CN104226871A - 金属塑性挤锻成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属塑性挤锻成型方法，包括准备挤锻成型设备的步骤、上料和挤孔的步骤、成型的步骤和出料的步骤，在封闭型腔中采用挤孔、避让、挤锻的方式，使工件坯料分两次塑性变形得到成型工件。本发明具有所需挤锻力小、成型容易、能耗低、工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求低、可降低挤锻成型难度、提高成型工件内部性能和质量等优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属挤锻成型技术领域，具体涉及一种金属塑性挤锻成型方法。
背景技术
金属挤锻成型技术是利用金属塑性成形原理进行压力加工的一种方法，将经过预处理的金属工件坯料放入模具中，然后在金属工件坯料上施加压力使金属工件坯料产生变形并充满模具型腔，从而获得所需要的零件。金属挤锻成型技术是一种少切削或无切削加工的先进工艺技术，有利于提高制品的质量，可改善制品内部微观组织和性能，还具有节约材料、能耗低、应用范围广、生产灵活性大、工艺流程简单和设备投资少的特点。
目前，国内外热挤锻成型技术和热挤锻成型装备还存在很多技术问题，制约了该技术的发展。
现有挤锻头和主缸活塞杆的连接一般采用螺纹连接，在螺纹强度范围内，挤锻头将液压能量直接作用在工件坯料表面，从而使工件坯料变形。挤锻头与工件坯料接触一次挤锻成型，由于受力面积较大，必须要有很大的压力才能使工件坯料产生塑性变形，挤锻难度大、需要的挤锻力也较大，这对液压系统和模具的性能提出了更高的要求，设备成本和能耗也大大提高；而如果采用多次形变成型，需要多台设备的多次挤锻才能满足零部件的精密度等要求，致使现有成型设备及能量供给系统复杂，设备的体积庞大、投资大、成本高；另外，由于工件坯料经一次性连续塑性变形达到所需要的形状，在挤锻过程中金属内部晶相组织流动性大，这也会影响成型工件的内部结构性能，降低成型工件的质量。
此外，目前的金属挤锻成型设备均是采用开放式的挤锻方式，即模具的型腔是由挤锻头和开放式的模腔配合形成，工件坯料在完全成型前挤锻头与模腔之间处于未封闭状态，在挤锻的过程中，工件坯料容易产生弯曲变形，导致不能完全进入模腔，进而产生次品，还会降低模具的使用寿命，甚至会损坏模具。并且，目前的金属挤锻成型设备不能在工件坯料上一次挤锻成型通孔，当要得到带孔的工件时，需要在挤锻成型后再次加工，存在工序复杂、生产效率低、成本高等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种所需挤锻力小、成型容易、能耗低、工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求低、可降低挤锻成型难度、提高成型工件内部性能和质量的金属塑性挤锻成型方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种金属塑性挤锻成型方法，包括以下步骤：
（1）准备挤锻成型设备，所述挤锻成型设备具有可打开和封闭的型腔以及与所述型腔连通的第一挤锻通道；
（2）打开所述型腔，将工件坯料置入型腔或第一挤锻通道后封闭型腔，采用挤压端面尺寸小于第一挤锻通道的截面尺寸的第一挤孔件插入所述第一挤锻通道在工件坯料上挤孔，工件坯料产生一次塑性变形；
（3）第一挤孔件挤到设定深度后反向退出所挤出的孔，采用挤锻头插入所述第一挤锻通道对工件坯料进行挤锻，工件坯料产生二次塑性变形并充满整个封闭的型腔，得到成型工件；
（4）打开型腔，将成型工件取出。
上述成型方法中，所述步骤（2）中，将工件坯料插入第一挤锻通道内形成定位，型腔封闭后，由第一挤孔件在挤孔的过程中将工件坯料挤入所述型腔中。
上述成型方法中，所述步骤（2）中，在所述工件坯料置入型腔或第一挤锻通道前，对工件坯料进行加热直至温度达到800℃~1400℃。
