CN111036814B - 异形多通接头多向柔性加载整体成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置及方法，通过预锻工序和终锻工序实现异形多通接头的整体锻造成形，通过预锻工序将加热后的坯料锻出多通接头主体部分和用于终锻过程中加载成形多通接头的部分；再将预锻件转移至终锻模具内，仅在各个通道露出用于成形异形接头各个管壁的部分；利用多套肘杆传动机构将压力机模板的运动转化为各个冲头沿异形多通接头各个管道轴向的运动，实现多个冲头沿各向协同加载，来实现异形多通接头管道整体锻造成形。通过调整肘杆机构和固定座的连接位置和冲头形状尺寸，可以实现针对不同目标形状尺寸的异形多通接头的柔性锻造成形。

Description

异形多通接头多向柔性加载整体成形装置及方法

技术领域

本发明涉及接头整体成形的装置及方法，具体是异形多通接头多向柔性加载整体成形装置及方法。

背景技术

在汽车、能源、核电、航空航天等诸多工业领域中，异形多通接头是一种广泛应用的高压气体或液体流动管道接头或框架结构转接头。其服役环境往往较为苛刻，因此对其力学性能有较高的要求。铸造虽然易于制造出形状复杂的异形多通接头，但构件显微组织晶粒粗大，力学性能较低；胀形技术广泛用于多通管件和接头的生产，但其胀形过程中，管坯承受径向拉应力，内部出现明显的纤维组织且有明显的织构倾向，力学性能具有明显的各向异形；依靠机械加工成形异形多通接头不仅严重降低了材料利用率，同时破坏了金属流线，导致构件抗腐蚀能力差。随着各个领域对异形多通接头的力学性能要求不断提高，现有工艺方法已不能满足需求。

发明内容

为了解决异形多通接头制造难、组织均匀性差、织构倾向明显、力学性能低等问题，本发明提供一种异形多通接头整体成形的多向柔性加载成形装置及方法。其技术原理是利用多套肘杆机构将压力机模板运动转化为沿空间特定方向的各个冲头的协同加载运动。通过改变肘杆机构肘臂和固定座的连接位置可以实现各个冲头沿任意方向的柔性加载，通过改变肘杆机构冲头形状尺寸来成形不同尺寸的接头管道，具有良好的工艺柔性。

本发明的技术问题可以通过以下技术方案解决：

一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，装置包括预锻模具及终锻模具，预锻模具及终锻模具均采用分瓣式设计，所述预锻模具包括预锻顶凸模及预锻底凹模，预锻顶凸模与预锻底凹模组装形成封闭式的预锻模具；

所述终锻模具包括终锻底座，终锻底座上包括终锻底模，还包括与终锻底模匹配的终锻顶模，所述终锻底模上包括终锻底模通道，所述终锻顶模上终锻顶模通道，所述终锻底模与终锻顶模闭合后，所述终锻底模通道与终锻顶模通道形成终锻通道；

所述终锻模具还包括肘杆机构固定座，肘杆机构固定座上与若干套肘杆机构连接，所述肘杆机构在肘杆机构的作用在于，将压力机模板的加载运动转化为冲头沿异形多通接头各管道轴向的加载运动，实现异形多通接头整体锻造成形。

进一步，所述肘杆机构包括肘臂及冲头，所述肘臂与冲头通过转轴连接，连接后所述冲头可以转轴为轴旋转；所述冲头采用台阶式设计，所述冲头台阶使得所述冲头形成的冲头包括不同的直径。

进一步，所述肘杆机构还包括垫座，所述垫座放置于所述终锻底座上，其高度与所述终锻底模匹配，使所述肘杆机构伸入所述终锻模具型腔内时，所述垫座支撑所述肘杆机构，避免所述肘杆机构在垂直方向上受力过大而发生变形。

进一步，所述终锻模具还包括锁紧件，所述终锻底模上包括终锻底模锁紧槽，所述终锻顶模上包括终锻顶模锁紧槽；

所述锁紧件的两端分别伸入所述锻底模锁紧槽及终锻顶模锁紧槽，将所述终锻底模及终锻顶模锁紧。

进一步，所述锁紧件为U形锁。

进一步，所述预锻顶凸模内包括预锻凸模模膛，所述预锻底凹模内包括预锻底凹模模膛，预锻顶凸模与预锻底凹模闭合锁紧后，所述预锻凸模模膛及预锻底凹模模膛共同形成预锻模具型腔。

