CN113333653A - 用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针，具体步骤如下：首先，根据待成形异形孔的结构，制定对应的垂直穿孔针：根据坯料的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针引流槽的倾斜角度、下表面面积和过渡圆角进行制定；根据坯料的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针卸料槽的深度、面积和斜度进行制定。然后利用制定的垂直穿孔针，依次确定第一典型数据点、第二典型数据点和第三典型数据点。最后根据三点分配原则，确定出垂直穿孔针的降载曲线，随后在降载曲线上选取合适的多个典型数据点，确定垂直穿孔针的降载方式。本发明在载荷允许条件下，快速成型锻件，改善了金属流动，并提高了加工效率。

Description

用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针

技术领域

本发明涉及模锻领域，特别涉及一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针。

背景技术

随着石油化工行业的兴起，远距离、大批量运输石油致使管道运输飞速发展，而在石油管道系统中，阀门负责连接各个管道，具有无可替代的作用，阀门是石油运输系统能够顺利运行的保障。

在石油运输系统中存在各式各样的阀门，例如闸阀、球阀、止回阀和截止阀等，在各种各样的阀门中，存在一种带有异形孔的阀门。该类阀门在生产中通过挤压成形。在挤压成形异形孔过程中，金属不同与圆形孔成形金属均匀向上流动，而是在垂直向上的流动过程中，也存在周向流动。在靠近上下凹模区域甚至出现紊乱流动，金属多方向流动将会导致闸阀在成形上端面时出现高低不平的现象。坯料上端高低不平的现象，会导致垂直穿孔针的挤压力呈指数增加。以上问题一方面导致垂直穿孔针更加容易损坏，另一方面垂直穿孔针需要更大的动力，浪费能源。甚至垂直穿孔针所需载荷超出液压机所能提供的载荷，导致无法成行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针，主要通过在垂直穿孔针针头设置垂直穿孔针引流槽和在垂直穿孔针法兰设置垂直穿孔针卸料槽，从而改善了金属流动规律，减少了闸阀等筒形件在成形上端面时出现高低不平的现象。

本发明提供了一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，所述工艺方法的具体步骤如下：

S1、根据待成形异形孔筒形件的结构，制定对应的垂直穿孔针：

S11、根据坯料的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针引流槽的结构进行制定：

S111、根据垂直穿孔针引流槽的倾斜角度与引流坯料体积之间的正比关系，通过试验测得正比关系的影响因子，得到垂直穿孔针引流槽的倾斜角度；

S112、根据坯料长半轴和短半轴的长度，将垂直穿孔针引流槽倾斜表面投影到垂直穿孔针下表面，且经过垂直穿孔针下表面中心点的最大长度作为垂直穿孔针引流槽下表面的面积，具体表达式为：

L₃≤L₂-L₁

式中，L₁为异形孔短半轴的距离，L₂为异形孔长半轴的距离，L₃为垂直穿孔针引流槽倾斜表面在水平面上的投影距离；

S113、制定垂直穿孔针引流槽的过渡圆角；

S12、根据坯料长半轴和短半轴的高度差，对垂直穿孔针卸料槽的结构进行制定：

S121、将液压机以额定功率下最高速度的70％运行，记录坯料上端即将和垂直穿孔针法兰相接触时，坯料上表面最高点和最低点的高度值，并将坯料上表面最高点和最低点的高度差值作为卸料槽深度，具体表达式如下：

L₁＝L₂*(3/5)

式中，L₁为垂直穿孔针卸料槽的深度，L₂为坯料上端的高度差；

S122、根据试验中卸载载荷的实际情况，将垂直穿孔针法兰面积的8％～25％作垂直穿孔针卸料槽的面积；

S123、根据坯料即将成形时刻上表面高度差得出卸料槽斜度，具体表达式如下：

tanX₁＝L₂/(L₃*(1/4))

式中，X₁为卸料槽斜度，L₂为坯料上端的高度差，L₃为阀体上端外表面的周长；

S2、根据三点分配原则，利用曲线拟合远离确定出垂直穿孔针的降载曲线，随后在降载曲线上选取多个数据点，进而确定垂直穿孔针的降载方式：

S21、确定第一典型数据点：将液压机正常运行的最小速度的负数作为第一典型数据点在x方向的值x1，将垂直穿孔针成形过程的总行程作为第一典型数据点在y方向的值y1；

S22、确定第二典型数据点：将液压机正常运行的最大速度的负数作为第二典型数据点在x方向的值x2，将垂直穿孔针第一次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y2；