上述成型方法中，所述步骤（3）中，第一挤孔件穿设于所述挤锻头中共同形成挤锻端面；所述挤锻端面的尺寸与第一挤锻通道的截面尺寸一致。
上述成型方法中，所述步骤（3）中，挤锻头挤锻工件坯料时使工件坯料回填充满第一挤孔件挤出的孔，所述工件的挤锻成型过程在0.2～0.3秒钟内完成。
上述成型方法中，所述挤锻成型设备还具有第二挤孔件以及与所述型腔连通的第二挤锻通道，所述第二挤孔件的截面尺寸与所述第二挤锻通道的截面尺寸一致；在所述步骤（2）和步骤（3）中，采用所述第二挤孔件插入第二挤锻通道在工件坯料上挤工艺孔。
上述成型方法中，所述第二挤锻通道与第一挤锻通道同轴且相对设置，所述第二挤孔件设有工艺挤孔头，其在工件坯料上是挤出工艺沉孔或挤出工艺通孔，得到具有工艺沉孔或工艺通孔的成型工件。
上述成型方法中，所述挤出工艺沉孔的具体操作包括，第一挤孔件和第二挤孔件相向运动在工件坯料上同步挤孔，第二挤孔件挤到设定深度时停止运动，工件成型后第二挤孔件返回退出型腔。
上述成型方法中，所述挤出工艺通孔的具体操作包括，第一挤孔件和第二挤孔件相向运动在工件坯料上同步挤孔，第一挤孔件挤到设定深度时反向退出，第二挤孔件继续挤压并贯穿进入第一挤孔件挤出的孔中，直至挤到设定深度时停止运动，工件成型后第二挤孔件返回退出型腔。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的金属塑性挤锻成型方法，采用封闭型腔对工件坯料形成包裹，然后对工件坯料进行封闭式挤锻，避免了开放式挤锻容易导致工件坯料不能完全进入模腔的问题，提高了合格率，保障了模具的使用寿命。在挤锻过程中，先在工件坯料上挤孔，使工件坯料产生一次塑性变形，再使挤孔头退出后采用挤锻头对工件坯料进行封闭式挤锻，使工件坯料产生二次塑性变形，工件坯料变形充满整个型腔并回填将挤出的孔也充满。该挤孔、避让、挤锻的方式，使工件坯料分两次塑性变形得到成型工件，一方面，改变了挤锻变形过程，工件坯料每次变形所需的挤锻力较小，降低了挤锻难度，对设备的性能要求也降低；另一方面，挤出的孔起到分流材料的作用，可改善金属的流动状态和工件坯料的充填性，提高了成型工件的内部结构性能；该成型方法具有能耗低、工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求也低，大大降低了挤锻成型的难度等优点。该成型方法尤其适用于金属的热挤锻成型，能够挤锻形面复杂的零件，如盘形正齿轮、双凸通孔正齿轮、齿轮轴、阶梯轴、通孔圆环、各种法兰、大规格紧固件和各种回旋体零件等。采用本发明对上述产品加工时，前述挤锻过程充分改善了其坯料流动方式，降低了流动载荷，改善了制品内部微观组织和性能。
附图说明
图1为本发明金属塑性挤锻成型方法实施例1中挤锻成型设备的结构示意图。
图2为本发明金属塑性挤锻成型方法实施例2中挤锻成型设备的结构示意图。
图3为本发明金属塑性挤锻成型方法实施例3中挤锻成型设备的结构示意图。
图例说明：
1、型腔；2、第一挤锻通道；3、上模；4、下模；5、第一挤孔件；6、挤锻头；7、第二挤孔件；8、第二挤锻通道。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
一种金属塑性挤锻成型方法，包括以下步骤：
（1）准备挤锻成型设备（如图1所示）的步骤，该挤锻成型设备具有可打开和封闭的型腔1以及与型腔1连通的第一挤锻通道2；该可打开和封闭的型腔1由挤锻成型设备的上模3和下模4形成，该第一挤锻通道2设于上模3上；
（2）上料和挤孔的步骤，使型腔1打开，将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2后合模封闭型腔1，采用挤压端面尺寸小于第一挤锻通道2的截面尺寸的第一挤孔件5插入第一挤锻通道2在工件坯料上挤孔，工件坯料产生一次塑性变形；