一种异形多通接头多向柔性加载整体成形的方法，通过预锻工序和终锻工序实现异形多通接头的整体锻造成形，通过预锻工序将加热后的坯料锻出多通接头主体部分用于终锻成形多通接头的部分；再将预锻件转移至终锻模具内，仅在各个通道露出用于成形异形接头各个管壁的部分；利用多套肘杆传动机构将压力机模板的运动转化为各个冲头沿异形多通接头各个管道轴向的运动，实现多个冲头沿各向协同加载，来实现异形多通接头管道整体锻造成形。通过调整肘杆机构和装配底座的连接位置和冲头形状尺寸，可以实现针对不同目标形状尺寸的异形多通接头的柔性锻造成形。

其步骤为：

步骤一、加工出用于预锻成形所需的圆柱形坯料，要求坯料体积与最终锻件体积匹配；其尺寸的设计要求满足该坯料在预锻工序中能够充满型腔并且尽可能不产生飞边；

步骤二、将预锻顶凸模及预锻底凹模分别进行组装，再用锁模机构将组装后的预锻顶凸模及预锻底凹模锁紧，随后与预锻冲头共同预热并保温，在预锻顶凸模及预锻底凹模形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂；

步骤三、将圆柱形坯料转移至预锻模腔内并平稳放置，随后使冲头以2-8mm/s的速度下行；坯料在冲头的压力下发生塑性变形并逐渐充填预锻模型腔，直至冲头与预锻顶凸模及预锻底凹模接触，坯料充满预锻型腔，得到预锻件，随后保压30-60s；

步骤四、预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模及预锻底凹模上拆下，随后取出预锻件，待预锻件冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至并保温；

步骤五、将终锻模具中的肘杆机构装配在肘杆结构固定座，与各个终锻顶模及终锻底模一起预热并保温，在终锻顶模及终锻底模内的通道和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂；

步骤六、将预锻件转移至终锻模具中，完成各个终锻顶模及终锻底模各个部分的组装，利用锁紧件将终锻顶模及终锻底模各个模块锁紧，使预锻件被完全紧锁在终锻模具形腔内，仅露出用于成形出异形多通接头各个管道的凸出部分；

步骤七、迅速使压力机模板下行，使各个冲头在肘杆机构的传动下沿终锻顶模及终锻底模内的通道进行加载，直至冲头的肘杆台阶接触到异形多通接头管壁，达到最大加载距离；

步骤八、保压30-60s，使压力机移动模板向上移动，各个冲头从通道内拔离；随后取下锁紧件，将终锻模具打开，取出异形多通接头。

进一步，所述异形多通接头多向柔性加载整体成形方法适用于铝合金、钢铁、钛合金、镁合金等各种适合锻造成形的金属材料。

与现有技术相比，本专利达到的有益效果是：

利用多套肘杆传动机构将压力机模板的运动转化为各个冲头沿异形多通接头各个管道轴向的运动，实现多个冲头沿各向协同加载，来实现异形多通接头管道整体锻造成形。通过调整肘杆机构和装配底座的连接位置和冲头形状尺寸，可以实现针对不同目标形状尺寸的异形多通接头的柔性锻造成形。

在预锻和终锻过程中，坯料和预锻件始终处于三向压应力下，抑制了显微裂纹的萌生和扩展，增加了构件组织的致密度，有助于细小均匀的显微组织，进而提高异形多通接头构件的力学性能和均匀性。

附图说明

图1为本发明所述成形装置的预锻装置结构爆炸示意图；

图2为本发明所述成形装置的预锻装置顶面凸模示意图；

图3为本发明所述成形装置的预锻装置底面凹模示意图；

图4为本发明所述成形装置的终锻装置装配示意图；

图5为本发明所述成形装置的终锻装置部分结构示意图；

图6为本发明所述成形装置的终锻装置爆炸示意图；

图7为本发明所述成形装置的终锻装置顶凸模示意图；

图8为本发明所述成形装置的终锻装置肘杆机构示意图。

图中标号

预锻件1、

预锻顶凸模21、预锻凸模模膛211、预锻底凹模22、预锻底凹模模膛221、

终锻底座3、终锻底模31、终锻底模通道311、终锻底模锁紧槽312、

锁紧件4、

终锻顶模5、终锻顶模锁紧槽51、终锻顶模通道52``、

导向柱6、弹簧61、

肘杆机构71、肘臂711、冲头712、肘杆台阶713、固定处714、

垫座72、

肘杆机构固定座8

外壳9、通道91。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式并参照附图对本发明进行进一步说明。

此外，为了方便理解，放大(厚)或者缩小(薄)了图纸上的各种构件，但这种做法不是为了限制本发明的保护范围。

单数形式的词汇也包括复数含义,反之亦然

在本发明实施例中的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，本发明的描述中，为了区分不同的单元，本说明书上用了第一、第二等词汇，但这些不会受到制造的顺序限制，也不能理解为指示或暗示相对重要性，其在发明的详细说明与权利要求书上，其名称可能会不同。

本说明书上的词汇是为了说明本发明的实施例而使用的，但不是试图要限制本发明。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。

