CN112108607B - 钛合金车门铰链锻件的成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锻造技术领域，提供钛合金车门铰链锻件的成型方法，包括：车门铰链锻件设计步骤和分型步骤，车门铰链锻件设计步骤给车门铰链锻件设计锻造余块，且锻造余块包括拔模斜面和过渡面。在此基础上，确定分型面的前提是将侧板部的后端面横放，并在此基础上基于车门铰链锻件在水平面的正投影最大轮廓和锻造余块的过渡面确定分型面，大大降低了侧板部在对应锻模的型腔深度，更便于产品充型，减少模锻时的缺陷。此外，车门铰链锻件设计时可以在实现侧板部左侧无余量设计的同时，实现侧板部右侧小余量拔模斜度的设计，解决传统车门铰链锻件存在的右侧倒拔模问题，进而节省材料降低制造成本。

Description

钛合金车门铰链锻件的成型方法

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，尤其涉及钛合金车门铰链锻件的成型方法。

背景技术

图1和图2中所示的车门铰链应用于某越野车型，包括底板01和侧筋板02，具体用于车门与车身的外部连接以实现车门的开启与闭合。由于目前市场上此类车门铰链都是采用钢质材料制造，其制造成本虽然低廉，但在复杂环境如原野、山地、沼泽、沙漠和冰雪等复杂环境中，由于气候变化大，钢质材料容易出现腐蚀生锈甚至损坏等情况，后期维修更换成本大。

鉴于现有车门铰链采用钢质材料时存在的上述问题，亟需一种可替代的材料来制造上述车门铰链。具有比强度高、耐腐蚀性及耐热性能良好等优点的钛合金材料无疑是最适合的材料，但由于此类车门铰链的横截面变化大，若分模线位置选择不合理，很容易导致成型困难。具体的，产品成型时易出现折叠、裂纹和缺料等模锻缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钛合金车门铰链锻件的成型方法，其对车门铰链锻件进行设计，可解决成型困难的问题，并可减少折叠、裂纹和缺料等问题的发生。

根据本发明实施例的一种钛合金车门铰链锻件的成型方法，包括：

车门铰链锻件设计步骤，且所述车门铰链锻件包括锻件底板、侧板部以及位于所述锻件底板和所述侧部板之间的锻造余块，所述侧板部形成有后端面，所述锻造余块对应所述侧板部远离所述后端面的一侧设置，所述锻造余块形成有拔模斜面以及连接所述拔模斜面和所述锻件底板的过渡面；

分型步骤，将所述后端面横放，使得所述锻件底板和所述拔模斜面分别位于同一竖直面的两侧，基于所述后端面横放确定所述车门铰链锻件在水平面内的正向投影的最大轮廓，基于所述最大轮廓对应位置和所述过渡面确定所述车门铰链锻件的锻模的分型面。

根据本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，对车门铰链锻件进行设计，使得车门铰链锻件包括锻造余块。在此基础上，确定分型面的前提是将侧板部的后端面横放，并在此基础上基于车门铰链锻件在水平面的正投影最大轮廓和锻造余块的过渡面确定分型面，大大降低了侧板部在对应锻模的型腔深度，更便于产品充型，减少模锻时的缺陷。此外，车门铰链锻件设计时可以在实现侧板部左侧无余量设计的同时，实现侧板部右侧小余量拔模斜度的设计，解决传统车门铰链锻件存在的右侧倒拔模问题，进而节省材料降低制造成本。

根据本发明的一个实施例，所述分型步骤中，所述锻造余块在竖直方向的高度大于所述锻件底板在竖直方向的高度的一半。

根据本发明的一个实施例，所述分型步骤中将所述后端面水平放置。

根据本发明的一个实施例，所述车门铰链锻件设计步骤中，所述过渡面平行于所述后端面。

根据本发明的一个实施例，所述车门铰链锻件设计步骤中，所述拔模斜面与所述锻件底板之间的夹角在(90-γ)～(100-γ)之间，γ为所述锻件底板和所述后端面之间的夹角。

