CN104889300A - 一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具及其加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具，包括压力机，压力机的工作台面上通过同一模架依次固定有制坯模、冲连皮模及成形模；所述制坯模、冲连皮模及成形模在同一模架上呈品字形布置；模架包括上模座及下模座，上、下模座通过支撑机构固定连接；成形模包括设置于上模座底部的上模应力圈，上模应力圈的内部通过上模芯压紧圈固定有上模芯，上模芯的底部与下模芯相触接，上、下模芯组成闭式模膛；下模芯封闭于下模内，下模外侧套接有下模应力圈；成形模外置有上、下承击块，上、下承击块为同一轴线布置。本发明操作方便、性能稳定。通过将三副模具布置在一个工作台面上，利用一台压力机，完成整个锻制过程，提高生产效率，降低了生产成本。

Description

一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种用于气门座的闭式模锻模具及其加工工艺，具体的说是一种用于多种类型的船用柴油机气门座闭式模锻模具及其加工工艺，属于热锻锻造技术领域。

背景技术

气门座是船用柴油机的重要部件之一，在柴油机工作时，气门座要与气门杆高频率的接触摩擦和碰撞，由于它们工作在特殊的高温环境中，故气门座必须采用能够承受高温强度和抗氧气腐蚀的耐热钢来制造，而耐热钢的可锻性比一般锻造用的合金结构钢要高得多，是一种可锻性很差的难锻造材质。

在气门座的制造中，由于船用柴油机的种类繁多、生产批量小，耐热钢的可锻性差，各相关生产企业在制造气门座时，基本多采用自由锻造工艺，但由于自由锻造工艺加工方式多是靠人为经验锻打制坯，毛坯成形差，容易因工艺温度不稳定、材料可锻性低而产生组织折叠、性能达不到要求，不良品率高，导致金属材料利用率低、消耗大的问题。因此，需采用闭式模锻工艺，通过在压力机上对锻件进行模锻成形及冲连皮模，提高材料利用率和金属组织性能，降低不良品率。

但目前锻件成形及冲孔受工艺温度、锻件厚度影响，需三套模具实现。要在三台压力机上短时间内实现三个工序，每台压力机至少需要两人操作，生产成本过高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是克服现有技术的缺点，提供一种结构合理、性能稳定，能够在一台压力机上实现制坯、成形、冲孔的三个过程，通过更换少量部件就能加工多种类型的船用柴油机气门座闭式模锻模具及其加工工艺。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具，包括压力机，压力机的工作台面上通过同一模架依次固定有制坯模、冲连皮模及成形模；制坯模、冲连皮模及成形模在同一模架上呈品字形布置；模架包括上模座及下模座，上、下模座通过支撑机构固定连接；所述成形模包括设置于上模座底部的上模应力圈，上模应力圈的内部通过上模芯压紧圈固定有上模芯，上模芯的底部与下模芯相触接，上、下模芯组成闭式模膛；下模芯封闭于下模内，下模外侧套接有下模应力圈；成形模外置有上、下承击块，上、下承击块为同一轴线布置。

本发明进一步限定的技术方案是：前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，制坯模由上而下依次包括制坯上模、制坯下模、制坯下模座及制坯模调整垫片；制坯模通过调整螺栓与上模座相连接，通过导向销与下模座相连接；制坯模调整垫片为可拆卸式。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，冲连皮模由上而下依次包括冲头座、卸料板、冲头、冲连皮定位模及冲连皮模座。冲头座的下端固定有冲头，冲头穿过卸料板上的中心孔与冲连皮定位模上的冲头开槽相配合，卸料板通过两侧的螺栓与冲连皮定位模固定连接，冲连皮定位模的下端通过主轴连接有冲连皮模座。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，上模芯呈锥台结构，所述锥台横截面积较大的一面与上模应力圈相触接。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，上模芯与上模应力圈之间设有上垫板，所述上垫板通过上垫板螺钉固定于上模芯的顶端。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，支撑机构对称设置于上、下模座的两端，包括导柱，所述导柱的外侧套接有导套。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，下模座与下模芯之间设有下垫板，所述下垫板上设有开孔，所述开孔内穿有下顶杆，所述下顶杆的一端与下模芯径向相触，另一端安装于下模座内部。

进一步的，前述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，上、下模应力圈及上、下模座、螺栓组成限位锁止结构，上、下模应力圈上设有直槽，上、下模座上开有T形槽，上、下模应力圈及上、下模座之间均有间距，间距通过螺栓固定连接。