S23、确定第三典型数据点：将液压机正常运行的最大速度一半的负数作为第二典型数据点在x方向的值x3，将垂直穿孔针第二次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y3；

S24、构建逐渐降速法，根据步骤S21至S23获得的三个典型数据点，确定垂直穿孔针成型过程的函数表达式，具体表达式如下：

y＝ax²+bx+c

式中，a、b、c分别为影响因子，x为垂直穿孔针的运行速度，y为垂直穿孔针的运行行程；

S25、根据步骤S24获得的表达式，确定垂直穿针孔的运行速度和下行高度。

可优选的是，所述异形孔是指异形孔横截面上长半轴和短半轴的比值小于1的孔，其包括椭圆孔、8字形孔和菱形孔。

可优选的是，在步骤S111中，所述垂直穿孔针引流槽的倾斜角度为45度到75度之间。

可优选的是，所述步骤S113的具体步骤如下：

S1131、将垂直穿孔针长半轴尺寸的3％～6％作为第三过渡圆角的半径值；

S1132、根据步骤S1131确定的第三过渡圆角的半径尺寸，分别确定第一过渡圆角和第二过渡圆角的半径尺寸，具体表达式为：

r₁＝(m₁/m₃)*r₃

r₂＝(m₂/m₃)*r₃

式中，r₁为第一过渡圆角的半径，m₁为垂直穿孔针侧表面和垂直穿孔针引流槽倾斜表面的斜度，m₃为垂直穿孔针侧表面和垂直穿孔针下表面的斜度，r₃为第三过渡圆角的半径，r₂为第二过渡圆角的半径，m₂为垂直穿孔针1的下表面和垂直穿孔针引流槽倾斜表面的斜度。

可优选的是，所述第三过渡圆角半径的取值应分别大于所述第一过渡圆角半径值和所述第二过渡圆角的半径值。

本发明的第二方面提供一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法的垂直穿孔针，其包括垂直穿孔针法兰、垂直穿孔针主体和垂直穿孔针针头，所述垂直穿孔针针头分别通过固定螺纹和同心传力轴与所述垂直穿孔针主体的第一端连接，所述垂直穿孔针主体的第二端设有垂直穿孔针法兰，所述垂直穿孔针针头的一侧设有垂直穿孔针引流槽，所述垂直穿孔针法兰的一侧设有垂直穿孔针卸料槽。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明中的垂直穿孔针改善了金属流动规律，促使金属向难以填充的部位流动。

2、本发明中的垂直穿孔针降低了设备所需载荷，尤其在大锻件成形中，带有异形孔大锻件易造成挤压设备过载，甚至出现挤压不到位现象。

3、本发明中的垂直穿孔针在降低载荷的条件下，尽可能减少坯料的浪费，减少人力物力投入。

4、本发明中的垂直穿孔针针头可单独更换，当针头损坏时，不必浪费整个垂直穿孔针且更换简单。

5、本发明可保证在载荷允许条件下，快速成型锻件，不但在一定程度上改善金属流动，而且还提高了加工效率。

附图说明

图1为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中异形孔成形过程中的金属状态图；

图2为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂直穿孔针的四分之一结构图；

图3为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂直穿孔针的斜视图；

图4为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂针穿孔针针头的等轴视图；

图5为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂直穿孔针四分之一的等轴视图；

图6为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂直穿孔针的法兰结构图；

图7为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针中垂针穿孔针速度与坯料上侧高度差的关系图；

图8为本发明用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针的方法流程图。

主要附图标记：

垂直穿孔针1，坯料2，上模3，下模4，坯料上表面高区域5，坯料上表面低区域6，垂直穿孔针卸料槽11，垂直穿孔针主体12，垂直穿孔针引流槽13，垂直穿孔针侧表面131，垂直穿孔针下表面132，垂直穿孔针引流槽倾斜表面133，第一过渡圆角134，第二过渡圆角135，第三过渡圆角137，固定螺纹136，同心传力轴138，垂直穿孔针法兰7，垂直穿孔针针头8，卸料槽深度112，卸料槽面积111，卸料槽斜度113。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

