CN102161072A - 一种铝合金环件局部空心镦粗扩径方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环件局部空心镦粗扩径方法及砧板，其局部空心镦粗扩径法步骤为：将环坯放置在带有弧形沟槽的下砧和垫板上，调整位置保证保证其处于平衡状态；由动力机构驱动带有弧形沟槽的上砧下移，缓慢压制环坯；然后由动力机构驱动上砧上移，动力机构夹持环件旋转后，上砧继续下移对环坯进行压制。如此反复变形，实现大几何尺寸环坯的局部空心镦粗扩径变形。与现有技术相比较，由于在砧板上设置了沟槽，增大了砧板对环坯金属的流动阻力，提高了环坯金属圆周方向流动的能力，于是就可以采用小的坯料规格得到合格的环件，提高材料利用率和能源消耗。

Description

一种铝合金环件局部空心镦粗扩径方法

技术领域

本发明属于自由锻加工领域，特别涉及大型铝合金环件自由锻空心镦粗中的镦粗方法。

背景技术

锻造大几何尺寸或大变形载荷的空心锻件时，生产中通常采用局部空心镦粗工艺。局部空心镦粗工艺将环坯放置在下砧和垫板上，动力机构带动上砧板向下运动一段距离，对环件进行局部镦粗变形，动力机构带动上砧板向上运动，然后环件以顺时针或逆时针旋转一定角度a，上砧再次下压，如此反复，最后达到环件直径增大的目的。然而，现有局部空心镦粗工艺采用的砧板与坯料的接触面为光滑平面结构，进行局部空心镦粗时砧板对坯料金属各方向的流动阻力相同，而坯料本身周向流动阻力大于径向流动主力，坯料金属遵循最小阻力定律，首先沿环坯的径向流动，而非沿环坯的周向流动，造成了环件径向厚度过大，而外径不能有效扩大，最终环坯外径达不到规定尺寸，从而造成了环件报废。因此，为保证能成形合格的环件，目前只能靠增大环坯的规格来实现。而环坯规格的增大，势必会造成材料、能源的浪费。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够提高环件材料利用率和节约能源的环件局部空心镦粗扩径方法。

本发明所涉及的一种铝合金环件局部空心镦粗扩径方法，包括如下步骤：

1)将带有弧形沟槽下砧和起平衡作用的垫板放置在水压机的工作平台上，然后将铝合金环坯放置在下砧和垫板上，调整位置保证其处于平衡状态；

2)调整完毕后，此时，上、下砧间距为440mm，由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动100mm后，上、下砧间距变为340mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移100mm，进行局部塑性变形，直至第一圈压制完成；

3)由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动75mm后，上、下砧间距变为265mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移75mm，进行局部塑性变形，直至第二圈压制完成；

4)由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动55mm后，当上、下砧间距变为210mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移55mm，进行局部塑性变形，直至第三圈压制完成，达到尺寸要求。

所述上、下砧板与坯料接触的表面有呈同心圆等距分布的若干弧形沟槽；为了避免在错砧压制时产生折叠等缺陷，在下砧设置了工艺倒角；所述垫板仅起平衡作用。

本发明的方法是在环件成形过程中，通过对砧板设置沟槽等阻力结构，使环件成形中径周向流动阻力可控，使金属按照需要的方向流动，最终达到规定的尺寸要求。从而有效的减小了下料环坯规格，能降低前期设备扩孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗的效果。

附图说明

图1是环件局部塑性变形扩径法示意图；

图2是上砧板的正视图及沟槽局部放大图；

图3是上砧板的仰视图；

图4是下砧板的正视图及沟槽局部放大图；

图5是下砧板的俯视图

图1和图5中：1、环坯  2、垫板  3、下砧  4、上砧 5、工艺倒角。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例

如图1所示，生产时将带有弧形沟槽下砧和起平衡作用的垫板放置在水压机的工作平台上，将尺寸Φ3500×Φ3012×440mm铝合金环坯放置在带有弧形沟槽的下砧和起平衡作用的垫板上，调整位置保证保证其处于平衡状态。此时，上、下砧间距为440mm，待调整完毕后，再将水压机活动横梁下移，缓慢给环坯1施压，与上下砧板接触的局部金属发生塑性变形，金属沿环坯的径向和周向流动。上砧以20mm/s的速度下压100mm，当上、下砧间距变为340mm后，水压机停止施压，并驱动上砧向上运动。再由夹持机构夹持环坯沿逆时针旋转15°，水压机活动横梁继续下移，对环坯施压，进行局部塑性变形。