（3）成型的步骤，第一挤孔件5挤到设定深度后反向退出所挤出的孔，采用截面尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致的挤锻头6插入第一挤锻通道2对工件坯料进行挤锻，工件坯料产生二次塑性变形并充满整个封闭的型腔1并回填充满第一挤孔件5挤出的孔，得到成型工件；
（4）出料的步骤，打开型腔1，将成型工件取出。
上述步骤（2）中，可将工件坯料插入第一挤锻通道2内形成定位，型腔1封闭后，再由第一挤孔件5在挤孔的过程中将工件坯料挤入型腔1中，即第一挤孔件5先将工件坯料挤入型腔1，然后在工件坯料上挤孔。
上述步骤（2）中，在将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2前，对其进行加热直至温度达到800℃~1400℃，使工件坯料达到热挤锻性能要求。
上述第一挤孔件5穿设于挤锻头6中共同形成挤锻端面，即第一挤孔件5和挤锻头6为圆柱和套筒的配合结构，第一挤孔件5可沿挤锻头6滑动伸出或缩入；该挤锻端面的尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致，进而与第一挤锻通道2配合对工件坯料进行封闭式挤锻。
本发明金属塑性挤锻成型方法，采用封闭型腔1对工件坯料形成包裹，然后对工件坯料进行封闭式挤锻，避免了开放式挤锻容易导致工件坯料不能完全进入模腔的问题，提高了合格率，保障了模具的使用寿命。在挤锻过程中，先在工件坯料上挤孔，使工件坯料产生一次塑性变形，再使挤孔头退出后采用挤锻头6对工件坯料进行封闭式挤锻，使工件坯料产生二次塑性变形，工件坯料变形充满整个型腔1并回填将挤出的孔也充满。该挤孔、避让、挤锻的方式，使工件坯料分两次塑性变形得到成型工件，一方面，改变了挤锻变形过程，工件坯料每次变形所需的挤锻力较小，降低了挤锻难度，对设备的性能要求也降低；另一方面，挤出的孔起到分流材料的作用，可改善金属的流动状态和工件坯料的充填性，提高了成型工件的内部结构性能。
本发明在势压站能够提供每秒上千万牛米的输出功能的前提下，挤锻件可达到每秒0.3～0.5米运动速度，坯料挤锻过程可在0.2～0.3秒钟内完成，迫使坯料产生高速的几何形变，充满型腔，获得具有所需几何形状、尺寸及机械性能的产品零件。同时，由于本发明的坯料挤压过程在0.2～0.3秒钟内完成，大大减少了坯料和模具的热传导时间。坯料一般在1000～1200℃开始被挤压，而模具表面温升在500℃以下，封闭型腔表面压力不超过200Mpa，因此，本发明大大降低了对模具的材料选用的要求，如40cr材质即可满足要求，第一挤孔件5、挤锻头6和第二挤孔件7的材料采用一般热模具材料即可，大大降低了模具费用。该成型方法具有能耗低、工作效率高、对设备零部件的要求和动力系统的要求也低，大大降低了挤锻成型的难度等优点。
实施例2：
一种金属塑性挤锻成型方法，包括以下步骤：
（1）准备挤锻成型设备（如图2所示）的步骤，该挤锻成型设备具有可打开和封闭的型腔1以及与型腔1连通的第一挤锻通道2；该可打开和封闭的型腔1由挤锻成型设备的上模3和下模4形成，该第一挤锻通道2设于上模3上。挤锻成型设备还具有第二挤孔件7以及与型腔1连通的第二挤锻通道8，第二挤锻通道8设于下模4中，第二挤孔件7的截面尺寸与第二挤锻通道8的截面尺寸一致，第二挤锻通道8与第一挤锻通道2同轴且相对设置。第二挤孔件7设有工艺挤孔头，工艺挤孔头的截面形状根据工件需要的工艺沉孔的形状设置；
（2）上料和挤孔的步骤，使型腔1打开，将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2后合模封闭型腔1，采用挤压端面尺寸小于第一挤锻通道2的截面尺寸的第一挤孔件5插入第一挤锻通道2在工件坯料上挤孔，工件坯料产生一次塑性变形；同时，采用第二挤孔件7插入第二挤锻通道8在工件坯料上挤工艺孔，第二挤孔件7挤到设定深度时停止运动，并保持停留在挤出的工艺孔中；
