CN106552892B - 一种去除金属坯料芯部缺陷的制造方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除金属坯料芯部缺陷的制造方法及设备。所述方法包括下述步骤：步骤(1)取目标金属坯料，对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料；步骤(2)将经过所述步骤(1)剖分后得到的小坯料(6)放入半闭式挤压模具(1)中，放置方向为金属坯料芯部(6‑1)朝下，利用所述半闭式挤压模具(1)对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料(8)；步骤(3)对所述锻压坯料(8)进行切割，去除不可用部分。本发明采用半闭式挤压锻造与机加工结合去芯工艺，使得坯料芯部缺陷去除更彻底，材料经过两次锻造，效果最佳，又能通过锻造来细化坯料晶粒，使去除过程更简便、生产效率高。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工与制造领域，具体涉及对机械零件的内部组织有较高要求的领域，本发明可以提供高质量的锻压坯料。
背景技术
所有金属材料(指黑色金属和有色金属)，都是由浇铸锭经锻造或轧制而形成圆形、方形、或六角形长条，然而浇铸锭在凝固过程中，其芯部必然有各种铸造缺陷，经过锻造或轧制后虽然有所改善，但不能从根本上消除，这就造成机械零件的内外机械性能不一致，对于普通民用产品，这个问题一般不予考虑；可是对于有特殊要求的军用产品或者航空航天产品，这个问题就不容忽视。
按重量计算，飞机上有85％左右的构件是锻件，飞机发动机的涡轮盘、后轴颈(空心轴)、叶片、机翼的翼梁，机身的肋筋板、轮支架、起落架的内外筒体等都是涉及飞机安全的重要锻件，飞机锻件多用高强度耐磨、耐蚀的铝合金、钛合金、镍基合金等贵重材料制造；为了节约材料和节约能源，飞机用锻件大都采用模锻或多向模锻压力机来生产；根据不完全的统计，在航空工业系统中，导致航空锻件报废的诸多原因中，由于原材料固有缺陷引起的约占一半左右；坯料芯部常见缺陷有：偏析、夹杂、疏松等，且随着坯料直径越大，坯料芯部缺陷愈严重。
现有的坯料去除芯料缺陷一般有坯料镦粗，冲头压高，翻面切边冲孔或机加工、线切割掏孔；现有技术中的对坯料芯料的去除技术存在两个问题：①不能保证芯料缺陷去除干净；②过程复杂、材料利用率低、生产效率低，成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述存在的问题，实现对坯料芯部缺陷的消除。
本发明采用如下技术方案实现其发明目的：
一方面，本发明提供一种去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤(1)取目标金属坯料，对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料；
步骤(2)将经过所述步骤剖分后得到的小坯料放入半闭式挤压模具中，放置方向为金属坯料芯部朝下，利用所述半闭式挤压模具对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料；
步骤(3)对所述锻压坯料进行切割，去除不可用部分。
进一步地，所述方法还包括：对所述锻压坯料切割后的剩余部分进行二次锻造。
进一步地，所述步骤(1)包括：将目标金属坯料沿截面切割线切割成四等分或多于四等分。
进一步地，所述方法还包括对所述目标金属坯料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数以及位置信息，基于所述尺寸参数和位置信息对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料。
进一步地，所述方法还包括：对所述锻压坯料进行由表及里的金相分析，以确定锻压后不可用部分的尺寸参数，根据所述不可用部分的尺寸参数去除不可用芯部。
进一步地，所述方法还包括对去芯料后的材料再次进行锻造，将去芯料后的材料直接锻成锻坯或者锻成圆形、方形或六角形的长棒料。
