專利名稱：一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法
技術領域：
本發明涉及一種汽輪發電機組或核電站用的鍛件，特別涉及一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法。
背景技術：
護環是汽輪發電機組的主要部件之一，套裝在轉子兩端部，它對轉子端部繞組起著固定、保護、防止變形、位移和偏心作用。護環承受轉子繞組端部及自身的巨大離心力、彎曲應力及熱套應力等，同時還須防止轉子端部因漏磁造成損耗而影響電機效率。它是汽輪發電機組承受應力最高的部件。為了保證機組的安全運轉，要求護環要有足夠高的強度和塑性指標、均勻的力學性能和最小的殘余應力，以及具有低磁性或無磁性。具備以上條件的護環必須用奧氏體無磁鋼材料來制造，由于無相變奧氏體鋼，不能通過傳統的材料熱處理方式來提高其強度，只能通過材料的冷變形強化來達到目的，冷變形強化是當工件的外形被拉長或壓扁時，其內部晶粒的形狀也隨之被拉長或壓扁，導致晶格發生畸變，使金屬進一步滑移的阻力增大，因此金屬的強度和硬度顯著提高，塑性和韌性明顯下降，產生所謂“變形強化”現象。現有護環鋼的冷變形強化，一般是采用高壓由內向外進行“脹形”強化。中國專利申請號201020666961. 3、授權公告號CN201918820U公開了一種實用新型一種無磁鋼電機護環。該實用新型電機護環02內設有用于低溫冷變形加工的下模04與上模01，在所述上模01與下模04之間還設有保護層03，其下模04是由若干個模塊拼接而成的環形體，環形體的外環為圓形內環為多邊形，環形體的外環與電機護環02的內表面配合，環形體的內表面與保護層03的外表面配合，保護03層的內表面與上模01的外表面配合。該實用新型雖然在下模04與上模01之間添加了保護層03，該保護層03可將下模04與上模01隔離開，且在擠壓的過程中起到了輔助潤滑的作用，可以順利快捷的將護環進行冷變形強化，提高低溫塑性變形的變形量。但是該護環02的內側變形量較外側大，當護環內側的達到力學性能指標滿足設計要求時，其外側的變形量不足，造成護環內外側的力學性能相差很大，此冷變形強化方法也難以滿足護環的力學性能要求；且下模04為若干個模塊拼接而成的環形體，隨著電機護環02內側尺寸的擴大，下模04也會出現模塊的分離，電機護環04內側在繼續冷擴過程中，受壓不均勻，容易影響電機護環02內側尺寸的精度。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中所存在的上述不足，提供一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法。為了實現上述發明目的，本發明提供了以下技術方案
一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，所述模具包括將所述環形無磁鋼鍛件內孔擴大的冷擴模具，以及將所述環形無磁鋼鍛件外徑縮小的冷壓模具。優選地，所述冷擴模具包括至少一套沖模，其中每套沖模包括上沖模和下沖模，所述上沖模、下沖模與所述環形無磁鋼鍛件內孔相互配合，并圍成一個密閉空腔，所述上沖模承載壓機沖壓。優選地，所述冷壓模具包括上壓模和下壓模，所述上壓模、下壓模與環形無磁鋼鍛件外側相互配合，所述環形無磁鋼鍛件內孔設有與之相互配合的芯棒，所述上壓模承載壓機沖壓。優選地，與環形無磁鋼鍛件內孔相互配合的所述上沖模、下沖模均為圓臺形，所述上沖模、下沖模的圓臺小端分別嵌入所述環形無磁鋼鍛件內孔。圓臺形狀的上沖模、下沖模不僅能夠增加形成環形無磁鋼鍛件空腔的密閉性，而且便于壓機將上沖模、下沖模壓入環形無磁鋼鍛件內孔，同時便于冷擴完畢壓力卸壓后上沖模、下沖模從環形無磁鋼鍛件上拆卸下來。優選地，與環形無磁鋼鍛件外側相互配合的所述上壓模表面、下壓模表面為內凹弧面。優選地，所述上壓模、下壓模之間通過承載彈簧相互連接。上壓模表面、下壓模表面設計為內凹弧面，增大了上壓模、下壓模與環形無磁鋼鍛件外側的接觸面積，上壓模、下壓模之間設置的承載彈簧可以使環形無磁鋼鍛件夾持的更為平穩，上壓模、下壓模在承受壓機下壓時能保持相互平行擠壓環形無磁鋼鍛件，利于環形無磁鋼鍛件冷壓時變形更為均勻。一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具的使用方法，包括以下步驟
