

　　[0010]步骤二:坯料加热；

　　[0011]将坯料放入加热炉内先加热到600°C，保温lh，然后快速加热到1190°C?1210°C，保温3?7h，然后将坯料冷却至850°C以上；

　　[0012]步骤三:模具预热

　　[0013]先将凹模外圈放入加热炉加热至200°C?250°C，然后在

　　[0014]压机上将凹模内圈压入凹模外圈；最后预热上、下模至

　　[0015]200°C ?250°C;

　　[0016]第四步:压制成型

　　[0017]a.先在下模底部撒石墨粉，在下模内壁和冲头上涂润滑剂，下模通冷却水；

　　[0018]b.坯料出炉，除氧化皮，然后在坯料上表面润滑，装料完成后移入移动工作台；

　　[0019]c.装脱料板；

　　[0020]d.主缸下压到合模位置以上的设定位置，进行坯料第一次反挤压，然后回程；

　　[0021]e.拆脱料板；

　　[0022]f.锻件内腔底部撒润滑剂，冲头上涂润滑剂；

　　[0023]g.主缸继续下压，压制上下模合模，然后回程；

　　[0024]h.用压机内顶出缸顶松工件；

　　[0025]1.移出移动工作台；

　　[0026]j.用压机外顶出缸顶出工件。

　　[0027]作为本发明的进一步改进，所述润滑剂为石墨。

　　[0028]作为本发明的进一步改进，所述每次撒润滑剂以及在冲头上涂润滑剂的时间小于20so

　　[0029]作为本发明的进一步改进，所述坯料除氧化皮的方式采用预镦除氧化皮的方式，当然也可以采用除鳞机进行除理。

　　[0030]作为本发明的进一步改进，步骤四中压制成型的装脱料板工序时间小于30s。

　　[0031]作为本发明的进一步改进，步骤四中压制成型的拆脱料板工序时间小于30s。

　　[0032]作为本发明的进一步改进，所述冲头在向下挤压过程中的运行速度为60mm/s。

　　[0033]一种35CrMo钢厚壁管立式反挤压用挤压模具，由固定于压机上垫板上的上模和固定于压机下垫板上的下模组成，其中上模包括凸模固定板、凸模垫板、镦粗板和冲头，下模包括凹模、凹模外圈、凹模垫圈、凹模垫板和凹模顶杆，所述凸模垫板固定于凸模固定板下方，镦粗板和冲头固定于凸模垫板下方，其中镦粗板套设于冲头外侧，凹模下方与凹模垫圈固连，凹模外圈紧密套设于凹模和凹模垫圈外侧，凹模外圈下侧与凹模垫板固连，凹模顶杆滑动插设于凹模垫板内，且凹模顶杆与凹模垫圈内孔位置正对。

　　[0034]作为本发明的进一步改进，所述冲头的材料为AIS1-H-1热处理3模具钢，且在冲头表面涂覆有一层碳粉。

　　[0035]作为本发明的进一步改进，所述冲头外侧壁为具有7°的斜度。

　　[0036]本发明的有益技术效果是:本发明采取反挤压工艺加工35CrMo钢厚壁管，通过先把材料加热到适当的温度，然后分步反挤压成型，反挤压成形工艺得到的产品，理化和金相表明金属流线明显，晶粒度达到7级，机性指标均满足用户要求。据有关资料介绍按热挤压力公式计算，通过统计回归首次得到了 35CrMo合金钢的动态再结晶数学模型。将该模型集成到Deform数值模拟软件中对动态再结晶过程进行数值模拟，对比模拟结果(晶粒度和挤压力)与实测值，二者吻合良好。说明35CrMo合金钢动态再结晶数学模型的正确性，能够应用于该钢种热成形的组织预测。项目通过反复试验，总结了立式挤压工艺的成形方案，针对Φ 593mm(外径)X Φ401πιπι(内径)X 1149mm规格的大口径厚壁管进行计算，在保证厚壁管组织性能的条件下，采用5?7范围内的挤压比是合理的，而且采用反挤压工艺成型避免了后续加工程序，节省人工和制造成本。