另一方面，本发明提供一种去除金属坯料芯部缺陷的设备，其特征在于，所述设备包括：金属坯料切割装置、锻压机、半闭式挤压模具、金相分析装置，所述金属坯料切割装置用于对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料，所述锻压机用于对所述小坯料在所述半闭式挤压模具内进行锻压获得锻压坯料，所述金相分析装置用于对所述锻压坯料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数和位置信息，所述金属坯料切割装置还用于对所述锻压坯料进行切割以去除不可用部分。
进一步地，所述金属坯料切割装置将目标金属坯料沿截面切割线切割成四等分或多于四等分。
进一步地，所述锻压机还对切割后的锻压坯料进行二次锻造。
进一步地，所述半闭式挤压模具具有锻压腔。
由于采用了以上技术方案，本发明较好的实现了其发明目的，本发明的去除金属坯料芯部缺陷的方法与常规冲孔、机加工、线切割掏孔技术相比，本发明采用半闭式挤压锻造与机加工结合去芯工艺，使得坯料芯部缺陷去除更彻底，材料经过两次锻造，效果最佳，又能通过锻造来细化坯料晶粒，使去除过程更简便、生产效率高，且不受材料长度的限制，提高了材料的利用率，降低了生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中采用的一种坯料切割剖分示意图。
图2是本发明实施例中采用的另一种坯料切割剖分示意图。
图3是本发明实施例采用的一种半闭式挤压模具锻造结构示意图。
图4是本发明实施例采用的另一种半闭式挤压模具锻造结构示意图。
图5是本发明实施例采用半闭式挤压锻造方式锻造完成后结构示意图。
图6是本发明锻压坯料8的正面结构示意图。
附图标记说明见说明书最后一页表格。
具体实施方式
实施例1
本实施例给出了一种去除金属坯料芯部缺陷的设备，其包括：金属坯料切割装置、锻压机、半闭式挤压模具1、金相分析装置(图中未示出)。本实施例中的金属坯料切割装置用于对目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料，锻压机用于对小坯料在半闭式挤压模具内进行锻压获得锻压坯料，金相分析装置用于对锻压坯料8进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数，金属坯料切割装置还用于对锻压坯料进行切割以去除不可用部分。
图1-6示出了本实施例中的采用的坯料、半闭式挤压模具1以及具体的加工过程。
图1、图2示出了两种不同形状的金属坯料4及相应的切割方式。在金属坯料芯部缺陷的去除过程中，首先，将金属坯料4采用金属坯料切割装置(比如数控锯床或者线切割装置)，将材料沿截面切割线5切割成四等分或四等分以上，得到若干金属坯料芯部暴露在外的小坯料6。
然后，利用半闭式挤压模具1进行半闭式挤压锻造：将经过剖分步骤得到的小坯料6放入半闭式挤压模具1中，放置方向为金属坯料芯部7朝下，经半闭式挤压模具1定向锻造后得到锻压坯料8。
如图3和图4所示，半闭式挤压模具1包括基座和基座上的锻压腔2，锻压腔呈柱状，其深度大于小坯料6的尺寸，锻压腔的底部与侧壁之间弧面连接。在柱状的锻压腔底部具有一去芯槽，所述去芯槽呈圆柱状，去芯槽的上部与锻压腔的底面弧面连接。锻压柱9与锻压腔的尺寸匹配，锻压时，锻压柱从上方向下锻压。
锻压后，对锻压坯料8进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数，采用机加工根据所确定的尺寸参数去除不可用芯部6-1；对去芯料后的材料再次进行锻造，可以根据产品要求直接锻成锻坯，也可以锻成圆形、方形或六角形的长棒料。
在考虑到材料超过半闭式挤压模具1的加工范围时，可采用分级逐步锻造。这种情况在实施例3中进行了介绍。
本发明所述的金属坯料4是指：所有金属材料(指黑色金属和有色金属)，都是由浇铸锭经锻造或轧制而形成圆形、方形、或六角形长条。
本发明所述的切割线5是指：在利用金属切割装置中采用数控锯床或者线切割的方法对金属坯料4沿截面切割成四等分或四等分以上所形成的切割线。
本发明所述的小坯料6是指：将对金属坯料4沿截面切割形成的小块坯料。
本发明所述的芯部7是指：金属坯料4内有各种铸造缺陷的芯部。
本发明所述的半闭式挤压模具1是指：俗称单向挤压，也叫定向锻造；对小坯料6进行定向锻造所采用的模具。
本发明所述的锻压坯料8是指：经过半闭式挤压模具1定向锻造后得到的坯料。
实施例2：
本实施例中提供一种去除金属坯料芯部缺陷的方法，该方法优选地由实施例1中的设备执行。该方法包括下述步骤：
