CN110153348A - 锻造装置及锻造方法 - Google Patents

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吴任东
袁朝龙
李滔
焦玮
魏玮
陈福强
沈泽南
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    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
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    • B21J13/02Dies or mountings therefor
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    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/02Die forging; Trimming by making use of special dies ; Punching during forging
    • B21J5/025Closed die forging

Abstract

本发明涉及机械加工领域,公开了一种锻造装置及锻造方法,该锻造装置包括预锻凸模、终锻凸模以及凹模;预锻凸模上设置有至少一个第一凹槽,终锻凸模的形状与终锻件的形状相适应,凹模上设置有与第一凹槽相对应的第二凹槽;预锻凸模与终锻凸模设置在同一工作台上,工作台连接驱动单元,驱动单元驱使工作台相对凹模运动。本发明提供的锻造装置及锻造方法通过在同一工作台上设置预锻凸模和终锻凸模,并对应设置凹模,能够一火、一工位完成超大质量、超大尺寸及型面复杂且外表面具有凸台结构的锻件的锻造。避免了对坯料的重复加热,大大简化了工艺,降低了成形力。

Description

锻造装置及锻造方法
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域,特别是涉及一种锻造装置及锻造方法。
背景技术
对于质量和体积都非常大的锻件,整体锻造成型时平均分布在其表面的压力相对较小。若锻件型面复杂,外表面具有较大的凸台,则在整体锻造过程中局部充型的压力远远不够,不能使材料充满凸台。
尤其是诸如核电站蒸汽发生器中的一体化水室封头等又大又重且型面复杂的锻件,其重量达到200-300吨,直径达5米以上,高度3米以上,同时在锻件底部存在几个凸台,采用传统的整体锻造方法将需要特别大的吨位才可使材料充满其底部的凸台,目前的锻造吨位无法满足要求,故一般都选择分体锻造方案。即把水室封头分为水室封头底和水室封头环两部分。但分体锻造会存在焊缝,其安全性没有整体锻造好。
目前虽然存在大型复杂锻件的整体锻造方法,但是在锻造过程中都需要多次加热坯料。例如,某项现有技术中的锻造过程中需要多次对锻件加热,保证锻件温度在850~1240℃;某项现有技术中的凹模料的凸起部分,通过锻压方式制备后再进行机械加工,锻压制备时必定涉及多次加热坯料的过程;某项现有技术中通过锻造及机加工的方式制坯时,坯料的温度需要保证在可锻范围内,并且其拉深成形和翻孔成形这两个步骤中,均需要对坯料进行加热。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种锻造装置及锻造方法,以解决现有技术中对于大型锻造件的锻造工艺复杂繁琐的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种锻造装置,包括预锻凸模、终锻凸模以及凹模;所述预锻凸模上设置有至少一个第一凹槽,所述终锻凸模的形状与终锻件的形状相适应,所述凹模上设置有与所述第一凹槽相对应的第二凹槽;所述预锻凸模与所述终锻凸模设置在同一工作台上,所述工作台连接驱动单元,所述驱动单元驱使所述工作台相对所述凹模运动。
进一步地,所述工作台还连接有移动单元,所述移动单元驱使所述工作台将所述预锻凸模或者所述终锻凸模移动至与所述凹模相对的位置处。
进一步地,所述工作台上设置有锁模机构,所述预锻凸模和/或所述终锻凸模通过所述锁模机构可拆卸地连接在所述工作台上。
进一步地,所述第二凹槽的延伸方向朝向背离所述工作台靠近的方向。
根据本发明的另一方面,本发明还提供一种基于如前任一项所述的锻造装置的锻造方法,包括:S1、将坯料加热后置于所述凹模内;S2、操作所述驱动单元驱动所述工作台,以带动所述预锻凸模对所述坯料进行预锻;S3、移动所述工作台,切换至所述终锻凸模对所述坯料进行终锻。
进一步地,所述工作台还连接有移动单元,在步骤S1与步骤S2之间还包括:操作移动单元驱使所述工作台,并带动所述预锻凸模移动至所述凹模的上方。