步驟一、將環形無磁鋼鍛件在所述冷擴模具上進行由內向外冷擴，即將環形無磁鋼鍛件豎直放置在上沖模和下沖模之間，所述環形無磁鋼鍛件內孔、上沖模、下沖模相互配合，且所述環形無磁鋼鍛件內孔與所述上沖模、下沖模圍成一個密閉空腔，所述空腔內設有超高壓液體，所述上沖模承載壓機沖壓，控制所述環形無磁鋼鍛件內孔冷擴變形量達到工藝規定尺寸；
步驟二、將環形無磁鋼鍛件在所述冷壓模具進行外側冷壓，將所述環形無磁鋼鍛件以臥放方式放置在上壓模、下壓模之間，所述上壓模、下壓模與環形無磁鋼鍛件外側相互配合，所述環形無磁鋼鍛件內孔插有與之相互配合的芯棒，所述上壓模承載壓機沖壓，控制所述環形無磁鋼鍛件外徑冷壓變形量達到工藝規定尺寸要求。環形無磁鋼鍛件內孔、上沖模、下沖模相互配合形成密封的空腔，空腔內設有超高壓液體，在壓機強大壓力的作用下，上沖模、下沖模則相向擠壓環形無磁鋼鍛件內孔，空腔將會變小，則空腔內的超高壓液體體積也相應變小而產生超高壓，該液體產生的超高壓會反向擠壓環形無磁鋼鍛件，從而促使環形無磁鋼鍛件內孔直徑向外變大，而整個環形無磁鋼體積是一定的，相應的高度會變小；通過控制壓機的壓下量，實現控制環形無磁鋼鍛件內孔直徑向外擴大的變形量。通過超高壓液體促使環形無磁鋼鍛件內孔變形會更加均勻，環形無磁鋼鍛件內孔越小、鍛件壁厚越厚，所需要的變形壓強會越大，在冷擴模具變形過程中，隨時環形無磁鋼鍛件內孔直徑的變大，為了更好的保證精度，會更換不同大小的冷擴模具來與環形無磁鋼鍛件內孔所匹配。用上壓模、下壓模在進行環形無磁鋼鍛件冷壓時，為了環形無磁鋼鍛件外形冷壓的均勻，通過壓機的壓下量來控制環形無磁鋼鍛件被冷壓的變形量，并在每冷壓一段時間之后，轉動環形無磁鋼鍛件再進行冷壓，使其外形的變形量保持均勻；同時為了避免破壞已經冷擴到規定工藝尺寸的環形無磁鋼鍛件內孔，在環形無磁鋼鍛件內孔里適配有一根芯棒，待環形無磁鋼鍛件外徑冷壓至規定工藝尺寸時，再將內孔的芯棒拆除即可，在拆除芯棒時可以借助壓機將其從環形無磁鋼鍛件上拆卸下來。優選地，所述超高壓液體介質為水。超高壓液體選擇普通的水，水在壓機強大壓力的作用下，在上沖模、下沖模和環形無磁鋼鍛件內孔所圍成的密閉空間由于體積變小而產生超高壓使環形無磁鋼鍛件內孔冷擴，這種超高壓力的大小可以根據環形無磁鋼鍛件的尺寸和壓機施壓力的大小而選擇，其最大可以達到6000-7000個大氣壓，完全可以達到環形無磁鋼鍛件內孔變形所需要的壓力，且水在冷擴過程中不會損傷或腐蝕環形無磁鋼鍛件，成本也低廉。優選地，所述環形無磁鋼鍛件內孔若為異型孔，如階梯孔，則先將環形無磁鋼鍛件內孔加工成圓孔并留有一定余量，再進行所述從內向外冷擴以及所述外側冷壓，最后將所述環形無磁鋼鍛件圓形通孔加工成所需異型孔。如果對加工成具有異型孔型的內孔的環形無磁鋼鍛件直接進行由內向外冷擴和外側冷壓，則冷變形之后的環形無磁鋼鍛件由于壁厚不相同，容易造成環形無磁鋼鍛件變形不均勻，不能滿足所需工藝尺寸，且內外側壁厚薄不同位置的力學性能相差也會很大；而先將環形無磁鋼鍛件內孔加工成圓形通孔并留有一定余量，再進行所述從內向外冷擴以及所述外側冷壓，最后將所述環形無磁鋼鍛件圓孔加工切除多于余量成所需異型孔，其切除圓孔余量并不會影響其所需強度、硬度等力學性能要求。與現有技術相比，本發明的有益效果
