CN103192017A - 基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

一种汽车零部件锻造技术领域的基于法兰型锻件优化模锻力值的分模方法及其装置，该装置包括：分别设置于上、下套圈内的上模嵌块和下模嵌块，其中：上模嵌块和下模嵌块构成模膛空腔，且模膛空腔的分模面位于锻件的柱面上，且与锥面与柱面交界面距离满足[0，-h]，即当柱面底平面为x轴时，h为锻件的柱面高度。本发明能够实现模锻力的减少，相应使得模具寿命及设备规模大幅度优化。

Description

基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法及其装置
技术领域
本发明涉及的是一种汽车零部件锻造技术领域的方法及其装置，具体是一种基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法及其装置。 
背景技术
汽车上大批量锻件靠模锻生产，而模锻工艺又是高耗能生产方法。现有技术的开式模锻工艺中，锻模模膛周边都设有飞边槽，它能够容纳多余金属，同时对上下模打靠时起到缓冲作用，另外飞边槽还能够阻止金属外流，迫使金属充满模膛。锻造模具的设计，在保证锻件所需的形状及尺寸的同时，还要满足零件在使用过程中提出的性能要求。金属在锻造时的体积变形过程剧烈化和高强度模锻材料的使用导致模锻力大大增加。由此，降低了模具寿命，给自动化生产线带来困难，同时也需要大功率锻压设备。因此，在体积模锻中，减少作用在模具上的模锻力从而提高模具寿命，成为迫在眉睫的任务。 
经过对现有技术的检索发现，中国发明专利号ZL200910056696.9公开了一种金属模锻技术领域的基于扩大塑性变形区锻造分模，该技术包括：上模部分、下模部分、导柱和定位套筒，其中：两个定位套筒固定设置于上模部分，两个导柱固定设置于下模部分上对应定位套筒的位置。该技术重点是利用锻件阶梯式外形分模以扩大塑形变形区，但根据该技术进行具体锻压时由于分模面没有优化，使得模锻力较大，生产时必须采用大吨位模压力机得以实现，使得模具寿命及能耗较难满足现有工业生产的需要。 
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法及其装置，能够实现模锻力的减少，相应使得模具寿命及设备规模大幅度优化。 
本发明是通过以下技术方案实现的： 
本发明涉及一种基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法，当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径等于圆锥台结构底面外径时，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处；当柱形结构外径小于圆锥台结构底面外径时，分模面位于柱形结构的x处，x取值为
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600013
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600012
，h为柱形结构的高度。 
本发明涉及上述方法的模具包括：分别设置于上、下套圈内的上模嵌块和下模嵌块，其中：上模嵌块和下模嵌块构成模膛空腔，且模膛空腔的分模面位于锻件的柱面上，且与锥 面与柱面交界面距离满足[0，-h]，即当柱面底平面为x轴、右侧柱面母线为y轴时，h为锻件的柱面高度。 
所述的分模面优选设置于锻件的锥面与柱面交界面。 
所述的上模嵌块和下模嵌块进一步优选为以下任意一种： 
a)当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径等于圆锥台结构底面外径时： 
a.1)上模嵌块为深度h的柱形结构，下模嵌块为圆锥台结构，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处； 
a.2)下模嵌块为深度h的柱形结构，上模嵌块为圆锥台结构，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处； 
b)当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径小于圆锥台结构底面外径时：上模嵌块由上而下依次为圆锥台结构和深度为[0，x]的柱形结构组成，下模嵌块为深度[0，h-x]的柱形结构（即当柱面底平面为x轴、右侧柱面母线为y轴）时，分模面位于柱形结构的x处，x取值为，h为柱形结构的高度。 
所述的上、下套圈通过定位机构实现对准，该定位机构包括：设置于上套圈的定位套筒和设置于下套圈的导柱。 
所述的上、下套圈内依次装有上、下镦粗台，上、下垫板和上、下主板固定连接，其中：上、下主板的外侧分别固定在压力机滑块和台面上。 
本装置通过以下方式实现优化模锻：将40Cr毛坯中频感应加热到1150℃后，置于模具装置的镦粗台之间并启动压机滑块下行，将毛坯镦粗到所需高度的同时也去除了表面氧化皮，然后将毛坯移到模膛中启动压机进行二次行程，使上模嵌块随滑块下行与下模嵌块合模实现锻造。 
技术效果 
与常规分模方法相比，本发明对同一锻件模锻力可以减少20%以上。由于减小了模锻力，从而使模具寿命提高一倍以上，设备吨位也能够相应大幅度降低。 
附图说明
图1为本发明实验模具结构示意图； 
图中：1上套圈、4下套圈、2上镦粗台、5下镦粗台、6键块、7上主板、19下主板、8上垫板、18下垫板、9、10、12、13、16、17楔铁、11定位套筒、14导柱、3上模嵌块、15下模嵌块。 
图2为实施例1法兰型锻件立体示意图。 
图3为实施例1法兰型锻件模锻时不同分模面位置示意图； 
图中：a为分模面取在锥面与柱面交界处；b为将a翻转180°；对比例1为分模面取在柱面高度中间；对比例2为将c翻转180°；对比例3为分模面取在柱面离上平面1/3柱面高度处；对比例4为将e翻转180°。 
图4为实施例2带轮毂法兰型锻件立体示意图。 
图5为实施例2带轮毂法兰型锻件模锻时不同分模面位置示意图； 
图中：a为分模面取在柱面离底平面1/3柱面高度处；对比例1为将a翻转180°；对比例2为分模面取在柱面高度中间；对比例3为将c翻转180°；对比例4为分模面取在柱面离底平面2/3柱面高度处；对比例5为将e翻转180°。 
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 
实施例1 
如图2所示，本实施例锻造一种用于汽车上的简单法兰型锻件，该锻件材料为40Cr，高70mm，外径ф123mm。始锻温度1150℃。 
如图1和图3所示，本实施例包括：分别设置于上、下套圈内的上模嵌块3和下模嵌块15，其中：上模嵌块3和下模嵌块15构成模膛空腔0，且模膛空腔0的分模面l位于锻件的柱面上，且与锥面与柱面交界面距离满足[0，-h]，即当柱面底平面为x轴、右侧柱面母线为y轴时，h为锻件的柱面高度。 
如图3a所示，所述的上模嵌块3为深度h的柱形结构31，下模嵌块15为圆锥台结构32，分模面l位于柱形结构与圆锥台结构相交处；或者如图3b所示，所述的下模嵌块15为深度h的柱形结构31，上模嵌块3为圆锥台结构32，分模面l位于柱形结构与圆锥台结构相交处； 
本实施例另外模拟4个模锻方案作为对比例，选取不同分模面位置进行模拟，使用Simufact Forming进行计算，其结果列于表1。 
表1简单法兰型锻件模具不同分模面选取方案的模锻力 
分模方案 a b 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4
模锻力/kN 5450 5650 7330 7350 8700 9600
实验及计算结果指出，沿图3a、b分模面选取方案只要6.3MN热模锻压力机即可胜任，按照图3a方案模锻时模具嵌块工作表面名义应力水平平均比方案对比例4低30%。 
根据本发明所得到的模锻力为：P=σsFnk，其中：σs为模锻温度下金属的流动应力；Fn为带飞边锻件在模具平面上的投影面积；k为考虑对模锻力影响的一系列因素，取值为2-4，即只要6.3MN压力机即可完成模锻。压力机吨位的降低，不仅降低了购置费，而且降低能耗； 模具寿命的提高，不仅减少了模具更换时间，而且提高了生产率，降低了成本。 
实施例2 
如图4所示，本实施例中汽车用带轮毂法兰型锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径大于圆锥台结构底面外径。该锻件高80mm；法兰外径
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600041
，高30mm；轮毂外径
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600042
；材料40Cr。 
本实施例中的上模嵌块3由上而下依次为圆锥台结构和深度为[0，x]的柱形结构组成，如图示33，下模嵌块15为深度[0，h-x]的柱形结构31，分模面位于柱形结构高度为x处，x取值为
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600045
本实施例沿用实施例1中КБ8042型16MN热模锻压力机。 
毛坯直径等于轮毂直径没有考虑，因为毛坯高径比h/d＞2.5，模锻时坯料会失稳造成锻件报废。使用毛坯直径等于法兰直径导致飞边尺寸的增加，因为金属更容易流入飞边槽中而没有充满成形轮毂的模膛。 
表2法兰型锻件不同的分模面选取方案的模锻力 
分模方案 a 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
模锻力/kN 5840 6280 6390 6440 7650 8000
进一步模拟模锻毛坯直径，当直径接近极限允许的
Figure DEST_PATH_GDA00003093303600044
时，模锻力的最小值对应图5对比例4（表2中对比例4）。这个值比沿着法兰正中间分模面高18.7%。 
计算结果表明，本实施例对应方案图5a，即轮毂在上半模成形且分模面靠近法兰底边1/3柱面高度处；最大模锻力值恰是图5a翻转180°（对比例5），力差达近37%。与分模面置于法兰中间相比较（图5中对比例2、3），模锻力减少约10%。 

