CN106180519A - 模锻成形模具及其成形方法 - Google Patents

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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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    • B21J5/02Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B21J5/022Open die forging

Abstract

本发明揭示了一种模锻成形模具及其成形方法,包括预锻模及终锻模;所述预锻模包括相互匹配的预锻下模及预锻上模,所述预锻下模上开设有中心定位凹坑,所述预锻上模上设置有凸起型腔;所述终锻模包括终锻下模、终锻上模以及至少一个工艺模,所述终锻上模与工艺模间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。本发明通过多次成形的方式有效地实现了对机械结构件的加工,使锻造设备在单次模锻工艺中的可锻造面积提升了百分之六十以上,且加工结果优于传统加工方式。同时,本发明能够在各种类型的锻造设备上使用,适用范围广阔。此外,本发明能够极大地降低设备分摊及生产成本。

Description

模锻成形模具及其成形方法

技术领域

[0001]本发明涉及一种成形模具及其成形方法,尤其涉及一种适用于机械结构件加工过程中使用的模锻成形模具及其成形方法,属于模锻工艺领域。

背景技术

[0002]机械行业的传动系统与走行系统中存在很多的结构件,如齿轮、齿圈、连杆等,此类零件受力情况比较复杂,这是因为该类结构件通常受到多种弯扭力矩与冲击载荷的综合作用,工况恶劣,因此需要较高的机械性能和疲劳性能方能满足其使用要求。基于上述要求,该类结构件必须由模锻工艺进行制造。随着机械行业朝着重载、高速、轻量化的发展,为了顺应行业发展,此类结构件的规格及结构也在朝着两个方向变化:一、轻量化要求使得厚度尺寸越来越薄;二、重载要求使得轮廓尺寸越来越大。

[0003]上述两个变化都直接导致加工企业在使用锻造设备对这类结构件进行模锻成形时,所需的模锻成形力急剧上升。为了解决模锻成形力增大以致超过锻造设备能力范围的情形,模锻制造行业通常的解决办法有三种:一、使用更大的模锻设备;二、使用多火次加工;三、使用自由锻工艺制造替代。但不论是上述的哪种方法,其缺点都十分显著,具体而言:

一、使用更大的模锻设备。对于同一类型的大型锻造设备的公称压力每提高一倍,设备投资费用约提高3〜4倍。大型锻造设备更是造价不菲,制造与安装周期都较长,维护保养费用较高。大型锻造设备的投资使得锻件的成本中固定资产分摊较高,缺乏市场竞争力。

二、使用多火次加工。当锻造时通过增加锻打次数已经不能降低锻件的厚度尺寸,通过切边后回炉加热后再次锻打。因切边导致锻件的投影面积下降以及回炉加热导致的材料流动应力下降,从而降低锻造力来制造出合格锻件。该方法的缺点:一是可锻产品范围增大有限,一般能够超出设备一火可锻面积极限的20%;二是增加了多道工序导致效率降低,该方法至少增加一次加热和一次切边;三是经过多次加热,原材料热损耗增多,因加热氧化导致锻件表面质量进一步降低,增加了抛丸、打磨时间。以上缺点均导致锻件成本的大幅上升。

三、使用自由锻工艺制造替代。同等吨位的设备,理论上自由锻工艺相对模锻工艺可以制造出更大的锻件。但自由锻制造的锻件因工艺原因,其寿命较低。首先,自由锻制造的锻件毛坯机加工余量很大(以地铁从动齿轮毛坯为例,一般自由锻件毛坯的重量为模锻件毛坯重量的1.3倍以上),浪费很多的原材料和加热能源以及后续的机加工工时。为了达到要求的锻造比,需要经过多次镦拔锻打才能达到,然而多次镦拔导致毛坯的内部锻造流线紊乱,经机加工后锻造流线被切断则导致零件的疲劳性能降低。

发明内容

[0004]

鉴于现有技术存在上述缺陷,本发明的目的是提出一种适用于机械结构件加工过程中使用的模锻成形模具。

[0005]本发明的目的,将通过以下技术方案得以实现:

