一种无屑精密下料用缺口棒料微结构裂纹萌生方法

摘要

一种无屑精密下料用缺口棒料微结构裂纹萌生方法，先将预制有环形“V”型缺口的金属棒料整体放置于电阻加热炉中，设定好电阻加热炉的加热速率后，电阻加热炉通电开始对金属棒料加热，待金属棒料的加热温度达到300-1000℃后，停止加热并对金属棒料进行保温；将金属棒料从电阻加热炉中移至棒料激冷装置并开启棒料激冷装置电源，使金属棒料在棒料激冷装置中进行旋转，调节好冷却水流速后开启冷却水电源，对加热过的金属棒料进行冲击水流激冷至水流温度，本发明能为不同材质金属棒料的无屑精密下料工艺提前预制均匀分布的多源性微结构裂纹群，使得后续的下料工序中的动态裂纹能够更快的进入扩展阶段，缩短整个下料时间，提高整体下料效率。

说明书

技术领域

本发明属于无屑棒料精密下料技术领域，具体涉及一种无屑精密下料 用缺口棒料微结构裂纹萌生方法。

背景技术

圆棒料是最基本的坯料形式之一，应用非常广泛，比如各种轴销类零 件，其精密下料工序作为大机器生产过程中的第一道工序，也是零件加工 开始的标志，其断料效率和断面质量将直接影响后续工序的繁杂程度及加 工成本。利用缺口根部特殊几何形状产生的缺口应力应变集中效应、高应 力三轴度下材料脆性化趋性及动态裂纹扩展方法新发展起来的新型无屑低 应力棒料精密下料技术使得金属的棒料下料过程实现了真正意义上的无屑 化节材生产。然而，新型的精密下料系统不管是机械式动力驱动还是液压 式动力驱动，其下料效率仍然不能满足大批量生产之所需，其关键瓶颈在 于扩展裂纹技术。

众所周知，扩展裂纹的完整寿命包括微结构裂纹的萌生寿命和宏观裂 纹的扩展寿命，微结构裂纹的萌生过程在整个裂纹扩展过程中起到了至关 重要的作用，其萌生寿命最多可占到整个寿命的80%，因此，多源性萌生 的微结构裂纹群更有利于后期微结构裂纹的连接和宏观裂纹的扩展，从而 大大缩短动态裂纹的寿命。对于新型无屑精密下料技术而言，微结构裂纹 的萌生主要来源于载荷的加载，不同的载荷形式对于产生的微结构裂纹群 的分布和数目也不同，然而受到载荷加载形式的限制，只能实现多点式加 载而不能实现真正意义上的面加载，棒料缺口根部只能产生为数不多的微 结构裂纹源。因此，为了提高无屑精密下料的断料效率，需要在精密下料 工序之前提前预制好均匀分布的微结构裂纹群。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种无屑精密 下料用缺口棒料微结构裂纹萌生方法，可实现缺口棒料在其缺口根部的局 部区域内萌生分布比较均匀的多源性微结构裂纹群，省去了后续下料工序 的微结构裂纹的萌生阶段，提高了整个无屑精密下料工艺的下料效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无屑精密下料用缺口棒料微结构裂纹萌生方法，具体步骤为：

步骤一、根据不同金属棒料的性能，将预制有环形“V”型缺口的金属 棒料整体放置于电阻加热炉中；

步骤二、根据金属棒料的不同材质，设定好电阻加热炉的加热速率5-30 ℃/s后，电阻加热炉通电开始对金属棒料加热；

步骤三、待金属棒料的加热温度达到300-1000℃后，停止加热并对金 属棒料进行保温2-5分钟；

步骤四、将金属棒料从电阻加热炉中移至棒料激冷装置并开启棒料激 冷装置电源，使金属棒料在棒料激冷装置中进行旋转；

步骤五、调节好冷却水流速3-8m/s后开启冷却水电源，对加热过的金 属棒料进行冲击水流激冷至水流温度。

所述的棒料激冷装置包括水管1，水管1采用固定安装方式，水管1内 部是冷却水7，冷却水7的流速预先设定，水管1上分布有两个以上的与“V” 型缺口4位置对应的喷头2，金属棒料3位于水管1下方，与水管1处于同 一垂直平面c内，金属棒料3通过位于其下方的被动辊子6和主动辊子5 进行支撑，被动辊子6的中心轴与主动辊子5的中心轴b位于同一平面d 内，主动辊子5由电机驱动，通过主动辊子5的转动使得金属棒料3绕其 对称轴a进行匀速旋转，其角速度为30-120转/分。

本发明采用电阻加热炉对金属棒料进行均匀加热，并利用棒料激冷装 置的主动转动方式使得金属料在整个激冷过程中达到均匀激冷，能为不同 材质金属棒料的无屑精密下料工艺提前预制均匀分布的多源性微结构裂纹 群，使得后续的下料工序中的动态裂纹能够更快的进入扩展阶段，缩短整 个下料时间，提高整体下料效率。

附图说明

图1为缺口棒料微结构裂纹萌生方法的示意图。

图2为缺口棒料微结构裂纹萌生方法冷却装置的主视图。

图3为缺口棒料微结构裂纹萌生方法冷却装置的左视图。

图4为环形“V”型缺口根部微结构裂纹萌生示意图。

图5为商用有限元软件ABAQUS仿真给出的微结构裂纹萌生示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

参照图1，一种无屑精密下料用缺口棒料微结构裂纹萌生方法，具体步 骤为：

步骤一、根据不同金属棒料3的性能，将预制有环形“V”型缺口的金 属棒料3整体放置于电阻加热炉中；

步骤二、根据金属棒料3的不同材质，设定好电阻加热炉的加热速率 5-30℃/s后，电阻加热炉通电开始对金属棒料3加热；

步骤三、待金属棒料3的加热温度达到300-1000℃后，停止加热并对 金属棒料3进行保温3分钟；

步骤四、将金属棒料3从电阻加热炉中移至棒料激冷装置并开启棒料 激冷装置电源，使金属棒料3在棒料激冷装置中进行旋转；

步骤五、调节好冷却水速3-8m/s后开启冷却水电源，对加热过的金属 棒料3进行冲击水流激冷至水流温度。

参照图2和图3，所述的棒料激冷装置包括水管1，水管1采用固定安 装方式，水管1内部是冷却水7，冷却水7的流速预先设定，水管1上分布 有两个以上的与“V”型缺口4位置对应的喷头2，金属棒料3位于水管1 下方，与水管1处于同一垂直平面c内，金属棒料3通过位于其下方的被 动辊子6和主动辊子5进行支撑，被动辊子6的中心轴与主动辊子5的中 心轴b位于同一平面d内，主动辊子5由电机驱动，通过主动辊子5的转 动使得金属棒料3绕其对称轴a进行匀速旋转，其角速度为30-120转/分。

参照图4和图5，步骤五中根据金属棒料3的性能，设置冷却水流速为 3-8m/s的冲击水流，如此设置，在“V”型缺口4根部将产生微结构裂纹8。