CN111014552B - 长轴类锻件的制坯方法及其模具 - Google Patents

Abstract

一种长轴类锻件的制坯方法及其模具，包括：上模部分、相对设置的下模部分以及设置于其间的浮动模具，其中：上、下模部分的模具内腔均为端部直径小且中部直径大的结构；浮动模具包括：由外而内依次设置的浮动模板、模块固定圈、碟形弹簧以及瓣形模块。本发明通过挤压的方式能够在细长棒料两端保持小直径的情况下向棒料中心聚料，并且通过浮动模具的结构设计，利用瓣形模块与坯料的接触实现局部降温，减少该部分坯料径向变形趋势，达到棒料中部变截面制坯的目的，此外还可根据挤压模腔尺寸对制坯尺寸进行调节，适用于具有类似特征的模锻制坯需求。

Description

长轴类锻件的制坯方法及其模具

技术领域

本发明涉及的是一种金属热锻成形领域的技术，具体是一种长轴类锻件的制坯方法及其模具。

背景技术

在模锻工艺设计中，按照锻件的几何特征，可以分为短轴类和长轴类锻件。常见的长轴类零件有转向丁字臂、连杆、曲轴等。长轴类锻件由于沿主轴线方向的截面积变化较大，必须采用自由锻、辊锻、楔横轧等方式制坯，以获得变截面尺寸的细长毛坯。例如，传统转向丁字臂的制坯采用平砧拔长、摔模成形、拍扁头部的方法，为了提高材料利用率，往往需要对坯料小端及杆部多次拔长，不仅工艺繁琐，并且不利于连续稳定地生产；而连杆的制坯一般采用辊锻方法，辊锻方法自动化程度高、生产效率高，但是需要在专用设备上进行多道次成形，并且钳口的夹持部分会不可避免出现材料的浪费。

对于诸如丁字臂、连杆这类具有头部尺寸大、杆部细长特征的零件，均适合采用大头端对向放置的一模两件方法。相较于一模单件工艺，这种模膛布置方法由于几何上的对称布置，不仅便于坯料在模锻模膛中的定位，还能有效避免大头端材料的剧烈流动，提高锻件的质量和合格率。不过，由于传统制坯方法的局限性，很难在较少工步内生产出具有中心部分尺寸大、两端尺寸小的毛坯，因而限制了一模多件模锻工艺的发展。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种长轴类锻件的制坯方法及其模具，通过挤压的方式能够在细长棒料两端保持小直径的情况下向棒料中心聚料，并且通过浮动模具的结构设计，利用瓣形模块与坯料的接触实现局部降温，减少该部分坯料径向变形趋势，达到棒料中部变截面制坯的目的，此外还可根据挤压模腔尺寸对制坯尺寸进行调节，适用于具有类似特征的模锻制坯需求。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种长轴类锻件的制坯挤压模具，包括：上模部分、相对设置的下模部分以及设置于其间的浮动模具，其中：上、下模部分的模具内腔均为端部直径小且口部直径大的结构。

所述的模具内腔的端部直径d与原始棒料直径D₀满足D0-d≤3mm。

所述的模具内腔口部直径D优选按照制坯需求进行调整。

所述的浮动模具包括：由外而内依次设置的浮动模板、模块固定圈、碟形弹簧以及瓣形模块，其中：碟形弹簧设置于瓣形模块与模块固定圈之间，瓣形模块在挤压过程中始终与原始棒料保持接触以实现局部降温并降低接触部分坯料塑性，减少其向外流动的趋势。

所述的浮动模板通过小型液压油缸与上、下模部分相连，能够在挤压过程中沿竖直方向以上模部分一半的速度向下浮动。

本发明涉及一种基于上述模具的制坯方法，将锯切下料后的坯料加热到锻造温度区间并置于下模部分的模具内腔内，通过上模部分向下运动以及浮动模具的辅助，使棒料按顺序填充模腔，实现变截面尺寸棒料的制坯。