根据本发明的一个实施例，还包括：

锻造步骤，采用坯料依次经过镦粗和终锻得到所述车门铰链锻件。

根据本发明的一个实施例，所述锻造步骤包括：

安装步骤，将镦粗模和终锻模安装至模锻压力机；

镦粗步骤，采用所述模锻压力机对所述坯料进行镦粗得到预锻件；

终锻步骤，采用所述模锻压力机对所述预锻件进行终锻得到车门铰链锻件。

根据本发明的一个实施例，所述镦粗步骤和所述终锻步骤之前，对所述镦粗模和所述终锻模进行预热，保证所述镦粗模和所述终锻模的温度在250℃～350℃之间，且采用石墨润滑剂对所述镦粗模和所述终锻模进行喷涂。

根据本发明的一个实施例，所述镦粗步骤之前，将所述坯料放置于电阻炉进行加热，所述电阻炉的温度设定为所述坯料相变点以下30℃，待所述电阻炉稳定之后保温40min-70min。

根据本发明的一个实施例，所述安装步骤中，所述模锻压力机采用1600吨的螺旋压力机，在所述镦粗步骤中所述螺旋压力机的下行速度在200mm/s-250mm/s之间，在所述终锻步骤中所述螺旋压力机的下行速度在420mm/s-460mm/s之间。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

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，下面描述中的附图仅仅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是现有技术的车门铰链某一视角下的结构示意图；

图2是现有技术的车门铰链另一视角下的结构示意图；

图3是本发明实施例的车门铰链锻件某一视角下的结构示意图；

图4是本发明实施例的车门铰链锻件另一视角下的结构示意图；

图5是本发明实施例的车门铰链锻件的锻造过程示意图；

附图标记：

01、铰链底板；02、侧筋板；021、左侧筋板；022、右侧筋板；

1、锻件底板；2、锻造余块；201、拔模斜面；202、过渡面；3、侧板部；301、后端面；4、坯料；5、终锻上模；6、终锻下模；7、分模线；701、第一线段；702、第二线段；703、第三线段；704、第四线段；705、第五线段；

α、侧筋板与水平方向形之间的夹角；β、锻件底板的下表面和水平面之间的角度；γ为锻件底板和后端面之间的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

现有技术的车门铰链请参见图1和图2，包括铰链底板01和侧筋板02。其中，对图1和图2中的车门铰链进行分析发现，其最大外轮廓尺寸为136mm*103mm*121mm，铰链底板01厚8.5mm，重量1.53kg，投影面积为11611mm2，最大最小横截面比差9倍，侧筋板02的板厚12.5mm。该种车门铰链成型的难点是铰链底板01上端面的侧筋板02呈一定角度，以图2为例，铰链底板01水平放置时，侧筋板02(包括左侧筋板021和右侧筋板022)与水平方向形之间的夹角为α。结合图2可知，图2中左侧筋板021和图2中右侧筋板022的右边存在倒拔问题，产品成型之后无法出模。

基于现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供一种钛合金车门铰链锻件的成型方法，请参见图3至图5，包括：

车门铰链锻件设计步骤，所述车门铰链锻件采用钛合金材质，且所述车门铰链锻件包括锻件底板1、侧板部3以及位于所述锻件底板1和所述侧部板之间的锻造余块2，所述侧板部3形成有后端面301，所述锻造余块2对应所述侧板部3远离所述后端面301的一侧设置，所述锻造余块2形成有拔模斜面201以及连接所述拔模斜面201和所述锻件底板1的过渡面202；

分型步骤，将所述后端面301横放，请参见图3，使得所述锻件底板1和所述拔模斜面201分别位于同一竖直面的两侧，基于所述后端面301横放确定所述车门铰链锻件在水平面内的正向投影的最大轮廓，基于所述最大轮廓对应位置和所述过渡面202确定所述车门铰链锻件的锻模的分型面。