本发明提供的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，加工工艺步骤为：

Ⅰ、首先根据气门座的规格选用制造材料，通过全自动圆锯机中自带的电子秤对材料进行称重，同时对材料重量进行自动分选；完成称重分选后利用探伤仪进行超声波探伤；

Ⅱ、采用中频感应加热装置对材料进行加热，所述中频感应加热装置包括温度自动控制装置及坯料自动分选机构，该中频感应加热装置安装于压力机制坯模的左侧；依据不同材料，进行中频感应加热至锻造工艺所要求的温度后，在制坯模上进行镦粗；为了使坯料在模中定位牢靠，根据气门座外径大小不同，应进行至少一次镦粗，并依据材料不同控制镦粗变形量；

Ⅲ、在制坯模上预锻制坯后，坯料进入冲压皮模进行冲压，其后进入成形模，为了获得优质的气门座模锻件，模锻采用上、下模芯组成的闭式模锻成形，利用上模芯对坯料在下模及下模芯中挤压成形，最终形成气门座标准件，完成后的气门座再进行空冷。

前述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，气门座材料为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo或Cr12MoV。

前述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，步骤Ⅲ中，气门座模锻件在闭式模锻中成形时，金属流动的方向与上模芯运动的方向一致或垂直。

前述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，步骤Ⅱ中，中频感应加热装置对材料进行加热时的温度为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo为1120～1150 oC；Cr12MoV为980～990 oC。

本发明的特点是：本发明操作方便、性能稳定。通过将三副模具布置在一个工作台面上，利用一台压力机，完成整个锻制过程，提高生产效率，降低了生产成本。由于使用了闭式模锻，提高了材料利用率和金属组织性能。本发明通过更换少量部件达到加工多种类型的气门座的目的，不仅提高了劳动生产率，减少了模具加工费用和周期，同时也使原材料比自由锻造大为节约，改善了气门座的金属组织，提高气门座在使用中的性能，确保气门座在柴油机运行的高温状态下，从而提高气门座的使用寿命。

本发明还将两组承击块外置，使得模具不直接承受到打击，控制模具闭合高度，模具更换简单，通用性好，减少模具制造成本，提高劳动生产率。同时，由于本结构设置了限位锁止结构和外置独立冲击块装置，使得本结构能够很好的控制模具高度闭合，延长模具使用寿命。本发明还具有模具更换简单，通用性强、应用范围广的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的工作状态示意图。

图3为本发明的制坯模的结构示意图。

图4为本发明冲连皮模的结构示意图。

图5为本发明的结构示意图的A-A剖视示意图。

图6为本发明的结构示意图的B-B剖视示意图。

具体实施方式

本实施例提供的一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具，结构如图1至图6所示，包括一台压力机，该压力机的工作台面上通过同一模架依次固定有制坯模、成形模及冲连皮模三组模具，且制坯模、冲连皮模及成形模在同一模架上呈品字形布置。

其中，模架由上模座16、下模座1组成，上、下模座通过螺栓连接固定于压力机的工作台面上，该模架的安装高度及强度要求由压力机确定，压力机为上模座的上下移动提供动力能量。同时，上模座与下模座之间通过设有支撑机构固定连接，该支撑机构包括两端对称设置的导柱8，该导柱的外周套接有导套9。

在上模座的下方通过螺栓固定有上模应力圈10，且沿上模应力圈的内圆周通过上模芯压紧圈螺栓15连接有上模芯压紧圈11；而在上模芯压紧圈的内部固定有上模芯12，该上模芯为锥台结构，且该锥台结构截面积较大的一面与上模芯压紧圈结合，在上模芯底部通过上垫板螺钉14固定有可调整的上垫板13，模膛气门座成形高度由上垫板调整。

