CN110711836A - 2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，包括上模和下模，上模设置第一凸起、第一凹槽和第一环形倾斜面，第一凹槽的中部设置有第二凹槽、第三凸起、第一环形间隙，第一凸起与上模的连接处设置第四凹槽，第一环形倾斜面上设置第六凸起，下模设置模腔，模腔设置第二凸起，下模上设置有第一环形凹槽和第二环形凹槽，模腔的底部设置有第三凹槽、第四凸起、第二环形间隙和第二环形倾斜面，第一环形倾斜面上设置有上容纳槽，第二环形倾斜面上设置有下容纳槽，第二环形倾斜面上设置第七凸起。其结构形状使得终压件成型时，金属流动较为合理，填充顺序更加趋于合理，最终成型结果填充饱满。从而提高了产品质量。

Description

2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具

技术领域

本发明涉及航空精密轮毂模锻件制造技术领域，尤其涉及一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具。

背景技术

大型飞机上具有一个典型规格锻件，为高强2014铝合金航空精密轮毂模锻件中的最大模锻件：半轮(舱内侧)模锻件。该半轮(舱内侧)模锻件为精密模锻件，为圆盘类模锻件，零件最大外轮毂尺寸φ593.3×309.1mm mm，模锻件最大外轮廓尺寸为φ616.5×314.2mm。

半轮舱内侧零件如图1和图2所示，图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图，是一个比较复杂的大型铝合金锻件，该锻件的最大外形尺寸为φ600mm×310mm，筒形最大深度为240mm，筒壁最小处仅为7.6mm，筒壁最厚处为16mm，是一个典型的深筒薄壁件，其基本体为筒体12，筒体12的上部具有环形的外延部11，外延部11的上方具有内凹部，内凹部与筒体12的内壁交接处具有呈环形排列的9个凸耳14，筒体12的底部具有呈环形的9个椭圆形凹坑13，具体的，该零件在筒形底部较薄，同时存在9个均匀分布的椭圆形凹坑13，形状复杂；对应在零件上侧存在9个凸耳14，该凸耳14高度较高、壁厚薄、斜度小，竖直方向投影面积较小，属于较难成型及易出现缺陷部分。

半轮(舱内侧)模锻件本身为精密模锻件，为圆盘类模锻件，型腔深、壁薄、高筋、圆角小、内腔和底部的凸台多、型腔较复杂。半轮(舱内侧)模锻件为有大量非加工面、机加工余量小，表面质量要求高，尺寸精度要求极高；模锻件型腔深，筋高且薄，精密模锻成型难；2014合金容易产生粗晶，组织性能均匀性控制难；轮毂安全性能要求高，综合性能要求极高。因此，轮毂模锻件最大的难点为尺寸控制难度大、组织性能均匀性控制难度大。

因此，如何提供一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，以提高产品质量，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，以提高产品质量。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，包括上模和下模，

所述上模上设置有第一凸起，所述第一凸起的端面设置有第一凹槽，所述第一凹槽与所述第一凸起的连接处为第一环形倾斜面，所述第一凹槽的中部设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有第三凸起，所述第三凸起与所述第二凹槽的壁面之间形成第一环形间隙，所述第三凸起的顶端高于所述第二凹槽的槽口，

所述第一凸起与所述上模的连接处设置有用于形成凸耳的第四凹槽，

所述第一环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第六凸起，

所述下模上设置有用于容纳所述第一凸起的模腔，所述模腔的底部设置有第二凸起，

所述下模朝向所述上模的壁面上且环绕所述模腔自内向外设置有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽的深度大于所述第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述模腔连通，所述第二环形凹槽与所述第一环形凹槽连通，

所述模腔的底部中部开设有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第四凸起，所述第四凸起与所述第三凹槽的壁面之间形成第二环形间隙，所述第四凸起的顶端高于所述第三凹槽的槽口，

所述第三凹槽与所述第二凸起的连接处为第二环形倾斜面，所述第一环形倾斜面与所述第二环形倾斜面对正，所述第一环形倾斜面上设置有上容纳槽，所述第二环形倾斜面上设置有下容纳槽，所述上容纳槽和所述下容纳槽对正，所述第二环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第七凸起。

