CN102029348A

CN102029348A - 40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法及模具

Info

Publication number: CN102029348A
Application number: CN 201010566173
Authority: CN
Inventors: 周志明; 唐丽文; 罗荣; 范青松; 胡�治; 胡俊德; 雷彬彬; 胡洋
Original assignee: Chongqing University of Technology
Current assignee: Chongqing University of Technology
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2011-04-27

Abstract

40Cr钢机匣体类零件的多向模锻工艺方法及模具，属于金属材料塑性成形技术领域，目的在于有效地避免现有开式模锻工艺和等温模锻工艺存在的问题。本发明多向模锻工艺，包括下料、加热、多向模锻步骤，多向模锻过程为：(1)下棒料经中频感应加热至1000℃～1180℃；(2)用多向模锻模具对加热毛坯一次成形。本发明的多向模锻模具，包括旋转对称的左、右侧凸模，旋转对称上半凹模、下半凹模、对称的侧凸模固定板以及上、下模座、上、下半凹模垫板组成的模架。本发明工艺流程合理，工艺参数与性能稳定；模具结构简单，制造、安装和使用方便，工作可靠；可大大减少锻件同模膛的摩擦阻力，显著提高模具寿命，提高锻件表面质量，材料利用率大，并且实现了一次成形，无需预锻。

Description

40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法及模具

技术领域

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，特别涉及用于生产机械40Cr钢机匣体类零件的多向模锻生产工艺及模具。

背景技术

40Cr钢是一种低淬透性调质钢，也是国内应用最广泛的合金调质钢，但是40Cr钢的机加性能不太好。目前，国内军工系统对于40Cr钢机匣体类零件，传统的方法是采用模锻锤上开式模锻工艺生产，其工艺流程为下料→加热→锻造→切边。其工艺存在的主要问题是，飞边过厚，金属损耗大，锻件公差大，后续的机械加工余量大，材料的利用率低，另外由于锤模锻速度高，常因速度敏感性强而引起锻件表面裂纹。韩家学、王勇围等“45和40Cr钢曲柄锻造余热调制工艺”（参见金属热处理，2009（4），75～77页）提出对40Cr圆钢经中频感应加热精密锻造成形后进行余热恒温调质处理，能显著提高40Cr钢曲柄的淬透性和其他力学性能，组织和硬度分布均匀。但精密锻造成形变形抗力大，模具的工作状态恶劣，导致模具受用寿命低。邓磊、夏巨谌、王新云等“机匣体多向精锻工艺研究”（参见中国机械工程，2009（4），869～872页）提出了采用多向精锻工艺加工7A04机匣体类锻件的技术方案，设计了包括辊锻制坯、多向精锻预成型和多向精锻终成形的工艺方案以及可分凹模结构的多向精锻模具。采用热力耦合有限元方法对锻件成形过程进行了数值模拟，并在模拟结果基础上，确定机匣体锻件需两工步多向精锻成形的工艺。其优点是锻件尺寸容易得到保证，但制坯需要辊锻工艺，并且多向模锻工艺需两工步，效率不高。夏巨谌、胡国安等研究了7A04铝合金机匣体类零件多向模锻模具及多向模锻工艺（中国专利文献CN 101214526和CN 201217051Y）等，然而没有人通过采用多向模锻工艺对40Cr钢机匣体类进行多向模锻的研究。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种40Cr钢机匣体类零件的多向模锻工艺方法，并提供实现多向模锻工艺的多向模锻模具，目的在于有效地克服现有开式模锻工艺和等温模锻工艺存在的问题。

本发明的一种40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据工艺要求，选用合适形状的40Cr钢材料进行下料，得到长度合适的毛坯件；