请参考图1及图4，异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，装置包括预锻模具及终锻模具，预锻模具及终锻模具均采用分瓣式设计。

请参考图1～图3，所述预锻模具包括预锻顶凸模21及预锻底凹模22，预锻顶凸模21及预锻底凹模22均通过镶块组装成为组合式凸模及组合式凹模。预锻模具还包括冲头(图中未视出)，所述冲头用于施加压力。

预锻顶凸模21与预锻底凹模22相组装形成封闭式的预锻模具。

所述预锻顶凸模21内包括预锻凸模模膛211，所述预锻底凹模22内包括预锻底凹模模膛221，预锻顶凸模21与预锻底凹模22闭合锁紧后，所述预锻凸模模膛211及预锻底凹模模膛221共同形成预锻模具型腔。

本申请中，所述预锻顶凸模21与预锻底凹模22锁紧的方式可有所用，例如通过外部的锁紧装置将其锁紧等，其锁紧方式为本领域人员常见的，本申请在此不做赘述。

请参考图1，预锻坯料常为圆柱形坯料，将圆柱形坯料放置于预锻模具型腔内，通过冲头施加压力使预锻坯料逐渐变形充满预锻模具型腔后得到预锻件，形成预锻件1，故预锻件1的形状可为任意形状。

本申请主要用于异形多通接头整体锻造成形，且预锻的作用主要为终锻做预处理，故在预锻阶段，预锻件要初步形成多接头的初步构造，即异形多通结构的初步模型，包括接头主体部分和后续用于终锻中成形接头管道的凸出部分。

请参考图4～图8，所述终锻模具包括终锻底座3，终锻底座3上包括终锻底模31，还包括与终锻底模31匹配的终锻顶模5，所述终锻底模31与终锻顶模5形成的型腔即为终锻模具型腔。

所述终锻模具还包括外壳9，所述外壳9内包括肘杆机构固定座8，肘杆机构固定座8上包括若干个肘杆机构71，其肘杆机构71的个数不少于多通接头的接头个数。所述肘杆机构71的作用在于，将压力机模板的加载运动转化为冲头沿异形多通接头各管道轴向的加载运动，实现异形多通接头整体锻造成形。同时终锻模具包括导向柱6及弹簧61，所述导向柱6与终锻顶模5相连，起到导向作用。

外壳9上还包括通道91，所述导向柱6穿过所述通道91。

请参考图6及图7，所述终锻底模31上包括终锻底模通道311，所述终锻顶模5上终锻顶模通道52，所述终锻底模通道311与终锻顶模通道52共同形成终锻通道，且该通道的形状为终锻件即异形多通接头的形状。

请参考图6，所述终锻底模31上包括终锻底模锁紧槽312，所述终锻顶模5上包括终锻顶模锁紧槽51，所述终锻模具还包括锁紧件4，所述锁紧件4的两端分别伸入所述锻底模锁紧槽312及终锻顶模锁紧槽51，将所述终锻底模31及终锻顶模5锁紧。

本申请中，所述锁紧件4为U形锁，可以想象的是，所述终锻顶模5与终锻底模31锁紧方式也可有其他方案，本申请在此不做限制。

请参考图3～图6及图8，所述导向柱6与所述终锻顶模5连接，所述导向柱6外侧包括弹簧61，所述弹簧61套设于所述导向柱6外侧。

请参考图6及图8，肘杆机构71通过固定处714与所述肘杆机构固定座8连接，连接后，所述肘杆机构71以固定处714转动。

所述肘杆机构71包括肘臂711及冲头712，所述肘臂711与冲头712通过转轴连接，连接后所述冲头712可以转轴为轴旋转。

所述冲头712上设置有肘杆台阶713，所述肘杆台阶713使得所述冲头712形成的冲头包括不同的直径。

所述肘杆机构71还包括垫座72，所述垫座72放置于所述终锻底座3上，其高度与所述终锻底模31匹配，使所述肘杆机构71伸入所述终锻模具型腔内时，所述垫座72支撑所述肘杆机构71，避免所述肘杆机构71在垂直方向上的力做无用消耗。

请参考图1～图8，一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其工作原理及成形方法如下。

装置包括预锻模具和终锻模具，预锻模具和终锻模具均采用分瓣式设计。终锻模具闭合后有用于多个冲头加载的通道。终锻顶模5与多套肘杆机构71通过轴相连来实现机械传动。

工作时，先利用预锻模具将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分；再进行终锻。终锻时，将预锻件1置于终锻模具型腔内，仅露出用于成形异形接头各个管道的部分。

