CN110238336A - 一种高精度锻件封闭锻造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括下料、加热、墩粗、成型、冲孔等工艺步骤，通过对各步骤原料品质的控制以及工艺参数的改善，配合成型模具的优化，大大提高了锻造工艺的成品率，锻件品质显著提高，整个工艺稳定可靠，同时成本控制更低，适合工业推广应用。

Description

一种高精度锻件封闭锻造工艺

技术领域

本发明涉及锻件加工技术领域，具体涉及一种高精度锻件封闭锻造工艺。

背景技术

锻件是指通过对金属坯料进行锻造变形而得到的工件或毛坯。利用对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，可改变其机械性能，通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。

现在市场上的锻件生产大多采用上下哈弗模具的开式锻造，部分采用封闭模锻，但因为技术的不成熟，产品精度控制不理想，产品加工余量大，拔模斜度大。传统的上下哈弗模具开式锻造工艺简单，特别对一些异形件有优势，但是对于圆形件，方形件等一些规则产品，生产效率低，飞边造成的耗料损失大，产品上下存在错模，同心度差等问题。而一般的不成熟的闭式锻造，因为各个生产要素控制不完善，只能部分解决开式模锻的缺点，但是存在脱模困难，拔模斜度大，同心度差等诸多问题。对此，本发明提出了一种高精度锻件封闭锻造工艺，生产效率高、生产质量好，极大程度上解决了现有问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括下料、加热、墩粗、成型、冲孔等工艺步骤，通过对各步骤原料品质的控制以及工艺参数的改善，配合成型模具的优化，大大提高了锻造工艺的成品率，锻件品质显著提高，整个工艺稳定可靠，同时成本控制更低，适合工业推广应用。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括如下工艺步骤：

1)下料：根据工艺需求对原材料进行定长剪切，选取合格物料备用；

2)加热：采用中频电炉，将步骤1)中的合格物料一次送入炉头进行加热，得到热物料；

3)墩粗：将热物料送至机械压力锻造机的墩粗工位，进行墩粗处理，得到墩粗件；

4)成型：将墩粗件送至机械压力锻造机的成型工位，进行成型处理，得到含孔锻件中间品；

5)冲孔：将含孔锻件中间品送至机械压力机冲孔机的冲孔工位，进行冲孔处理，即得圆孔锻件成品。

作为本发明的进一步优化，步骤1)中合格物料要求同一生产批次物料外径误差应为±0.3mm、重量误差为规定值的±0.6％。

作为本发明的进一步优化，步骤2)中物料经中频电炉加热后的最终温度为1000-1050℃。

作为本发明的进一步优化，步骤3)中墩粗件外径与成型模具内径间距为0.5-1mm。

一种应用于权利要求1-4任一项所述的高精度锻件封闭锻造工艺的成型模具，包括上模板、下模板、模膛、下顶出油缸、冲头组件、模具组件、助脱膜组件，所述冲头组件包括冲头以及套设于冲头外的冲头套，模具组件包括模具、套设于模具外的模具套以及与模具内腔底部适配的垫头，助脱膜组件包括横担、设于横担外的大担、与大担滑动连接的竖直吊担以及与大担连接的上顶出油缸。

作为本发明的进一步优化，冲头与冲头套间、横担与大担、模具与模具套间都采用热装方式过盈配合，过盈量为0.3-0.5mm。

作为本发明的进一步优化，横担设于冲头外且位于冲头套下方。

本发明主要通过对锻造的各个生产因素的量化控制，来实现产品的控制。具体的，前期原材料下料可采用圆盘锯，保证下料精度；原材料加热采用带有温度检测功能的中频电炉，炉头需要双导轨设计以减少加热上下温差；锻造压机采用热模锻，锻造速度快，有利拔模；工装采用四导柱导套设计，保证上下模具同心度；模具经过特殊设计，在产品成型瞬间呈互锁状态，保证产品精度；模具上下都存在主动脱模装置，在减小拔模斜度的情况下还能快速脱模；工艺采用脱模剂自动喷涂，保证每次锻造流程结束后模具表面都可以被均匀喷涂脱模剂。

由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明提出了一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括下料、加热、墩粗、成型、冲孔等工艺步骤，通过对各步骤原料品质的控制以及工艺参数的改善，配合成型模具的优化，大大提高了锻造工艺的成品率，锻件品质显著提高，整个工艺稳定可靠，同时成本控制更低，适合工业推广应用。

2、本发明模具结构合理，冲头套、大担、模具套可重复利用，生产不同的产品只需要更换内部核心模具，相比传统整个大块模具挖个造型的工艺，大大节省模具材料消耗降低了成本。

3、产品需要的加热温度低(1000-1050℃)，控制温度，比传统锻造1100℃-1200的锻造温度，大大减少了能耗的同时，最终产品表面光洁度好，氧化皮少，大约内外各减少1mm左右加工余量，减少材料消耗，方便后期加工。