步骤(1)取目标金属坯料，对目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料。优选地，将目标金属坯料沿截面切割线切割成四等分或四等分以上。
这里需要强调的是，对于金属坯料而言，优选采用对角切割的方式进行切割，对角切割方式对于纯圆形的坯料影响不大，但是，对于柱形、椭圆、矩形或类似矩形的配料而言，有意想不到的好处。参见图3可以发现，采用对角切割的方式，坯料切割完成后，顶部相对平坦，而下部是比较尖锐的突出部，将这样形状的小坯料倒扣在实施例1中的半闭式模具中之后，锻压过程中，对该坯料的变形最小，而能最大程度地将芯部的缺陷部位锻压在去芯槽内，从而方便切割。
步骤(2)将经过所述步骤(1)剖分后得到的小坯料6放入半闭式挤压模具7中，放置方向为金属坯料芯部7朝下，利用所述半闭式挤压模具7对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料8。从图6中可以看出，通过这种锻压方式，锻压坯料8顶端会突出形成一段凸起，而凸起的两侧肩部，则相对平坦，这样的坯料特别容易实现切割，进而将缺陷部位去除。
步骤(3)对所述锻压坯料8进行切割，去除不可用部分。当将小坯料锻压成图6中所示形状之后，利用金属切割装置对坯料顶端的凸起进行切割、去除。切割采用数控锯床或者线切割的方法。
在切割过程进行之前，还可以对锻压坯料8进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数，根据所述不可用部分的尺寸参数去除不可用芯部6-1。
本发明的方法还可以包括对所述锻压坯料8切割后的剩余部分进行二次锻造。将去芯料后的材料直接锻成锻坯或者锻成圆形、方形或六角形的长棒料。
实施例3
在本实施例中，提出一种去除金属坯料芯部缺陷的方法，该方法包括：
(1)确定金属坯料长度；
(2)判断金属坯料长度是否超过预定阈值；
(3)如果金属坯料长度不超过预定阈值(本实施例不仅采用切割设备，还采用钻头进行缺陷去除，该阈值根据钻头长度而定)，则：
(3-1)对材料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数；
(3-2)根据不可用部分的尺寸参数，选择对应尺寸的钻头，用以钻去不可用部分；
(3-3)采用数控锯床或者线切割的方法，将空心材料进行沿截面四等分或四等分以上；
(3-4)对剖分的材料进行锻造，可以根据产品要求直接锻成锻坯，也可以锻成圆形、方形或六角形的长棒料；
或者
(3-5)对所述目标金属坯料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数以及位置信息，基于所述尺寸参数和位置信息对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分(使缺陷中心位于切割线上)，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料；
(3-6)将经过所述步骤(3-5)剖分后得到的小坯料6放入半闭式挤压模具1中，放置方向为不可用芯部6-1朝下，利用所述半闭式挤压模具1对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料8；
(3-7)对所述锻压坯料8进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数，根据所述不可用部分的尺寸参数去除不可用芯部6-1；
(3-8)对所述锻压坯料8进行切割，去除不可用部分；
(3-9)对所述锻压坯料8切割后的剩余部分进行二次锻造；
(4)如果金属坯料长度超过预定阈值，则：
(4-1)采用数控锯床或者线切割的方法，将材料进行沿截面(该截面垂直于长度方向)两等分或两等分以上；
(4-2)对等分后材料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数和位置信息；
(4-3)采用机加工去除不可用部分；
(4-4)对剖分去芯后的材料进行锻造；可以根据产品要求直接锻成锻坯，也可以锻成圆形、方形或六角形的长棒料。
其中，步骤(4-3)的具体过程可以包括：
基于所述尺寸参数和位置信息对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分(使缺陷中心位于切割线上)，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料；