在上模芯的底部配套设有下模芯6，本实施例中通过上模芯与下模芯组成闭式模膛，用闭式模锻的模具的模膛限制金属变形，获得与模膛形状一致的气门座模锻件，从而改善气门座金属组织，提高气门座锻件毛坯的机械性能。同时，下模芯封闭于下模3中，通过止位配合，即通过下模芯大外圆止位配合，控制下模芯位移。该下模同样呈锥台结构，其中，下模横截面积较大的一面与下模座相触接。在下模芯的底部还安装有下垫板5，该下垫板与下模芯一并安装于下模内，并保持锻造高温下间隙均匀。在下模的外侧套接有下模应力圈2，该下模应力圈通过下模应力圈螺栓7安装于下模座上。同时，在下模芯的底部沿径向安装有下顶杆4，该下顶杆穿过下垫板上的开孔伸入下模座内；这样便可保持锻造高温下上模芯、下模芯与下模之间的径向间隙均匀，避免由于间隙过大而形成纵向毛刺，加速模具磨损，同时也造成顶出产品困难或由于间隙过小而造成上模芯与下模芯在下模孔内运动困难的问题。上、下模应力圈及上、下模座、螺栓组成限位锁止结构，该上、下模应力圈上开有直槽，上、下模座上开有T形槽，上、下模应力圈及上、下模座之间均有间距，该间距通过螺栓固定连接，其结构能保证模具防松抗震能力強，并可快速安装、调整、更换方便。

制坯模20与成形模安装于同一组模架内，由上而下依次包括制坯上模24、制坯下模25、制坯下模座26及制坯模调整垫板27。其中，制坯上模通过螺栓与上模座下表面固定连接；下模座的上表面上设有导向销，该导向销穿过制坯模调整垫板与制坯下模座相连接。

冲连皮模22也安装于同一组模架内，由上而下依次包括冲头座28、卸料板29、冲头30、冲连皮定位模31及冲连皮模座32。冲头座的下端固定有冲头，冲头穿过卸料板上的中心孔与冲连皮定位模上的冲头开槽相配合，卸料板通过两侧的螺栓与冲连皮定位模固定连接，冲连皮定位模的下端通过主轴连接有冲连皮模座。

本实施例中，成形模为无承击面模具设计，上承击块21及下承击块17外置于成形模，上承击块通过上承击块螺钉与上模座连接，下承击块通过下承击块螺钉与下模座连接，上承击块与下承击块同中心轴线布置。由于采用了二组承击块外置，使得模具不直接承受到打击，模具高度闭合，而模具本身不设置承击面，外置承击块使承击面积加大，从而锻件高度公差控制好，模具寿命大为延长。

使用时，首先根据气门座的规格选用制造材料，材料一般为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo或Cr12MoV。通过全自动圆锯机中自带的电子秤对材料进行称重，同时对材料重量进行自动分选；完成称重分选后进行超声波探伤，超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当探伤仪上的超声波束自制造材料表面由探头通至金属内部后，如果遇到材料内部的缺陷及底面时就分别发生反射波，在探伤仪的荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。通过事先所做的人工缺陷试块，得出人工缺陷的大小为φ0.5当量孔。在超声波探伤仪的显示器上设置缺陷的报警位置，当发现缺陷超过人工缺陷试块的缺陷时超声波探伤仪报警。

采用中频感应加热装置对材料进行加热，中频感应加热装置包括温度自动控制装置及坯料自动分选机构，该中频感应加热装置安装于压力机制坯模的左侧。将前期处理完毕的制造材料放至感应器内，感应器一般是输入中频或高频交流电 (300-300000Hz或更高)的空心铜管。产生交变磁场在工件中产生出同频率的感应电流，这种感应电流在工件的分布是不均匀的，在表面强，而在内部很弱，到心部接近于0，利用这个集肤效应，可使工件表面迅速加热，在几秒钟内表面温度上升到800～1000oC，而中心部温度升高很小。

同时，温度自动控制装置是在感应器内放置测接触式测测温度探头，通过PLC达到自动控制温度的目的。坯料自动分选机构是在感应器口放置红外线式测温度探头，当工件温度达到设定温度时，工件自动转入下到工序，当工件温度达不到设定温度时，红外线测温度探头PLC报警，PLC转分选机构将达不到设定温度的工件取出。

依据不同材料，进行中频感应加热至锻造工艺所要求的温度后，其中4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo的加热温度为1120～1150 oC，Cr12MoV的加热温度为980～990 oC，在制坯模上进行镦粗；为了使坯料在模中定位牢靠，根据气门座外径大小不同，应进行至少一次镦粗，并依据材料不同控制镦粗变形量。材料为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo的气门座第一次镦粗变形量最大为40%；材料为Cr12MoV的气门座第一次镦粗变形量最大为20%。为了使坯料在模中定位牢靠，根据气门座外径大小不同，必要时应进行二次镦粗，镦粗变形量依据材料不同应控制在20%～40%之间。

为了获得优质的气门座模锻件，模锻是用闭式模锻成形，用一个上模芯，从一个方向对坯料23进行在下模、下模芯中挤压成形，此时金属流动的方向与上模芯运动的方向一致或垂直。此时材料的变形量依据不同材料应控制在20%～45%之间。

