超大型环状构件自由锻造方法 【技术领域】
本发明涉及一种冶金锻造方法，特别是一种超大型环状构件的自由锻造方法。
背景技术
目前锻造行业里锻造环状构件类锻件均采用下面的变形方式来成形：拔长下料、镦粗、冲孔、马杠扩孔、平整。
1、拔长下料：将坯料锻成圆柱形，按工艺重量切取相应长度；
2、镦粗：减小坯料高度、增加坯料直径，为冲孔做准备；
3、冲孔：将实心料锻制成空心，是马杠扩孔的前道工序；
4、端面平整：保证锻件高度的重要工序。
对于外径大的超大型环状构件类锻件，超过现有设备能力，锻造此类锻件遇到以下几个难点：
1、外径超过回转台直径，不能进行平整，从而不能保证锻件高度尺寸H。
2、难修复。由于环状构件外径太大，一旦扩孔后内孔尺寸超过要求尺寸，就不能再修复。
一般环状构件的自由锻造扩孔过程中如果出现内孔大于要求尺寸，则采用“紧缩”的方法来减少内外径修复。然而对于超大环状构件来说锻件高度加上下V砧的高度就已经超过了压力机的作业高度，因而不能进行“紧缩”操作。
按常规锻造内径大的环状构件应该选择大马杠进行，但现在如果采用大马杠进行扩孔，马杠高度+马架高度+环状构件壁厚就会超过设备的行程，因此必须选择直径小的马杠，但如果用小马杠的话还会出现“梅花坑”缺陷。
因此，对于超大型环状构件的锻造的很多问题还有待解决。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种超大型环状构件的自由锻造方法，该方法适用于在超出设备能力、工具不配套的情况下生产超大型环状构件，可保证产品质量，使锻件达到规定要求。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
超大型环状构件自由锻造方法，包括拔长下料、镦粗、冲孔、马杠扩孔、端面平整工序，其特征在于，该方法采取两次扩孔，即予扩孔和最终扩孔，予扩孔后的半成品坯料的外径接近成品最终尺寸，再采用平整、最终扩孔过程，使成品锻件达到规定要求。
所述的预扩孔坯料的高度按如下公式计算：H0＝KH；
式中：H0--预扩孔坯料的高度；K-展宽系数；H-成品锻件的高度
最终扩孔时的锻造温度是900℃-1000℃。
最终扩孔时的压下量每次20-30mm，转动角小于5°。
本发明的优点是：在超出设备能力、工具不配套的情况下生产超大型环状构件，可保证产品质量，使锻件达到规定要求。
【具体实施方式】
对于外径大的超大型环状构件类锻件，本发明确定如下的变形方案：
1、采取：予扩孔-平整-最终扩孔，代替一般的一次扩孔方法。予扩孔、平整这一工序是非常重要的，是必需的。扩孔变形量越大，那么环状构件不论高度H还是内外径的变化也越大，也就是说越难控制环状构件的最终各个尺寸的值。因此，采取予扩孔-平整-再扩孔，增加一次扩孔，减少最终扩孔时的变形量，能更准确的控制最终尺寸。
2、合理确定锻件最终扩孔前的坯料各部分尺寸。
超大环状构件的关键数据包括有：外径D、内径d和高度H。
我们采用予扩孔的目的是减小最终扩孔时的变形量，那么予扩孔后的半成品坯料的外径越接近成品最终尺寸越好。最关键是确定预成型平整后的锻坯高度问题，我们经过分析讨论和计算，对比了几种计算锻坯高度的方法，其中一种经验计算认为在壁厚上每减少3mm在高度上就增加1mm，即“3:1学说”。但此计算公式只考虑了压下量与展宽量之间的关系，但此公式不能适用于所有的条件，局限性比较大。
另一种计算方法是通过查展宽系数表，按计算公式
H0＝1.05KH
1.05--修整系数 K--展宽系数
H0--扩孔前坯料高度 H--成品锻件的高度
这种方法考虑了压下量(d/d0)，也把锻件高度H计算在内，比前一种计算方法更全面，但它没有按最小阻力定律这一基本规律取计算，存在着较大缺陷。
本发明综合了上述两种方法，并根据生产经验，把前述的第二种计算方法的展宽系数作为参考值，针对具体情况，应用最小阻力定律进行分析修订，重新确定了扩孔前坯料高度H0与成品锻件的高度H之间的关系。
扩孔前坯料高度H0与成品锻件的高度H之间的关系按如下公式计算：H0＝KH；
式中：H0--预扩孔前坯料高度；K-展宽系数；H-成品锻件的高度
3、最后扩孔是锻造温度在1000℃～900℃之间，这样能保证每次压下量均匀。
4、以小压下量，小角度均匀转动，转动角在5°以下，均匀加压，以保证不会出现“梅花坑”。经过实际验证是合理的，达到了设计要求。
通过实践锻造，实测锻件，验证上述锻造方法是合理的。予锻坯料尺寸的确定能够达到成品的要求。
下面通过具体实施例进一步说明本发明地技术方案。
应用现有的2500t水压机及Φ1860mm的镦粗回转台为鞍钢小型厂生产了Φ2410的环状构件，2500t的水压机的作业高度为3000mm，而此环状构件的直径为Φ2410mm，加上下V砧的高度900mm，最后高度超出水压机的作业高度，因此，采用上述方法进行锻制。
应用上述方法的计算公式，将上述第二种方法所选用的展宽系数作为参考值，应用最小阻力定律进行分析和修订，根据成品锻件的高度H确定了预扩孔前坯料高度，在预扩孔扩到内径Φ1000mm以下时，用Φ600mm马杠扩孔，考虑到最小阻力定律，根据参考书《锻造工艺学》(第82页，西北工业大学出版社出版，见附件)及经验展宽系数K应取0.86，则：
Ho＝KH＝0.86×630＝542
最终我们确定了预成型后的坯料尺寸如下：
外径：D0＝1800mm
内径：d0＝860mm
高度：H0＝542mm
最后扩孔时的锻造温度为1000℃～900℃之间，能够保证每次压下量均匀，以小的压下量，每次20～30mm，小角度转动，转动角在5°以下，均匀加压。
最后锻造的结果：
外径：D＝2360+50＝2400mm
内径：d＝1980-70＝1920mm
高度：H＝580+50＝630mm
全部符合要求尺寸。