CN112296111A - 大型复杂异形结构件的塑性成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于制造特定金属物品技术领域，具体涉及一种大型复杂异形结构件的塑性成形方法。所述塑性成形方法依次包括下料、坯料加热、上料、合模和往复顶出挤压工序，其特征在于，所述上料包括以下步骤：将经加热处理的坯料放入随动型腔的型腔中，所述随动型腔包括依次设置的上冲头、上凹模、型腔、下凹模和下冲头。本发明的方法能够克服复杂构件在挤压成形中模具寿命低下的难题；能够显著改善大型复杂异型构件的塑性流动性，解决复杂构件的充型难题。
Description
技术领域
本发明属于制造特定金属物品技术领域，具体涉及一种大型复杂异形结构件的塑性成形方法。
背景技术
大型复杂异形结构件是工程中常用的零部件之一，广泛应用于各种承力结构中，性能要求高，加工难度大。
目前，大型复杂异型构件的传统制造工艺为模锻后机械加工。然而，大型复杂异型构件的形状复杂，往往需要设计多次制坯工艺，造成加工余量大，金属流线切断严重；且成形力大，成形温度高，模具承受载荷状况恶劣，造成模具的寿命极其低下。
现阶段，为了降低大型复杂异型构件的制造难度，工程生产中往往采用简单锻坯+机械加工的制造工艺。这种加工方式易造成充型不满、坯料折叠、塌角缺陷，使得制造效率低，材料利用率低，且制得的构件性能低下。
为解决以上问题，通常在成型之前进行预成型。然而，进行预成型增加了工序和成本，且预成型本身的难度较高，特别是对于大型复杂异形结构件而言，如何设计适合目标构件的模具是一大难点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大型复杂异形结构件的塑性成形方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
大型复杂异形结构件的塑性成形方法，依次包括下料、坯料加热、上料、合模和往复顶出挤压工序，所述上料包括以下步骤：将经加热处理的坯料放入随动型腔的型腔中，所述随动型腔包括依次设置的上冲头、上凹模、型腔、下凹模和下冲头。
进一步，所述坯料加热包括以下步骤：将下料完成的坯料加热至始锻温度。
进一步，所述坯料加热采用的设备为燃气加热炉或电阻加热炉。
进一步，所述大型复杂异形结构件的塑性成形方法，还包括模具加热工序。
进一步，所述模具加热包括以下步骤：将上凹模和下凹模加热至400℃±5℃并保温30分钟。
进一步，所述模具加热采用的设备为感应加热设备。
进一步，所述往复顶出挤压工序依次包括上冲头挤压、下冲头退行、下冲头保压和下冲头向上挤压的循环工序，直至坯料全部充满模腔。
进一步，所述上冲头挤压包括以下步骤：上冲头开始下行加载，以5mm/s的挤压速度挤压坯料充型，下行10s后停止行进。
进一步，所述下冲头退行包括以下步骤：上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
进一步，所述下冲头保压包括以下步骤：下冲头退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
进一步，所述下冲头向上挤压包括以下步骤：保压5s结束后，上凹模和下凹模开始加热并加热至400℃±5℃，上冲头不动作，下冲头开始以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压。
进一步，所述挤压采用的设备为挤压机。
本发明的目的还在于保护一种随动型腔，所述随动型腔包括依次设置的上冲头、上凹模、型腔、下凹模和下冲头。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法能够克服复杂构件在挤压成形中模具寿命低下的难题。
本发明的方法能够显著改善大型复杂异型构件的塑性流动性，解决复杂构件的充型难题。
本发明的方法可操作强，效率高，成本低，能够工程化大规模生产。
附图说明
图1为实施例1和实施例2采用的随动型腔的结构示意图，其中，1为上冲头，2为上凹模，3为型腔，4为下凹模，5为下冲头；
图2为对比例1采用的型腔的结构示意图；
图3为对比例2采用的型腔的结构示意图；
图4为实施例1制得的PG-1曲轴；
图5为对比例1制得的PG-1曲轴。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明的内容进行说明，但并不是本发明的内容仅限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
以下最大成形力通过锻造设备的压力表即可获知；
以下热处理后抗拉强度和延伸率按照《GB/T228.1-2010金属材料室温拉伸试验方法》进行检测，平行测定三次，以其平均值作为检测结果。
实施例1
一种PG-1曲轴往复式顶出凹模非比例压力加载的塑性成形方法，具体步骤如下：