在挤压成形的锻件中，相比圆形孔筒形件，存在一类异形孔筒形件，异形孔是指异形孔横截面上长半轴和短半轴的比值不为1的孔，例如椭圆形孔、8字形孔和菱形孔。

异形孔筒形件在挤压成形过程中，因为长短半轴不相等，致使金属更多流向短半轴处，随后沿着上模3与下模4向上流动。因此导致坯料2在成形筒形件过程中，坯料2上表面始终存在坯料上表面高区域5和坯料上表面低区域6，且随着垂直穿孔针1下行区域与区域高度差不断增加，如图1所示。高度差的存在不但使短半轴处易受损，而且在异形孔筒形件上侧最终成形时导致垂直穿孔针1的载荷骤增。

为了改善垂直穿孔针1的受力状态，降低异形孔筒形件成形过程中垂直穿孔针1的载荷。本发明从三个方面进行降低垂直穿孔针1的载荷，分别是在垂直穿孔针针头8加设垂直穿孔针引流槽13，在垂直穿孔针法兰7加设垂直穿孔针卸料槽11，如图2和图5所示。根据实验探究发现，垂直穿孔针1的速度越快金属流动越平均，因此探究出一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，可较快实现异形孔筒形件的成形。

用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，如图8所示，工艺方法的具体步骤如下：

S1、根据待成形异形孔筒形件的结构，制定对应的垂直穿孔针1，如图2所示。

S11、为了均匀改善坯料2长短半轴处的金属流动速度，根据液压机所允许最高速度的70％挤压坯料2时，坯料2上表面即将成形时刻上表面起伏不平的高度差，根据坯料2的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针引流槽13的结构进行制定。

垂直穿孔针引流槽13处于坯料2的长半轴部位，垂直穿孔针引流槽13可引导部分金属向长半轴处流动，垂直穿孔针引流槽13由三个参数构成，垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度、垂直穿孔针引流槽倾斜表面133以及三个表面过渡圆角，三个过渡圆角可选取同两个数值，也可分别选取，如图3和图4所示。

S111、根据垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度与引流的坯料2体积之间的正比关系，通过试验测得正比关系的影响因子，得到垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度；倾斜角度越大，会使垂直穿孔针1在穿孔过程中，坯料2上表面更加平坦，然而倾斜角度过大，将会浪费大量坯料2，浪费了大量资源。

S112、根据坯料2长半轴和短半轴的长度，得到垂直穿孔针引流槽倾斜表面133的面积，垂直穿孔针引流槽倾斜表面133的面积利用垂直穿孔针引流槽倾斜表面投影到垂直穿孔针下表面经过中心点的最大长度来转化表示，具体表达式为：

L₃≤L₂-L₁

式中，L₁为异形孔短半轴的距离，L₂为异形孔长半轴的距离，L₃为垂直穿孔针引流槽13倾斜表面在水平面上的投影距离。

S113、制定垂直穿孔针引流槽13的过渡圆角，第一过渡圆角134和第二过渡圆角135处于垂直穿孔针引流槽倾斜表面133与垂直穿孔针下表面132的过渡部位。

据deform有限元分析得，第三过渡圆角137处于垂直穿孔针侧表面131与垂直穿孔针下表面132过渡部位，以上两个表面接近垂直状态，过渡圆角处不止容易出现应力集中点，而且因为坯料2在此处由水平方向移动转向垂直方向移动，因此容易产生摩擦热，导致该部位出现严重的温升现象。因此第三过渡圆角137半径的取值应分别大于第一过渡圆角134的半径值和第二过渡圆角135的半径值，具体而言，步骤S113的具体实施步骤如下：

S1131、将垂直穿孔针1的长半轴尺寸的3％～6％作为第三过渡圆角137的半径值。

S1132、根据步骤S1131确定的第三过渡圆角137的半径尺寸，分别确定第一过渡圆角134和第二过渡圆角135的半径尺寸，具体表达式为：

r₁＝(m₁/m₃)*r₃

r₂＝(m₂/m₃)*r₃

式中，r₁为第一过渡圆角134的半径，m₁为垂直穿孔针侧表面131和垂直穿孔针引流槽倾斜表面133的斜度，m₃为垂直穿孔针侧表面131和垂直穿孔针下表面132的斜度，r₃为第三过渡圆角137的半径，r₂为第二过渡圆角135的半径，m₂为垂直穿孔针1的下表面和垂直穿孔针引流槽倾斜表面133的斜度。