所述的下料，是指初始棒料直径需按照目标长轴类锻件最小端面的截面积转化为等效直径得到，其长度按照体积不变条件，结合飞边余量和目标锻件材料的热膨胀情况计算得到。

所述的顺序填充，是指通过两个阶段以保证细长棒料挤压过程不会出现失稳现象，具体为：第一阶段初始棒料的两端在上模的作用下被挤入上下模两端小直径型腔，期间浮动瓣形模块与棒料始终接触降温，棒料整体变形程度较小，两端减小的体积使得中部坯料直径略微增大；第二阶段在上模的继续向下运动过程中，由于棒料中部温度降低，向外流动的趋势减少，并在碟形弹簧的限制下仅发生略微扩张，而棒料两端高度不断减小，多余的坯料被挤入上下模具中部大直径的型腔。

技术效果

与现有技术相比，本发明能够在细长棒料两端保持较小直径的情况下，实现中心部分的聚料，并且可以按照实际长轴类锻件的分料需求，调节挤压模具模腔和瓣形浮动模具尺寸，得到更接近于终锻零件形状的毛坯。对于具有更复杂变截面特征的棒料制坯需求，能够通过增加类似瓣形浮动模具，通过热挤压的方式进行制坯。

本发明通过挤压模腔成形，制坯精度显著提高，不需要反复拔长，适用于连续化生产；与辊锻制坯工艺相比，本发明仅需要在传统液压机上增加一套辅助液压设备及浮动模具，不需要购买专用辊锻设备，对于截面尺寸较大的长轴类零件，不需要多道次辊锻。此外，本发明可以通过改变挤压模具模腔的尺寸和浮动模具的运动，灵活控制成形坯料的尺寸，具有更好的工艺适用性。

附图说明

图1为具有浮动结构的挤压制坯模具侧视图；

图中：101为上模固定板、102为上模、103为棒料、104为下模、105为下模固定板、106为上模座、107为浮动模具工作缸、108为浮动模具、109为回程柱塞、110为浮动模具回程缸、111为回程缸、112为下模座；

图2为浮动模具结构的俯视图；

图中：201为浮动模板、202为浮动模具固定圈、203为碟形弹簧、204为瓣形模具；

图3为挤压过程坯料顺序充填模腔情况示意图；

图中：a为坯料放置情况、b为坯料两端填充入挤压模具、c为挤压制坯结束；

图4为本发明应用在某转向丁字臂制坯的成形效果图；

图中：a为制坯；b为压扁；c为预锻；d为终锻。

具体实施方式

本实施例以某丁字臂锻件为对象，其材质为42CrMo，结构包括头部和杆部，头部最大截面积S_max为8065mm²，杆部最小截面积为2573mm ²。

如图1所示，为锻件制坯的模具结构，包括：上模固定板101、上模102、下模104、下模固定板105、活动横梁106、浮动模具工作缸107、浮动模具108、回程柱塞109、浮动模具回程缸110、回程缸111和下模座112。

如图2所示，所述的浮动模具108包括：浮动模板201、浮动模具固定圈202、碟形弹簧203、瓣形模具204。

本实施例中所选原始棒料直径为D₀＝60mm，按照D0-d≤3mm的原则可确定上模102和下模104的模腔内腔的端部直径d＝59mm。同时，上模102和下模104的模腔内腔的口部直径D，按照丁字臂锻件头部最大截面积S_max计算等效直径并圆整为50mm。

利用图1所示模具结构进行实际生产，模具运动及棒料顺序填充过程具体包括：

①上模座106在液压成形设备作用下推动上模固定板101向下运动，上模固定板101推动上模102向下运动，将棒料103挤入上、下模的型腔内，同时浮动模具108在浮动模具工作缸107的作用下以上模一半的速度向下运动。

这一阶段，棒料103的变形情况如图3(b)所示：棒料长度基本不变，两端被挤入上、下模型腔，两端直径稍有减小，中部直径稍有增大。同时，瓣形模具204在碟形弹簧203的作用下始终保持与棒料中部直接接触，传导热量致使棒料中部温度降低、塑性变形能力变弱。

②随着上模102的继续下行，棒料103的变形情况如图3(c)所示，棒料103受压变形，长度逐渐减小，两端在上、下模腔的约束下直径保持不变；中部直径由于受到瓣形模具204的约束，随着碟形弹簧203收缩而略微增大，其余中部坯料填充满上、下模具型腔，实现了变截面尺寸细长坯料的成形。