4、本发明具有合理的主动脱模装置(锻件随横担、冲头被提起，至大担受阻，锻件受压力脱模)，使得产品的拔模斜度可以设计的很小，大约内外各减少了1.5mm-2mm加工余量，减少材料消耗，方便后期加工。

5、本发明产品成型瞬间所有模具结构互锁，大大减少由于上下模具配额误差导致的一系列产品尺寸问题，可以进一步减少材料消耗。

6、本发明成型设备采用热模锻，生产效率好，并且机床滑块行程有固定的上下死点，床身变形量小，可以保证每个产品有直至的高度。

7、相较于现有技术，产品各个尺寸一致性好，加工余量小，产品拔模斜度小，不仅节约了材料，同时方便后续精加工。

8、工艺流程从头到尾都严格控制，大大降低了产品报废率，锻造工艺流程稳定可靠高效，后期可以通过工业机器人实现自动化生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明成型示意图；

图3为横担俯视图；

图中：1、上模板、2下模板、3模膛、4下顶出油缸、5冲头组件、51冲头、52冲头套、6模具组件、61模具、62模具套、63垫头、7助脱膜组件、71横担、72大担、73吊担、74上顶出油缸、8成型产品。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括如下工艺步骤：

1)下料：根据工艺需求对原材料进行定长剪切，选取合格物料备用；

2)加热：采用中频电炉，将步骤1)中的合格物料一次送入炉头进行加热，得到热物料；

3)墩粗：将热物料送至机械压力锻造机的墩粗工位，进行墩粗处理，得到墩粗件；

4)成型：将墩粗件送至机械压力锻造机的成型工位，进行成型处理，得到含孔锻件中间品；

5)冲孔：将含孔锻件中间品送至机械压力机冲孔机的冲孔工位，进行冲孔处理，即得圆孔锻件成品。

实施例2：

一种应用于上述的高精度锻件封闭锻造工艺的成型模具，如图1至3所示，包括上模板1、下模板2、模膛3、下顶出油缸4、冲头组件5、模具组件6、助脱膜组件7，所述冲头组件5包括冲头51以及套设于冲头51外的冲头套52，模具组件6包括模具61、套设于模具61外的模具套62以及与模具61内腔底部适配的垫头63，助脱膜组件7包括横担71、套设于横担71外的大担72、与大担72滑动连接的竖直吊担73以及与大担72连接的上顶出油缸74。

实施例3：

基于实施例1、实施例2给出实例，如下：

1)下料：本工艺对原材料下料重量控制要求很高，因为后续模具没有飞边设计，热模锻又是一种具有下死点的锻造设备，下料重量超过规定值过多会导致设备闷机，模具和设备都有损毁可能，下料重量过少低于规定值过多，则会造成产品在模具中不充满，产品报废。所以，原材料圆钢进场需对外径进行检验，同一生产批次外径误差应在±0.3mm以内，否则后续下料重量容易超差。下料设备采用数控圆盘锯，一可以精确控制下料长度，保证下料重量，二可以保重两端面平整、平行。最终保证同批产品下料重量误差控制规定值的±0.6％之内。

2)加热：原材料加热采用带有温度检测功能的中频电炉，通过调整电炉功率和生产节拍来调整加热的最终温度(又称锻造的始锻温度)，锻造温度控制在1000℃至1050℃之间，尾端拥有红外线温度检测功能，不合格的加热件通过分选装置剔除，不进入锻造工序(温度过低过容易使热模锻超负荷，模具也容易损坏，过高的温度会使最终产品存在过厚氧化皮，产品表面光洁度差，也会增加1mm左右不必要的加工余量)。电炉炉头采用双导轨设计，将加热件件产生上下温差控制在30℃之内，防止锻造成型过程中的跑料不均匀现象。

3)镦粗：镦粗采用具有下死点的机械压力机，保证镦粗件的高度一致，由于1、2步骤保证镦粗前物料重量和温度一致，三者共同保证了镦粗件外径一致。因此，可将镦粗件外径控制在成型模具内径-1mm至-0.5毫米之间，保证镦粗件可以放入模具的同时也有很好的模具内定位，保证最终产品定位。

4)成型：成型是产品质量的关键，各个配合间隙保证了产品精度，但是同时需要考虑模具寿命。

①模具硬度：为保证最终产品的光洁度，同时减少模具变形磨损导致的拔模困难，所以本发明中采用的模具淬火硬度较高，在50HRC-55HRC之间。但是过硬的模具容易开裂，所以我们在模具外面设计了模具套，横担外面设计了大担，两者硬度较低，韧性较好，同时两者都采用过盈配合，过盈量为0.3mm-0.5mm，通过热装方式安装即加热模具套和大担后将将模具和横担放入，待热模具套和大担自然收缩收紧保护模具。

②模具间配合及配合间隙：压机下压进入下死点，产品瞬间成型。此时产品外表面全部贴合模具内表面，不存在上下错模具导致的错模公差。具体的，横担插入模具15mm以上，同时插入部分间隙为0.3mm，冲头与横担间隙为0.2mm，得出冲头与模具内表面间隙不超过0.5mm，所以产品内孔和外圆同心度理论上可以控制在0.5mm之内，实际不会超过0.7mm。

