專利名稱：一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鍛造裝置，具體說，是涉及一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，屬于材料加工工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
大型鍛件是電力、冶金、造船、核能、航空航天等重大工程和裝備的關(guān)鍵零部件，其生產(chǎn)能力、產(chǎn)品級別與性能質(zhì)量水平已成為一個(gè)國家工業(yè)水平的標(biāo)志。然而，冶金過程決定了大型鍛件內(nèi)部不可避免地會存在縮孔、疏松、微裂紋、夾雜等各種缺陷。實(shí)際生產(chǎn)中，通常采用鐓粗和拔長工藝對大型鍛件進(jìn)行多工步多道次鍛造，以消除大型鍛件的內(nèi)部缺陷，提高大型鍛件的力學(xué)性能。典型的拔長工藝有FM法、KD法、JTS法、SUF法、WHF法和TER法等。為了避免拔長時(shí)在大型鍛件心部產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力和橫向拉應(yīng)力，劉助柏和李緯民提出了綜合考慮砧寬比和料寬比的新FM法和LZ鍛造法(劉助柏，李緯民.新FM鍛造法[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1994，3(K4) :79-82 ；劉助柏.平砧拔長矩形截面毛坯的新理論[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，1994,30(5) :47-49.)。典型的鐓粗工藝有平砧鐓粗、凹形砧鐓粗、錐形板鐓粗、M形板鐓粗等。為了使大型鍛件內(nèi)部整個(gè)軸線附近的缺陷都能得到比較理想的消除，張效迅等又提出了鈸形砧鐓粗方法(張效迅，馬芳，崔振山.大型鍛件鐓粗過程的鈸形砧鍛造方法.中國，ZL200710172599. 7[P]. 2009-07-08)。這些方法在一定程度上提高了大型鍛件心部和軸線附近的壓實(shí)效果，推動(dòng)了大型鍛件制造技術(shù)的進(jìn)步。但是，隨著重大裝備向大容量、高參數(shù)方向發(fā)展，對幾百噸一件的特大型鍛件的需求不斷增多，質(zhì)量要求也越來越嚴(yán)格，用現(xiàn)有方法進(jìn)行鍛造，其成功率相當(dāng)?shù)?，往往?dǎo)致特大型鍛件的報(bào)廢，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而且，隨著鑄錠技術(shù)的進(jìn)步，電渣重熔技術(shù)等先進(jìn)的鑄錠技術(shù)不斷被用于鑄造大型坯料，這類坯料不像傳統(tǒng)鑄錠，不再會有大量缺陷集中于心部和軸線附近，這類坯料的缺陷可能會分布在鑄錠的任何位置，現(xiàn)有的以中心壓實(shí)為目標(biāo)的鍛造技術(shù)難以獲得理想效果。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷和問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，以利用超聲波的高頻振動(dòng)和輻射壓力使大型鍛件內(nèi)部缺陷處的能量密度和壓力幅值增大，促使夾雜破碎、空洞壓實(shí)愈合、組織均勻化，以實(shí)現(xiàn)理想的鍛造效
^ ο為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，包括鍛造壓機(jī)、上砧和下砧，其特征在于 還包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)，所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括共振器、換能器、超聲波發(fā)生器和控制器；所述超聲波發(fā)生器的一端與控制器相連接，另一端通過導(dǎo)線與換能器相連接，換能器的后方設(shè)置有彈簧，前方設(shè)置有共振器。所述的鍛造壓機(jī)優(yōu)選為水壓機(jī)、油壓機(jī)或機(jī)械壓機(jī)。所述的上砧優(yōu)選為平砧、凹形砧、錐形砧、M形砧、V形砧中的任意一種。[0008]所述的下砧優(yōu)選為平砧、凹形砧、錐形砧、M形砧、V形砧中的任意一種。在大型鍛件的四周至少設(shè)置有一個(gè)超聲波發(fā)生系統(tǒng)。所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)置在上砧或/和下砧上。所述的超聲波發(fā)生器優(yōu)選功率彡10W，頻率彡15kHz的超聲波發(fā)生器。作為優(yōu)選方案，所述的控制器上設(shè)置有功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的表現(xiàn)形式可以是按鍵、按鈕、旋鈕，也可以是觸摸屏。