（3）成型的步骤，第一挤孔件5挤到设定深度后反向退出所挤出的孔，采用截面尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致的挤锻头6插入第一挤锻通道2对工件坯料进行挤锻，工件坯料产生二次塑性变形并充满整个封闭的型腔1，得到具有工艺沉孔的成型工件；
（4）出料的步骤，使第二挤孔件7返回退出型腔1，打开型腔1将成型工件取出。
上述步骤（2）中，可将工件坯料插入第一挤锻通道2内形成定位，型腔1封闭后，再由第一挤孔件5在挤孔的过程中将工件坯料挤入型腔1中，即第一挤孔件5先将工件坯料挤入型腔1，然后在工件坯料上挤孔。
上述步骤（2）中，在将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2前，对其进行加热直至温度达到800℃~1400℃，使工件坯料达到热挤锻性能要求。
上述第一挤孔件5穿设于挤锻头6中共同形成挤锻端面，即第一挤孔件5和挤锻头6为圆柱和套筒的配合结构，第一挤孔件5可沿挤锻方向在挤锻头6中滑动伸出或缩入，第一挤孔件5伸出时可进行挤孔，缩入至与挤锻头6的端面平齐时可与挤锻头6一起对工件坯料进行挤锻；该挤锻端面的尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致，进而与第一挤锻通道2配合对工件坯料进行封闭式挤锻。
本实施例的成型方法，除具备实施例1所具有的优点，还可挤锻工件坯料成型得到具有工艺沉孔的成型工件，其适用性更好。
实施例3：
一种金属塑性挤锻成型方法，包括以下步骤：
（1）准备挤锻成型设备（如图3所示）的步骤，该挤锻成型设备具有可打开和封闭的型腔1以及与型腔1连通的第一挤锻通道2；该可打开和封闭的型腔1由挤锻成型设备的上模3和下模4形成，该第一挤锻通道2设于上模3上。挤锻成型设备还具有第二挤孔件7以及与型腔1连通的第二挤锻通道8，第二挤锻通道8设于下模4中，第二挤孔件7的截面尺寸与第二挤锻通道8的截面尺寸一致，第二挤锻通道8与第一挤锻通道2同轴且相对设置。第二挤孔件7设有工艺挤孔头，工艺挤孔头的截面形状根据工件需要的工艺通孔的形状设置；
（2）上料和挤孔的步骤，使型腔1打开，将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2后合模封闭型腔1，采用挤压端面尺寸小于第一挤锻通道2的截面尺寸的第一挤孔件5插入第一挤锻通道2在工件坯料上挤孔，工件坯料产生一次塑性变形；同时，第二挤孔件7与第一挤孔件5同步运动，第二挤孔件7插入第二挤锻通道8在工件坯料上挤工艺孔。
（3）成型的步骤，第一挤孔件5挤到设定深度后反向退出所挤出的孔，采用截面尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致的挤锻头6插入第一挤锻通道2对工件坯料进行挤锻，第二挤孔件7继续挤压并贯穿进入第一挤孔件5挤出的孔中，直至挤到设定深度时停止运动，并保持停留在挤出的工艺孔中，最终，工件坯料产生二次塑性变形并充满整个封闭的型腔1，得到具有工艺通孔的成型工件；优选的，第二挤孔件7的截面尺寸与第一挤孔件5的截面尺寸一致。
（4）出料的步骤，使第二挤孔件7返回退出型腔1，打开型腔1将成型工件取出。
上述步骤（2）中，可将工件坯料插入第一挤锻通道2内形成定位，型腔1封闭后，再由第一挤孔件5在挤孔的过程中将工件坯料挤入型腔1中，即第一挤孔件5先将工件坯料挤入型腔1，然后在工件坯料上挤孔。
上述步骤（2）中，在将工件坯料置入型腔1或第一挤锻通道2前，对其进行加热直至温度达到800℃~1400℃，使工件坯料达到热挤锻性能要求。
上述第一挤孔件5穿设于挤锻头6中共同形成挤锻端面，即第一挤孔件5和挤锻头6为圆柱和套筒的配合结构，第一挤孔件5可沿挤锻方向在挤锻头6中滑动伸出或缩入，第一挤孔件5伸出时可进行挤孔，缩入至与挤锻头6的端面平齐时可与挤锻头6一起对工件坯料进行挤锻；该挤锻端面的尺寸与第一挤锻通道2的截面尺寸一致，进而与第一挤锻通道2配合对工件坯料进行封闭式挤锻。