③上下平行度控制与内孔垂直度控制：工装的四个导柱导套保证了工装上下平面平行。在成型瞬间，模具与下工装垂直，垫头上平面与下工装平行；冲头套与上工装平行，冲头与冲头套垂直，故冲头与上工装垂直；横担受冲头套下端面压力下压，故横担与冲头套平行，进而与上工装平行。综合以上，横担下端面与垫头上端面平行，模具圆心与冲头圆心平行，横担下端面和垫头上端面与模具圆心和冲头圆心垂直。所以，产品上下端面平行，内外表面与上下端面垂直。

④拔模：产品为减少加工余量，下模拔模斜度为0.3°，冲头拔模斜度为0.4°，在小拔模斜度下，自然拔模非常困难。因此，在使用前，先使用自动喷涂设备在模具内均匀、无死角喷涂脱模剂，保证模具脱模润滑，较少模具磨损。其次，本发明针对性设计主动脱模装置。在产品成型瞬间，热模锻滑块开始向上，两个上顶料油缸迅速向下定出，给大担向下的力，大担保住横担向下，横担推动产品离开冲头完成脱模，上顶料油缸收缩回程，大担包住横担挂在吊担螺母之上等待下次动作。在上顶料完成后下油缸向上伸出推动垫头将产品推出模具待人工拿走产品后收缩回程。由于上顶料在产品成型后就开始工作，产品内孔还没来得及因温度降低收缩包住温度上升膨胀的冲头，所以可以很好的脱模，相反，下脱模时机稍晚，产品温度降低收缩，模具温度升高膨胀，反而产生了间隙方便脱模。同时注意下垫头与模具之间的间隙稍大，控制在0.8mm左右，防止垫头温度升高快于模具，膨胀大于模具，与模具卡死。

5)冲孔：因为上下模具不能直接硬碰硬接触，本发明成型产品中间存在10mm厚度冲皮，需要后期利用冲孔模冲掉。冲孔时，冲孔模对产品良好定位，保证下模圆心与上面冲头圆心偏离不得超过0.5mm，冲孔冲头比产品内孔小0.2mm，保证产品内孔光洁没有台阶。

本发明主要通过控制锻造中的各个生产要素，使锻件外圆余量控制在1mm之内，同心度控制在0.8mm之内，内孔余量控制在1.5mm，内外拔模斜度控制在0.4°，无锻造飞边损耗，相较于现有技术具有显著的进步。

本发明提出了一种高精度锻件封闭锻造工艺，包括下料、加热、墩粗、成型、冲孔等工艺步骤，通过对各步骤原料品质的控制以及工艺参数的改善，配合成型模具的优化，大大提高了锻造工艺的成品率，锻件品质显著提高，整个工艺稳定可靠，同时成本控制更低，适合工业推广应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种高精度锻件封闭锻造工艺，其特征在于，包括如下工艺步骤：

1)下料：根据工艺需求对原材料进行定长剪切，选取合格物料备用；

2)加热：采用中频电炉，将步骤1)中的合格物料一次送入炉头进行加热，得到热物料；

3)墩粗：将热物料送至机械压力锻造机的墩粗工位，进行墩粗处理，得到墩粗件；

4)成型：将墩粗件送至机械压力锻造机的成型工位，进行成型处理，得到含孔锻件中间品；

5)冲孔：将含孔锻件中间品送至机械压力机的冲孔工位，进行冲孔处理，即得圆孔锻件成品。

2.根据权利要求1所述的高精度锻件封闭锻造工艺，其特征在于：步骤1)中合格物料要求同一生产批次物料外径误差应为±0.3mm、重量误差为规定值的±0.6％。

3.根据权利要求1所述的高精度锻件封闭锻造工艺，其特征在于：步骤2)中物料经中频电炉加热后的最终温度为1000-1050℃。

4.根据权利要求1所述的高精度锻件封闭锻造工艺，其特征在于：步骤3)中墩粗件外径与成型模具内径间距为0.5-1mm。

5.一种应用于权利要求1-4任一项所述的高精度锻件封闭锻造工艺的成型模具，其特征在于：包括上模板、下模板、模膛、下顶出油缸、冲头组件、模具组件、助脱膜组件，所述冲头组件包括冲头以及套设于冲头外的冲头套，模具组件包括模具、套设于模具外的模具套以及与模具内腔底部适配的垫头，助脱膜组件包括横担、设于横担外的大担、与大担滑动连接的竖直吊担以及与大担连接的上顶出油缸。

6.根据权利要求5所述的成型模具，其特征在于：所述冲头与冲头套间、横担与大担间都采用热装方式过盈配合，过盈量为0.3-0.5mm。

7.根据权利要求5所述的成型模具，其特征在于：所述横担设于冲头外且位于冲头套下方。