步骤一、下料
步骤一、下料
将
的34CrNiMo6钢棒料锯切为
的坯料。
步骤二、加热
将步骤一下料完成的坯料在燃气炉中加热到始锻温度1100℃。
步骤三、模具加热
采用感应加热设备将如图1所示随动型腔的上凹模和下凹模加热至400℃并保温30分钟；
步骤四、上料
将步骤二加热完毕的坯料放入如图1所示随动型腔的型腔中，所述随动型腔包括依次沿竖直方向设置的上冲头1、上凹模2、型腔3、下凹模4和下冲头5；
步骤五、合模
步骤四完成后，将模具合拢并贴紧坯料，形成封闭模腔。
步骤六、上冲头挤压
步骤三完成后，上凹模和下凹模停止加热，上冲头开始下行加载，用挤压机以5mm/s的挤压速度，挤压坯料充型，下行10s后停止行进；
步骤七、下冲头退行
用挤压机上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
步骤八、下冲头保压
退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
步骤九、下冲头向上挤压
保压5s结束后，上凹模及下凹模开始加热并加热至400℃，上冲头不动作，下冲头开始用挤压机以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压。
步骤十、上冲头挤压
步骤九完成后，上凹模及下凹模停止加热，上冲头继续下行加载，用挤压机以5mm/s的挤压速度，挤压坯料充型，下行10s后停止行进。
步骤十一、下冲头退行
用挤压机上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
步骤十二、下冲头保压
退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
步骤十三、下冲头向上挤压
保压5s结束后，上上凹模及下凹模开始加热并加热至400℃，上冲头不动作，下冲头开始以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压，此时坯料全部充满模腔。
步骤十四、完成整个工件的成形，取出工件并放入空气中冷却。
检测本实施例制备的曲轴锻件(如图4所示)的一火次充型饱满的最大成形力，热处理后抗拉强度和热处理后延伸率，结果如表1所示。
对比例1
一种PG-1曲轴热模锻成形方法，具体步骤如下：
步骤一、下料
将
的34CrNiMo6钢棒料锯切为
的坯料；
步骤二、加热
将步骤一下料完成的坯料在燃气炉中加热至始锻温度1100℃；
步骤三、上料
将步骤二加热完毕的坯料放入如图2所示预锻模型腔中；
步骤四、预锻
上模以200mm/s的速度击打坯料，完成预锻；
步骤五、加热
将步骤四预锻完成的坯料在燃气炉中加热到始锻温度1100℃；
步骤六、上料
将步骤六加热完毕的预锻坯料放入终锻模型腔中；
步骤七、终锻
上模以200mm/s的速度击打预锻坯料，完成终锻。
步骤八、切边
将步骤七完成的终锻件放入切边模中，切边完成终锻件。
检测本对比例制备的曲轴锻件(如图5所示)的一火次充型饱满的最大成形力，热处理后抗拉强度和热处理后延伸率，结果如表1所示。
由图4和图5可知，与对比例1相比，实施例1制得的曲轴锻件的充型效果得到了显著改善。
实施例2
一种7A04铝合金支承体往复式顶出凹模非比例压力加载的塑性成形方法，具体步骤如下：
步骤一、下料
将
的7A04铝合金棒料锯切为
的坯料。
步骤二、加热
将步骤一下料完成的坯料在燃气炉中加热到始锻温度430℃。
步骤三、模具加热
采用感应加热设备将如图1所示随动型腔的上凹模和下凹模加热至400℃并保温30分钟；
步骤四、上料
将步骤二加热完毕的坯料放入如图1所示随动型腔的型腔3中，所述随动型腔包括依次沿竖直方向设置的上冲头1、上凹模2、型腔3、下凹模4和下冲头5；
步骤五、合模
步骤四完成后，将模具合拢并贴紧坯料，形成封闭模腔。
步骤六、上冲头挤压
步骤三完成后，上凹模和下凹模停止加热，上冲头开始下行加载，用挤压机以5mm/s的挤压速度，挤压坯料充型，下行10s后停止行进；
步骤七、下冲头退行
上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
步骤八、下冲头保压
退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
步骤九、下冲头向上挤压
保压5s结束后，上凹模及下凹模开始加热并加热至400℃，上冲头不动作，下冲头用挤压机开始以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压。
步骤十、上冲头挤压
步骤九完成后，上凹模及下凹模停止加热，上冲头继续下行加载，用挤压机以5mm/s的挤压速度，挤压坯料充型，下行10s后停止行进。
步骤十一、下冲头退行