垂直穿孔针引流槽13的存在可以在一定范围内改善金属流动情况，但是无法消除坯料2长短半轴处的高度差，垂直穿孔针1载荷降低有限。在此基础上，进行垂直穿针孔法兰7部位设计垂直穿孔针卸料槽11，如图5所示；垂直穿孔针卸料槽11的存在，将坯料2短半轴处的坯料2挤压至垂直穿孔针卸料槽11中，进一步改善金属流动，降低垂直穿孔针1的载荷。

S12、根据坯料2长半轴和短半轴的高度差，对垂直穿孔针卸料槽11的结构进行制定如图6所示。

S121、将液压机以额定功率下最高速度的70％运行，记录坯料2上端即将和垂直穿孔针法兰7相接触时，坯料2上表面最高点和最低点的高度值，并将坯料2上表面最高点和最低点的高度差值作为卸料槽深度112，该高度值可作为卸料槽深度112一个衡量标准，具体表达式如下：

L₁＝L₂*(3/5)

式中，L₁为垂直穿孔针卸料槽11的深度，L₂为坯料2上端的高度差，此处坯料2上端高度差所指：垂直挤压头以液压机允许的最高速度的70％运行，直到坯料2最高部位恰好与垂直穿孔针法兰7接触时坯料2上端短半轴处于长半轴高度差。

S122、根据试验中卸载载荷的实际情况，将垂直穿孔针法兰7面积的8％～25％作为卸料槽面积111。

S123、卸料槽斜度113，即卸料槽的上下表面之间的过渡斜度。斜度过大容易导致坯料2出现撕裂状态，影响阀体上侧质量，不利于下步工序进行切割；而斜度过小，易导致降压能力下降导致功率上升，或者载荷下降较大，但是出现浪费坯料的情况，都不利于节约能源，根据以下公式得出卸料槽斜度113，卸料槽斜度与坯料即将成形时刻上表面高度差相关，具体关系即卸料槽斜度与坯料即将成形时刻的表面与水平面之间的斜度一致。具体表达式如下：

tanX₁＝L₂/(L₃*(1/4))

式中，X₁为卸料槽斜度113，L₂为坯料2上端的高度差，L₃为阀体上端外表面的周长，筒形件上端外表面周长，即所指成形锻件侧面与上面过渡的圆弧。

卸料槽深度112与卸料斜度113的最好状态为：在挤压成形时，短半轴处良好成形，垂直穿孔针1所受载荷在液压机所允许的范围内，坯料2可以与垂直穿孔针法兰7成形部位良好贴合，而垂直穿孔针侧表面131与垂直穿孔针卸料槽11连接处可不填充完整。

在上述垂直穿孔针1结构设计的基础上，对垂直穿孔针1工艺进行分析设计.随着垂直穿孔针1速度提升，异形孔筒形件成形时坯料2上表面金属更加趋于平整。因此以较快速度下行可改善金属流动，进而降低垂直穿孔针载荷,

通过有限元分析，在异形孔筒形件成形过程中，垂直穿孔针1下压速度与坯料2上表面高度差有关，具体关系如图7所示，坯料2在短半轴处与长半轴处的高度差随着速度的上升，高度差逐渐下降的规律。在实际生产过程中，在液压机额定载荷条件下。垂直穿孔针1下压速度通常选取较大速度，然而随着垂直穿孔1的下压，载荷不断增大，往往容易超出垂直穿孔针1的载荷，因此需要通过多次降速进而降低载荷。

S2、垂直穿孔针1的下行速度越快，坯料2上表面越趋于平整，因此垂直穿孔针需以较快速度下压,根据三点分配原则，利用曲线拟合确定出垂直穿孔针1的降载曲线，随后在降载曲线上选取多个数据点，每一个数据点由速度与位移组成，进而确定降载方式。

S21、确定第一典型数据点：将液压机正常运行的最小速度的负数作为第一典型数据点在x方向的值x1，将垂直穿孔针1成形过程的总行程作为第一典型数据点在y方向的值y1。

S22、确定第二典型数据点：将液压机正常运行的最大速度的负数作为第二典型数据点在x方向的值x2，将垂直穿孔针1第一次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y2。