（2）在加热装置中将毛坯件加热至1000℃～1180℃；

（3）将毛坯件移入多向模锻模具的模膛内，毛坯靠模膛内对应于热锻件大头一端放置，对毛坯件模锻一次成形。

一种用于前述模锻工艺方法的多向模锻模具，其特征在于：包括上半凹模、下半凹模、左侧凸模、右侧凸模、支撑模架以及在脱模时将锻件顶出的顶出机构，水平对称的上半凹模与下半凹模具有凸形截面，为水平对称分模结构；左侧凸模与右侧凸模具有凸形截面，为垂直对称结构；上半凹模、下半凹模与左侧凸模和右侧凸模对应部位设置有型槽，该型槽用于成形锻件两侧凸台；上半凹模、下半凹模、左侧凸模和右侧凸模所构成的模膛与预先设计好的机匣体热锻件形状和尺寸相同；

上半凹模与支撑模架的上模座连接，上模座带动上半凹模上下移动；下半凹模设置在支撑模架的下模座上；

左侧凸模连接在左侧凸模滑块上，右侧凸模连接在右侧凸模滑块上；左侧凸模滑块、右侧凸模滑块分别带动左侧凸模、右侧凸模横向移动。

进一步的特征是：所述上半凹模对应于左侧凸模、右侧凸模的前后两端均设有3°～5°的拔模斜面，下半凹模对应于左侧凸模、右侧凸模的前后两端均设有1°～3°的拔模斜面。

所述的的顶出机构，由直接与锻件接触的上顶杆、顶出器垫板、下顶出器垫板、下顶杆及下顶出器构成，上顶杆是若干根，上顶杆的下端设置在顶出器垫板上，顶出器垫板内设置下顶出器，顶出器的下端与下顶杆的上端接触；下半凹模和下模座内都设置有顶出孔，方便上顶杆或下顶杆穿过。

所述上半凹模和下半凹模均对应设置有导正销和导正孔。

本发明可有效的克服现有两种模锻工艺存在的问题。其中，最关键的是多向模锻工艺与模具，将凹模设计成上半凹模与下半凹模水平对称分模结构，左、右侧凸模分布在上、下两半凹模模块纵向对称线的两边，模膛对称分布，锻件均处于强烈的三向压应力状态。本发明与模锻锤上开式模锻相比其优点是：本发明的多向模锻在一次加热后完成，且不需切边工序；变形金属处于强烈的三向压应力状态，因而其塑性成形性能大为提高，加上在多向模锻液压机上模锻，其成形速度比锤上模锻成形速度低得多，不存在速度过高而出现的速度敏感性强导致表面产生裂纹的现象发生；锻件无飞边金属损耗，且余量和公差小，比开式模锻的材料利用率提高30%以上。

本发明工艺流程合理，工艺参数与性能稳定；模具结构简单，制造、安装和使用方便，工作可靠；毛坯经中频加热至1000℃～1180℃，通过锻造变形，锻件处于三向压力状态下成形，显著提高了40Cr钢的塑性成形性能；将模具设计成多向分模结构并实现一次多向模锻成形，可大大减少模锻成形和锻件顶出过程中锻件同模膛表面的接触摩擦阻力，进一步提高锻件表面质量，并显著提高模具使用寿命。本发明的多向模锻模具可一次成形，无需辊锻制坯及预锻。

附图说明

图1 某型号机匣体毛坯示意图；

图2 某型号机匣体锻件成品三维示意图：

图3 本发明多向模锻模具示意图；

图4 本发明上半凹模仰视图；

图5 本发明上半凹模左视图；

图6 本发明左侧凸模仰视图；

图7 本发明左侧凸模正视图。

具体实施方式

本发明的方法：其步骤为：（1）根据工艺要求，选用合适形状的40Cr钢材料进行下料，得到长度合适的毛坯件；

（2）在加热装置中将毛坯件加热至1000℃～1180℃；通常采用中频感应加热的方式进行加热；可选用的温度为1020℃、1050℃、1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1150℃、1160℃、1170℃等；

（3）将毛坯件移入多向模锻模具的模膛内，毛坯靠模膛内对应于热锻件大头一端放置，对毛坯件模锻一次成形，得到无飞边的机匣体锻件；所述多向模锻模具模膛的温度为200℃～280℃；得到无飞边的机体座锻件；多向模锻模具模膛的温度可以是：210℃、220℃、230℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃、265℃、270℃、275℃等。