终锻顶模通道52与终锻底模通道311形成了终锻模具型腔的终锻通道，多套肘杆机构71将压力机模板的下行运动转化为沿终锻通道的各个管道法线方向的冲头712的运动，使各个冲头712在不发生干涉的情况下沿异形多通接头各个管道轴向进行加载，从而实现各冲头712对异形多通接头管道的同步锻造成形。通过改变肘杆机构71的角度可以实现各个冲头沿任意方向的柔性加载，而且可以通过改变肘杆机构71冲头712的形状尺寸来成形不同尺寸的接头。各个冲头采用阶梯式设计，加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

各个冲头712均在垫座72的支撑上进行运动，以避免承载不均发生断裂。

即利用多套肘杆传动机构71将压力机模板的运动转化为各个冲头72沿异形多通接头各个管道轴向的运动，实现多个冲头72沿各向协同加载，来实现异形多通接头管道整体锻造成形。通过调整肘杆机构71和固定座8的连接位置和冲头72的形状尺寸，可以实现针对不同目标形状尺寸的异形多通接头的柔性锻造成形。

在预锻和终锻过程中，坯料和预锻件始终处于三向压应力下，抑制了显微裂纹的萌生和扩展，增加了构件组织的致密度，有助于获得细小均匀的显微组织，进而提高异形多通接头的力学性能和均匀性。

本申请所加工出用于预锻成形的圆柱形坯料，要求坯料体积与最终锻件体积匹配。其尺寸的设计要求满足该坯料在预锻工序中能够充满型腔并且尽可能不产生飞边。

本申请的成形方法如下：

步骤一、加工出用于预锻成形所需的圆柱形坯料，要求坯料体积与最终锻件体积匹配。其尺寸的设计要求满足该坯料在预锻工序中能够充满型腔并且尽可能不产生飞边。

步骤二、将预锻顶凸模21及预锻底凹模22分别进行组装，再用锁模机构将组装后的预锻顶凸模21及预锻底凹模22锁紧，随后与预锻冲头共同预热并保温，在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将圆柱形坯料转移至预锻模腔内并平稳放置，随后使冲头以2-8mm/s的速度下行；坯料在冲头的压力下发生塑性变形并逐渐充填预锻模型腔，直至冲头与预锻顶凸模21及预锻底凹模22接触，坯料充满预锻型腔，得到预锻件1，随后保压30-60s。

步骤四、预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，待预锻件1冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至并保温。

步骤五、将终锻模具中的肘杆机构71装配在肘杆结构固定座8，与各个终锻顶模5及终锻底模31一起预热并保温，在终锻顶模5及终锻底模31内的通道和冲头712表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤六、将预锻件1转移至终锻模具中，完成各个终锻顶模5及终锻底模31各个部分的组装，利用锁紧件4将终锻顶模5及终锻底模31各个模块锁紧，使预锻件1被完全紧锁在终锻模具形腔内，仅露出用于成形出异形多通接头各个管道的凸出部分。

步骤七、迅速使压力机模板下行，使各个冲头712在肘杆机构71的传动下沿终锻顶模5及终锻底模31内的通道进行加载，直至冲头712的肘杆台阶713接触到异形多通接头管壁，达到最大加载距离。

步骤八、保压30-60s，使压力机移动模板向上移动，各个冲头71从通道内拔离；随后取下锁紧件4，将终锻模具打开，取出异形多通接头。

本申请所述的异形多通接头多向柔性加载整体成形方法适用于铝合金、钢铁、钛合金、镁合金等各种适合锻造成形的金属材料。

实施例1

设计异形五通接头，五个接头通道分别和水平方向成30°、30°、0°、45°、45°夹角，呈放射状分布；通道长度分别为60mm、60mm、80mm、40mm、40mm；壁厚分别为3mm、2mm、2mm、1mm、1mm；外径分别为φ40mm、φ40mm、φ60mm、φ50mm、φ50mm。

步骤一、使用7075铝合金商用挤压棒料加工出直径为100mm，高度为76mm的圆柱形坯料、通过感应加热将其加热至400℃保温10min。

步骤二、加工预锻模具。采用开式模锻的方案，加工冲头、凹模和镶块，镶块拼接进程预锻顶凸模21及预锻底凹模22，使得预锻顶凸模21及预锻底凹模22闭合后内部型腔形状和异形五通接头形状相似，要求可以使用坯料锻出异形五通接头基体部分和后续用于终锻过程成形各个管道的凸出部分，用于成形管道部分的坯料直径和各个管道外径相同，长度和各个管道最终形状尺寸适配，分别为12mm、11.5mm、14mm、10mm、10mm。

将预锻模具镶块装配完整，加热至400℃并保温，并在在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将坯料转移至预锻模具型腔内，冲头以2mm/s的速度下行，直至模具闭合，坯料填满型腔。