本發明所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法，通過將環形無磁鋼鍛件依次進行由內向外冷擴后再進行外側冷壓，內側變形量和外側變形量相當，能夠滿足環形無磁鋼鍛件的力學性能要求；且該方法不需要設保護層以及環形體下模，方法簡單、操作方便、安全可靠。
圖1為現有無磁鋼電機護環模具的結構示意圖。圖2為現有無磁鋼電機護環、下模與保護層的俯視示意圖。圖3為本發明所述環形無磁鋼鍛件在由內向外冷擴時與冷擴模具配合結構示意圖(其中無磁鋼鍛件為剖視圖)。圖4為本發明所述環形無磁鋼鍛件內孔由內向外冷擴至規定尺寸后的結構示意圖(其中無磁鋼鍛件為剖視圖)。圖5為本發明所述環形無磁鋼鍛件外側冷壓時與冷壓模具配合結構示意圖。圖6為本發明所述環形無磁鋼鍛件在通過冷變形強化之后加工為所需異型孔后的成品剖視圖。圖中標記、
O1、上模，02、電機護環，03、保護層，04、下模。1、環形無磁鋼鍛件，201、上沖模，202、下沖模，3、超高壓液體，401、上壓模，402、下壓模，5、承載彈簧，6、芯棒，7、階梯孔。
具體實施方式
下面結合試驗例及具體實施方式
對本發明作進一步的詳細描述。但不應將此理解為本發明上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本發明內容所實現的技術均屬于本發明的范圍。如圖3-5所示，一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，所述模具包括將所述環形無磁鋼鍛件I內孔擴大的冷擴模具，以及將所述環形無磁鋼鍛件I外徑縮小的冷壓模具。其中冷擴模具包括至少一套沖模，其中每套沖模包括上沖模201和下沖模202，所述上沖模201、下沖模202與所述環形無磁鋼鍛件I內孔相互配合，并圍成一個密閉空腔，所述上沖模201承載壓機沖壓；其中冷壓模具包括上壓模401和下壓模402，所述上壓模401、下壓模402與環形無磁鋼鍛件I外側相互配合，所述環形無磁鋼鍛件I內孔設有與之相互配合的芯棒6，所述上壓模401承載壓機沖壓。本發明中與環形無磁鋼鍛件I內孔相互配合的上沖模2001、下沖模202均為圓臺形。因為圓臺形狀的上沖模201、下沖模202不僅能夠增加形成環形無磁鋼鍛件I空腔的密閉性，而且便于壓機將上沖模201、下沖模202壓入環形無磁鋼鍛件I內孔，同時便于冷擴完畢壓力卸壓后上沖模201、下沖模202從環形無磁鋼鍛件I上拆卸下來。為了上壓模401、下壓模402將環形無磁鋼鍛件I夾持的更為平穩，冷壓更為可靠，將上壓模401表面、下壓模402表面設計為內凹弧面且二者之間設置的承載彈簧5相互連接，內凹弧面可以增大了上壓模401、下壓模402與環形無磁鋼鍛件I外側的接觸面積，上壓模401、下壓模402在承受壓機下壓時能保持相互平行擠壓環形無磁鋼鍛件1，利于環形無磁鋼鍛件I冷壓時變形更為均勻。一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具的使用方法，包括以下步驟
步驟一、將環形無磁鋼鍛件I進行由內向外冷擴，控制所述環形無磁鋼鍛件I內孔冷擴變形量達到工藝規定尺寸；
步驟二、將環形無磁鋼鍛件I進行外側冷壓，控制所述環形無磁鋼鍛件I外徑冷壓變形量達到工藝規定尺寸要求。其中，步驟一中環形無磁鋼鍛件I進行從內向外冷擴時，將環形無磁鋼鍛件I豎直放置在下沖模202和上沖模201之間，環形無磁鋼鍛件I內孔、上沖模201、下沖模202相互配合，并圍成一個空腔，空腔內設有超高壓液體3，上沖模201承載壓機沖壓。在壓機強大壓力的作用下，上沖模201、下沖模202則相向擠壓環形無磁鋼鍛件I內孔，空腔將會變小，則空腔內的超高壓液體3體積也相應變小而產生超高壓，該液體3產生的超高壓會反向擠壓環形無磁鋼鍛件1，從而促使環形無磁鋼鍛件I內孔直徑向外變大，相應的高度會變小；通過控制壓機的壓下量，實現控制環形無磁鋼鍛件I內孔直徑向外擴大的變形量。