将经过剖分后得到的小坯料6放入半闭式挤压模具1中，放置方向为金属坯料芯部6-1朝下，利用所述半闭式挤压模具1对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料8；
对所述锻压坯料8进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数，根据所述不可用部分的尺寸参数去除不可用芯部6-1；
对所述锻压坯料8进行切割，去除不可用部分；
对所述锻压坯料8切割后的剩余部分进行二次锻造。
采用本实施例中的去除金属芯部缺陷的方法，可以对各种尺寸的坯料进行操作。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
| 标记数字 | 标记名称 | 标记数字 | 标记名称 |
| 1 | 半闭式挤压模具 | 6 | 小坯料 |
| 2 | 锻压腔 | 7 | 金属坯料芯部 |
| 3 | 去芯槽 | 8 | 锻压坯料 |
| 4 | 金属坯料 | 9 | 锻压柱 |
| 5 | 切割线 |
虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤(1)取目标金属坯料，对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料；
步骤(2)将经过所述步骤(1)剖分后得到的小坯料(6)放入半闭式挤压模具(1)中，放置方向为金属坯料芯部(7)朝下，利用所述半闭式挤压模具(1)对所述小坯料进行定向锻造挤压获得锻压坯料(8)；
步骤(3)对所述锻压坯料(8)进行切割，去除不可用部分。
2.根据权利要求1所述的去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述锻压坯料(8)切割后的剩余部分进行二次锻造。
3.根据权利要求1所述的去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：将目标金属坯料沿截面切割线切割成四等分或多于四等分。
4.根据权利要求1所述的去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)包括对所述目标金属坯料进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数以及位置信息，基于所述尺寸参数和位置信息对所述目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得金属坯料芯部暴露在外的小坯料。
5.根据权利要求1所述的去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述锻压坯料(8)进行由表及里的金相分析，以确定锻压后不可用部分的尺寸参数，根据所述不可用部分的尺寸参数去除不可用芯部。
6.根据权利要求1所述的去除金属坯料芯部缺陷的制造方法，其特征在于，所述方法还包括对去芯料后的材料再次进行锻造，将去芯料后的材料直接锻成锻坯。
7.一种去除金属坯料芯部缺陷的设备，其特征在于，所述设备包括：金属坯料切割装置、锻压机、半闭式挤压模具(1)、金相分析装置，所述金属坯料切割装置用于对目标金属坯料沿预定切割线进行剖分，获得若干金属坯料芯部暴露在外的小坯料，所述锻压机用于对所述小坯料在所述半闭式挤压模具(1)内进行锻压获得锻压坯料(8)，所述金相分析装置用于对所述锻压坯料(8)进行由表及里的金相分析，以确定不可用部分的尺寸参数和位置信息，所述金属坯料切割装置还用于对所述锻压坯料(8)进行切割以去除不可用部分，所述半闭式挤压模具(1)具有锻压腔，其深度大于所述小坯料的尺寸。
8.根据权利要求7所述的去除金属坯料芯部缺陷的设备，其特征在于，所述金属坯料切割装置将目标金属坯料沿截面切割线切割成四等分或多于四等分。
9.根据权利要求7所述的去除金属坯料芯部缺陷的设备，其特征在于，所述锻压机还对切割后的锻压坯料(8)进行二次锻造。
10.根据权利要求7所述的去除金属坯料芯部缺陷的设备，其特征在于，所述锻压腔的底部具有一凹槽。
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