步骤四、保压30s后，预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至400℃保温10min。

步骤五、设计终锻模具及配套的多套肘杆机构。终锻模具采用分瓣式设计，满足异形五通接头合模和分模的要求。要求坯料经过预锻所得的预锻件和终锻模膛的形状除接头管道部分尺寸相同终锻模具包含分瓣式模膛的各个镶块(拼装后为组合式凹模)、装配顶盖和用于成形异形管道接头的多套肘杆传动机构和冲头(模具闭合后有用于成形接头管道的冲头的通道)。装配顶盖内壁有各个用于连接肘杆的凹槽，通过轴与肘杆相连。利用预锻模具能够将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分。终锻模具闭合后尺寸为400mm×300mm×200mm，留有用于肘杆机构冲头运动的通道。调整肘杆机构与固定座的连接位置，使其轴线在同一垂直面内。设计并装配各套肘杆机构冲头采用阶梯式冲头及运动导轨；其顶端(冲头部分)外径和对应加工的管道内径相同，冲头部分长度与管道深度相同，阶梯直径与管道外径相同，长度分别为50mm、50mm、60mm、55mm、55mm。

步骤六、将终锻模具加热至400℃并保温。将预锻件转移至终锻模具内，将模具各个镶块组装完整，用U形锁将终锻模膛锁紧。

步骤七、压力机移动模座带动装配盖板下行，使各套肘杆机构的冲头沿轨道前进，从而实现对坯料的多向同步柔性加载。加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

步骤八、保压30s后压力机模板上行，通过多套肘杆机构带动各个冲头从管道拔出。打开终锻模膛，取出异形五通接头(终锻件)。

实施例2：

设计异形五通接头，五个接头通道分别和水平方向成30°、15°、15°、60°、60°夹角，呈放射状分布；通道长度分别为50mm、50mm、70mm、40mm、40mm；壁厚分别为2mm、2mm、3mm、2mm、3mm；外径分别为φ40mm、φ40mm、φ60mm、φ50mm、φ50mm。

步骤一、使用AZ31镁合金商用挤压棒料加工出直径为100mm，高度为81mm的圆柱形坯料、通过感应加热将其加热至420℃保温10min。

步骤二、加工预锻模具。采用开式模锻的方案，加工冲头、凹模和镶块，镶块拼接进程预锻顶凸模21及预锻底凹模22，使得预锻顶凸模21及预锻底凹模22闭合后内部型腔形状和异形五通接头形状相似，要求可以使用坯料锻出异形五通接头基体部分和后续用于终锻过程成形各个管道的凸出部分，用于成形管道部分的坯料直径和各个管道外径相同，长度和各个管道最终形状尺寸适配，分别为11mm、11mm、13.5mm、10mm、10mm。

将预锻模具镶块装配完整，加热至420℃并保温，并在在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将坯料转移至预锻模具型腔内，冲头以2mm/s的速度下行，直至模具闭合，坯料填满型腔。

步骤四、保压30s后，预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至420℃保温10min。

步骤五、设计终锻模具及配套的多套肘杆机构。终锻模具采用分瓣式设计，满足异形五通接头合模和分模的要求。要求坯料经过预锻所得的预锻件和终锻模膛的形状除接头管道部分尺寸相同终锻模具包含分瓣式模膛的各个镶块(拼装后为组合式凹模)、装配顶盖和用于成形异形管道接头的多套肘杆传动机构和冲头(模具闭合后有用于成形接头管道的冲头的通道)。装配顶盖内壁有各个用于连接肘杆的凹槽，通过轴与肘杆相连。利用预锻模具能够将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分。终锻模具闭合后尺寸为400mm×300mm×200mm，留有用于肘杆机构冲头运动的通道。调整肘杆机构与固定座的连接位置，使其轴线在同一垂直面内。设计并装配各套肘杆机构冲头采用阶梯式冲头及运动导轨；其顶端(冲头部分)外径和对应加工的管道内径相同，冲头部分长度与管道深度相同，阶梯直径与管道外径相同，长度分别为50mm、50mm、65mm、60mm、60mm。

步骤六、将终锻模具加热至420℃并保温。将预锻件转移至终锻模具内，将模具各个镶块组装完整，用U形锁将终锻模膛锁紧。

步骤七、压力机移动模座带动装配盖板下行，使各套肘杆机构的冲头沿轨道前进，从而实现对坯料的多向同步柔性加载。加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

步骤八、保压30s后压力机模板上行，通过多套肘杆机构带动各个冲头从管道拔出。打开终锻模膛，取出异形五通接头(终锻件)。

实施例3：

设计异形三通接头，三个接头通道分别和水平方向成30°、0°、45°夹角；通道长度分别为60mm、80mm、40mm；壁厚分别为3mm、2mm、1mm；外径分别为φ40mm、Φ60mm、φ50mm。