將加熱到一定溫度的大型鍛件放置在所述鍛造裝置的下砧上，開啟鍛造壓機(jī)，在鍛造壓機(jī)對大型鍛件進(jìn)行鍛造的過程中，開啟所述鍛造裝置中的超聲波發(fā)生器，使與其電連接的換能器發(fā)生和輸出超聲波，并使產(chǎn)生的超聲波通過設(shè)置在換能器前方的共振器傳入鍛件中，利用超聲波的高頻振動(dòng)和輻射壓力，可促使夾雜破碎、空洞壓實(shí)愈合、組織均勻化， 達(dá)到理想的鍛造效果。所述的大型鍛件，是指適于鍛造的具有較高可塑性的大型坯料或者經(jīng)過鍛造的大型工件，“大型”的衡量標(biāo)準(zhǔn)可以是重量，也可以是體積，用重量衡量時(shí)一般指鍛件重量不小于一噸，用體積衡量時(shí)一般指鍛件體積不小于0. 15立方米，兩個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)只要滿足一個(gè)的鍛件就可算作“大型鍛件”。鍛件材料包括但不限于鐵、鋁、銅等金屬及其合金，比如，本實(shí)用新型還可以用于粉末冶金材料的鍛造，甚至還可以用于復(fù)合材料的加工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下有益效果1)本實(shí)用新型利用超聲波的高頻振動(dòng)和輻射壓力，使鍛件內(nèi)部缺陷處的能量密度和壓力幅值增大，可促使夾雜破碎、空洞壓實(shí)愈合、組織均勻化，能達(dá)到理想的鍛造效果；2)本實(shí)用新型通過超聲波的輔助作用，可使鍛件內(nèi)部形成良好的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)， 使大型鍛件心部、軸線附近和其它任何位置的缺陷都能得到比較理想的消除，能比較全面地改善鍛件的內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能；3)本實(shí)用新型可提高生產(chǎn)效率，延長模具使用壽命，降低鍛造成本；4)本實(shí)用新型提供的裝置既可用于大型鍛件的鐓粗，又可用于大型鍛件的拔長， 可用于重大工程和大型裝備中的輪軸類、管板類等各種大型鍛件的制造中，應(yīng)用范圍廣闊；5)本實(shí)用新型提供的裝置還具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，操作簡便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

圖1是實(shí)施例中所述的一種鍛造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.上砧；2.鍛件；3.下砧；4.共振器；5.換能器；6.彈簧；7.導(dǎo)線；8.超聲波發(fā)生器；9.控制器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例1如圖1所示本實(shí)施例提供的一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，包括鍛造壓機(jī)(圖中未示出)、上砧1、下砧3、共振器4、換能器5、超聲波發(fā)生器8和控制器9 ；共振器4、換能器5、超聲波發(fā)生器8和控制器9統(tǒng)稱為超聲波發(fā)生系統(tǒng)；在鍛件2的四周至少設(shè)置有一個(gè)超聲波發(fā)生系統(tǒng)，所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)優(yōu)選設(shè)置在上砧1或/和下砧3上。所述超聲波發(fā)生器8的一端與控制器9相連接，另一端通過導(dǎo)線7與換能器5相連接；所述換能器5的后方設(shè)置有彈簧6，前方設(shè)置有共振器4，共振器4通過換能器5和彈簧6的作用緊貼在鍛件2上，換能器5接受來自超聲波發(fā)生器8的電能時(shí)發(fā)生并輸出具有一定頻率的超聲波，所產(chǎn)生的超聲波通過共振器4傳入鍛件2中，通過超聲波的高頻振動(dòng)和輻射壓力可促使鍛件內(nèi)部夾雜破碎、空洞壓實(shí)愈合、組織均勻化，從而達(dá)到提高鍛件質(zhì)量的目的。所述的鍛造壓機(jī)可為水壓機(jī)、油壓機(jī)或機(jī)械壓機(jī)，也可以是其它的能對大型鍛件實(shí)施鍛造的設(shè)備。上砧1和下砧3均可為平砧、凹形砧、錐形砧、M形砧或V形砧中的任意一種，也可以是其它的能對鍛件實(shí)施鍛造的模具。超聲波發(fā)生器8的功率優(yōu)選> 10W，其頻率優(yōu)選> 15kHz?？刂破?上最好設(shè)置有功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以方便調(diào)節(jié)超聲波發(fā)生器的功率和頻率。所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的表現(xiàn)形式可以是按鍵、按鈕、旋鈕，也可以是觸摸屏。使用上述的鍛造裝置對大型鍛件進(jìn)行鍛造的操作如下將加熱到一定溫度的大型鍛件放置在所述鍛造裝置的下砧3上，開啟鍛造壓機(jī)， 在鍛造壓機(jī)對大型鍛件進(jìn)行鍛造的過程中，開啟所述鍛造裝置中的超聲波發(fā)生器8，使與其電連接的換能器5發(fā)生并輸出超聲波，并使產(chǎn)生的超聲波通過設(shè)置在換能器5前方的共振器4傳入鍛件2中，以增強(qiáng)鍛造效果。