图1为某型号机匣体毛坯示意图。所述型号机匣体毛坯是圆柱状；根据工艺要求，选用合适形状的40Cr钢材料进行下料，得到长度合适的毛坯件，一般是选择合适直径的圆柱状棒料，其下料长度按照工艺要求。

图2为某型号机匣体锻件成品三维示意图，图中锻件大头端22，小头端23。

如图3～图7所示，本发明多向模锻模具包括上半凹模4、下半凹模18、左侧凸模7、右侧凸模19、支撑模架以及在脱模时将锻件顶出的顶出机构，支撑模架由上模座5、下模座12、上凹模垫板3、下凹模垫板11组成，上半凹模4通过上凹模垫板3与上模座5连接，上模座5与锻模压力机的主滑块连接，锻模压力机的主滑块通过上模座5带动上半凹模4上下移动；下半凹模18设置在下模座12上，或通过下凹模垫板11设置在下模座12上；上模座5、下模座12分别用于固定上半凹模以及下半凹模。

左侧凸模7连接在左侧凸模滑块8上，左侧凸模滑块8在锻模压力机的侧向动作机构带动下横向（侧向）移动时，带动左侧凸模7移动，实现合模或分模；左侧凸模7可以先连接在左侧凸模固定板6上，左侧凸模固定板6再与左侧凸模滑块8连接，左侧凸模滑块8后面再设置左侧凸模滑块垫板9，使左侧凸模7运动更平稳。右侧凸模19连接在右侧凸模滑块25上，右侧凸模滑块25在锻模压力机的侧向动作机构带动下横向（侧向）移动时，带动右侧凸模19移动，实现合模或分模；右侧凸模19可以先连接在右侧凸模固定板26上，右侧凸模固定板26再与右侧凸模滑块25连接，右侧凸模滑块25后面再设置右侧凸模滑块垫板27，使左侧凸模7运动更平稳。

水平对称的上半凹模4与下半凹模18具有凸形截面，为水平对称分模结构；所述左侧凸模7与右侧凸模19具有凸形截面，为垂直对称结构，分别位于模具纵向对称线的左右两边；上半凹模4、下半凹模18与左侧凸模7和右侧凸模19对应部位设置有型槽，该型槽用于成形锻件两侧凸台；上半凹模4、下半凹模18、左侧凸模7和右侧凸模19构成模膛20，该模膛20与预先设计好的机匣体热锻件形状和尺寸相同，所述机匣体热锻件在模膛20内一次成型。左侧凸模7与右侧凸模19具有台肩，合模时靠台肩限位，保证位置精度。

所述上半凹模4对应于左侧凸模7、右侧凸模19的前后两端均设有3°～5°的拔模斜面24（拔模斜度为3～5°），下半凹模18对应于左侧凸模7、右侧凸模19的前后两端均设有1°～3°的拔模斜面，方便零件拔模。

所述的的顶出机构，在脱模时将锻件顶出，可以采用现有技术的相关机构；本发明提供的一种具体顶出机构，由直接与锻件接触的上顶杆2、顶出器垫板14、下顶出器垫板15、下顶杆16及下顶出器17构成，上顶杆2是若干根，上顶杆2的下端设置在顶出器垫板14上，顶出器垫板14内设置下顶出器17，顶出器17的下端与下顶杆16的上端接触，下顶杆16下端与压力机的顶伸装置连接，在压力机的顶伸装置带下往上移动，带动顶出器17、顶出器垫板14、上顶杆2往上移动，上顶杆2将模膛20内的锻件顶出，方便脱模。下半凹模18和下模座12内都设置有顶出孔，方便上顶杆2或下顶杆16穿过，对应于锻件的合适部位设置。