优选的，上述上模开设有多个标准键槽，所述标准键槽两两对称于所述上模的中心线。

优选的，上述上模上设置有通用模尾。

优选的，上述上模和所述下模均为长方形。

优选的，上述第二凸起上开设有供顶杆穿过的通孔，所述第四凸起设置在所述顶杆的顶端，

所述第三凹槽开设在所述第二凸起上且覆盖住所述通孔，所述第二环形间隙的一部分位于所述第二凸起上，另一部分位于所述顶杆上。

优选的，上述上模的一个对角各设置一个锁扣，所述下模上设置有与所述锁扣配合使用的锁槽。

优选的，上述锁扣和所述锁槽的精度为±0.3mm。

优选的，上述第一环形凹槽上设置有定位槽。

优选的，上述第一凸起为圆柱形凸起。

优选的，上述第二凸起的横截面为梯形。

本发明提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，包括上模和下模，

所述上模上设置有第一凸起，所述第一凸起的端面设置有第一凹槽，所述第一凹槽与所述第一凸起的连接处为第一环形倾斜面，所述第一凹槽的中部设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有第三凸起，所述第三凸起与所述第二凹槽的壁面之间形成第一环形间隙，所述第三凸起的顶端高于所述第二凹槽的槽口，

所述第一凸起与所述上模的连接处设置有用于形成凸耳的第四凹槽，

所述第一环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第六凸起，

所述下模上设置有用于容纳所述第一凸起的模腔，所述模腔的底部设置有第二凸起，

所述下模朝向所述上模的壁面上且环绕所述模腔自内向外设置有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽的深度大于所述第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述模腔连通，所述第二环形凹槽与所述一环形凹槽连通，

所述模腔的底部中部开设有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第四凸起，所述第四凸起与所述第三凹槽的壁面之间形成第二环形间隙，所述第四凸起的顶端高于所述第三凹槽的槽口，

所述第三凹槽与所述第二凸起的连接处为第二环形倾斜面，所述第一环形倾斜面与所述第二环形倾斜面对正，所述第一环形倾斜面上设置有上容纳槽，所述第二环形倾斜面上设置有下容纳槽，所述上容纳槽和所述下容纳槽对正，所述第二环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第七凸起。

本发明提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其结构形状使得终压件成型时，金属流动较为合理，填充顺序更加趋于合理，最终成型结果填充饱满。从而提高了产品质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第一侧视结构示意图；

图2为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的第二侧视结构示意图；

图3为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的上模结构示意图；

图4为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的下模结构示意图；

图5为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的侧视结构示意图；

图6为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的剖视结构示意图。

上图1-6中：

外延部11、筒体12、椭圆形凹坑13、凸耳14、上模2、第一凸起21、锁扣22、标准键槽23、通用模尾24、第一凹槽25、第三凸起26、第一环形间隙27、第一环形倾斜面28、第四凹槽29、下模3、模腔31、锁槽32、第一环形凹槽33、第二凸起34、顶杆35、第二环形凹槽36、容纳槽37、第四凸起38、第二环形间隙39、第六凸起41、第七凸起42、第二环形倾斜面43、定位槽44。

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中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参考图3至图6，图3为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的上模结构示意图；图4为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的下模结构示意图；图5为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的侧视结构示意图；图6为本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具的剖视结构示意图。

本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，包括上模2和下模3，

上模2上设置有第一凸起21，第一凸起21的端面设置有第一凹槽25，第一凹槽25与第一凸起21的连接处为第一环形倾斜面28，第一凹槽25的中部设置有第二凹槽，第二凹槽内设置有第三凸起26，第三凸起26与第二凹槽的壁面之间形成第一环形间隙27，第三凸起26的顶端高于第二凹槽的槽口，

第一凸起21与上模2的连接处设置有用于形成凸耳14的第四凹槽29，

第一环形倾斜面28上设置有用于形成椭圆形凹坑13的第六凸起41，

下模3上设置有用于容纳第一凸起21的模腔31，模腔31的底部设置有第二凸起34，

下模3朝向上模2的壁面上且环绕模腔31自内向外设置有第一环形凹槽33和第二环形凹槽36，第一环形凹槽33的深度大于第二环形凹槽36，第一环形凹槽33与模腔31连通，第二环形凹槽36与第一环形凹槽33连通，

模腔31的底部中部开设有第三凹槽，第三凹槽内设置有第四凸起38，第四凸起38与第三凹槽的壁面之间形成第二环形间隙39，第四凸起38的顶端高于第三凹槽的槽口，

第三凹槽与第二凸起34的连接处为第二环形倾斜面43，第一环形倾斜面28与第二环形倾斜面43对正，第一环形倾斜面28上设置有上容纳槽，第二环形倾斜面43上设置有下容纳槽，上容纳槽和下容纳槽对正形成容纳槽37，第二环形倾斜面43上设置有用于形成椭圆形凹坑13的第七凸起42。