当一圈压制结束后，调整上砧的压下量为75mm，重复上述步骤，进行第二圈的压制，压制结束后上、下砧间距变为265mm。最后一圈上砧压下量调整为55mm，压制结束后上、下砧间距变为210mm。若压制过程中坯料温度下降很快，进行回炉加热。环件压制结束后，通过机加工达到要求尺寸。当采用平面砧板进行局部镦粗，下料尺寸为Φ3800×Φ3312×440mm，而采用带沟槽砧板进行局部镦粗，下料尺寸为Φ3500×Φ3012×440mm，可见下料规格减小了，能降低前期设备扩孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗压制结束后，环件的外径达到规定尺寸，外径大于5000mm，内径小于4400mm，高度达到210mm。

本实施例砧板的结构如图2、图3、图4、图5所示。下砧板3、上砧板4在与环坯上、下端面的接触面上设置了弧形状沟槽，参见图3、图5，所述沟槽呈同心圆状均匀分布在上下砧板与坯料接触面上。参见图2、图4，两沟槽的相邻间距L1为15mm，深度H1为4mm，沟槽半径R1为10mm，圆角半径R2为2mm。沟槽在砧板平面上呈同心圆均匀分布。为了提高环件表面的平整度及金属在径向的流动阻力，砧板沟槽弧形分布的最小半径R3应与下料环坯的内径3012mm一致。由于此工艺属于局部空心镦粗工艺，为了避免在错砧压制时产生折叠等缺陷在下砧设置了45°的工艺倒角5，参见图5。

上述的沟槽使环件成形中径周向流动阻力可控，使金属按照需要的方向流动。通过弧形结构对该处金属沿环坯径向流动的金属产生阻力，迫使原本在局部镦粗时容易沿径向流动的金属转而沿环坯周向流动，使扩径能力提高。根据环件金属变形抗力的不同，沟槽的结构也应该相应进行改变，从而在不同的条件下使砧板具有良好的扩径能力。因此，沟槽间距L1，深度H1，沟槽半径R1，圆角半径R2的取值可根据实际情况进行调整。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在悉知本发明内容后都可得出其他各种形式的技术方案。例如将实施例中的沟槽结构修改为筋条结构等等。但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是与本发明相同或近似的通过改变砧板结构使环件径周向流动阻力可控，使金属按照需要的方向流动技术方案，均在其保护范围内。

本发明改进了局部塑性变形工艺，在平面砧板基础上增设了弧形沟槽结构，在扩径过程中，促进环坯金属在圆周方向上流动，使环坯径周向协调变形，达到合格的尺寸。以外径为Φ5000×Φ4400×200mm的环件为例，采用平面砧板进行局部镦粗，下料尺寸为Φ3800×Φ3312×440mm，而采用带沟槽砧板进行局部镦粗，下料尺寸为Φ3500×Φ3012×440mm，可见下料规格减小了，能降低前期设备扩孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗。

Claims (2)

1.一种铝合金环件局部空心镦粗扩径方法，其特征是步骤如下：

1)将带有弧形沟槽下砧和起平衡作用的垫板放置在水压机的工作平台上，然后将铝合金环坯放置在下砧和垫板上，调整位置保证其处于平衡状态；

2)调整完毕后，此时，上、下砧间距为440mm，由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动100mm后，上、下砧间距变为340mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移100mm，进行局部塑性变形，直至第一圈压制完成；

3)由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动75mm后，上、下砧间距变为265mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移75mm，进行局部塑性变形，直至第二圈压制完成；

4)由5000吨水压机驱动带有弧形沟槽的上砧以20mm/s的速度下移，缓慢给铝合金环坯施压，当上砧向下运动55mm后，当上、下砧间距变为210mm后，由5000吨水压机驱动上砧上移，然后由夹钳持住铝合金环坯，旋转15°，并保持平衡。压机驱动带有沟槽的上砧再次下移55mm，进行局部塑性变形，直至第三圈压制完成，达到尺寸要求。

2.根据权利要求1所述的环件局部空心镦粗扩径方法，其特征在于，所述上、下砧板与坯料接触的表面有呈同心圆等距分布的若干弧形沟槽；下砧板砧宽方向的两端设置有工艺倒角(5)。

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