步骤一、使用TC4钛合金加工出直径为90mm，高度为63mm的圆柱形坯料、通过感应加热将其加热至1000℃保温10min。

步骤二、加工预锻模具。采用开式模锻的方案，加工冲头、凹模和镶块，镶块拼接进程预锻顶凸模21及预锻底凹模22，使得预锻顶凸模21及预锻底凹模22闭合后内部型腔形状和异形三通接头形状相似，要求可以使用坯料锻出异形三通接头基体部分和后续用于终锻过程成形各个管道的凸出部分，用于成形管道部分的坯料直径和各个管道外径相同，长度和各个管道最终形状尺寸适配，分别为11.5mm、14mm、10mm。

将预锻模具镶块装配完整，加热至400℃并保温，并在在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将坯料转移至预锻模具型腔内，冲头以3mm/s的速度下行，直至模具闭合，坯料填满型腔。

步骤四、保压30s后，预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至1000℃保温10min

步骤五、设计终锻模具及配套的多套肘杆机构。终锻模具采用分瓣式设计，满足异形三通接头合模和分模的要求。要求坯料经过预锻所得的预锻件和终锻模膛的形状除接头管道部分尺寸相同终锻模具包含分瓣式模膛的各个镶块(拼装后为组合式凹模)、装配顶盖和用于成形异形管道接头的多套肘杆传动机构和冲头(模具闭合后有用于成形接头管道的冲头的通道)。装配顶盖内壁有各个用于连接肘杆的凹槽，通过轴与肘杆相连。利用预锻模具能够将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分。终锻模具闭合后尺寸为400mm×300mm×200mm，留有用于肘杆机构冲头运动的通道。调整肘杆机构与固定座的连接位置，使其轴线在同一垂直面内。设计并装配各套肘杆机构冲头采用阶梯式冲头及运动导轨；其顶端(冲头部分)外径和对应加工的管道内径相同，冲头部分长度与管道深度相同，阶梯直径与管道外径相同，长度分别为55mm、60mm、50mm。

步骤六、将终锻模具加热至400℃并保温。将预锻件转移至终锻模具内，将模具各个镶块组装完整，用U形锁将终锻模膛锁紧。

步骤七、压力机移动模座带动装配盖板下行，使各套肘杆机构的冲头沿轨道前进，从而实现对坯料的多向同步柔性加载。加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

步骤八、保压30s后压力机模板上行，通过多套肘杆机构带动各个冲头从管道拔出。打开终锻模膛，取出异形三通接头(终锻件)。

实施例4：

设计异形三通接头，三个接头通道分别和水平方向成30°、0°、45°夹角；通道长度分别为60mm、80mm、40mm；壁厚分别为3mm、2mm、1mm；外径分别为φ40mm、Φ60mm、φ50mm。

步骤一、使用合金结构钢20CrMo加工出直径为90mm，高度为63mm的圆柱形坯料、通过感应加热将其加热至1150℃保温10min。

步骤二、加工预锻模具。采用开式模锻的方案，加工冲头、凹模和镶块，镶块拼接进程预锻顶凸模21及预锻底凹模22，使得预锻顶凸模21及预锻底凹模22闭合后内部型腔形状和异形三通接头形状相似，要求可以使用坯料锻出异形三通接头基体部分和后续用于终锻过程成形各个管道的凸出部分，用于成形管道部分的坯料直径和各个管道外径相同，长度和各个管道最终形状尺寸适配，分别为11.5mm、14mm、10mm。

将预锻模具镶块装配完整，加热至400℃并保温，并在在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将坯料转移至预锻模具型腔内，冲头以2mm/s的速度下行，直至模具闭合，坯料填满型腔。

步骤四、保压30s后，预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，冷却后切除飞边。再将将预锻件利用感应加热加热至1150℃保温10min。

步骤五、设计终锻模具及配套的多套肘杆机构。终锻模具采用分瓣式设计，满足异形三通接头合模和分模的要求。要求坯料经过预锻所得的预锻件和终锻模膛的形状除接头管道部分尺寸相同终锻模具包含分瓣式模膛的各个镶块(拼装后为组合式凹模)、装配顶盖和用于成形异形管道接头的多套肘杆传动机构和冲头(模具闭合后有用于成形接头管道的冲头的通道)。装配顶盖内壁有各个用于连接肘杆的凹槽，通过轴与肘杆相连。利用预锻模具能够将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分。终锻模具闭合后尺寸为400mm×300mm×200mm，留有用于肘杆机构冲头运动的通道。调整肘杆机构与固定座的连接位置，使其轴线在同一垂直面内。设计并装配各套肘杆机构冲头采用阶梯式冲头及运动导轨；其顶端(冲头部分)外径和对应加工的管道内径相同，冲头部分长度与管道深度相同，阶梯直径与管道外径相同，长度分别为55mm、60mm、50mm。