所述上半凹模4和下半凹模18均对应设置有导正销1和导正孔21，在上半凹模4和下半凹模18合模时起到导向和定位作用。

工作时，本发明的多向模锻模具固定于压力机上，上模座5与主滑块连接，下模座12与工作台垫板13连接；工作台垫板设置有顶出孔，用于置入下顶杆16。

实施例1：

某型号机匣体锻件的多向模锻过程为：将加热至1100℃的40Cr圆钢毛坯，放入下半凹模18的模膛20内，毛坯靠模膛内对应于热锻件大头一端22位置放置，上模座5及上半凹模4随压力机主滑块下行到将毛坯压扁并与下半凹模18合拢为止，接着左、右侧凸模7和19随侧凸模滑块8向中心移动伸入模膛内使毛坯在闭式状态镦挤成形至侧凸模台肩与上、下半凹模左、右侧接触为止，上、下半凹模的温度为200℃，模锻成形力11000KN，模锻结束后，左、右侧凸模随左、由侧凸模滑块向两边移动从模膛20中退出至原始位置，上半凹模4随主滑块回程，由2、14、15、16、17组成的顶出机构从下半凹模模膛20中将锻件顶出，所得锻件如图2所示。整个多向模锻过程均为自动操作过程。导正销1和导正孔21用于上、下半凹模安装合模定位。

实施例2：

将加热至1080℃的40Cr钢圆毛坯放入到230℃的模具内锻造成形。其余细节与实施例1相同。

Claims

1.一种40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据工艺要求，选用合适形状的40Cr钢材料进行下料，得到长度合适的毛坯件；

（2）在加热装置中将毛坯件加热至1000℃～1180℃；

2.一种用于权利要求1所述模锻工艺方法的多向模锻模具，其特征在于：包括上半凹模（4）、下半凹模（18）、左侧凸模（7）、右侧凸模（19）、支撑模架以及在脱模时将锻件顶出的顶出机构，水平对称的上半凹模（4）与下半凹模（18）具有凸形截面，为水平对称分模结构；左侧凸模（7）与右侧凸模（19）具有凸形截面，为垂直对称；上半凹模（4）、下半凹模（18）与左侧凸模（7）和右侧凸模（19）对应部位设置有型槽，该型槽用于成形锻件两侧凸台；上半凹模（4）、下半凹模（18）、左侧凸模（7）和右侧凸模（19）之间构成模膛（20），模膛（20）与预先设计好的机匣体热锻件形状和尺寸相同；

上半凹模（4）与支撑模架的上模座（5）连接，上模座（5）带动上半凹模（4）上下移动；下半凹模（18）设置在支撑模架的下模座（12）上；

左侧凸模（7）连接在左侧凸模滑块（8）上，右侧凸模（19）连接在右侧凸模滑块（25）上；左侧凸模滑块（8）、右侧凸模滑块（25）分别带动左侧凸模（7）、右侧凸模（19）横向移动。

3.根据权利要求1或2所述的多向模锻模具，其特征在于：所述上半凹模（4）对应于左侧凸模（7）、右侧凸模（19）的前后两端均设有3°～5°的拔模斜面（24），下半凹模（18）对应于左侧凸模（7）、右侧凸模（19）的前后两端均设有1°～3°的拔模斜面。

4.根据权利要求2或3所述的多向模锻模具，其特征在于：所述的的顶出机构，由直接与锻件接触的上顶杆（2）、顶出器垫板（14）、下顶出器垫板（15）、下顶杆（16）及下顶出器（17）构成，上顶杆（2）是若干根，上顶杆（2）的下端设置在顶出器垫板（14）上，顶出器垫板（14）内设置下顶出器（17），顶出器（17）的下端与下顶杆（16）的上端接触；下半凹模（18）和下模座（12）内都设置有顶出孔，方便上顶杆（2）或下顶杆（16）穿过。

5.根据权利要求4所述的多向模锻模具，其特征在于：所述上半凹模（4）和下半凹模（18）均对应设置有导正销（1）和导正孔（21）。