一种用于薄壁筒形件的旋压芯模的加工方法技术

一种用于薄壁筒形件的旋压芯模的加工方法，通过传统锻造、机加方式获得42CrMo合金钢旋压芯模基体，再通过激光熔覆技术在42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的外圆周表面熔覆一层硬质涂层，并通过最终表面磨削得到满足图纸设计要求的旋压芯模。由于旋压芯模在使用过程中，表面要承受来自旋轮巨大的径向、轴向及切向压力及冲击作用，这就对激光熔覆涂层的质量提出较高的要求，因此，制备与42CrMo合金钢旋压芯模基体表面熔合性好、内部无裂纹、气孔、疏松、分层缺陷的涂层是本发明专利技术的核心所在。本发明专利技术实现了旋压芯模的短周期、低成本制造，同时还提高旋压芯模表面耐磨性，划痕减少30％以上，延长了使用寿命。延长了使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种用于薄壁筒形件的旋压芯模的加工方法


[0001]本专利技术涉及旋压加工
，具体是一种薄壁筒形件旋压加工用旋压芯模的加工方法。

技术介绍

[0002]旋压加工是一种综合了锻造、挤压、拉伸、环轧、横轧和滚压等工艺特点，是材料近净成形十分有效的成形技术，尤其在加工薄壁回转体零件方面具有显著的优势，广泛地应用于航空航天等国防工业领域，如飞机发动机机匣、火焰筒零件、飞机浆帽、头罩、鱼雷壳体、导弹封头、固体发动机壳体、喷管、整流罩、隔热罩、制导舱壳体、油箱、鼻锥和炮管等。
[0003]在薄壁等内径筒形件旋压成形时，是将毛坯套装在旋压芯模上，由旋压机带动芯模和毛坯一起旋转，同时利用旋轮的压力和进给运动，使毛坯产生局部变形，最后获得薄壁等内径筒形件。旋压芯模作为旋压成形过程最关键的承压部件之一，在服役过程中表面承受很大的局部作用力，同时承受着较大扭矩和弯矩，以及旋压变形时材料与芯模间产生的摩擦、疲劳等交变载荷作用。因此，要求旋压芯模有较高的强度、刚度、硬度和良好的耐磨性。同时产品的内型精度及表面质量完全取决于旋压芯模尺寸精度和表面质量，因此，旋压芯模还需要较高的尺寸精度和表面粗糙度。总而言之，旋压芯模作为高性能、高精度的工装，其对材料和加工工艺均具有较高的要求，因此制造成本高昂。为了满足旋压芯模的使用要求，目前，旋压芯模一般选用淬火硬度在HRC≥53的模具钢材料制作，以Cr12MoV冷作模具钢居多，Cr12MoV高温塑性差、锻造容易开裂、成材率低、工艺难度大，造成旋压芯模制造周期长、成本高，而且整个芯模采用单一的模具钢材料制作而成，该类材料一般价格较为昂贵，高昂的材料成本进一步抬升了旋压芯模的制造成本，致使旋压芯模成为了旋压领域价值最高的工装。同时采用单一的模具钢材料制作旋压芯模，为了考虑旋压芯模的综合使用性能，无法单一追求旋压芯模表面淬火硬度，致使目前旋压芯模的表面硬度多集中于HRC53～58，提升旋压芯模表面硬度有利于提升旋压芯模表面的耐磨性，因此现有旋压芯模制造技术无法进一步提升旋压芯模表面的耐磨性。总而言之，目前旋压芯模制造技术存在的问题为制造成本高、制作周期长、表面耐磨性不高、易损耗等问题。
[0004]山西晋西精密机械有限责任公司在申请公布号为CN 102114511 A的专利申请中公开了一种筒形旋压芯模的加工方法，该专利技术阐述了针对9CrSi材料采用传统锻造、机加方式加工旋压芯模的具体过程，仍然是传统的采用模具钢整体制造旋压芯模的方式，无法避免传统制造方式存在的长周期和高成本问题。
[0005]为了降低旋压芯模制作成本，西安航天动力机械厂在公开号为CN 105344830 A的专利申请中公开了一种用于筒形件旋压的套管模具及其使用方法，该专利技术设计了一种组合模具，主要由基础模胎、梯形锁紧螺母和套管模胎组成，核心在于通过在基础模胎上组合装配使用不同外径的套管模胎来满足不同内径筒形件的旋压加工，由于套管模胎相比整个旋压芯模而言制作简单、耗材少，所以该专利技术在一定程度上降低了旋压模具的制作周期和成本，具有积极的工程意义，但该专利技术所涉及的基础模胎和套管模胎的制作仍然采用模具钢
及传统的加工方式，仍然没有摆脱模具钢加工过程中存在的锻造难度大、成材率低、工艺复杂、周期长和成本高的问题，使旋压芯模的制作周期长、成本高。福州大学在公开号为CN 112795918 A的专利申请中公开了H13模具钢修复再制造方法及装置，该专利技术特征在于采用“增材
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减材
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等材”三种先进制造工艺，实现H13模具钢高质量修复再制造，其中的增材制造工艺就是采用激光熔覆技术在H13模具钢表面制备一层Fe
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Cr基合金粉末，该专利技术虽对激光熔覆工艺的具体过程及参数进行了详细描述，但对于不同的基体材料和合金粉末，其激光熔覆工艺过程及参数存在很大区别，而本专利技术实施例中采用激光熔覆技术在42CrMo合金钢表面制备一层M2高速钢粉末，采用的基体材料和合金粉末与上述专利技术不同，因此本专利技术实施例中高速激光熔覆工艺过程及参数与公开号为CN 112795918 A的
技术实现思路
存在很大不同。
[0006]通过查阅现有旋压加工资料及调研旋压加工行业，获知国内外目前在旋压加工领域，所用的旋压芯模均是采用模具钢整体锻造再机加而成，普遍存在模具制备周期长、成本高、表面易损耗等问题，未曾发现采用新的技术加工旋压芯模的资料。