根据本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，对车门铰链锻件进行设计，使得车门铰链锻件包括锻造余块2。在此基础上，确定分型面的前提是将侧板部3的后端面301横放，并在此基础上基于车门铰链锻件在水平面的正投影最大轮廓和锻造余块2的过渡面202确定分型面，大大降低了侧板部3在对应锻模的型腔深度，更便于产品充型，减少模锻时的缺陷。此外，车门铰链锻件设计时可以在实现侧板部3左侧无余量设计的同时，实现侧板部3右侧小余量拔模斜度的设计，解决传统车门铰链锻件存在的右侧倒拔模问题，进而节省材料降低制造成本。

根据本发明的实施例，车门铰链锻件为车门铰链的中间产物。通过锻造得到车门铰链锻件之后，通过后续加工得到车门铰链。其中，对于锻件底板1而言，在锻件底板1没有加工余量的情况下，车门铰链锻件的锻件底板1和车门铰链的铰链底板01完全相同。此外，车门铰链锻件的侧板部3对应车门铰链的侧筋板02，其中侧筋板02一般由侧板部3洗削加工得到，当然侧筋板02也可以由侧板部3通过其他加工方式加工得到，由此在侧筋板02结构确定的情况下，侧板部3的结构也唯一确定。

很显然，基于图1和图2可以确定，对应图1和图2的车门铰链锻件，如果不做特殊的结构设计，则即便将侧板部3的后端面301横放，则仍旧会存在出模困难的问题。具体的，锻件底板1靠近侧板部3的一侧(后文称之为锻件底板1的上表面)会由于存在倒拔而无法出模。基于此，本发明实施例对车门铰链锻件进行设计，在锻件底板1和侧板部3之间设置锻造余块2，且锻造余块2包括拔模斜面201，进而将车门铰链锻件旋转一定角度使得侧板部3的后端面301横放的时候，此时锻件底板1远离侧板部3一侧(后文称之为锻件底板1的下表面)以及拔模斜面201分别位于竖直面的两侧，以便于实现出模。

其中，“将所述后端面301横放”包括将车门铰链锻件的后端面301完全水平放置或者大致水平放置的情形。“大致水平”包括后端面301和水平面之间的夹角为正负10°之间的情形。其中，锻造余块2除了包括拔模斜面201，还具有位于拔模斜面201和锻件底板1的上表面之间的过渡面202。

结合图4，其中确定锻模分型面的过程，可以认为是基于图4确定分模线7的过程。锻模的分型面对应到车门铰链锻件上，从车门铰链锻件的一侧看到的为其分模线7。图4中，分模线7包括第一线段701、第二线段702、第三线段703、第四线段704和第五线段705，五根线段对应分型面的五个垂直于纸面方向的面。第二线段702直接由过渡面202确定，而第一线段701、第三线段703、第四线段704和第五线段705由图4中车门铰链锻件在水平面内的正投影的最大轮廓确定。

根据本发明的实施例，分型步骤中，所述锻造余块2在竖直方向的高度大于所述锻件底板1的一半。也即图4中，H2大于H1。由于图4中锻件底板1的下部分设置有锻造余块2，通过锻造余块2的设计相当于加大了锻件底板1底部的尺寸，可以利于下模的型腔充型，而锻件底板1上部仍旧比较薄，因此H2大于H1时，可以保证锻模的型腔内的充型效果。

根据本发明的实施例，分型步骤中将所述后端面301水平放置，得到锻件底板1的下表面和水平面之间的角度为β。此时可保证锻造效果，减少锻造过程中发生错模的可能性。

根据本发明的实施例，车门铰链锻件设计步骤中，所述过渡面202平行于所述后端面301。该种情况下，于锻模而言，其锻模的型腔更加的规则，可以便于成型。

根据本发明的实施例，所述车门铰链锻件设计步骤中，所述拔模斜面201与所述锻件底板1之间的夹角在(90-γ)～(100-γ)之间，γ为所述锻件底板1和所述后端面301之间的夹角，且γ+β＝180°。其中，拔模斜面201与所述锻件底板1之间的夹角在(90-γ)～(100-γ)之间，包括拔模斜面201与所述锻件底板1之间的夹角为(90-γ)或者(100-γ)的情形。其中，当拔模斜面201与所述锻件底板1之间的夹角刚好为(90-γ)，且将后端面301水平放置的时候，则此时拔模斜面201竖直，进而不影响锻模脱模。当拔模斜面201与所述锻件底板1之间的夹角大于(90-γ)的时候，则此时拔模斜面201可以利于脱模。