S23、确定第三典型数据点：将液压机正常运行的最大速度一半的负数作为第二典型数据点在x方向的值x3，将垂直穿孔针1第二次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y3。

S24、构建逐渐降速法，根据步骤S21至S23获得的三个典数据点，确定垂直穿孔针1成型过程的函数表达式，该函数逐渐减速，具体表达式如下：

y＝ax²+bx+c

式中，a、b、c分别为影响因子，x为垂直穿孔针1的运行速度，y为垂直穿孔针1的运行行程。

S25、根据步骤S24获得的表达式，确定垂直穿针孔1的运行速度和下行高度。

具体而言，在步骤S111中，垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度为45度到75度之间，垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度可根据垂直穿孔针1额定载荷而确定。垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度使垂直穿孔针1上表面长短半轴大致相等，引导一部分金属向长半轴截面流动，改善锻件上表面高度差。

在本发明的一个优选实施中，垂直穿孔针1，如图2至图6所示，其包括垂直穿孔针法兰7、垂直穿孔针主体12和垂直穿孔针针头8，垂直穿孔针针头8分别通过固定螺纹136和同心传力轴138与垂直穿孔针主体12的第一端连接，垂直穿孔针主体12的第二端设有垂直穿孔针法兰7，垂直穿孔针针头8的一侧设有垂直穿孔针引流槽13，垂直穿孔针法兰7的一侧设有垂直穿孔针卸料槽11。

垂直穿孔针卸料槽11由卸料槽深度112、卸料槽面积111和卸料槽斜度113组成，卸料槽深度112决定卸料挤进坯料2的量，卸料槽深度112过大，易导致浪费大量材料，且卸载能力效果差，卸料槽深度112的确定是依据有限元分析软件，设定模拟条件与真实加工环境相同，垂直穿孔针1设定速度为液压机等设备在额定功率下所允许的最高速度的70％；卸料槽面积111，即垂直穿孔针法兰7部位底侧面积。垂直穿孔针1由于卸料槽斜度的存在，导致存在不同面积的上下平面，下平面深入法兰部位，上表面位于法兰表面，此处卸料槽面积111所指下表面深入法兰部位的平面。垂直穿孔针针头8由垂直穿孔针引流槽13和异形孔成形部分组成。垂针穿孔针法兰7由垂直穿孔针卸料槽11和阀体上表面成形部分组成。

由于垂直穿孔针针头8容易损坏，为节约成本，将垂直穿孔针1分为垂直穿孔针针头8和垂直穿孔针主体12两部分，垂直穿孔针主体12加工出定位轴，定位轴上加工外螺纹。垂直穿孔针针头8依据定位轴确定凹陷，内部加工内螺纹。定位轴的半径占垂直穿孔针1最小部位半径的0.6左右；通过同心传力轴138连接且传递载荷。在装配过程中，与垂直穿孔针针头8相结合的同心传力轴138需要与垂直穿孔针法兰7位于同一轴线上，同心传力轴138末端必须与垂直穿孔针法兰7相接触，负责传力。

垂直穿孔针卸料槽11位坯料2短半轴的处，因为该处坯料2的流动迅速，该处率先挤入垂直穿孔针卸料槽11，垂直穿孔针卸料槽11开设在该处位置，不但能保证坯料2即将成形时刻，减少坯料2上端周向流动，而是促进向上挤压，极大降低了垂直穿孔针1载荷，该处还可以实现尽可能减少浪费坯料，节约生产成本。

以下结合实施例对本发明一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法及垂直穿孔针做进一步描述：

S1、根据待成形异形孔筒形件的结构，具体尺寸为：待成形筒形件高度为550mm，异形孔为高度为450mm，筒行件半径150mm，异形孔为椭圆长轴半径80mm，短半轴48mm，制定对应的垂直穿孔针1。

S11、为了均匀改善坯料2长短半轴处的金属流动速度，根据液压机所允许最高速度的70％挤压坯料2时，坯料2上表面即将成形时刻上表面起伏不平的高度差，根据坯料2的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针引流槽13的结构进行制定。

S111、根据垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度与引流的坯料2的体积之间的正比关系，通过试验测得正比关系的影响因子，得到垂直穿孔针引流槽13的倾斜角度为50度。