步驟二中環形無磁鋼鍛件I進行冷壓時，將所述鍛件I以臥放方式放置在上壓模401、下壓模402之間，上壓模401、下壓模402與環形無磁鋼鍛件I外側相互配合，上壓模401承載壓機沖壓。為了環形無磁鋼鍛件I外形冷壓的均勻，通過壓機的壓下量來控制環形無磁鋼鍛件I被冷壓的變形量，并在每冷壓一段時間之后，轉動環形無磁鋼鍛件I再進行冷壓，使其外形的變形量保持均勻；同時為了避免破壞已經冷擴到規定工藝尺寸的環形無磁鋼鍛件I內孔，在環形無磁鋼鍛件I內孔里適配有一根芯棒6，待環形無磁鋼鍛件I外徑冷壓至規定工藝尺寸時，再將內孔的芯棒6拆除即可。通過超高壓液體3促使環形無磁鋼鍛件I內孔變形會更加均勻，環形無磁鋼鍛件I內孔越小、鍛件壁厚越厚，所需要的變形壓強會越大，在冷擴模具變形過程中，隨時環形無磁鋼鍛件I內孔直徑的變大，為了更好的保證精度，會更換不同大小的冷擴模具來與環形無磁鋼鍛件I內孔所匹配。例如外徑為600mm、內徑為200mm、高度為600mm的環形無磁鋼鍛件I的內孔從200_冷擴到350_，實驗表明其內孔在逐漸冷擴過程中為了保持冷擴模具與內孔的匹配和密封效果，需要更換不同大小的五套冷擴模具。超高壓液體3選擇為水，水最大可以達到6000-7000個大氣壓，能滿足環形無磁鋼鍛件I內孔冷擴所需要壓強，且水在冷擴過程中不會損傷或腐蝕環形無磁鋼鍛件1，普通的水成本也低廉。另外，當環形無磁鋼鍛件內孔不是規則圓形孔，而是異型孔時，如階梯孔7，如圖6所示，如果對加工成具有異型孔型的內孔的環形無磁鋼鍛件I直接進行由內向外冷擴和外側冷壓，則冷變形之后的環形無磁鋼鍛件I由于壁厚不相同，容易造成環形無磁鋼鍛件I變形不均勻，不能滿足所需工藝尺寸，且內外側壁厚薄不同位置的力學性能相差也會很大；而先將環形無磁鋼鍛件I內孔加工成圓形通孔并留有一定余量，再進行從內向外冷擴以及外側冷壓，最后將環形無磁鋼鍛件圓孔加工切除多于余量成所需異型孔，如圖示6中所示的階梯孔7，其切除圓孔余量并不會影響其所需強度、硬度等力學性能要求。其強度、硬度等力學性能要求可以通過環形無磁鋼鍛件I沿高度方向的兩端留有的試料區進行檢測。本發明所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法，不需要通過設置保護層以及環形體下模來進行冷變形強化，而是直接將環形無磁鋼鍛件依次進行由內向外冷擴后再進行外側冷壓，即能夠滿足環形無磁鋼鍛件的力學性能要求；方法簡單、操作方便、安全可靠。
權利要求
1.一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，所述模具包括將所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔擴大的冷擴模具，以及將所述環形無磁鋼鍛件(I)外徑縮小的冷壓模具。
2.根據權利要求1所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，所述冷擴模具包括至少一套沖模，其中每套沖模包括上沖模(201)和下沖模(202)，所述上沖模(201)、下沖模(202)與所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔相互配合，所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔與所述上沖模(201)、下沖模(202)圍成一個密閉空腔，所述上沖模(201)承載壓機沖壓。
3.根據權利要求1或2所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，所述冷壓模具包括上壓模(401)和下壓模(402)，所述上壓模(401)、下壓模(402)與環形無磁鋼鍛件⑴外側相互配合，所述環形無磁鋼鍛件⑴內孔插有與之相互配合的芯棒(6)，所述上壓模(401)承載壓機沖壓。