本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其结构形状使得终压件成型时，金属流动较为合理，填充顺序更加趋于合理，最终成型结果填充饱满，而且成型载荷也得到了下降。从而提高了产品质量。

具体的，上模2开设有多个标准键槽23，标准键槽23两两对称于上模2的中心线。上模2上设置有通用模尾24。上模2和下模3均为长方形。

具体的，第二凸起上开设有供顶杆35穿过的通孔，第四凸起38设置在顶杆35的顶端，第三凹槽开设在第二凸起34上且覆盖住通孔，第二环形间隙39的一部分位于第二凸起34上，另一部分位于顶杆35上。

具体的，上模2的一个对角各设置一个锁扣22，下模3上设置有与锁扣22配合使用的锁槽32。锁扣22和锁槽32的精度为±0.3mm。

具体的，第一环形凹槽33上设置有定位槽44。第一凸起21为圆柱形凸起。第二凸起34的横截面为梯形。

在实际设计时，当终压件确定后可根据锻件的尺寸以及压机模块确定模具主要的结构和尺寸，从而通过三位建模获得终压模具。锻件的模具结构在设计时主要需要结合压机考虑以下几个方面：

(1)模块：

模具模块上开设各种成型模膛，模膛的尺寸由热锻件图确定。考虑压机配合问题以及为后期模具的保温，采用长方形模块，模块尺寸为1500×1500×1030mm，上下各一个。

(2)键槽和模尾：

为了将模块固定在压机上，就需要在设计模具的时候在模块上开键槽和模尾。其中键槽的位置应两两对称于模块的中心线主要作用。根据具体压机以及模块大小，可将模尾分为局部模尾以及通用模尾24，由于模具外形较大，重量较重，同时针对所用压机设备，工装等采用通用模尾24作为该模具模尾。键槽采用标准键槽23。

(3)脱模装置：

为方便锻造成型之后工人从模具之中取出锻件，在设计模具的时候设计钳口或者顶杆，一般锻件成型之后锻件将留在下模，对于锻件高度不高(模具型腔不深)且飞边较厚的零件采用钳口的方式脱模，此时方便操作，脱模也较为容易；当锻件高度较高(模具型腔较深)且飞边较小，应采用顶杆35的方式脱模。针对轮毂锻件，由于其形状为筒形且锻件拔模斜度较小，采用钳口方式脱模较为困难，因此轮采用顶杆脱模方式脱模，设计顶杆型腔和锻件底部形状的一致性从而保证其锻后精度。

(4)其他设计：

为了保证锻后精度，该轮毂模具设计如下：由于一般模具设计采用导柱和导柱孔配合定位、精度±2mm、无法满足轮毂精密模锻件高精度要求，因此增加精度要求更高的锁扣结构，精度±0.3mm；由于轮毂锻件为回转体形，顶部凸耳和底部凹槽处均为非加工面，为使其在成型过程中定位不发生偏移，轮毂模具设计定位槽进行精确定位。

本发明实施例提供的2014铝合金航空精密轮毂模锻件在生产时，包括锻造工序+制坯工序+毛压工序+预压工序+终压工序，主要有三点：成型该锻件的筒形结构，筒形结构深度较大，筒壁较薄，需反挤成型；成型锻件上侧的翻边部分，由于上部有9个凸耳14的存在，在坯料锻造时需首先成型上部的翻边结构；对该锻件进行金属分流，做到金属的合理分配，使筒型上部金属充填凸耳及翻边，下部金属填充工字型以及9个椭圆形凹坑13。如何使得金属分配合理，后期锻造不出现充不满等缺陷是设计的关键。

在实际生产时，工字形结构根部产生折叠以及根部流线紊乱的根本原因为金属分配问题，以前的设计是让连皮处多余的金属往中心流动填充工字形结构筋条，从而导致连皮处金属流动距离太长，导致该处金属流线等不合理。因此在终压成型的某次优化方案中，主要通过对终压模具进行修改，在连皮处设置凹槽，即上容纳槽和下容纳槽，使得连皮处多余金属可以往连皮中部流动，而不向中心流动填充肋板；同时加厚工字结构中心连皮的厚度，从而让工字形结构中部多余金属填充工字形结构筋条。其核心原理为时锻件金属分配更合理，同时预压件多余金属能够不进入终压件，直接通过内飞边的形式进行容纳。根据该思路对终压模具的修改进行多次优化后，金属流动较为合理，填充较好，流线也较合理。

通过上述优化发现，只有将多余金属合理分流以及各处金属进行合理分配才能减少终压缺陷的产生。此方案中上道工序中的预压件在工字形腹板处需要增加厚度25mm。同时，为使连皮处多余金属能顺利流出，其凹槽形状采用φ40×28mm。