在制坯模上预锻制坯后，坯料进入冲压皮模进行冲压，其后进入成形模，为了获得优质的气门座模锻件，模锻采用上、下模芯组成的闭式模锻成形，利用上模芯对坯料在下模及下模芯中挤压成形，最终形成气门座标准件，完成后的气门座再进行空冷。且，气门座模锻件在闭式模锻中成形时，金属流动的方向与上模芯运动的方向一致或垂直。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种用于柴油机气门座的闭式模锻模具，包括压力机，其特征在于：所述压力机的工作台面上通过同一模架依次固定有制坯模、冲连皮模及成形模；所述制坯模、冲连皮模及成形模在同一模架上呈品字形布置；所述模架包括上模座及下模座，所述上、下模座通过支撑机构固定连接；所述成形模包括设置于上模座底部的上模应力圈，所述上模应力圈的内部通过上模芯压紧圈固定有上模芯，所述上模芯的底部与下模芯相触接，所述上、下模芯组成闭式模膛；所述下模芯封闭于下模内，所述下模外侧套接有下模应力圈；所述成形模外置有上、下承击块，所述上、下承击块为同一轴线布置。

2.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述制坯模由上而下依次包括制坯上模、制坯下模、制坯下模座及制坯模调整垫片；所述制坯模通过调整螺栓与上模座相连接，通过导向销与下模座相连接；所述制坯模调整垫片为拆卸式。

3.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述冲连皮模由上而下依次包括冲头座、卸料板、冲头、冲连皮定位模及冲连皮模座；所述冲头座的下端固定有冲头，所述冲头穿过卸料板上的中心孔与冲连皮定位模上的冲头开槽相配合，所述卸料板通过两侧的螺栓与冲连皮定位模固定连接，所述冲连皮定位模的下端通过主轴连接有冲连皮模座。

4.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述成形模的上模芯呈锥台结构，所述锥台横截面积较大的一面与上模应力圈相触接。

5.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述成形模的上模芯与上模应力圈之间设有上垫板，所述上垫板通过上垫板螺钉固定于上模芯的顶端。

6.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述支撑机构对称设置于上、下模座的两端，包括导柱，所述导柱的外侧套接有导套。

7.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述下模座与下模芯之间设有下垫板，所述下垫板上设有开孔，所述开孔内穿有下顶杆，所述下顶杆的一端与下模芯径向相触，另一端安装于下模座内部。

8.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻模具，其特征在于：所述上、下模应力圈及上、下模座、螺栓组成限位锁止结构，所述上、下模应力圈上开有直槽，所述上、下模座上开有T形槽，所述上、下模应力圈及上、下模座之间均有间距，所述间距通过螺栓固定连接。

9.根据权利要求1所述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，其特征在于：所述加工工艺步骤为：

Ⅰ 、首先根据气门座的规格选用制造材料，通过全自动圆锯机中自带的电子秤对材料进行称重，同时对材料重量进行自动分选；完成称重分选后利用探伤仪进行超声波探伤；

Ⅱ、采用中频感应加热装置对材料进行加热，所述中频感应加热装置包括温度自动控制装置及坯料自动分选机构，该中频感应加热装置安装于压力机制坯模的左侧；依据不同材料，进行中频感应加热至锻造工艺所要求的温度后，在制坯模上进行镦粗；为了使坯料在模中定位牢靠，根据气门座外径大小不同，应进行至少一次镦粗，并依据材料不同控制镦粗变形量；

Ⅲ、在制坯模上预锻制坯后，坯料进入冲压皮模进行冲压，其后进入成形模，为了获得优质的气门座模锻件，模锻采用上、下模芯组成的闭式模锻成形，利用上模芯对坯料在下模及下模芯中挤压成形，最终形成气门座标准件，完成后的气门座再进行空冷。

10.根据权利要求9所述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，其特征在于：所述气门座材料为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo或Cr12MoV。

11.根据权利要求9所述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，其特征在于：所述步骤Ⅲ中，气门座模锻件在闭式模锻中成形时，金属流动的方向与上模芯运动的方向一致或垂直。

12.根据权利要求9所述的用于柴油机气门座的闭式模锻加工工艺，其特征在于：所述步骤Ⅱ中，中频感应加热装置对材料进行加热时的温度为4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo为1120～1150 oC；Cr12MoV为980～990 oC。