4.根據權利要求2所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，與環形無磁鋼鍛件(I)內孔相互配合的所述上沖模(201)、下沖模(202)均為圓臺形，所述上沖模(201)、下沖模(202)的圓臺小端分別嵌入所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔。
5.根據權利要求3所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，與環形無磁鋼鍛件(I)外側相互配合的所述上壓模(401)表面、下壓模(402)表面為內凹弧面。
6.根據權利要求5所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具，其特征在于，所述上壓模(401)、下壓模(402)之間通過承載彈簧(5)相互連接。
7.一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具的使用方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟一、將環形無磁鋼鍛件(I)在所述冷擴模具上進行由內向外冷擴，即將環形無磁鋼鍛件(I)豎直放置在所述上沖模(201)和下沖模(202)之間，所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔、上沖模(201)、下沖模(202)相互配合，并圍成一個空腔，所述空腔內裝有超高壓液體(3)，所述上沖模(201)承載壓機沖壓，控制所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔冷擴變形量達到工藝規定尺寸； 步驟二、將環形無磁鋼鍛件(I)在所述冷壓模具進行外側冷壓，將所述環形無磁鋼鍛件(I)以臥放方式放置在所述上壓模(401)、下壓模(402)之間，所述上壓模(401)、下壓模(402)與環形無磁鋼鍛件(I)外側相互配合，所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔插有與之相互配合的芯棒￠)，所述上壓模(401)承載壓機沖壓，控制所述環形無磁鋼鍛件(I)外徑冷壓變形量達到工藝規定尺寸要求。
8.根據權利要求7所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具的使用方法，其特征在于，所述超高壓液體(3)介質為水。
9.根據權利要求7或8所述的一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具的使用方法，其特征在于，所述環形無磁鋼鍛件(I)內孔若為異型孔，如階梯孔(7)，則先將環形無磁鋼鍛件⑴內孔加工成圓孔并留有一定余量，再進行所述由內向外冷擴以及所述外側冷壓，最后將所述環形無磁鋼鍛件(I)圓孔加工成所需異型孔。
全文摘要
本發明公開了一種環形無磁鋼鍛件冷變形強化用模具及使用方法，該模具包括冷擴模具包括上沖模和下沖模，所述上沖模、下沖模與所述環形無磁鋼鍛件內孔相互配合，并圍成一個密閉空腔，所述上沖模承載壓機沖壓；冷壓模具包括上壓模和下壓模，所述上壓模、下壓模與環形無磁鋼鍛件外側相互配合，環形無磁鋼鍛件內孔設有與之相互配合的芯棒，且上壓模承載壓機沖壓。使用該模具的方法包括，步驟一、將環形無磁鋼鍛件進行由內向外冷擴至規定尺寸；步驟二、將環形無磁鋼鍛件進行外側冷壓至規定尺寸。本發明方法簡單、操作方便、安全可靠，能夠滿足環形無磁鋼鍛件的力學性能要求。
文檔編號B21D26/033GK103008476SQ20121058295
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者丁宇, 鮮勇, 朱立祥 申請人:德陽萬鑫電站產品開發有限公司