值得一提的是，本发明实施例的锻造余块2最终需要通过加工方式去掉，但是在锻造过程通过给车门铰链锻件设计锻造余块2，可以便于产品的锻造成型。

根据本发明的实施例，车门铰链锻件设计时对应图2左侧筋板021和右侧筋板022的左侧本身可以实现无余量设计，左侧筋板021和右侧筋板022的右侧则可以根据出模方向只需增加7°的1.5mm厚的小余量外拔模斜度即可解决右侧倒拔问题，其余地方设置5°以内的拔模斜度，未注圆角R3-R5以内，其余孔槽采用锻后机加工方式加工。

根据本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，包括锻造步骤，具体采用坯料4依次经过镦粗和终锻得到所述车门铰链锻件。

此外，经过终锻得到的车门铰接锻件进行切边。

在一个实施例中，镦粗模的设计原则为镦粗前后保证坯料4的高度从170mm(毫米)变更为130mm；终锻模的设计原则为此工序的模锻变形量控制在40％-70％范围内；切边模的设计原则为闭合高度在400-550mm。

在一个实施例中，锻造步骤包括：

安装步骤，将镦粗模和终锻模安装至模锻压力机；

镦粗步骤，采用所述模锻压力机对所述坯料4进行镦粗得到预锻件；

终锻步骤，采用所述模锻压力机对所述预锻件进行终锻得到车门铰链锻件。

在一个实施例中，模锻压力机采用1600吨的螺旋压力机，也即安装步骤中将镦粗模和终锻模安装至1600吨的螺旋压力机。

在一个实施例中，镦粗模和终锻模安装至1600吨的螺旋压力机上之后，且在对坯料4进行镦粗和终锻之前，对镦粗模和终锻模进行预热，保证镦粗模和终锻模的预热温度在250-350℃范围内。此外，采用石墨润滑剂对所述镦粗模和所述终锻模进行喷涂。其中，可以尽量保证喷涂后镦粗模和终锻模的型腔的石墨厚度均匀。

在一个实施例中，所述镦粗步骤之前，将所述坯料4放置于电阻炉进行加热，所述电阻炉的温度设定为所述坯料4相变点以下30℃，待所述电阻炉稳定之后保温40min-70min。

在一个实施例中，坯料4保温结束后人工转移到镦粗下模，模锻压力机以200mm/s-250mm/s的范围内速度下行，将坯料4从170mm高度镦粗到130mm。之后，将镦粗后的坯料4翻转90°后挪到终锻下模6的型腔中，模锻压力机以420mm/s-460mm/s的范围内下行，完成模锻成型。

在一个实施例中，终锻完成之后，人工转移带飞边的车门铰链锻件摆放到已安装到400T(吨)压床上的切边凹模刃口上，压床以250mm/s-300mm/s范围内的速度下行，完成多余飞边切除。

在一个实施例中，飞边切除完成之后，将车门铰链锻件置于料框中自然冷却，之后再进行热处理。

根据本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，用于钛合金材料的车门铰链锻件的成型时，可以一定程度上解决钛合金材料本身具有的模锻时火次多、塑性差、变形抗力大、易开裂和材料切削困难和产品制造成本偏高等缺点，利于实现钛合金车门铰链锻件的推广。