步骤六、将终锻模具加热至400℃并保温。将预锻件转移至终锻模具内，将模具各个镶块组装完整，用U形锁将终锻模膛锁紧。

步骤七、压力机移动模座带动装配盖板下行，使各套肘杆机构的冲头沿轨道前进，从而实现对坯料的多向同步柔性加载。加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

步骤八、保压30s后压力机模板上行，通过多套肘杆机构带动各个冲头从管道拔出。打开终锻模膛，取出异形三通接头(终锻件)。

实施例5：

设计异形四通接头，四个接头通道包括三个圆形通道和一个矩形通道，圆形通道分别和水平方向成30°、0°、45°夹角；通道长度分别为60mm、80mm、40mm；壁厚分别为3mm、2mm、1mm；外径分别为Φ40mm、Φ60mm、Φ50mm；矩形通道和水平方向夹角为50°，通道长度为50mm，壁厚为3mm，外径为40mm×30mm的矩形。

步骤一、使用8090铝锂合金加工出直径为96mm，高度为65mm的圆柱形坯料、通过感应加热将其加热至400℃保温10min。

步骤二、加工预锻模具。采用开式模锻的方案，加工冲头、凹模和镶块，镶块拼接进程预锻顶凸模21及预锻底凹模22，使得预锻顶凸模21及预锻底凹模22闭合后内部型腔形状和异形五通接头形状相似，，要求可以使用坯料锻出异形四通接头基体部分和后续用于终锻过程成形各个管道的凸出部分，用于成形管道部分的坯料直径和各个管道外径相同，长度和各个管道最终形状尺寸适配，圆形管道对应的凸出部分长度分别为11.5mm、14mm、10mm，矩形管道对应的凸出部分长度为8mm。

将预锻模具镶块装配完整，加热至400℃并保温，并在在预锻顶凸模21及预锻底凹模22形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂。

步骤三、将坯料转移至预锻模具型腔内，冲头以2mm/s的速度下行，直至模具闭合，坯料填满型腔。

步骤四、保压30s后，预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模21及预锻底凹模22上拆下，随后取出预锻件1，冷却后切除飞边。再将预锻件利用感应加热加热至400℃保温10min。

步骤五、设计终锻模具及配套的多套肘杆机构，终锻模具采用分瓣式设计，满足异形四通接头合模和分模的要求。要求坯料经过预锻所得的预锻件和终锻模膛的形状除接头管道部分尺寸相同终锻模具包含分瓣式模膛的各个镶块(拼装后为组合式凹模)、装配顶盖和用于成形异形管道接头的多套肘杆传动机构和冲头(模具闭合后有用于成形接头管道的冲头的通道)。装配顶盖内壁有各个用于连接肘杆的凹槽，通过轴与肘杆相连。利用预锻模具能够将坯料锻出用于后续成形接头各个管道的凸出部分。终锻模具闭合后尺寸为500mm×400mm×200mm，留有用于肘杆机构冲头运动的通道。调整肘杆机构与固定座的连接位置，使其轴线在同一垂直面内。设计并装配各套肘杆机构冲头采用阶梯式冲头及运动导轨；其顶端(冲头部分)外径和对应加工的管道内径相同，冲头部分长度与管道深度相同，阶梯直径与管道外径相同，圆形管道对应冲头长度分别为55mm、60mm、50mm，矩形管道对应冲头长度为56mm。

步骤六、将终锻模具加热至400℃并保温。将预锻件转移至终锻模具内，将模具各个镶块组装完整，用U形锁将终锻模膛锁紧。

步骤七、压力机移动模座带动装配盖板下行，使各套肘杆机构的冲头沿轨道前进，从而实现对坯料的多向同步柔性加载。加载过程中随着冲头的前进，坯料被成形出多通接头的各个管道，直到接触到冲头台阶，填满模具型腔。

步骤八、保压30s后压力机模板上行，通过多套肘杆机构带动各个冲头从管道拔出。打开终锻模膛，取出异形四通接头(终锻件)。

以上对本发明的具体实施方式作了详细介绍，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，装置包括预锻模具及终锻模具，其特征在于：

所述预锻模具包括预锻顶凸模(21)及预锻底凹模(22)，预锻顶凸模(21)与预锻底凹模(22)相组装形成封闭式的预锻模具；

所述终锻模具包括终锻底座(3)，终锻底座(3)上包括终锻底模(31)，还包括与终锻底模(31)匹配的终锻顶模(5)，所述终锻底模(31)上包括终锻底模通道(311)，所述终锻顶模(5)上包括终锻顶模通道(52)，所述终锻底模(31)与终锻顶模(5)闭合后，所述终锻底模通道(311)与终锻顶模通道(52)形成终锻通道；

