CN106734207A - 一种滚轧锻式锻件制造模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及专用模具的设计，提出一种滚轧锻式锻件制造模具及方法，模具包括：至少一组轧辊模具组，每组轧辊模具组包括传动齿轮、上轧辊模具、下轧辊模具及保形法兰；上轧辊模具和下轧辊模具的传动轴上安装传动齿轮，在上或下轧辊模具传动轴两端安装保形法兰，所述保形法兰外周凸起部分内侧与下轧辊模具工作面接触，外侧与上轧辊模具工作面接触；每组轧辊模具组安装于同一垂直线上，上轧辊模具下端和下轧辊模具上端的间隙根据锻坯变形需要的压缩率设置。本发明的出现大大降低了(超)大型锻件生产对大型锻压设备的需求，降低了生产成本；同时通过本发明所生产的锻件内应力较低且分布均匀，提高了产品的成品率和使用性能。

Description

一种滚轧锻式锻件制造模具及方法

技术领域

本发明属于工业用锻件的锻造新技术，涉及专用模具的设计。

背景技术

随着现代航空器设计理念的发展，对于结构减重、疲劳和损伤性能的要求越来越高，整体结构由于在这方面的比较优势，其设计和使用越来越广泛和普遍，且趋于大型、超大型化，因此对于大型原材料毛坯，特别是广泛使用的大型锻件需求就愈发迫切。

现有锻造方法其原理是通过锤头或压头压缩铸锭或锻坯，使金属产生塑性变形，达到成形的目的，同时锻造施压的过程使组织细化、致密从而提高了合金强度和损伤性能。锻造方法分为自由锻和模锻两种基本方法。大型整体构建一般均需在巨型液压机上采用模锻制坯，一般吨位从几千吨至数万吨不等，由于大型整体构建热模锻所需的载荷太大，目前普遍采用的锻造方法为等温模锻和局部加载模锻。

无论哪种锻造形式，锻造过程中锻造设备的锤头或压头与锻坯(件)均为面面接触，单次接触面积在锻造材料确定的情况下视锻造设备吨位能力大小而定。尽管锻压机设备吨位能力较大，但由于目前工业部门对(超)大型锻件的需求较大，大型锻件投影面积大，就目前的设备能力而言，均需采用分段锻造，也就是局部加载模锻。

虽然这种制造方法能够解决大大降低制造设备能力门槛，解决了对超大型设备的迫切要求，一定程度上降低能耗和满足工业对整体结构件的需求，但这种锻造方法会带来锻造工件存在重合区的问题，也就是分段锻造过程中锤头或压头在锻坯上的重复施压的锻造毗邻区域。由于重合区受力及变形与其它区域不同，因此成为导致锻件内应力分布不均的直接原因，重合区的存在引起锻件后续的淬火变形和机械加工变形，导致锻件合格率降低及加工困难。

发明内容

本发明的目的：提出一种滚轧锻式锻件制造模具及方法，解决传统方法制造存在的两个问题，一是(超)大型锻件对锻压设备能力要求高的问题，二是锻造方法引起的锻件内应力分布不均问题。

本发明的技术方案：

一种滚轧锻式锻件制造模具，包括：

至少一组轧辊模具组，

每组轧辊模具组包括传动齿轮、上轧辊模具、下轧辊模具及保形法兰；

上轧辊模具和下轧辊模具的传动轴上安装传动齿轮，在上或下轧辊模具传动轴两端安装保形法兰，所述保形法兰外周凸起部分内侧与下轧辊模具工作面接触，外侧与上轧辊模具工作面接触；

每组轧辊模具组安装于同一垂直线上，上轧辊模具下端和下轧辊模具上端的间隙根据锻坯变形需要的压缩率设置。

上轧辊模具和或下轧辊模具与锻件接触面设有成型齿、成型槽、成形图案中的至少一种或者组合。

同组的上轧辊模具和下轧辊模具的直径比根据需要生产的锻件长向曲率设定。

上或下轧辊模具传动轴两端的保形法兰可替换，两端保形法兰之间的距离等于需要生产的锻件宽度。

一种滚轧锻式锻件制造方法，包括：

将至少一组滚轧锻式锻件制造模具安装于滚轧锻机上，根据坯料厚度设置上轧辊模具、下轧辊模具之间间隙，由齿轮传递力矩至传动轴，带动上轧辊模具、下轧辊模具反向转动；

将坯料从轧辊模具组一端送入转动的轧辊模具组间隙中，滚动的上、下轧辊模具带动坯料运动，上、下轧辊模具从垂直方向挤压坯料，保形法兰从两侧对坯料挤压限位，迫使坯料按照上、下轧辊模具与两端保形法兰围成的形状成形。

本发明的优点：

与现有技术相比，本发明的出现大大降低了(超)大型锻件生产对大型锻压设备的需求，降低了生产成本；同时通过本发明所生产的锻件内应力较低且分布均匀，提高了产品的成品率和使用性能。

附图说明：

图1是本发明轧辊安装及传动示意图。

图2是本发明模具组设计配合示意图。

图3是本发明滚轧锻工艺示意图。

图4是本发明连续轧辊组示意图。

图5是本发明锻件截面外形轮廓图。

图6是本发明轧辊组模具示意图。

图7是本发明坯料与零件截面尺寸对比示意图。

图8是本发明轧辊组模具安装示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

一种滚轧锻式锻件制造模具，如图6、图8所示，包括：

至少一组轧辊模具组，

每组轧辊模具组包括传动齿轮4、上轧辊模具1、下轧辊模具2及保形法兰3；

上轧辊模具1和下轧辊模具2的传动轴上安装传动齿轮4，在上或下轧辊模具传动轴两端安装保形法兰3，所述保形法兰3外周凸起部分内侧与下轧辊模具2工作面接触，外侧与上轧辊模具1工作面接触；

每组轧辊模具组安装于同一垂直线上，上轧辊模具1下端和下轧辊模具2上端的间隙根据锻坯变形需要的压缩率设置。

上轧辊模具1和或下轧辊模具2与锻件接触面设有成型齿、成型槽、成形图案中的至少一种或者组合。

同组的上轧辊模具1和下轧辊模具2的直径比根据需要生产的锻件长向曲率设定。

上或下轧辊模具传动轴两端的保形法兰3可替换，两端保形法兰3之间的距离等于需要生产的锻件宽度。

一种滚轧锻式锻件制造方法，包括：

将至少一组滚轧锻式锻件制造模具安装于滚轧锻机上，根据坯料厚度设置上轧辊模具、下轧辊模具之间间隙，由齿轮传递力矩至传动轴，带动上轧辊模具、下轧辊模具反向转动；

将坯料从轧辊模具组一端送入转动的轧辊模具组间隙中，滚动的上、下轧辊模具带动坯料运动，上、下轧辊模具从垂直方向挤压坯料，保形法兰从两侧对坯料挤压限位，迫使坯料按照上、下轧辊模具与两端保形法兰围成的形状成形。

实施例1

本发明为一种金属锻坯的滚动轧制机构，它由一组(或几组)可更换及可设置位置的上、下轧辊模具组组成。上、下轧辊模具截面为圆形，上下轧辊模具一方面用于成型零件外形，一方面用于控制零件外形尺寸。在上、下轧辊模具中轴线上有传动轴，传动轴上安装传动齿轮。轧辊组安装于同一垂直线上，水平相对位置根据锻坯变形需要的压缩率决定。轧辊转动方向相反，转速相同。示意图见图1。

其中模具组设计方法如下：

模具组包括传动齿轮、上轧辊模具、下轧辊模具及保形法兰。

上、下轧辊模具为模具钢制圆柱体滚轮，两侧有传动轴，传动轴上安装传动齿轮。上、下轧辊模具宽度一致，直径由需要生产的锻件长向曲率决定，如曲率为零则直径相同，如曲率不为零则增加或减小上或下轧辊模具直径。在上或下轧辊模具传动轴上安装保形法兰。示意图见图2。

具体操作方法为：

将一组可垂直调节位置的(具有截面外形的)轧辊模具组安装于滚轧锻机上，根据零件和坯料厚度设置好轧辊组之间间隙，由齿轮传递力矩至传动轴，带动轧辊模具组反向转动。将坯料从一端送入转动的轧辊组间隙中，滚动的上、下轧辊模具带动坯料运动从另外一个方向出料，在此过程中上、下轧辊模具完成对坯料的成形及轧制。示意图见图3。

此过程可进行单次也可根据需要逐步调节轧辊模具组垂直相对位置后进行多次轧制，亦可设置轧辊轧制间隙呈梯度变化的多组连续轧辊组(见图4)，实现逐步轧制至零件尺寸，一方面满足工艺需要，另一方面对于设备能力不足以进行单次轧制成形的情况来说起到了弥补的作用。

实施例2

零件截面外形如图5，长宽比为8，长向曲率为零。其模具设计考虑如下。

上下轧辊模具截面直径一致，考虑到保形法兰的整体刚度，可适当加厚法兰盘厚度，特别是与对于与零件接触的部分。则模具设计示意图如图6所示。

上下轧辊组模具设计外形如图6所示。

根据零件厚度调节好轧辊组之间的距离，固定轧辊组，其比例对比见图7所示。通过传动轴与齿轮的连接，从滚轧锻机取得转动力矩，工作时上下轧辊模具组反向转动，轧辊组模具安装示意图见图8。工作时将原始坯料从一端送入转动的轧辊组间隙中，滚动的上、下轧辊模具带动坯料运动从另外一个方向出料，在此过程中上、下轧辊模具完成对坯料的成形及轧制,示意图见图3。

轧辊组模具安装示意图如图7所示。

本发明改变了(超)大型锻件锻造的传统制造思路：要么提高设备能力，要么优化模具及分段锻造。将锻造过程由不连续加工变为连续加工，从而减少了对设备能力的迫切需求；同时消除了锻件制造过程中的锻造重合区的存在，极大的降低的锻件的内应力。

Claims (5)

1.一种滚轧锻式锻件制造模具，其特征在于，包括：

至少一组轧辊模具组，

每组轧辊模具组包括传动齿轮、上轧辊模具、下轧辊模具及保形法兰；

上轧辊模具和下轧辊模具的传动轴上安装传动齿轮，在上或下轧辊模具传动轴两端安装保形法兰，所述保形法兰外周凸起部分内侧与下轧辊模具工作面接触，外侧与上轧辊模具工作面接触；

每组轧辊模具组安装于同一垂直线上，上轧辊模具下端和下轧辊模具上端的间隙根据锻坯变形需要的压缩率设置。

2.如权利要求1所述的一种滚轧锻式锻件制造模具，其特征在于，

上轧辊模具和或下轧辊模具与锻件接触面设有成型齿、成型槽、成形图案中的至少一种或者组合。

3.如权利要求1所述的一种滚轧锻式锻件制造模具，其特征在于，

同组的上轧辊模具和下轧辊模具的直径比根据需要生产的锻件长向曲率设定。

4.如权利要求1所述的一种滚轧锻式锻件制造模具，其特征在于，

上或下轧辊模具传动轴两端的保形法兰可替换，两端保形法兰之间的距离等于需要生产的锻件宽度。

5.一种滚轧锻式锻件制造方法，其特征在于，包括：

将至少一组滚轧锻式锻件制造模具安装于滚轧锻机上，根据坯料厚度设置上轧辊模具、下轧辊模具之间间隙，由齿轮传递力矩至传动轴，带动上轧辊模具、下轧辊模具反向转动；

将坯料从轧辊模具组一端送入转动的轧辊模具组间隙中，滚动的上、下轧辊模具带动坯料运动，上、下轧辊模具从垂直方向挤压坯料，保形法兰从两侧对坯料挤压限位，迫使坯料按照上、下轧辊模具与两端保形法兰围成的形状成形。