所述的大型鍛件，是指適于鍛造的具有較高可塑性的大型坯料或者經(jīng)過鍛造的大型工件，“大型”的衡量標(biāo)準(zhǔn)可以是重量，也可以是體積，用重量衡量時(shí)一般指鍛件重量不小于一噸，用體積衡量時(shí)一般指鍛件體積不小于0. 15立方米，兩個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)只要滿足一個(gè)的鍛件就可算作“大型鍛件”。鍛件材料包括但不限于鐵、鋁、銅等金屬及其合金，比如，本實(shí)用新型還可以用于粉末冶金材料的鍛造，甚至還可以用于復(fù)合材料的加工。本實(shí)施例采用直徑和高均為ail的圓柱形大型鍛件，材料為25CrNiMo，在所述大型鍛件加熱至1210 士 20°C時(shí)進(jìn)行鍛造，上下砧均采用平砧，在上下砧上各設(shè)置一個(gè)超聲波入口，超聲波通過上下砧同時(shí)進(jìn)入鍛件，超聲波發(fā)生器的功率為2000W，頻率為25kHz。對采用上述鍛造裝置所得到的鍛造件與采用傳統(tǒng)平砧鍛造法所得到的鍛造件進(jìn)行比較，考察其內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能，詳細(xì)結(jié)果見表1所示。表1鍛造件的內(nèi)部質(zhì)量和力學(xué)性能
權(quán)利要求1.一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，包括鍛造壓機(jī)、上砧和下砧，其特征在于還包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)，所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括共振器、換能器、超聲波發(fā)生器和控制器；所述超聲波發(fā)生器的一端與控制器相連接，另一端通過導(dǎo)線與換能器相連接，換能器的后方設(shè)置有彈簧，前方設(shè)置有共振器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的鍛造壓機(jī)為水壓機(jī)、油壓機(jī)或機(jī)械壓機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的上砧為平砧、凹形砧、錐形砧、M形砧、V形砧中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的下砧為平砧、凹形砧、錐形砧、M形砧、V形砧中的任意一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于在大型鍛件的四周至少設(shè)置有一個(gè)超聲波發(fā)生系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)設(shè)置在上砧或/和下砧上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器的功率彡10W，頻率彡15kHz。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的控制器上設(shè)置有功率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和頻率調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置，其特征在于所述的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為按鍵、按鈕、旋鈕或觸摸屏。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種大型鍛件的超聲波輔助鍛造裝置。所述的鍛造裝置包括鍛造壓機(jī)、上砧和下砧，其特征在于還包括超聲波發(fā)生系統(tǒng)，所述的超聲波發(fā)生系統(tǒng)包括共振器、換能器、超聲波發(fā)生器和控制器；所述超聲波發(fā)生器的一端與控制器相連接，另一端通過導(dǎo)線與換能器相連接，換能器的后方設(shè)置有彈簧，前方設(shè)置有共振器。本實(shí)用新型通過超聲波的輔助作用，可促使夾雜破碎，空洞壓實(shí)愈合，組織均勻化，能消除大型鍛件內(nèi)部的缺陷，從而增強(qiáng)鍛造效果，提高鍛件質(zhì)量，減少鍛造次數(shù)，降低鍛造成本。另外，本實(shí)用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低廉，操作簡便，應(yīng)用范圍廣，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號B21J9/00GK202316879SQ20112044861
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月14日
發(fā)明者張效迅, 張繼武, 李名堯, 李霞, 馬芳 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)