一种模锻成形模具,包括预锻模及终锻模;所述预锻模包括相互匹配的预锻下模及预锻上模,所述预锻下模上开设有中心定位凹坑,所述预锻上模上设置有凸起型腔;所述终锻模包括终锻下模、终锻上模以及至少一个工艺模,所述终锻上模与工艺模间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。

[0006]优选地,所述中心定位凹坑的内径不小于所述原料件的外径。

[0007]优选地,所述工艺模为环形件,所述工艺模的周向侧壁设置有用于其自身定位及找正的工艺斜面,所述工艺模借助所述工艺斜面与所述终锻上模间隙配合,工艺模上端面与所述终锻上模内腔的上端面刚性触接。

[0008]优选地,所述终锻下模上设置有用于定位的中心凸台,所述中心凸台的外径与所述凸起型腔的外径相匹配。

[0009]本发明还揭示了一种使用上述的模锻成形模具进行模锻成形的方法,包括如下步骤:

51、下料,根据加工需要选用符合工艺要求的原料,并根据加工成品的重量及尺寸要求,将原料切削加工为原料件;

52、加热,将所述原料件投入加热炉内加热至工艺要求的温度范围,随后将所述原料件取出;

53、预锻,将完成加热的原料件放入预锻下模的型腔内,并借助中心定位凹坑完成所述原料件的定位找正,随后预锻上模下行将所述原料件锻压加工为预锻件,在所述中心定位凹坑与凸起型腔的配合作用下,所述预锻件的上端面形成工艺凹陷、下端面形成工艺凸起;

54、第一次终锻,将所述预锻件下端面朝上放入终锻下模的型腔内,并借助所述工艺凹陷与设置于所述终锻下模上的中心凸台的配合完成所述预锻件的找正定位,随后终锻上模下行,将所述预锻件锻压加工为过程锻件;

55、第二次终锻,所述终锻上模上行完成开模,将所述过程锻件留置于所述终锻下模内,随后将工艺模放置于所述过程锻件的上端面,放置完成后,所述终锻上模再次下行,所述工艺模借助开设在其表面的工艺斜面完成其与所述终锻上模间的找正定位,在所述终锻下模、终锻上模及工艺模的共同配合下,所述过程锻件被锻压加工为符合加工成型标准的终锻件;

56、下料加工,所述终锻上模再次上行完成开模,将所述工艺模从所述终锻件上取下,随后将所述终锻件从所述终锻下模内取出,将所述终锻件上多余的连皮及飞边切除,完成锻造成品下料。

[0010]本发明的突出效果为:本发明通过多次成形的方式有效地实现了对机械结构件的加工,使锻造设备在单次模锻工艺中的可锻造面积提升了百分之六十以上(相当于将锻造设备的工称压力提升了百分之六十以上),加工完成后的锻造件的综合力学性能及表面质量均优于采用传统加工方式所获得的锻造件。同时,本发明的模锻成形模具及其成形方法能够在各种类型的锻造设备上使用,可适用于各种类型锻件的加工,适用范围十分广阔。此夕卜,本发明使用便捷、操作简单、加工成本低,在大型锻件制造方面具有显著的成本优势,能够极大地降低设备分摊,降低了加工企业的生产成本。

[0011]综上所述,本发明结构简单、加工成本低、操作便捷、使用效果优异,具有很高的使用及推广价值。

[0012]以下便结合实施例附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详述,以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

[0013]图1是从动齿轮锻件的剖视图;

图2是缺陷铸件的剖视图;

图3是原料件的示意图;

图4是预锻模的剖视图;

图5是预锻件的剖视图;

图6是本发明实施例1中的终锻模的剖视图;

图7是本发明实施例1中的工艺模俯视图;

图8是图7沿A-A剖视图;

图9是本发明实施例1中的过程锻件的剖视图;

图10是终锻件的剖视图;

图11是本发明实施例2中的终锻模的剖视图;

图12是本发明实施例2中的工艺模俯视图;

图13是图12沿B-B剖视图;