用挤压机上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
步骤十二、下冲头保压
退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
步骤十三、下冲头向上挤压
保压5s结束后，上上凹模及下凹模开始加热并加热至400℃，上冲头不动作，下冲头用挤压机开始以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压，此时坯料全部充满模腔。
步骤十四、完成整个工件的成形，取出工件并放入空气中冷却。
检测本实施例制备的铝合金支承体锻件一火次充型饱满的最大成形力，热处理后抗拉强度和热处理后延伸率，结果如表1所示。
对比例2
一种7A04铝合金支承体热模锻成形方法，具体步骤如下：
步骤一、下料
将
的7A04铝合金棒料锯切为
的坯料；
步骤二、加热
将步骤一下料完成的坯料在燃气炉中加热至始锻温度430℃；
步骤三、上料
将步骤二加热完毕的坯料放入如图3所示预锻模型腔中；
步骤四、预锻
上模以200mm/s的速度击打坯料，完成预锻；
步骤五、加热
将步骤四预锻完成的坯料在燃气炉中加热到始锻温度430℃；
步骤六、上料
将步骤六加热完毕的预锻坯料放入终锻模型腔中；
步骤七、终锻
上模以200mm/s的速度击打预锻坯料，完成终锻。
步骤八、切边
将步骤七完成的终锻件放入切边模中，切边完成终锻件。
检测本对比例制备的铝合金支承体锻件的一火次充型饱满的最大成形力，热处理后抗拉强度和热处理后延伸率，结果如表1所示。
表1检测结果
| 来源 | 最大成形力/KN | 热处理后抗拉强度/MPa | 热处理后延伸率％ |
| 实施例1 | 8550 | 1148 | 16.0 |
| 对比例1 | 12600 | 1065 | 14.5 |
| 实施例2 | 1865 | 546 | 8.0 |
| 对比例2 | 2610 | 508 | 7.0 |
由表1可知，实施例1制得的曲轴的最大成形力仅为对比例1的68％左右；与对比例1相比，实施例1制得的曲轴的热处理后拉伸强度和热处理后延伸率比对比例1得到了显著提高。
由表1可知，实施例2制得的铝合金支承体锻件的最大成形力仅为对比例2的72％左右，热处理后拉伸强度和热处理后延伸率比对比例2得到了显著提高。
由此证明，本发明的方法能够显著改善制得的大型复杂异型构件的塑性和强度；能够克服大型复杂构件在挤压成形中模具寿命低下的难题。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.塑性成形方法，依次包括下料、坯料加热、上料、合模和往复顶出挤压工序，其特征在于，所述上料包括以下步骤：将经加热处理的坯料放入随动型腔的型腔中，所述随动型腔包括依次设置的上冲头、上凹模、型腔、下凹模和下冲头。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述坯料加热包括以下步骤：将下料完成的坯料加热至始锻温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括模具加热工序。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模具加热包括以下步骤：将上凹模和下凹模加热至400℃±5℃并保温30分钟。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述往复顶出挤压工序依次包括上冲头挤压、下冲头退行、下冲头保压和下冲头向上挤压的循环工序，直至坯料全部充满模腔。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述上冲头挤压包括以下步骤：上冲头开始下行加载，以5mm/s的挤压速度挤压坯料充型，下行10s后停止行进。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述下冲头退行包括以下步骤：上冲头挤压5s后，下冲头开始以5mm/s的速度退行，退行时间5s。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，所述下冲头保压包括以下步骤：下冲头退行动作结束后，下冲头和上冲头均停止动作，保压5s。
9.根据权利要求5-8任一项所述的方法，其特征在于，所述下冲头向上挤压包括以下步骤：保压5s结束后，上凹模及下凹模开始加热并加热至400℃±5℃，上冲头不动作，下冲头开始以5mm/s的速度向上加载，挤压坯料继续充型，在5s后停止动作并保压。
10.随动型腔，其特征在于，包括依次设置的上冲头、上凹模、型腔、下凹模和下冲头。
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