技术实现思路

[0007]为克服现有旋压芯模制造技术中存在的制造周期长、成本高、旋压芯模表面耐磨性不高、易损耗等不足，本专利技术提出了一种用于薄壁筒形件的旋压芯模的加工方法。
[0008]本专利技术的具体过程是：
[0009]步骤1，制备激光熔覆用42CrMo合金钢旋压芯模基体：
[0010]采用42CrMo合金钢锻件，制备42CrMo合金钢旋压芯模基体；
[0011]所述42CrMo合金钢旋压芯模基体用锻件由钢坯经680～700℃保温预热4～5h，在始锻温度为1130～1180℃、终锻温度≥850℃下锻造而成。
[0012]所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的表面硬度为HRC43～48。
[0013]步骤2，确定激光熔覆涂层用粉末：
[0014]确定以M2高速钢粉末作为所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的激光熔覆粉末，且该M2高速钢粉末在经过激光熔覆后，其硬度为HRC60～63。
[0015]步骤3，确定工艺参数：
[0016]将所述激光熔覆用粉末装入激光熔覆装置的粉仓中，设定激光熔覆工艺参数。
[0017]所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为1600～2000W，激光光斑直径为2.5～3.5mm，离焦量为12～14mm，线速度为18～20m/min，送粉速率为35～40g/min。采用氮气保护，保护气流量为6.5L/min。
[0018]步骤4，预加热：
[0019]对所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端进行预加热，具体是在所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面紧贴包裹LCD型履带式加热器。对该42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面加热至180～200℃。达到设定温度后保温10～15min。保温结束后拆除所述LCD型履带式加热器。
[0020]步骤5，激光熔覆成形：
[0021]当42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面温度＞150℃时，对所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端表面成形涂层，在该42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表
面得到厚度≥0.55mm的M2高速钢涂层。
[0022]所述激光熔覆成形的具体过程是，将激光熔覆枪头置于42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端，并位于靠近42CrMo合金钢旋压芯模基体的连接端的起始点处；启动激光熔覆装置进行一道次激光熔覆成形，使所述激光熔覆枪头从起始点开始，沿该42CrMo合金钢旋压芯模基体轴向，在该42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端匀速移动，直至42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面全部完成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种薄壁筒形件用旋压芯模的复合加工方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，制备激光熔覆用42CrMo合金钢旋压芯模基体：采用42CrMo合金钢锻压成型，得到42CrMo合金钢旋压芯模基体；步骤2，确定激光熔覆涂层用粉末：确定以M2高速钢粉末作为所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的激光熔覆粉末，且该M2高速钢粉末在经过激光熔覆后，其硬度为HRC60～63；步骤3，确定工艺参数：将所述激光熔覆用粉末装入激光熔覆装置的粉仓中，设定激光熔覆工艺参数；所述激光熔覆工艺参数为：激光功率为1600～2000W，激光光斑直径为2.5～3.5mm，离焦量为12～14mm，线速度为18～20m/min，送粉速率为35～40g/min；采用氮气保护，保护气流量为6.5L/min；步骤4，预加热：对所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端进行预加热，具体是在所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面紧贴包裹LCD型履带式加热器；对该42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面加热至180～200℃；达到设定温度后保温10～15min；保温结束后拆除所述LCD型履带式加热器步骤5，激光熔覆成形：当42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面温＞150℃时，对所述42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端表面成形涂层，在该42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面得到厚度≥0.55mm的M2高速钢涂层；步骤6，着色探伤：对42CrMo合金钢旋压芯模基体的成形端的表面制备的涂层...

【专利技术属性】
技术研发人员：写旭，吴军，赵琳瑜，尚勇，肖立军，方拓，邵芬，杜英军，李涛，王鹏伟，
申请(专利权)人：西安航天动力机械有限公司，
类型：发明
国别省市：