图14是本发明实施例2中的过程锻件的剖视图。

[0014]其中:1、从动齿轮锻件11、轮毂12、轮辐13、轮缘131、轮缘内圈132、轮缘外圈2、缺陷铸件3、原料件4、预锻模41、预锻下模411、中心定位凹坑 42、预锻上模421、凸起型腔5、预锻件51、工艺凸起52、工艺凹陷6、终锻模61、终锻下模611、中心凸台62、终锻上模63、工艺模631、工艺模上端面632、工艺斜面7、过程锻件71、锻压余料8、终锻件81、连皮82、飞边。

具体实施方式

[0015]本发明揭示了一种适用于机械结构件加工过程中使用的模锻成形模具。

[0016]如图所示,一种模锻成形模具,包括预锻模4及终锻模6;所述预锻模4包括相互匹配的预锻下模41及预锻上模42,所述预锻下模41上开设有中心定位凹坑411,所述预锻上模42上设置有凸起型腔421;所述终锻模6包括终锻下模61、终锻上模62以及至少一个工艺模63,所述终锻上模62与工艺模63间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。

[0017]所述工艺模63的具体数量直接影响后续成形过程中终锻的次数,因此其具体设置需要视实际的加工情况而定。

[0018]所述中心定位凹坑411的内径不小于所述原料件3的外径。

[0019]所述工艺模63为环形件,所述工艺模63的周向侧壁设置有用于其自身定位及找正的工艺斜面632,所述工艺模63借助所述工艺斜面632与所述终锻上模62间隙配合,工艺模上端面631与所述终锻上模62内腔的上端面刚性触接。

[0020]所述终锻下模61上设置有用于定位的中心凸台611,所述中心凸台611的外径与所述凸起型腔421的外径相匹配。

[0021]本发明还揭示了一种使用上述模锻成形模具进行模锻成形的方法,包括如下步骤:

51、下料,根据加工需要选用符合工艺要求的原料,并根据加工成品的重量及尺寸要求,将原料切削加工为原料件3;

52、加热,将所述原料件3投入加热炉内加热至工艺要求的温度范围,随后将所述原料件3取出;

53、预锻,将完成加热的原料件3放入预锻下模41的型腔内,并借助中心定位凹坑411完成所述原料件3的定位找正,随后预锻上模42下行将所述原料件3锻压加工为预锻件5,在所述中心定位凹坑411与凸起型腔421的配合作用下,所述预锻件5的上端面形成工艺凹陷52、下端面形成工艺凸起51 ;

54、第一次终锻,将所述预锻件5下端面朝上放入终锻下模61的型腔内,并借助所述工艺凹陷52与设置于所述终锻下模61上的中心凸台611的配合完成所述预锻件5的找正定位,随后终锻上模62下行,将所述预锻件5锻压加工为过程锻件7;此时,所述过程锻件7部分位置的尺寸规格已经满足加工成型标准,但剩余部分位置的尺寸规格仍未满足加工成型标准,且所述过程锻件7的部分位置上堆积有锻压余料71;

55、第二次终锻,所述终锻上模62上行完成开模,将所述过程锻件7留置于所述终锻下模61内,随后将工艺模63放置于所述过程锻件7的上端面,放置完成后,所述终锻上模62再次下行,所述工艺模63借助开设在其表面的工艺斜面632完成其与所述终锻上模62间的找正定位,在所述终锻下模61、终锻上模62及工艺模63的共同配合下,所述过程锻件7上的锻压余料71被锻造挤压至过程锻件7上不符合加工成型标准的部位,从而使所述过程锻件7被锻压加工为符合加工成型标准的终锻件8;

56、下料加工,所述终锻上模62再次上行完成开模,将所述工艺模63从所述终锻件8上取下,随后将所述终锻件8从所述终锻下模61内取出,将所述终锻件8上多余的连皮81及飞边82切除,完成锻造成品下料。

[0022]由于本发明的技术方案在对应不同种类锻件的加工过程中其具体部件结构及设置不尽相同,因此特以机械加工中常见的从动齿轮锻件I的加工过程为例,具体阐述本发明的模锻成形模具及其成形方法。