进一步地,在步骤S2与步骤S3之间还包括:操作移动单元驱使所述工作台,并带动所述终锻凸模移动至所述凹模的上方。
进一步地,在步骤S2和步骤S5之间还包括:操作所述驱动单元将所述工作台上移。
进一步地,所述锻造方法采用闭式模锻。
(三)有益效果
本发明提供的锻造装置及锻造方法通过在同一工作台上设置预锻凸模、终锻凸模并对应设置凹模,可以保证预锻、终锻工艺的快速自动完成。能够一火、一工位完成超大质量、超大尺寸及型面复杂且外表面具有凸台结构的锻件的锻造。避免了对坯料的重复加热,大大简化了工艺。本发明提供的锻造装置及锻造方法还能够保证型面复杂的锻件的凸台能够被充满,同时降低成型所需的压力。利用本发明生产的大型复杂锻件,材料致密、金属流线分布合理、不易产生裂纹。此外,本发明提供的锻造装置及锻造方法还具有自动化程度高,生产效率高等优点。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的锻造装置的示意性结构图;
图2为本发明实施例二提供的锻造方法的示意性流程图。
附图标号说明:
1、预锻凸模;2、终锻凸模;3、凹模;4、第一凹槽;5、第二凹槽;6、工作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1,本发明提供一种锻造装置,包括预锻凸模1、终锻凸模2以及凹模3;预锻凸模1上设置有至少一个第一凹槽4,终锻凸模2的形状与终锻件的形状相适应,凹模3上设置有与第一凹槽4相对应的第二凹槽5;预锻凸模1与终锻凸模2设置在同一工作台6上,工作台6连接驱动单元,驱动单元驱使工作台6相对凹模3运动。
本发明提供的锻造装置及锻造方法通过在工作台6上设置预锻凸模1、终锻凸模2并对应设置凹模3,可以保证预锻、终锻工艺的全自动完成。能够使用一火、一工位完成超大质量、超大尺寸及型面复杂且外表面具有凸台结构的锻件的锻造。避免了对坯料的重复加热,大大简化了工艺。本发明提供的锻造装置及锻造方法还能够保证型面复杂的锻件的凸台能够被充满,同时降低成型所需的压力。利用本发明生产的大型复杂锻件,材料致密、金属流线分布合理、不易产生裂纹。此外,本发明提供的锻造装置及锻造方法还具有自动化程度高,生产效率高等优点。
具体地,预锻凸模1用以实现对坯料的初步锻造,例如,预锻可采用模锻的方式获得预制坯。其中,坯料的类型包括但不限于是真空钢锭等材料。
终锻凸模2用以实现对预制坯的最终锻造成型,同样,终锻也可以采用模锻的方式完成。
需要说明的是,由于预锻与终锻均采用了模锻成型的方式,因此,在本实施例中,预锻凸模1与终锻凸模2的形状与终锻件或者凹模3的形状相适应。例如,在本实施例中,由于预锻与终锻均是采用了凸模的方式,因此,设置在预锻凸模1与终锻凸模2下方的为一个凹模3。若凹模3上凹陷的内表面的形状为弧形面,则预锻凸模1、终锻凸模2上凸出的外表面也为弧形面。
此外,预锻凸模1以及终锻凸模2均设置在同一个工作台6上,这样一来就保证了不需要额外切换其他的工作台6,仅使用一个工作台6就能够同时驱动预锻凸模1以及终锻凸模2相对于凹模3运动。其中,工作台6的驱动方式可以是在工作台6上连接一个驱动单元,例如大型液压机等。这样一来,还相应的减少了液压机数量的投入,一定程度上起到了降低该锻造装置成本的作用。
更重要的是,通过将预锻凸模1以及终锻凸模2设置在同一个工作台6上,能够及时切换预锻凸模1或者终锻凸模2至锻造工位,使得对坯料仅需要加热一次就能够完成最终的锻造,避免了重复加热,大大简化了工艺步骤,可实现大型复杂锻件的整体锻造。
特别地,当需要锻造具有凸台形状的锻造件时,为了保证能够完整地成型出凸台的形状,在本实施例中,预锻凸模1上设置有至少一个第一凹槽4,凹模3上设置有与第一凹槽4相对应的第二凹槽5。
参见图1,例如,需要锻造的锻造件时一个具有三个凸台的结构件,那么相应的就需要在预锻凸模1上设置三个与三个凸台相对应的第一凹槽4,在凹模3上设置三个与第一凹槽4相对应的第二凹槽5。这样一来,当进行预锻时,就可以改变预制坯上材料的分布。换而言之,当对坯料进行预锻时,部分的材料能够进入到凹模3上的第二凹槽5中,部分材料会进入预锻凸模1上的第一凹槽4中,进而能够在预制坯的内表面形成多余的材料;再进行终锻时就能够被终锻凸模2将预制坯上多余的材料挤进凹槽的第二凹槽5内形成最终的凸台结构,这样可以降低成形力。
进一步地,工作台6还连接有移动单元,移动单元驱使工作台6将预锻凸模1或者终锻凸模2移动至与凹模3相对的位置处。
设置移动单元的目的在于能够灵活地带动工作台6移动,进而实现预锻、终锻凸模的灵活切换。移动单元可以采用液压缸、液压马达或其他的大功率移动单元。