根据本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，首先，通过对产品(车门铰链)的外形轮廓、投影面积和截面比等的分析，合理的选择车门铰链锻件的锻模的分型面的位置，并在设计分型面的时候对车门铰链锻件做一定的角度旋转，进而降低了车门铰链锻件在终锻上模5和终锻下模6的型腔中的深度，减少了车门铰链锻件在成型中出现充不满、折叠等模锻缺陷，同时将车门铰链锻件的锻件底板1上表面存在倒拔的不利于模锻成型的因素转化，使得图4当中车门铰链锻件左侧可无余量设计，右侧只需采用小余量设计，并通过拔模斜面201即可实现模锻生产，填补了国内无模锻钛合金车门铰链产品的空缺。

其次，采用在螺旋压力机上模锻成型，由于螺旋压力机下行速度相对油压机等模锻设备，其下行速度快，坯料4降温几乎可忽略不计，进而坯料4模锻前无需再对其表面进行玻璃润滑剂喷涂处理，无形中降低了工人劳动强度，减少了车门铰链锻件的制造时间成本、加热能耗及辅助材料的消耗，且锻后的车门铰链锻件表面因无玻璃润滑剂，表面喷砂清理时间也可减少40％。

最后，本发明实施例的钛合金车门铰链锻件的成型方法，控制车门铰链锻件在成型过程中变形量在40％-70％以内，避开了其临界变形量范围，防止了成型中出现因变形量小而造成晶粒急剧长大的现象；由于其是在两相区，大变形，单火次锻造，避免了多火次电加热能耗大和氧化层偏厚的问题，成型后产品组织和力学性能好，可满足高减重，长寿命和低成本的使用要求。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (9)

1.一种钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，包括：

车门铰链锻件设计步骤，所述车门铰链锻件包括锻件底板、侧板部以及位于所述锻件底板和所述侧板部之间的锻造余块，所述侧板部形成有后端面，所述锻造余块对应所述侧板部远离所述后端面的一侧设置，所述锻造余块形成有拔模斜面以及连接所述拔模斜面和所述锻件底板的过渡面；

分型步骤，将所述后端面横放，使得所述锻件底板和所述拔模斜面分别位于同一竖直面的两侧，基于所述后端面横放确定所述车门铰链锻件在水平面内的正向投影的最大轮廓，基于所述最大轮廓对应位置和所述过渡面确定所述车门铰链锻件的锻模的分型面；

锻造步骤，采用坯料依次经过镦粗和终锻得到所述车门铰链锻件。

2.根据权利要求1所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述分型步骤中，所述锻造余块在竖直方向的高度大于所述锻件底板在竖直方向的高度的一半。

3.根据权利要求1所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述分型步骤中将所述后端面水平放置。

4.根据权利要求1所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述车门铰链锻件设计步骤中，所述过渡面平行于所述后端面。

5.根据权利要求1所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述车门铰链锻件设计步骤中，所述拔模斜面与所述锻件底板之间的夹角在(90-γ)～(100-γ)之间，γ为所述锻件底板和所述后端面之间的夹角。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述锻造步骤包括：

安装步骤，将镦粗模和终锻模安装至模锻压力机；

镦粗步骤，采用所述模锻压力机对所述坯料进行镦粗得到预锻件；

终锻步骤，采用所述模锻压力机对所述预锻件进行终锻得到车门铰链锻件。

7.根据权利要求6所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述镦粗步骤和所述终锻步骤之前，对所述镦粗模和所述终锻模进行预热，保证所述镦粗模和所述终锻模的温度在250℃～350℃之间，且采用石墨润滑剂对所述镦粗模和所述终锻模进行喷涂。

8.根据权利要求6所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述镦粗步骤之前，将所述坯料放置于电阻炉进行加热，所述电阻炉的温度设定为所述坯料相变点以下30℃，待所述电阻炉稳定之后保温40min-70min。

9.根据权利要求6所述的钛合金车门铰链锻件的成型方法，其特征在于，所述安装步骤中，所述模锻压力机采用1600吨的螺旋压力机，在所述镦粗步骤中所述螺旋压力机的下行速度在200mm/s-250mm/s之间，在所述终锻步骤中所述螺旋压力机的下行速度在420mm/s-460mm/s之间。

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