CN103406477A - 一次合模多向多次局部加载成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一次合模多向多次局部加载成形方法，锯床精确下料、加热金属毛坯；将加热好的毛坯放置于下凹模内，并进行定位；上凹模下行，上凹模与下凹模接触至闭合，施加锁模力，毛坯在模具内预成形；冲头对模腔内的毛坯实施打击，型腔内的毛坯在冲头的作用下，金属沿型腔流动。毛坯刚性平移，逐步充满型腔，至在型腔内成形。该方法基于力的等压传递原理和金属刚性平移流动特点，采取一次合模多向多次局部打击方式，实现对毛坯多方向多次局部加载的累积成形，大幅度降低了设备吨位，提高了模具寿命，且零件尺寸精度与闭塞精密锻造等同。

Description

一次合模多向多次局部加载成形方法
技术领域
本发明涉及金属塑性成形的技术领域，具体涉及热锻精密成形的方法，属于金属精密成形新方法。 
背景技术
典型的支叉类锻件（如十字轴）、盘类锻件（如齿轮、星形套）,爪形类锻件（汽车发电爪极）等，传统的加工方式采用开式模锻，形成的飞边较多，材料利用率较低；成形后，还需后续加工才能达到零件精度要求，工序多、浪费原料。例如一些轿车精密零件如行星和半轴齿轮、星形套、十字轴承等如果采用切削加工方法，不仅材料利用率很低—平均不到40%，而且耗费工时多，生产成本极高。 
随着技术的进步，金属精密成形工艺不断地改进，目前已发展到复动模锻精密成形技术，闭塞锻造—在封闭凹模内通过一个或两个冲头，单向或者对向挤压金属一次成形，获得无飞边的近净精锻件，此技术可使上述零件一次成形不需后续加工。虽然该技术材料利用率高，生产效率高，但是该种技术设备吨位要求高，生产设备投资成本大，能耗高。 
发明内容
为了有效地解决背景技术中所存在的材料利用率较低、工序多、费原料、设备吨位大、设备投资成本高、能耗高等问题，使零件加工更加合理，对此类零件的制造工艺进行创新。本发明提供一种金属精密成形的新方法，一次合模多向多次局部加载成形的新方法。 
一次合模多向多次局部加载成形方法的基本原理：基于力的等压传递和金属刚性平移流动的特点，将加热毛坯置于模具中，在合模力作用下（可由闭塞模架、双动压机等动力机构提供）完成合模，然后根据具体零件形状特点和成形要求，对闭合模腔中的毛坯在多方向施加多次局部打击力，不同方向可以不同步打击，不同方向打击次数也可以不同。 
该方法是一种通过多次小变形积累的动载成形，以较小的成形力使金属局部变形和刚性平移逐步充满空心支叉和阀体型腔，一次合模多向多次局部加载成形工艺兼顾模锻和自由锻的双重特点，具有模锻的精度及自由锻的灵活性，是一种设备与工艺的集成创新。与多向模锻相比不同点在于：多向模锻通过压力机提供的静压力，使毛坯在一次冲程中获得足够变形量的整体成形，设备吨位大、模具寿命低；而本方法是通过锻锤提供的多向多次局部打击力，累积毛坯多次加载中局部变形，从而实现小设备干大活的逐步成形，提高了模具寿命。 
对毛坯实施打击的冲头包括上冲头、下冲头、左冲头、右冲头，冲头对毛坯实行多向多次局部打击，根据金属毛坯的成形过程，设置冲头的作用顺序、作用力以及打击次数。冲头的个数及位置根据待加工零件的形状设置；冲头的形状根据零件的形状进行选择。 
本发明所述的一次合模多向多次局部加载成形方法，具体成形过程包括如下步骤： 
（1）    锯床精确下料、加热金属毛坯；
（2）    将加热好的毛坯放置于下凹模内，并进行定位；
（3）上凹模下行，上凹模与下凹模接触至闭合，施加锁模力，毛坯在模具内预成形；
（4）冲头对模腔内的毛坯实施多向多次局部打击，型腔内的毛坯在多个冲头共同作用下，金属沿型腔流动。毛坯刚性平移，逐步充满型腔，至在型腔内成形。
本发明的有益效果为，有效结合了模锻和自由锻工艺特点，以等压传递及金属刚性平移原理为出发点，对毛坯局部施加多向多次打击力，局部加载可减少接触面积，多次加载可将一次大变形量分解为多次小变形量，自由锻设备（锻锤）将静压力变为动压力（冲击力），可降低设备吨位及能耗；有利于成形空心支叉和阀体类复杂异形零件，使零件组织性能好，材料利用率高。 
附图说明
下面结合附图和实例对本发明进一步说明。 
图 1 是本发明的圆柱毛坯示意图。 
图 2 是本发明的三通阀零件示意图。 
图 3 本发明的合模示意图。 
图 4 本发明的首次施加局部打击力成形示意图。 
图 5 本发明的二次施加局部打击力成形示意图。 
图 6 本发明的三次施加局部打击力成形示意图。 
图 7 本发明的四次施加局部打击力成形示意图。 
图 8 本发明的首次局部加载金属流动示意图。 
图 9 本发明的二次局部加载金属流动示意图。 
图 10 本发明的三次局部加载金属流动示意图。 