　　【附图说明】

　　[0037]图1为发明的反挤压模具结构示意图。

　　[0038]说明书附图标记说明:

　　[0039]1-凹模2-凹模外圈 3-凸模固定板

　　[0040]4——凹模垫板 5——移动工作台板6——压机上垫板

　　[0041]7—压机下垫板8—凸模垫板9—镦粗板

　　[0042]10-冲头11-凹模垫圈 12-顶杆

　　[0043]13——厚壁管锻件图14——顶杆垫板15——凹模顶杆

　　【具体实施方式】

　　[0044]实施例:一种35CrMo钢厚壁管立式反挤压工艺，其步骤如下:

　　[0045]步骤一:钢锭下料:

　　[0046]钢锭下料0 500 X 885mm，尺寸精确度在±5mm ；

　　[0047]步骤二:坯料加热；

　　[0048]将坯料放入加热炉内先加热到600°C，保温lh，然后快速加热到1190°C?1210°C，保温3?7h，然后将坯料冷却至850°C以上，加热后温度应均匀，坯料表面不得有严重氧化皮，不允许严重脱碳、过热、过烧、内部裂纹等弊病的产生，所用工具为天然气加热炉，生产中设备故障或模具修理时，若抢修时间彡lh，炉温保持等待，若> lh，炉温迅速降至800°C保温；

　　[0049]步骤三:模具预热

　　[0050]先将凹模外圈放入加热炉加热至200°C?250°C，然后在

　　[0051]压机上将凹模内圈压入凹模外圈；最后预热上、下模至

　　[0052]200°C ?250°C;

　　[0053]第四步:压制成型

　　[0054]a.在下模底部撒石墨粉，下模内壁涂石墨润滑剂，冲头上涂石墨润滑剂，下模通冷却水，检查底部顶出板是否落回原位，撒石墨粉以及涂润滑剂时间要小于20s ；

　　[0055]b.坯料出炉，预镦除氧化皮，移出移动工作台装料，坯料上表面撒石墨粉，装料完成后移入移动工作台，撒石墨粉以及涂润滑剂时间要小于20s，预镦除氧化皮时，将加热好的坯料用操作机夹持至预先放置在压机工作平台上的镦粗柱，镦粗压下量在10?20mm左右，使坯料的氧化皮脱落；

　　[0056]c.装脱料板:装脱料板时间小于30s ；

　　[0057]d.主缸下压，行程走到-160mm时回程，总压制行程540mm，以上下模压靠时的位置为O点，上模接触工件时的位移为-540mm ；

　　[0058]e.拆脱料板:拆脱料板时间小于30s ；

　　[0059]f.锻件内腔底部撒石墨润滑剂，冲头上涂润滑剂，撒石墨粉以及涂润滑剂时间小于 20s ；

　　[0060]g.主缸继续下压，压至上下模贴合(行程0mm)，然后立即回程，压制完成到回程的时间间隔小于20s，总压制行程540mm，以上下模压靠时的位置为O点，上模接触工件时的位移为_540_ ；

　　[0061]h.用压机内顶出缸顶松工件；

　　[0062]1.移出移动工作台；

　　[0063]j.用压机外顶出缸(行程300mm)顶出工件。

　　[0064]35CrMo钢厚壁管预成型件锻造致密化过程数值模拟及工艺优化如下:

　　[0065]成型工艺利用DEF0RM-3D软件进行数值模拟分析，采用单一因素变量法模拟不同的方案，选取最优工艺参数完成锻造过程，以达到质量的最优化和效益的最大化。下面即对影响锻件成型的各个因素进行分析，从而确定最优工艺方案:

　　[0066]1.成形速度对厚壁管成形的影响:

　　[0067]在厚壁管热挤压过程中，当挤压变形程度一定时，成形速度直接决定金属变形速度的大小，影响挤压件的质量、挤压力大小以及挤压模具温度、应力场的分布状态。在以下模拟中分别选取成形速度V为15mm/s、30mm/s、60mm/s进行研究。

　　[0068](I)成形速度对成形载荷的影响其实有两种不同的机制在相互影响: