CN110153342B - 棒料镦挤复合成型制坯工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒料镦挤复合成型制坯工艺，包括：采用中频炉对坯料的镦挤变形段进行加热，中频炉对坯料的非镦挤段不进行加热，加热温度控制在1100‑1200℃；将坯料放入到闭式模镦挤复合成型中后，使闭式模镦挤复合成型模具闭合，形成封闭型腔，闭式模镦挤复合成型模具工作镦挤坯料，坯料在闭式模镦挤复合成型模具的作用下镦挤复合成半成品坯；在模具型腔约束下，坯料的镦挤变形段高径比控制在不大于2.5；将闭式模镦挤复合成型模具的一部分转移，采用第二上模对上述所得的第一坯料进行镦挤，得到成品坯，镦挤半成品坯时变形区高径比不大于2.5。本发明具有节约成本以及提高生产效率的优点。

Description

棒料镦挤复合成型制坯工艺

技术领域

本发明涉及金属锻造技术领域,具体涉及一种棒料镦挤复合成型制坯工艺。

背景技术

大高径比棒料镦挤制坯，主要用于半轴类零件的预制坯。通常大高径比棒料镦挤制坯采用顶镦工艺，通过逐步变大上模锥模筒角度，分多步实现减小高径比，达到镦挤、聚料的效果，一般整个成型工步不少于3步，中间由于成型时间长，坯料冷却，需要回炉加温，消耗能源的同时，坯料本身产生氧化皮，影响产品质量的同时，造成经济效益低下，而且如果处理不好各步的锥模角度，极易导致材料在成型的过程中行程折叠，导致最终产品的报废。

现有的镦挤制坯工艺在镦挤前，先使上模与下模进行合模，为了避免镦挤上模相对下模不会发生位移，上模与下模合模后，在上框架上设置弹簧，上框架带动液压设备以及冲头整体沿上模和下模的轴向向下运动下，弹簧的一端对上模形成抵顶，随着上框架的继续下移，对弹簧施加压迫作用力，从而使弹簧紧紧地压在上模上。

对于这样的方式，由于上框架通过弹簧的作用力使上模和下模形成闭式模，然而，在实际的镦挤过程中，大型的液压设备对坯料产生的作用力达几百吨甚至是上千吨，既使是小型的液压设备，在镦挤时对坯料产生的作用力也达几吨至几十吨，因此，坯料受液压设备产生的上述镦挤作用力，坯料变形使得上模会受到反向的挤压作用力，该作用力传递到弹簧上，显然，弹簧无法承受几十吨至上百吨甚至上千吨的反向作用力，导致在上模与下模之间产生间隙，引起上模与下模的闭合失效，坯料镦挤变形的一部分进入到上模与下模之间的间隙中，从而造成坯料在镦挤时产生飞边，严重时甚至使坯料报废。

发明内容

本发明提供一种节约成本以及提高生产效率的棒料镦挤复合成型制坯工艺。

解决上述技术问题的技术方案如下：

棒料镦挤复合成型制坯工艺，工艺步骤如下：

下料：首先制得高径比为3至12的坯料；

局部加热：采用中频炉对坯料的镦挤变形段进行加热，中频炉对坯料的非镦挤段不进行加热，加热温度控制在1100-1200℃；

闭式模镦挤复合成型：将坯料放入到闭式模镦挤复合成型模具中后，使闭式模镦挤复合成型模具闭合，形成封闭型腔，闭式模镦挤复合成型模具工作镦挤坯料，坯料在闭式模镦挤复合成型模具的作用下镦挤复合成半成品坯；在模具型腔约束下，坯料的镦挤变形段高径比控制在不大于2.5；

镦挤成型：将闭式模镦挤复合成型模具的一部分转移，采用第二上模对上述所得的半成品坯进行镦挤，得到成品坯，镦挤半成品坯时变形区高径比不大于2.5；

与现有技术相比，本技术采用镦挤复合成形工艺，采用两步工序即可实现高径比3至12的棒料的闭式模镦粗变形，由于采用的模具为闭式模镦挤复合成型模具，因此，镦挤获得的成品坯不会出现折叠、偏心等缺陷，具有节约成本，提高生产效率的优点，因此本发明具有良好的工艺可行性和经济、生产效益。

附图说明

图1为本发明汽车半轴的碾压成形工艺的第一实施方式的结构示意图；

图2为图1中上模与下模中配合的示意图；

图3为本发明中的顶杆的示意图；

图4为本发明闭式模镦挤复合成型模具的第二实施方式的结构示意图；

图5为图4中的下模的剖面结构示意图；

图6为图4中所示的第二升降组件与液压组件的装配示意图；

图7为图4所示的第一安装座的示意图；

图8为图4中的空心轴本体的示意图；

图9为本发明中的坯料的示意图；

图10为本发明中挤压杆开始对坯料进行镦挤时的示意图；

图11为本发明中挤压杆对坯料镦挤后获得半成品坯的示意图；

图12为本发明中的第二上模对半成品坯开始进行镦挤时的示意图；

图13为本发明中第二上模对半成品坯镦挤后获得成品坯的示意图；

图14为本发明中的成品坯的示意图；

图15为本发明中将成品坯碾压成型的第一上模和第一下模的示意图；

图16为第一上模和第一下模将成品坯碾压成型为汽车半轴的示意图；

A为坯料，B为半成品坯，C为成品坯，D为汽车半轴；

1为上模板，2为挤压杆，3为上模，3a为第一放料孔，3b为上半成型腔，4为下模，4a为第一容纳腔，4b为下半成型腔，4c为第二容纳腔，让位槽4d，卡槽4e，5为顶杆，5a为承载部，5b为径向凸起部，5c为连接部，6为下模板，6a为通孔，7为固定板，8为第一安装座，8a为第一通孔，9为升降驱动器，10为液压组件，11为传动机构，12为支架，13为第一驱动部件，14为第二驱动部件，15为支撑部件，16为空心轴本体，17为第一径向凸缘、18为第二径向凸缘，19为第一平面轴承，20为第二平面轴承，21为第三轴承。

30为第二上模；

40为第一下模，41为第一下型腔，42为第一上模，43为第一上型腔，44为让位腔体。

具体实施方式

如图1所示，本发明的闭式模镦挤复合成型模具，包括第一升降组件、挤压杆、上模、下模板组件、下模、第二升降组件、液压组件，下面对每部分以及它们之间的关系进行详细说明：

如图1和图2所示，第一升降组件包括上模板1以及驱动上模板1升降的升降驱动装置(图中未示出)，第一升降组件可以进行水平运动以及升降运动，升降驱动装置安装在水平运动的安装板上，安装板滑动配合在机架上，安装板与水平驱动装置连接，水平驱动装置驱动安装板水平运动，从而使长一升降组件水平运动，水平运动到需要的位置时，升降驱动装置驱动上模板1进行升降运动。

如图1和图2所示，挤压杆2的一端与第一升降组件连接，挤压板2的一端与第一升降组件中的上模板1固定连接，挤压杆2的另一端在升降驱动装置的驱使下伸入到上模中，以对配合在上模3以及下模中的坯料A进行镦挤。

如图1和图2所示，上模3的一端设有供挤压杆2插入且与待镦挤坯料A镦挤部位的一部分匹配的第一放料孔3a，上模3的另一端设有用于镦挤成型的上半成型腔3b，上半成型腔3b与第一放料孔3a连通，第一放料孔3a以及上半成型腔3b形成的腔体沿着上模3的轴向贯穿该上模3，本实施例中，上半成型腔3b的截面从上至下的尺寸逐步变大，上半成型腔3b的形状呈锥形。

如图1和图2所示，下模4的一端与下模板组件固定，下模4的另一端设有腔体，该腔体包括用于容纳上模3另一端的第一容纳腔4a以及下半成型腔4b，下半成型腔4b与所述上半成型腔3b对应，当上模3的另一端进入到第一容纳腔4a中后，使下半成型腔4b与上半成型腔3b闭合成一个完整的镦挤成型腔体时，镦挤成型腔体的高与坯料A的直径比小于2.5，优选地，镦挤成型腔体的高与坯料A的直径比为2.3，这样，在镦挤成型过程始终处于稳定可控状态，能减少镦挤的步骤以实现高径比为3至12的坯料镦粗制坯，同时成坯不会出现折叠、偏心等缺陷。

如图1和图2所示，下模4上还设有用于容纳坯料A非镦挤部位的第二容纳腔4c，第二容纳腔4c与下半成型腔4b连通，第一容纳腔4a、下半成型腔4b以及第二容纳腔4c形成的腔体沿着下模4的轴向贯穿该下模4，本实施例中，下半成型腔4b的截面的长度从上至下逐步变小，下半成型腔4b的形状呈锥形。在下模4上设置第二容纳腔4c的目的是，在下模4上安装顶杆5，以便于坯料A在镦挤成型后通过顶杆5顶出。

下模板组件包括下模板6、固定板7，固定板7固定在下模板6上，而下模4的另一端则固定在固定板7上，下模板6上设有通孔6a，该通孔6a的轴向与第二容纳腔4c的轴向位于同一直线上，从而便于顶出驱动装置(图中未示出)与顶杆5进行连接，以便于使顶杆5进行工作。

如图1和图3所示，本实施例中，顶杆5优选采用的结构形式为：包括承载部5a、径向凸起部5b以及连接部5c，由于第一容纳腔4a、下半成型腔4b以及第二容纳腔4c形成的腔体沿着下模4的轴向贯穿该下模4，因此，坯料A的非镦挤部位会进入到第二容纳腔4c中后，这时，承载部5a承载坯料A的非镦挤部位，而径向凸起部5b从承载部5a的周面凸出，因此，径向凸起部5b的外径大于承载部5a的外径，从而，径向凸起部5b与下模板6形成抵顶，以使径向凸起部5b以上的部位获得支撑。连接部5c的直径小于通孔6a的孔径，连接部5c可伸入或穿过通孔6a与顶出驱动装置连接。

如图1和图2所示，挤压杆2的另一端穿过第二升降组件后伸入到上模3的第一放料孔3a中，本实施例中，第二升降组件优先采用的结构为，包括第一安装座8以及升降驱动器9，通过升降驱动器9驱动第一安装座8升降，第一安装座8上设置有第一通孔8a，第一通孔8a供挤压杆2的另一端穿过。升降驱动器9为直线驱动器，该直线驱动器优先采用液压缸。

如图1和图2所示，液压组件10的一端与第二升降组件连接，上模3的另一端配合在第一容纳腔4a中后，液压组件10另一端施加于上模3一端的压力大于或等于镦挤时坯料A对上模3所形成的反向挤压力。液压组件10的一端连接于第一安装座8上，液压组件优先与上模3的一端连接，这样，上模与液压组件10以及第二升降组件组成一体，当第二升降组件升降时，上模3也随之升降。液压组件10工作时产生的作用力，用于对抗镦挤时坯料A对上模3所形成的反向挤压力，由于液压组件10产生的作用力要大于所述反向挤压力，因此，通过液压组件10可使上模3与下模4的合模稳固，不会因为坯料A受到镦挤时产生的反向挤向作用力而使上模3向上移动，避免了在上模3与下模4之间产生间隙，从而从根本上杜绝了现有技术中坯料A镦挤变形的一部分进入到上模3与下模4之间间隙中的情况，因此，通过设置第二升降组件以及液压组件10，对上模3产生轴向作用力的结构，防止了坯料在镦挤时产生飞边，严重时甚至使坯料报废的情况。

如图4至图8所示，本实施例与上述第一实施例不同之处如下：

所述下模4的周面上设有贯通到所述第一容纳腔4a中的槽体，槽体包括沿下模4轴向延伸的让位槽4d以及沿下模周向延伸的卡槽4e。所述上模3的外周面上设有凸起部(未示出)，上模3的一端下降并配合在所述第一容纳腔4a中时，凸起部经过所述让位槽4d，旋转上模3使所述凸起部与所述卡槽4e形成间隙配合。当镦挤时坯料A对上模3所形成的反向挤压力时，由于上模3上的凸起部与卡槽4e间隙配合，因此，上模3与下模4形成一体，凸起部与卡槽4e的配合对所述反向挤压作用力形成的对抗作用，从而避免上模3向上移动。这样进一步地避免了上模3与下模4之间形成所述间隙。

如图4至图5所示，由于需要使上模3旋转，才能使上述凸起部与卡槽4e的配合，因此，在本实施例中，设置了驱动器，驱动器与上模配合，驱动器驱动上模3旋转，通过驱动器驱动上模3旋转使所述凸起部卡入到所述卡槽4e中。

如图4所示，所述驱动器包括与上模3配合的传动机构11、支架12、第一驱动部件13，传动机构11可转动地安装在支架12的一端，支架12的另一端设置在下模板组件上，第一驱动部件13安装在支架12上，第一驱动部件13的输出端与传动机构11连接。

如图4所示，传动机构11可以采用摩擦辊或者齿轮，传动机构11优先采用摩擦辊。第一驱动部件13可以采用电机或液压马达，第一驱动部件13优先采用电机。摩擦辊的周面与上模3的周面配合后，电机驱动摩擦辊旋转，摩擦辊通过摩擦作用力使上模3旋转，从而使上模3上的凸起部卡入到所述卡槽4e中。解除凸起部卡入到所述卡槽4e的配合，只需电机反转驱动摩擦辊反转即可。

如图4所示，所述驱动器还包括第二驱动部件14，第二驱动部件14为直线驱动部件，第二驱动部件14可以采用液压缸、气缸、连接有丝杆机构的电机等，本实施例中优先采用液压缸。支架12的另一端与下模板组件滑动配合，第二驱动部件14与支架12连接，第二驱动部件14驱动支架12直线运动使传动机构11与上模3配合或分离。

如图4所示，所述支架12的截面呈L形，所述驱动器还包括支撑部件15，支撑部件15的一端与下模板组件固定连接，支撑部件15的另一端与支架12滑动配合，支撑部件15对支架12形成支撑，并且支架12相对支撑部件15又可移动。

如图4所示，由于驱动器驱动上模3旋转，而上模3与液压组件10连接，因此，液压组件10的装配方式需不同于上述实施方式，具体如下：

如图4至图8所示，第二升降组件包括第一安装座8、第一空心轴、第一支承组件，第一安装座8上设有第一通孔8a，第一支承组件安装在第一安装座8上，第一空心轴的一端穿过第一安装座8上的第一通孔8a，且第一空心轴通过第一支承组件配合，所述液压组件与第一空心轴连接。

如图4至图8所示，所述第一空心轴包括：空心轴本体16、第一径向凸缘17、第二径向凸缘18，第一径向凸缘17设置在空心轴本体16的一端，所述液压组件10与第一径向凸缘17连接，第二径向凸缘18的限制空心轴本体轴向位移，该第二径向凸缘18设置在空心轴本体16的另一端，第二径向凸缘18与第一安装座8的一端或者安装在第一安装座8上的第一支承组件形成抵顶。第一径向凸缘17与空心轴本体16的一端一体成型，第二径向凸缘18与空心轴本体16的另一端通过焊接固定，或者第一径向凸缘17与空心轴本体16的一端焊接固定，第二径向凸缘18与空心轴本体16的另一端一体成型。

如图4至图8所示，对于第一空心轴以及第一支承组件与第一安装座8的结构方式可以是：所述第一支承组件包括第一平面轴承19，所述第一安装座8上的第一通孔8a为台阶孔，第一平面轴承19安装在台阶孔的大径孔中，所述第二径向凸缘18与第一平面轴承19连接后形成抵顶。

如图4至图8所示，对于第一空心轴以及第一支承组件与第一安装座8的结构方式也可以是：第一支承组件包括第二平面轴承20、第三轴承21，所述第一安装座8上的第一通孔8a为台阶孔，第二平面轴承20安装在台阶孔的大径孔中，且第二平面轴承20则与第二径向凸缘18连接后形成抵顶，第三轴承21安装在台阶孔的小径孔中，第三轴承与空心轴本体16配合。而第一径向凸缘17则与第一安装座8抵顶。

如图4至图8所示，对于第一空心轴以及第一支承组件与第一安装座8的结构方式还可以是：第一支承组件包括第一平面轴承19、第二平面轴承20、第三轴承21，所述第一安装座8上的第一通孔8a为直径两端大而中间小的台阶孔，第一平面轴承19和第二平面轴承20分别安装在台阶孔的大径孔中，第三轴承21安装在台阶孔的小径孔中。所述第二径向凸缘18与第一平面轴承19连接后形成抵顶，所述第二轴承20与第一径向凸缘17连接后形成抵顶。

一种汽车半轴的碾压成形工艺，以上述图1所示的闭式模镦挤复合成型模具对所述制坯工艺进行说明，具体工艺步骤如下：

下料：如图9所示，首先制得高径比为3至12的坯料，具体实施时以成品坯杆部直径和产品重量为基础，计算出下料需要的长度进行下料，得到坯料A；

局部加热：采用中频炉对坯料A的镦挤变形段进行加热，中频炉对坯料A的非镦挤段不进行加热，加热温度控制在1100-1200℃；

闭式模镦挤复合成型：如图10所示，将坯料A放入到闭式模镦挤复合成型中后，使闭式模镦挤复合成型模具闭合，形成封闭型腔，闭式模镦挤复合成型模具工作镦挤坯料A，如图1的图11所示，液压组件驱动第一安装座8下降，使升降驱动器9以及与升降驱动器9连接的上模3下降，上模3与下模4合模后，通过升降驱动器9的作用力使上模3与下模4保持抵顶，避免上模3与下模之间在镦挤时所受坯料A变形的反作用力而产生间隙。上模3与下模4保持抵顶后，上模板1下降使挤压杆2对坯料A形成镦挤作用。如图12所示，坯料A在闭式模镦挤复合成型模具的作用下镦挤复合成半成品坯B；坯料A的高径比为3至12；上下模合模后，在模具型腔约束下，镦挤变形段高径比控制在不大于2.5。

镦粗成型：如图13所示，将闭式模镦挤复合成型模具的一部分转移，即将上模板1、挤压杆2、上模3等移走，而下模4以及半成品坯B仍留在下模4的腔体中，采用第二上模30对上述所得到的半成品坯B进行镦挤，得到成品坯C(如图14所示)；镦挤半成品坯B过程中该半成品坯B变形区高径比不大于2.5。

碾压成型：如图15和图16所示，将成品坯B放置于第一下模40的第一下型腔41中，第一下模40绕自身轴线进行旋转并带动成品坯B一起旋转，第一下模40的转速为20-70r/min，待转速稳定后(例如，第一下模设定的转速为50r/min，但由于起动时无法达到该速度，在起动一段时间后才能达到50r/min的速度，即为稳定的转速)，第一上模42下行使该第一上模42的第一上型腔43与成品坯B轴向端面的一部分抵顶后，第一上模42对成品坯B进行压制，第一上模对成品坯进行压制的速度为1-10mm/s。所述第一上型腔43与成品坯B轴向端面的一部分抵顶后，第一上模42绕自身轴线做被动旋转，第一上模42碾压成品坯，使成品坯充满第一上模和第一下模的型腔后获得汽车半轴D。最后对获得的汽车半轴D的轴向端面进行整形。第一上模42的轴向与成品坯C的轴向形成4°至8°的夹角。第一上模42上设有在第一上型腔43对成品坯C进行压制时形成让位的让位腔体44。

Claims (6)

1.棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，工艺步骤如下：

下料：首先制得高径比为3至12的坯料；

局部加热：采用中频炉对坯料的镦挤变形段进行加热，中频炉对坯料的非镦挤段不进行加热，加热温度控制在1100-1200℃；

闭式模镦挤复合成型：将坯料放入到闭式模镦挤复合成型模具中后，使闭式模镦挤复合成型模具闭合，形成封闭型腔，闭式模镦挤复合成型模具工作镦挤坯料，坯料在闭式模镦挤复合成型模具的作用下镦挤复合成半成品坯；在模具型腔约束下，坯料A的镦挤变形段高径比控制在不大于2.5；

镦挤成型：将闭式模镦挤复合成型模具的一部分转移，采用第二上模对上述所得的半成品坯进行镦挤，得到成品坯，镦挤半成品坯时变形区高径比不大于2.5；

所述闭式模镦挤复合成型模具包括：

第一升降组件；

挤压杆，该挤压杆的一端与第一升降组件连接；

上模，上模的一端设有供挤压杆插入且与待镦挤坯料镦挤部位的一部分匹配的第一放料孔，上模的另一端设有用于镦挤成型的上半成型腔，上半成型腔与第一放料孔连通；

下模板组件；

一端与下模板组件固定的下模，下模的另一端设有腔体，该腔体包括用于容纳上模另一端的第一容纳腔以及下半成型腔，下半成型腔与所述上半成型腔对应，下模上还设有用于容纳坯料非镦挤部位的第二容纳腔，第二容纳腔与下半成型腔连通；

第二升降组件，挤压杆的另一端穿过第二升降组件后伸入到上模的第一放料孔中；

液压组件，该液压组件的一端与第二升降组件连接，上模的另一端配合在第一容纳腔中后，液压组件另一端施加于上模一端的压力大于或等于镦挤时坯料对上模所形成的反向挤压力；

所述下模的周面上设有贯通到所述第一容纳腔中的槽体，槽体包括沿下模轴向延伸的让位槽以及沿下模周向延伸的卡槽；

所述上模的外周面上设有凸起部，上模的一端下降并配合在所述第一容纳腔中时，凸起部经过所述让位槽，旋转上模使所述凸起部与所述卡槽形成间隙配合；

所述液压组件与上模连接；

还包括驱动上模旋转时使所述凸起部卡入到所述卡槽中的驱动器，驱动器与上模配合，驱动器驱动上模旋转；

第二升降组件包括第一安装座、第一空心轴、第一支承组件，第一安装座上设有第一通孔，第一支承组件安装在第一安装座上，第一空心轴的一端穿过第一安装座上的第一通孔，且第一空心轴通过第一支承组件配合，所述液压组件与第一空心轴连接。

2.根据权利要求1所述的棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，第一空心轴包括：

空心轴本体；

设置在空心轴本体一端的第一径向凸缘，所述液压组件与第一径向凸缘连接；

限制空心轴本体轴向位移的第二径向凸缘，该第二径向凸缘设置在空心轴本体的另一端，第二径向凸缘与第一安装座的一端或者安装在第一安装座上的第一支承组件形成抵顶。

3.根据权利要求2所述的棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，所述第一支承组件包括第一平面轴承，所述第一安装座上的第一通孔为台阶孔，第一平面轴承安装在台阶孔的大径孔中，所述第二径向凸缘与第一平面轴承连接后形成抵顶。

4.根据权利要求1所述的棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，第一支承组件包括第二平面轴承、第三轴承，所述第一安装座上的第一通孔为台阶孔，第二平面轴承安装在台阶孔的大径孔中，且第二轴承与第一空心轴的一端连接，第三轴承安装在台阶孔的小径孔中。

5.根据权利要求1所述的棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，所述驱动器包括：

与上模配合的传动机构；

支架，传动机构可转动地安装在支架的一端，支架的另一端设置在下模板组件上；

第一驱动部件，第一驱动部件安装在支架上，第一驱动部件的输出端与传动机构连接。

6.根据权利要求5所述的棒料镦挤复合成型制坯工艺，其特征在于，所述驱动器还包括：

第二驱动部件，支架的另一端与下模板组件滑动配合，第二驱动部件与支架连接，第二驱动部件驱动支架直线运动使传动机构与上模配合或分离。

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