③成形结束后，浮动模具回程缸110和液压机回程缸111分别推动浮动模具108和活动横梁101的回程。

如图4所示，为在采用本方法所获制坯的基础上，进行一模两件生产的成形工艺流程图。在制坯后，经过压扁、预锻和终锻获得所需丁字臂锻件。观察终锻后的飞边可见，转向节臂锻件飞边能够均匀延展，仅在两模膛对向连接处形成了较大的飞边，材料利用率达到84.4％，明显高于传统工艺79.5％的材料利用率。

本发明通过优选的挤压模具设计，在传统液压机上实现了细长棒料的挤压，达到了细长棒料向中心聚料的效果，并由于增加的浮动瓣形模具设计，在棒料中部，取得了变截面制坯的效果，能够显著提高丁字臂锻件一模两件工艺的生产效率和材料利用率。与传统的自由锻工艺制坯相比，本发明无需镦头及反复拔长便能实现细长棒料向中心聚料；与辊锻制坯工艺相比，本发明中的制坯工艺无需进行多道次辊锻，并仅需在传统压力机上添加一套辅助液压设备及瓣形模具，无需购买专用设备。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (7)

1.一种长轴类锻件的制坯挤压模具，其特征在于，包括：上模固定板、上模、下模、下模固定板、上模座、浮动模具工作缸、浮动模具、回程柱塞、浮动模具回程缸、回程缸和下模座，其中：上、下模的型腔为相互远离的一端直径小且相互靠近的一端直径大的结构；浮动模具包括：由外而内依次设置的浮动模板、模块固定圈、碟形弹簧以及瓣形模块；

所述的碟形弹簧设置于瓣形模块与模块固定圈之间，瓣形模块在挤压过程中始终与原始棒料保持接触以实现局部降温并降低接触部分坯料塑性，减少其向外流动的趋势。

2.根据权利要求1所述的长轴类锻件的制坯挤压模具，其特征是，所述的上、下模的型腔的直径小的一端的直径d与原始棒料直径D ₀满足

。

3.根据权利要求1所述的长轴类锻件的制坯挤压模具，其特征是，所述的浮动模具工作缸和浮动模具回程缸均为小型液压油缸；所述的浮动模板通过小型液压油缸与上模固定板和下模固定板相连，能够在挤压过程中沿竖直方向以上模一半的速度向下浮动。

4.根据权利要求1所述的长轴类锻件的制坯挤压模具，其特征是，所述的瓣形模块为六瓣，每一瓣形模块的外侧通过碟形弹簧与固定圈相连。

5.一种基于权利要求1~4中任一所述模具的制坯方法，其特征在于，将锯切下料后的坯料加热到锻造温度区间并置于下模的型腔内，通过上模向下运动以及浮动模具的瓣形模块辅助下使棒料顺序填充，实现变截面尺寸棒料的制坯；

所述的下料，是指初始棒料直径需按照目标长轴类锻件最小端面的截面积转化为等效直径得到，其长度按照体积不变条件，结合飞边余量和目标锻件材料的热膨胀情况计算得到；

所述的顺序填充，是指通过两个阶段以保证细长棒料挤压过程不会出现失稳现象，具体为：第一阶段初始棒料的两端在上模的作用下被挤入上下模两端小直径型腔，期间瓣形模块与棒料始终接触降温，棒料整体变形程度较小，两端减小的体积使得中部坯料直径略微增大；第二阶段在上模的继续向下运动过程中，由于棒料中部温度降低，向外流动的趋势减少，并在碟形弹簧的限制下仅发生略微扩张，而棒料两端高度不断减小，多余的坯料被挤入上、下模大直径的型腔。

6.根据权利要求5所述的制坯方法，其特征是，所述的挤压过程包括：

①上模座在液压机的作用下推动上模固定板，上模固定板推动上模向下运动，将棒料挤入上、下模的型腔内，同时浮动模板在浮动模具工作缸的作用下以上模一半的速度向下运动，棒料两端直径略微减小以及中部坯料的降温；

②随着上模的继续下行，棒料在长度方向上不断减小，并由于瓣形模块的限制，坯料被包裹部分尺寸略微增大，两端挤入的棒料填充模具的型腔，实现变截面尺寸细长坯料的成形。

7.一种丁字臂锻件，其特征在于，通过权利要求5或6所述方法制备得到的成形坯料，经过压扁、预锻和终锻得到。

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