[0023]具体而言,所述从动齿轮锻件I结构包括轮毂11、轮辐12以及轮缘13。当从动齿轮锻件I模锻成形力超出设备的公称压力时,最终加工完成的锻件会出现整体超厚的现象,且其轮缘内圈131和轮缘外圈132会产生“缺肉”现象,从而形成缺陷铸件2。

[0024]为克服上述现象,此处提供两个优选实施例:

实施例1:

一种模锻成形模具,包括预锻模4及终锻模6;所述预锻模4包括相互匹配的预锻下模41及预锻上模42,所述预锻下模41上开设有中心定位凹坑411,所述预锻上模42上设置有凸起型腔421;所述终锻模6包括终锻下模61、终锻上模62以及至少一个工艺模63,所述终锻上模62与工艺模63间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。

[0025]在本实施例中,所述工艺模63共设置有一个,所述工艺模63为环形件,所述工艺模63的内侧周向侧壁设置有一个用于其自身定位及找正的工艺斜面632,所述工艺模63借助所述工艺斜面632与所述终锻上模62间隙配合,工艺模上端面631与所述终锻上模62内腔的上端面刚性触接。

[0026] 此外,所述中心定位凹坑411的内径等于所述原料件3的外径。所述终锻下模61上设置有用于定位的中心凸台611,所述中心凸台611的外径与所述凸起型腔421的外径相同。

[0027] —种使用上述模锻成形模具进行模锻成形的方法,包括如下步骤:51、 下料,根据加工需要选用符合工艺要求的原料,并根据加工成品的重量及尺寸要求,将原料切削加工为原料件3;52、 加热,将所述原料件3投入加热炉内加热至工艺要求的温度范围,随后将所述原料件3取出;53、 预锻,将完成加热的原料件3放入预锻下模41的型腔内,并借助中心定位凹坑411完成所述原料件3的定位找正,随后预锻上模42下行将所述原料件3锻压加工为预锻件5,在所述中心定位凹坑411与凸起型腔421的配合作用下,所述预锻件5的上端面形成工艺凹陷52、 下端面形成工艺凸起51;54、 第一次终锻,将所述预锻件5下端面朝上放入终锻下模61的型腔内,并借助所述工艺凹陷52与设置于所述终锻下模61上的中心凸台611的配合完成所述预锻件5的找正定位, 随后终锻上模62下行,将所述预锻件5锻压加工为过程锻件7;此时,所述过程锻件7的轮毂11、轮缘13和轮辐12内圈的厚度尺寸均与标准尺寸的从动齿轮锻件1 一致,所述轮毂11和轮辐12内圈已成型完毕,即上述两个部位已经满足了加工成型标准。但过程锻件7的轮缘内圈131和轮缘外圈132处尚未充满,且在所述过程锻件7上的轮缘内圈131位置还堆积有大量的锻压余料71。[〇〇28] S5、第二次终锻,所述终锻上模62上行完成开模,将所述过程锻件7留置于所述终锻下模61内,随后将工艺模63放置于所述过程锻件7的上端面,放置完成后,所述终锻上模 62再次下行,所述工艺模63借助开设在其表面的工艺斜面632完成其与所述终锻上模62间的找正定位,在所述终锻下模61、终锻上模62及工艺模63的共同配合下,所述过程锻件7上的锻压余料71被锻造挤压至所述轮缘13的轮缘内圈131和轮缘外圈132位置,从而使所述过程锻件7被锻压加工为符合加工成型标准的终锻件8;S6、下料加工,所述终锻上模62再次上行完成开模,将所述工艺模63从所述终锻件8上取下,随后将所述终锻件8从所述终锻下模61内取出,将所述终锻件8上多余的连皮81及飞边82切除,完成锻造成品下料。

[0029] 实施例二:一种模锻成形模具,包括预锻模4及终锻模6;所述预锻模4包括相互匹配的预锻下模41 及预锻上模42,所述预锻下模41上开设有中心定位凹坑411,所述预锻上模42上设置有凸起型腔421;所述终锻模6包括终锻下模61、终锻上模62以及至少一个工艺模63,所述终锻上模 62与工艺模63间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。