S112、根据坯料2长半轴和短半轴的长度，得到垂直穿孔针引流槽倾斜表面133的面积，垂直穿孔针引流槽倾斜表面的面积利用垂直穿孔针引流槽倾斜表面投影到垂直穿孔针下表面经过中心点的最大长度来转化表示，得到L₃＝15mm。

S113、制定垂直穿孔针引流槽13的过渡圆角，第一过渡圆角134和第二过渡圆角135处于垂直穿孔针引流槽倾斜表面133与垂直穿孔针下表面132的过渡部位。

S1131、将垂直穿孔针1的长半轴尺寸80mm的3％～6％作为第三过渡圆角137的半径值，具体尺寸为5mm。

S1132、根据步骤S1131确定的第三过渡圆角137的半径尺寸，确定第一过渡圆角134的半径尺寸为r₁＝2.7mm，第二过渡圆角135的半径尺寸为r₂＝3.3mm。

S12、根据坯料2长半轴和短半轴的高度差，对垂直穿孔针卸料槽11的结构进行制定。

S121、将液压机以额定功率下最高速度的70％运行，记录坯料2上端即将和垂直穿孔针法兰7相接触时，坯料2上表面最高点和最低点的高度值，并将坯料2上表面最高点和最低点的高度差值22mm作为卸料槽深度112，深度为L₁＝22*(3/5)＝13.2mm。

S122、根据试验中卸载载荷的实际情况，将垂直穿孔针法兰7面积58587mm²的8％～25％作为卸料槽面积111，值为7030mm²。

S123、由于卸料槽斜度与坯料即将成形时刻上表面高度差相关，将L₃为阀体上端外表面的周长942mm与L₂为坯料2上端的高度差22mm带入tanX₁＝L₂/(L₃*(1/4))得到倾斜角度X₁为6度。

S2、垂直穿孔针1的下行速度越快，坯料2上表面越趋于平整，因此垂直穿孔针需以较快速度下压,根据三点分配原则，利用曲线拟合确定出垂直穿孔针1的降载曲线，随后在降载曲线上选取多个数据点，每一个数据点由速度与位移组成，进而确定降载方式。

S21、确定第一典型数据点：将液压机正常运行的最小速度作为第一典型数据点在x方向的值5mm/s，将垂直穿孔针1成形过程的总行程作为第一典型数据点在y方向的值400mm，即(-5,400)。

S22、确定第二典型数据点：将液压机正常运行的最大速度的负数作为第二典型数据点在x方向的值30mm/s，将垂直穿孔针1第一次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值280mm，即(-30，280)。

S23、确定第三典型数据点：将液压机正常运行的最大速度一半的负数作为第二典型数据点在x方向的值15mm/s，将垂直穿孔针1第二次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值380mm，即(-15，380)。

S24、构建逐渐降速法，根据步骤S21至S23获得的三个典数据点，确定垂直穿孔针1成型过程的函数表达式，该函数逐渐减速，具体表达式如下：

y＝-0.1867x²-1.733x+396

式中，x为垂直穿孔针1的运行速度，y为垂直穿孔针1的运行行程。

S25、根据步骤S24获得的表达式，确定垂直穿针孔1的运行速度和下行高度。

S251、垂直穿孔针1以30mm/s的速度继续压下280mm(总行程280mm)；

S252、垂直穿孔针1以15mm/s的速度继续压下100mm(总行程380mm)；

S253、垂直穿孔针1以8mm/s的速度继续压下17mm(总行程397mm)；

S254、垂直穿孔针1以5mm/s的速度继续压下3mm(总行程400mm)。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，其特征在于，其具体步骤如下：

S1、根据待成形异形孔筒形件的结构，制定对应的垂直穿孔针：

S11、根据坯料的长半轴和短半轴之间的高度差，对垂直穿孔针引流槽的结构进行制定：

S111、根据垂直穿孔针引流槽的倾斜角度与引流坯料体积之间的正比关系，通过试验测得正比关系的影响因子，得到垂直穿孔针引流槽的倾斜角度；

S112、根据坯料长半轴和短半轴的长度，将垂直穿孔针引流槽倾斜表面投影到垂直穿孔针下表面，且经过垂直穿孔针下表面中心点的最大长度作为垂直穿孔针引流槽下表面的面积，具体表达式为：