图 11 本发明的四次局部加载金属流动示意图。 
1－上凹模，2－左冲头，3－下凹模，4－上冲头，5－下冲头，6－毛坯，7－右冲头。 
具体实施方式
为了更好的理解本发明所提供的方法，下面结合三通阀零件成形过程进行说明，应理解具体的实施例不构成对本发明所保护范围的限制。 
a.根据零件的尺寸及体积不变的原则，如图1所示，采用锯床下料的棒料，所示的棒料长度为H,截面直径为D，并对其加热至1150℃。 
b.如图3所示，首先将加热好的毛坯6放入下凹模1型腔内定位好，毛坯6下端部与下冲头5接触，在力的作用下，上凹模1下行，直至上凹模1与下凹模3接触时，三通阀合模步骤完成。此时，便可对上凹模1与下凹模3施加锁模力F 锁模，为下一次施加局部成形力做好准备。 
c. 如图4所示，在保持对上凹模1与下凹模（3所施加锁模力F 锁模条件下，此时对上冲头4和下冲头5施加F 局部作用力，在二者共同作用力下实现对毛坯6施加局部成形力，由于受压毛坯6遵循等压传递和刚性平移规律，处于上凹模1及下凹模3中部型腔内金属在局部力作用下，实现金属向横向和纵向型腔内流动，金属流动情况如图8所示。当上冲头4和下冲头5行程达到一定值时，第一次局部打击成形过程结束。 
d.如图5所示，上冲头4保持在c步结束时的位置，在保持对上凹模1与下凹模3所施加锁模力F 锁模条件下，此时，对左冲头2、右冲头7和下冲头5施加F 局部作用力，在这几个力的共同作用下实现对毛坯（图5中的6）施加局部成形力，由于受压毛坯6遵循等压传递和刚性平移规律，处于上凹模1及下凹模3中部型腔内金属在局部力作用下，实现金属向横向和纵向型腔内流动，金属流动情况如图9所示。当左冲头2、右冲头7和下冲头5，行程达到一定值时，第二次局部打击成形过程结束。 
e.如图6所示，左冲头2、右冲头7和下冲头5，保持在d步结束时的位置，在保持对上凹模1与下凹模3所施加锁模力F 锁模条件下，此时对上冲头4施加F 局部作用力，在此力的作用下，实现对毛坯6施加局部成形力，由于受压毛坯6遵循等压传递和刚性平移规律，处于上凹模1及下凹模3中部型腔内金属在局部力作用下，实现金属沿横向和纵向向型腔内流动，金属流动情况如图10所示。当上冲头4行程达到一定值时，第三次局部打击成形过程结束。 
f.上冲头4和下冲头5保持在e步结束时的位置，在保持对上凹模1与下凹模3所施加锁模力F 锁模条件下，此时对左冲头2和右冲头7施加F 局部作用力，在这两个力共同的作用下实现对毛坯6施加局部成形力，由于受压毛坯6遵循等压传递和刚性平移规律，处于上凹模1及下凹模3中部型腔内金属在局部力作用下，实现金属向横向和纵向型腔内流动，金属流动情况如图11所示。当左冲头2和右冲头7行程达到一定值时，第四次局部打击成形过程结束。 
g.根据锻件填充情况，继续不同方向的多次局部打击成形，直至锻件充满为止，成形过程结束。 
如图2所示，经过本发明所提供的一次合模多向多次局部加载成形方法，得到的三通阀零件示意图。 
如图8-11所示，金属流动示意图中箭头所指方向为毛坯流动情况，其中上凹模、下凹模中间部位的金属为局部变形区，左右冲头、上冲头与上凹模、下凹模之间型腔中的金属为刚性平移区，由金属流动情况可知金属是在局部变形及刚性平行的共同作用下逐步完成型腔的填充。 
本发明的一次合模多向多次局部加载成形工艺，局部加载可减少成形力的加载面积实现降低设备吨位要求，等压传递及刚性平移规律可使复杂零件近净成形，材料利用率高，节省了大量的材料，且组织性能好。特别适合空心支叉和阀体等复杂异形零件的生产。 

Claims (4)

1.一次合模多向多次局部加载成形方法，其步骤包括：锯床精确下料、加热金属毛坯，合模预成形，多向多次局部打击累积成形；其特征在于：
（1）将加热好的毛坯放置于下凹模内，并进行定位；
（2）上凹模下行，上凹模与下凹模接触至闭合，施加锁模力，毛坯在模具内预成形；
（3）冲头对模腔内的毛坯实施多向多次局部打击，型腔内的毛坯在多个冲头共同作用下，金属沿型腔流动；
（4）毛坯刚性平移，逐步充满型腔，至在型腔内成形。
2.根据权利要求1所述的一次合模多次局部加载成形方法，其特征在于：所述冲头包括上冲头、下冲头、左冲头、右冲头，冲头的形状根据零件的形状进行选择。
3.根据权利要求1所述的一次合模多向多次局部加载成形方法，其特征在于：所述的上冲头、下冲头、左冲头、右冲头对毛坯实行局部打击，根据毛坯的成形过程设置冲头的作用顺序、作用力以及打击次数。
4.根据权利要求1所述的一次合模多次局部加载成形方法，其特征在于：所述的冲头的个数及位置根据待加工零件的形状设置。
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