本实施例的成型方法，除具备实施例1所具有的优点，还可挤锻工件坯料成型得到具有工艺通孔的成型工件，其适用性更好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1. 一种金属塑性挤锻成型方法，包括以下步骤：
（1）准备挤锻成型设备，所述挤锻成型设备具有可打开和封闭的型腔以及与所述型腔连通的第一挤锻通道；
（2）打开所述型腔，将工件坯料置入型腔或第一挤锻通道后封闭型腔，采用挤压端面尺寸小于第一挤锻通道的截面尺寸的第一挤孔件插入所述第一挤锻通道在工件坯料上挤孔，工件坯料产生一次塑性变形；
（3）第一挤孔件挤到设定深度后反向退出所挤出的孔，采用挤锻头插入所述第一挤锻通道对工件坯料进行挤锻，工件坯料产生二次塑性变形并充满整个封闭的型腔，得到成型工件；
（4）打开型腔，将成型工件取出。
2. 根据权利要求1所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述步骤（2）中，将工件坯料插入第一挤锻通道内形成定位，型腔封闭后，由第一挤孔件在挤孔的过程中将工件坯料挤入所述型腔中。
3. 根据权利要求1所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在所述工件坯料置入型腔或第一挤锻通道前，对工件坯料进行加热直至温度达到800℃~1400℃。
4. 根据权利要求1所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述第一挤孔件穿设于所述挤锻头中共同形成挤锻端面；所述挤锻端面的尺寸与第一挤锻通道的截面尺寸一致。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述步骤（3）中，挤锻头挤锻工件坯料时使工件坯料回填充满第一挤孔件挤出的孔，所述工件的挤锻成型过程在0.2～0.3秒钟内完成。
6. 根据权利要求1至4中任一项所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述挤锻成型设备还具有第二挤孔件以及与所述型腔连通的第二挤锻通道，所述第二挤孔件的截面尺寸与所述第二挤锻通道的截面尺寸一致；所述第二挤孔件插入第二挤锻通道在工件坯料上挤孔。
7. 根据权利要求6所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述第二挤锻通道与第一挤锻通道同轴且相对设置，所述第二挤孔件设有工艺挤孔头，其在工件坯料上是挤出工艺沉孔或挤出工艺通孔，得到具有工艺沉孔或工艺通孔的成型工件。
8. 根据权利要求7所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述挤出工艺沉孔的具体操作包括，第一挤孔件和第二挤孔件相向运动在工件坯料上同步挤孔，第二挤孔件挤到设定深度时停止运动，工件成型后第二挤孔件返回退出型腔。
9. 根据权利要求7所述的金属塑性挤锻成型方法，其特征在于：所述挤出工艺通孔的具体操作包括，第一挤孔件和第二挤孔件相向运动在工件坯料上同步挤孔，第一挤孔件挤到设定深度时反向退出，第二挤孔件继续挤压并贯穿进入第一挤孔件挤出的孔中，直至挤到设定深度时停止运动，工件成型后第二挤孔件返回退出型腔。
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- 2014-07-22 CN CN201410349494.4A patent/CN104226871B/zh not_active Expired - Fee Related
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