L₃≤L₂-L₁

式中，L₁为异形孔短半轴的距离，L₂为异形孔长半轴的距离，L₃为垂直穿孔针引流槽倾斜表面在水平面上的投影距离；

S113、制定垂直穿孔针引流槽的过渡圆角；

S12、根据坯料长半轴和短半轴的高度差，对垂直穿孔针卸料槽的结构进行制定：

S121、将液压机以额定功率下最高速度的70％运行，记录坯料上端即将和垂直穿孔针法兰相接触时，坯料上表面最高点和最低点的高度值，并将坯料上表面最高点和最低点的高度差值作为卸料槽深度，具体表达式如下：

L₁＝L₂*(3/5)

式中，L₁为垂直穿孔针卸料槽的深度，L₂为坯料上端的高度差；

S122、根据试验中卸载载荷的实际情况，将垂直穿孔针法兰面积的8％～25％作垂直穿孔针卸料槽的面积；

S123、根据坯料即将成形时刻上表面高度差得出卸料槽斜度，具体表达式如下：

tanX₁＝L₂/(L₃*(1/4))

式中，X₁为卸料槽斜度，L₂为坯料上端的高度差，L₃为阀体上端外表面的周长；

S2、根据三点分配原则，利用曲线拟合远离确定出垂直穿孔针的降载曲线，随后在降载曲线上选取多个数据点，进而确定垂直穿孔针的降载方式：

S21、确定第一典型数据点：将液压机正常运行的最小速度的负数作为第一典型数据点在x方向的值x1，将垂直穿孔针成形过程的总行程作为第一典型数据点在y方向的值y1；

S22、确定第二典型数据点：将液压机正常运行的最大速度的负数作为第二典型数据点在x方向的值x2，将垂直穿孔针第一次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y2；

S23、确定第三典型数据点：将液压机正常运行的最大速度一半的负数作为第二典型数据点在x方向的值x3，将垂直穿孔针第二次达到额定载荷时的下行高度作为第二典型数据点在y方向的值y3；

S24、构建逐渐降速法，根据步骤S21至S23获得的三个典型数据点，确定垂直穿孔针成型过程的函数表达式，具体表达式如下：

y＝ax²+bx+c

式中，a、b、c分别为影响因子，x为垂直穿孔针的运行速度，y为垂直穿孔针的运行行程；

S25、根据步骤S24获得的表达式，确定垂直穿针孔的运行速度和下行高度。

2.根据权利要求1所述的用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，其特征在于，所述异形孔是指异形孔横截面上长半轴和短半轴的比值小于1的孔，其包括椭圆孔、8字形孔和菱形孔。

3.根据权利要求1所述的用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，其特征在于，在步骤S111中，所述垂直穿孔针引流槽的倾斜角度为45度到75度之间。

4.根据权利要求1所述的用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，其特征在于，所述步骤S113的具体步骤如下：

S1131、将垂直穿孔针长半轴尺寸的3％～6％作为第三过渡圆角的半径值；

S1132、根据步骤S1131确定的第三过渡圆角的半径尺寸，分别确定第一过渡圆角和第二过渡圆角的半径尺寸，具体表达式为：

r₁＝(m₁/m₃)*r₃

r₂＝(m₂/m₃)*r₃

式中，r₁为第一过渡圆角的半径，m₁为垂直穿孔针侧表面和垂直穿孔针引流槽倾斜表面的斜度，m₃为垂直穿孔针侧表面和垂直穿孔针下表面的斜度，r₃为第三过渡圆角的半径，r₂为第二过渡圆角的半径，m₂为垂直穿孔针1的下表面和垂直穿孔针引流槽倾斜表面的斜度。

5.根据权利要求1或者4所述的用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法，其特征在于，所述第三过渡圆角半径的取值应分别大于所述第一过渡圆角半径值和所述第二过渡圆角的半径值。

6.一种用于权利要求1至5之一所述的用于改善异形孔成形时金属流动的工艺方法的垂直穿孔针，其特征在于，所述垂直穿孔针，其包括垂直穿孔针法兰、垂直穿孔针主体和垂直穿孔针针头，所述垂直穿孔针针头分别通过固定螺纹和同心传力轴与所述垂直穿孔针主体的第一端连接，所述垂直穿孔针主体的第二端设有垂直穿孔针法兰，所述垂直穿孔针针头的一侧设有垂直穿孔针引流槽，所述垂直穿孔针法兰的一侧设有垂直穿孔针卸料槽。

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