Claims (7)

1.一种基于法兰型锻件优化模锻力的分模方法，其特征在于，所述锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径等于圆锥台结构底面外径时，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处；当柱形结构外径小于圆锥台结构底面外径时，分模面位于柱形结构的x处，x取值为
Figure FDA00002950656500011
h为柱形结构的高度。
2.一种基于法兰型锻件优化模锻力值的分模装置，其特征在于，包括：分别设置于上、下套圈内的上模嵌块和下模嵌块，其中：上模嵌块和下模嵌块构成模膛空腔，且模膛空腔的分模面位于锻件的柱面上，且与锥面与柱面交界面距离满足[0，-h]，即当柱面底平面为x轴、右侧柱面母线为y轴时，h为锻件的柱面高度。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的分模面设置于锻件的锥面与柱面交界面。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的上模嵌块和下模嵌块为以下任意一种：
a)当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径等于圆锥台结构底面外径时：
a.1)上模嵌块为深度h的柱形结构，下模嵌块为圆锥台结构，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处；
a.2)下模嵌块为深度h的柱形结构，上模嵌块为圆锥台结构，分模面位于柱形结构与圆锥台结构相交处；
b)当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径大于圆锥台结构底面外径时：上模嵌块由上而下依次为圆锥台结构和深度为[0，x]的柱形结构组成，下模嵌块为深度[0，h-x]的柱形结构，分模面位于柱形结构的x处，x取值为
Figure FDA00002950656500012
h为柱形结构的高度。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征是，当锻件由柱形结构与圆锥台结构组成，且柱形结构外径大于圆锥台结构底面外径时：分模面位于柱形结构高度为
Figure FDA00002950656500013
处，下模嵌块为深度
Figure FDA00002950656500014
的柱形结构。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的上、下套圈通过定位机构实现对准，该定位机构包括：设置于上套圈的定位套筒和设置于下套圈的导柱。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征是，所述的上、下套圈由内而外依次与上、下镦粗台、上、下垫板和上、下主板固定连接，其中：上、下主板的外侧分别与压力机相连。
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