[0030] 在本实施例中,所述工艺模63共设置有一个,所述工艺模63为环形件,所述工艺模 63的内侧周向侧壁及外侧周向侧壁上均设置有用于其自身定位及找正的工艺斜面632,所述工艺模63借助所述工艺斜面632与所述终锻上模62间隙配合,工艺模上端面631与所述终锻上模62内腔的上端面刚性触接。[〇〇31]此外,所述中心定位凹坑411的内径等于所述原料件3的外径。所述终锻下模61上设置有用于定位的中心凸台611,所述中心凸台611的外径与所述凸起型腔421的外径相同。

[0032]本发明还揭示了一种使用上述模锻成形模具进行模锻成形的方法,包括如下步骤:51、 下料,根据加工需要选用符合工艺要求的原料,并根据加工成品的重量及尺寸要求,将原料切削加工为原料件3;52、 加热,将所述原料件3投入加热炉内加热至工艺要求的温度范围,随后将所述原料件3取出;53、 预锻,将完成加热的原料件3放入预锻下模41的型腔内,并借助中心定位凹坑411完成所述原料件3的定位找正,随后预锻上模42下行将所述原料件3锻压加工为预锻件5,在所述中心定位凹坑411与凸起型腔421的配合作用下,所述预锻件5的上端面形成工艺凹陷52、 下端面形成工艺凸起51;54、 第一次终锻,将所述预锻件5下端面朝上放入终锻下模61的型腔内,并借助所述工艺凹陷52与设置于所述终锻下模61上的中心凸台611的配合完成所述预锻件5的找正定位, 随后终锻上模62下行,将所述预锻件5锻压加工为过程锻件7;此时,所述过程锻件7的轮毂11、轮辐12已成形完成、满足了加工成型标准。但所述过程锻件7的轮缘13厚度超厚,所述轮缘13上堆积了大量的锻压余料71,轮缘内圈131和轮缘外圈132处的圆角尚未充满。[〇〇33] S5、第二次终锻,所述终锻上模62上行完成开模,将所述过程锻件7留置于所述终锻下模61内,随后将工艺模63放置于所述过程锻件7的上端面,放置完成后,所述终锻上模 62再次下行,所述工艺模63借助开设在其表面的工艺斜面632完成其与所述终锻上模62间的找正定位,在所述终锻下模61、终锻上模62及工艺模63的共同配合下,所述过程锻件7上的锻压余料71被锻造挤压至轮缘13的轮缘内圈131和轮缘外圈132位置,从而使所述过程锻件7被锻压加工为符合加工成型标准的终锻件8;S6、下料加工,所述终锻上模62再次上行完成开模,将所述工艺模63从所述终锻件8上取下,随后将所述终锻件8从所述终锻下模61内取出,将所述终锻件8上多余的连皮81及飞边82切除,完成锻造成品下料。

[0034]由上述技术方案可知,实施例一与实施例二的最主要区别在于所述工艺模63的形状,且所述工艺模63的形状直接影响着后续终锻加工中锻造件的具体形状及规格。[〇〇35]此处提供两种所述工艺模63的具体形状以供参考,所述工艺模63的具体形状及数量都需要根据实际的加工需要来进一步确定。此外,所述工艺模63的具体数量直接影响后续成形过程中终锻的次数,大体而言,终锻的次数=工艺模63的数量+1,二者间更为具体的数值关系同样需要根据实际加工的需要来进一步确定,此处的关系式仅为了进一步说明上述技术方案。

[0036] 本发明通过多次成形的方式有效地实现了对机械结构件的加工,使锻造设备在单次模锻工艺中的可锻造面积提升了百分之六十以上(相当于将锻造设备的工称压力提升了百分之六十以上),如在180MN的电动螺旋压力机上使用传统工艺仅能够制造出直径800mm 以内的盘形件,使用本发明的技术方案后可以使180MN的电动螺旋压力机的盘形件制造能力达到直径1100mm,锻件投影面积提升89%,相当于设备的公称压力提升89%。加工完成后的锻造件的综合力学性能及表面质量均优于采用传统加工方式所获得的锻造件。