进一步地,工作台6上设置有锁模机构,预锻凸模1和/或终锻凸模2通过锁模机构可拆卸地连接在工作台6上。通过设置锁模机构可以很好地将预锻凸模1和/或终锻凸模2通过锁模机构可拆卸地连接在工作台6上。此外,通过将预锻凸模1和/或终锻凸模2可拆卸地连接在工作台6上还提高了该锻造装置的通用性。
优选地,预锻凸模1和终锻凸模2均通过锁模机构可拆卸地连接在工作台6。其中,锁模机构可采用现有技术中能够实现上述目的的锁模机构,在此不作具体限定。
需要说明的是,由于本发明实施例提供的锻造装置是由上向下挤压成型的,因此,为了保证能够实现对具有凸台结构的锻造件的锻造,本实施例中的第二凹槽5的延伸方向朝向背离工作台6靠近的方向。其中背离工作台6靠近的方向具体是指:工作台6靠近凹模3的运动方向是由上向下运动,那么设置在凹模3上的第二凹槽5的衍生方向同样是向下衍射的。这样才能够实现通过预锻凸模1、终锻凸模2将坯料向下挤压形成凸台结构的目的。
当然,本发明实施例一提供的锻造装置也可以锻造结构相对简单的锻造件,只需要调整相应的第一凹槽4、第二凹槽5的位置、数量、深度等参数即可。
实施例二
参见图2,本发明实施例二还提供一种基于实施例一中的锻造装置的锻造方法,包括:
S1、将坯料加热后置于凹模3内;
在该步骤中,将坯料加热至锻造温度后,置于凹槽内;此外,在进行下一步骤之前,还需要操作移动单元,使得移动单元驱使工作台6移动,进而将预锻凸模1移动至与凹模3的上方,准备进行预锻;
S2、操作驱动单元驱动工作台6,以带动预锻凸模1对坯料进行预锻;
在该步骤中,通过锁模机构将预锻凸模1固定在工作台6上,操作驱动单元,使得驱动单元带动工作台6下移,并通过预锻凸模1对凹模3中的坯料进行预锻,另外可根据实际情况对坯料进行多次的预锻;
S3、移动工作台6,切换至终锻凸模2对坯料进行终锻;
在该步骤中,由于已经预锻完成,因此,可先操作驱动单元将工作台6上移;然后操作移动单元驱使工作台6,并带动终锻凸模2移动至凹槽的上方;然后再操作驱动单元,带动工作台6下移,进而由终锻凸模2实现对坯料的终锻。
最后,将锻造完成的锻造件从凹模3中脱出即完成了一个完整的工艺流程。
进一步地,锻造方法采用闭式模锻。通过采用闭式模锻保证了锻件几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近产品,省去了飞边,与开式模锻相比,闭式模锻可以大大提高金属材料的利用率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锻造装置,其特征在于,包括预锻凸模(1)、终锻凸模(2)以及凹模(3);
所述预锻凸模(1)上设置有至少一个第一凹槽(4),
所述终锻凸模(2)的形状与终锻件的形状相适应,
所述凹模(3)上设置有与所述第一凹槽(4)相对应的第二凹槽(5);
所述预锻凸模(1)与所述终锻凸模(2)设置在同一工作台(6)上,所述工作台(6)连接驱动单元,所述驱动单元驱使所述工作台(6)相对所述凹模(3)运动。
2.根据权利要求1所述的锻造装置,其特征在于,所述工作台(6)还连接有移动单元,所述移动单元驱使所述工作台(6)将所述预锻凸模(1)或者所述终锻凸模(2)移动至与所述凹模(3)相对的位置处。
3.根据权利要求1所述的锻造装置,其特征在于,所述工作台(6)上设置有锁模机构,所述预锻凸模(1)和/或所述终锻凸模(2)通过所述锁模机构可拆卸地连接在所述工作台(6)上。
4.根据权利要求1所述的锻造装置,其特征在于,所述第二凹槽(5)的延伸方向朝向背离所述工作台(6)靠近的方向。
5.一种基于权利要求1-4中任一所述锻造装置的锻造方法,其特征在于,包括:
S1、将坯料加热后置于所述凹模(3)内;
S2、操作所述驱动单元驱动所述工作台(6),以带动所述预锻凸模(1)对所述坯料进行预锻;
S3、移动所述工作台(6),切换至所述终锻凸模(2)对所述坯料进行终锻。
6.根据权利要求5所述的锻造方法,其特征在于,所述工作台(6)还连接有移动单元,在步骤S1与步骤S2之间还包括:操作移动单元驱使所述工作台(6),并带动所述预锻凸模(1)移动至所述凹模(3)的上方。
7.根据权利要求6所述的锻造方法,其特征在于,在步骤S2与步骤S3之间还包括:操作移动单元驱使所述工作台(6),并带动所述终锻凸模(2)移动至所述凹模(3)的上方。
8.根据权利要求5所述的锻造方法,其特征在于,在步骤S2和步骤S5之间还包括:操作所述驱动单元将所述工作台(6)上移。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的锻造方法,其特征在于,所述锻造方法采用闭式模锻。
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