此时坯料填充较好，并且工字形筋条金属多由中部金属提供，根部连皮处金属能进入容料坑，整个流线较为合理；观察其金属流动情况，可以发现其流动情况较好。

在终压成型的另外一次优化方案中，综合上述优化，可以发现，导致终压出现折叠缺陷及充不满问题的最主要原因为预压设计的过于简单导致的终压变形较大，且预压件金属分配不合理，为从根本上解决此类问题发生，对预压件进行修改。主要思路为：1)形状尽量接近终压件，减轻终压变形难度；2)合理分配金属位置，使其金属流动不出现较远距离的流动。因此，为解决终压件连皮处的多余金属流动问题，本次优化主要采用2种修改达到该目的；1)在预压结束后对锻件在连皮对应区域进行冲孔处理，旨在在终压前将多余金属通过机械加工去除，从而达到处理多余金属目的；2)通过上述方案启发，对终压模具上连皮对应处进行模具修改，主要为增加内飞边，通过模具上的凹坑容纳多余金属。这两种方法其最后结果都相同，只是把连皮多余金属的处理放到了预压后及终压中。

对预压件进行进一步优化，最终确定最后的预压件，其成型过程如下，对他的流线、填充及折叠情况进行分析发现：1)金属最后时刻全部同时充满，金属分配合理；2)流线相对于之前没有出现内凹情况，情况较好；3)由于金属分配及预压件的提前钻孔，使得多余金属可以往连皮处流动，但又未全部填满；4)终压件折叠情况有较大改变。

确定了预压件的形状，但如果采用预压后切孔的方法去除多余材料，会导致整个成型过程会多一道切孔工序。当锻件量产时会导致效率低下，同时在终压时也不能较好地定位，可能出现切孔与终压连皮不能较好地对应，导致终压时质量不稳定。因此，采用修改终压模的方法容纳多余金属。

上述优化，从根本成型原理上对缺陷进行了改进，其成型过程具有较高的稳定性，对后期量产具有较好的保证。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，包括上模和下模，

所述上模上设置有第一凸起，所述第一凸起的端面设置有第一凹槽，所述第一凹槽与所述第一凸起的连接处为第一环形倾斜面，所述第一凹槽的中部设置有第二凹槽，所述第二凹槽内设置有第三凸起，所述第三凸起与所述第二凹槽的壁面之间形成第一环形间隙，所述第三凸起的顶端高于所述第二凹槽的槽口，

所述第一凸起与所述上模的连接处设置有用于形成凸耳的第四凹槽，

所述第一环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第六凸起，

所述下模上设置有用于容纳所述第一凸起的模腔，所述模腔的底部设置有第二凸起，

所述下模朝向所述上模的壁面上且环绕所述模腔自内向外设置有第一环形凹槽和第二环形凹槽，所述第一环形凹槽的深度大于所述第二环形凹槽，所述第一环形凹槽与所述模腔连通，所述第二环形凹槽与所述第一环形凹槽连通，

所述模腔的底部中部开设有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有第四凸起，所述第四凸起与所述第三凹槽的壁面之间形成第二环形间隙，所述第四凸起的顶端高于所述第三凹槽的槽口，

所述第三凹槽与所述第二凸起的连接处为第二环形倾斜面，所述第一环形倾斜面与所述第二环形倾斜面对正，所述第一环形倾斜面上设置有上容纳槽，所述第二环形倾斜面上设置有下容纳槽，所述上容纳槽和所述下容纳槽对正，所述第二环形倾斜面上设置有用于形成椭圆形凹坑的第七凸起。

2.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述上模开设有多个标准键槽，所述标准键槽两两对称于所述上模的中心线。

3.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述上模上设置有通用模尾。

4.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述上模和所述下模均为长方形。

5.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述第二凸起上开设有供顶杆穿过的通孔，所述第四凸起设置在所述顶杆的顶端，

所述第三凹槽开设在所述第二凸起上且覆盖住所述通孔，所述第二环形间隙的一部分位于所述第二凸起上，另一部分位于所述顶杆上。

6.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述上模的一个对角各设置一个锁扣，所述下模上设置有与所述锁扣配合使用的锁槽。

7.根据权利要求6所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述锁扣和所述锁槽的精度为±0.3mm。

8.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述第一环形凹槽上设置有定位槽。

9.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述第一凸起为圆柱形凸起。

10.根据权利要求1所述的2014铝合金航空精密轮毂模锻件的终压件模具，其特征在于，所述第二凸起的横截面为梯形。

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