[0037] 同时,本发明的模锻成形模具及其成形方法能够在各种类型的锻造设备上使用,可适用于各种类型锻件的加工,适用范围十分广阔。此外,本发明使用便捷、操作简单、加工成本低,在大型锻件制造方面具有显著的成本优势,能够极大地降低设备分摊,降低了加工企业的生产成本。

[0038]综上所述,本发明结构简单、加工成本低、操作便捷、使用效果优异,具有很高的使用及推广价值。[〇〇39]本发明尚有多种实施方式,凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案,均落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种模锻成形模具,其特征在于:包括预锻模(4)及终锻模(6);所述预锻模(4)包括相互匹配的预锻下模(41)及预锻上模(42),所述预锻下模(41)上开设有中心定位凹坑(411),所述预锻上模(42)上设置有凸起型腔(421);所述终锻模(6)包括终锻下模(61)、终锻上模(62)以及至少一个工艺模(63),所述终锻上模(62)与工艺模(63)间隙配合、共同形成完整的终锻上型腔。
2.根据权利要求1所述的模锻成形模具,其特征在于:所述中心定位凹坑(411)的内径不小于所述原料件(3)的外径。
3.根据权利要求1所述的模锻成形模具,其特征在于:所述工艺模(63)为环形件,所述工艺模(63)的周向侧壁设置有用于其自身定位及找正的工艺斜面(632),所述工艺模(63)借助所述工艺斜面(632)与所述终锻上模(62)间隙配合,工艺模上端面(631)与所述终锻上模(62)内腔的上端面刚性触接。
4.根据权利要求1所述的模锻成形模具,其特征在于:所述终锻下模(61)上设置有用于定位的中心凸台(611),所述中心凸台(611)的外径与所述凸起型腔(421)的外径相匹配。
5.—种使用权利要求1至4任意一项所述的模锻成形模具进行模锻成形的方法,其特征在于,包括如下步骤:. 51、下料,根据加工需要选用符合工艺要求的原料,并根据加工成品的重量及尺寸要求,将原料切削加工为原料件(3);. 52、加热,将所述原料件(3)投入加热炉内加热至工艺要求的温度范围,随后将所述原料件(3)取出; . 53、预锻,将完成加热的原料件(3)放入预锻下模(41)的型腔内,并借助中心定位凹坑(411)完成所述原料件(3)的定位找正,随后预锻上模(42)下行将所述原料件(3)锻压加工为预锻件(5),在所述中心定位凹坑(411)与凸起型腔(421)的配合作用下,所述预锻件(5)的上端面形成工艺凹陷(52)、下端面形成工艺凸起(51); . 54、第一次终锻,将所述预锻件(5)下端面朝上放入终锻下模(61)的型腔内,并借助所述工艺凹陷(52)与设置于所述终锻下模(61)上的中心凸台(611)的配合完成所述预锻件(5)的找正定位,随后终锻上模(62)下行,将所述预锻件(5)锻压加工为过程锻件(7); .55、第二次终锻,所述终锻上模(62)上行完成开模,将所述过程锻件(7)留置于所述终锻下模(61)内,随后将工艺模(63)放置于所述过程锻件(7)的上端面,放置完成后,所述终锻上模(62)再次下行,所述工艺模(63)借助开设在其表面的工艺斜面(632)完成其与所述终锻上模(62)间的找正定位,在所述终锻下模(61)、终锻上模(62)及工艺模(63)的共同配合下,所述过程锻件(7)被锻压加工为符合加工成型标准的终锻件(8); . 56、下料加工,所述终锻上模(62)再次上行完成开模,将所述工艺模(63)从所述终锻件(8)上取下,随后将所述终锻件(8)从所述终锻下模(61)内取出,将所述终锻件(8)上多余的连皮(81)及飞边(82)切除,完成锻造成品下料。
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