所述终锻模具还包括肘杆机构固定座(8)，肘杆机构固定座(8)上包括若干套肘杆机构(71)，所述肘杆机构(71)将压力机模板的加载运动转化为冲头沿异形多通接头各管道轴向的加载运动，实现异形多通接头整体锻造成形。

2.根据权利要求1所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其特征在于：

所述肘杆机构(71)包括肘臂(711)及冲头(712)，所述肘臂(711)与冲头(712)通过转轴连接，连接后所述冲头(712)可以转轴为轴旋转；所述冲头(712)上设置有肘杆台阶(713)，所述肘杆台阶(713)使得所述冲头(712)形成的冲头包括不同的直径。

3.根据权利要求2所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其特征在于：

所述肘杆机构(71)还包括垫座(72)，所述垫座(72)放置于所述终锻底座(3)上，其高度与所述终锻底模(31)匹配，使所述肘杆机构(71)伸入所述终锻模具型腔内时，所述垫座(72支撑所述肘杆机构(71)，避免所述肘杆机构(71)在垂直方向上受力过大而发生变形。

4.根据权利要求1所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其特征在于：

所述终锻模具还包括锁紧件，所述终锻底模上包括终锻底模锁紧槽，所述终锻顶模上包括终锻顶模锁紧槽；

所述锁紧件的两端分别伸入所述终锻底模锁紧槽及终锻顶模锁紧槽，将所述终锻底模及终锻顶模锁紧。

5.根据权利要求4所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其特征在于：

所述锁紧件为U形锁。

6.根据权利要求1所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形装置，其特征在于：

所述预锻顶凸模内包括预锻凸模模膛，所述预锻底凹模内包括预锻底凹模模膛，预锻顶凸模与预锻底凹模闭合锁紧后，所述预锻凸模模膛及预锻底凹模模膛共同形成预锻模具型腔。

7.一种异形多通接头多向柔性加载整体成形的方法，利用权利要求1-6任一项所述的异形多通接头多向柔性加载整体成形装置进行异形多通接头多向柔性加载整体成形操作，其特征在于：

通过预锻工序和终锻工序实现异形多通接头整体锻造成形，通过预锻工序将加热后的坯料锻出多通接头主体部分用于终锻成形多通接头的部分；再将预锻件转移至终锻模具内，仅在各个通道露出用于成形异形接头各个管壁的部分；利用多套肘杆传动机构实现多个冲头沿各向同步加载，来实现异形多通接头管道多向协同加载成形。

8.根据权利要求7所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形的方法，其特征在于：

步骤一、加工出用于预锻成形所需的圆柱形坯料，要求坯料体积与最终锻件体积匹配；其尺寸的设计要求满足该坯料在预锻工序中能够充满型腔并且尽可能不产生飞边；

步骤二、将预锻顶凸模及预锻底凹模分别进行组装，再用锁模机构将组装后的预锻顶凸模及预锻底凹模锁紧，随后与预锻冲头共同预热并保温，在预锻顶凸模及预锻底凹模形成的预锻模腔内和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂；

步骤三、将圆柱形坯料转移至预锻模腔内并平稳放置，随后使冲头以2-8mm/s的速度下行；坯料在冲头的压力下发生塑性变形并逐渐充填预锻模型腔，直至冲头与预锻顶凸模及预锻底凹模接触，坯料充满预锻型腔，得到预锻件，随后保压30-60s；

步骤四、预锻冲头向上回程，将镶块从预锻顶凸模及预锻底凹模上拆下，随后取出预锻件，待预锻件冷却后切除飞边，再将预锻件利用感应加热加热至并保温；

步骤五、将终锻模具中的肘杆机构装配在肘杆结构固定座，根据预锻件形状尺寸调整各套肘杆机构的肘臂与肘杆机构固定座的连接位置，与各个终锻顶模及终锻底模一起预热并保温，在终锻顶模及终锻底模内的通道和冲头表面喷涂石墨乳作为润滑剂；

步骤六、将预锻件转移至终锻模具中，完成各个终锻顶模及终锻底模各个部分的组装，利用锁紧件将终锻顶模及终锻底模各个模块锁紧，使预锻件被完全紧锁在终锻模具形腔内，仅露出用于成形出异形多通接头各个管道的凸出部分；

步骤七、迅速使压力机模板下行，使各个冲头在肘杆机构的传动下沿终锻顶模及终锻底模内的通道进行加载，直至冲头的肘杆台阶接触到异形多通接头管壁，达到最大加载距离；

步骤八、保压30-60s，使压力机移动模板向上移动，各个冲头从通道内拔离；随后取下锁紧件，将终锻模具打开，取出异形多通接头。

9.根据权利要求7所述的一种异形多通接头多向柔性加载整体成形的方法，其特征在于：

所述异形多通接头多向柔性加载整体成形的方法适用于铝合金、钢铁、钛合金、镁合金等各种适合锻造成形的金属材料。

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