CN113369325B

CN113369325B - 一种挤压成形工艺

Info

Publication number: CN113369325B
Application number: CN202110652109.3A
Authority: CN
Inventors: 黄树海; 陈强; 肖寒; 林军; 夏祥生; 吴洋; 王艳彬; 柴舒心
Original assignee: No 59 Research Institute of China Ordnance Industry
Current assignee: Southwest Institute of Technology and Engineering of China South Industries Group
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2041-06-11
Also published as: CN113369325A

Abstract

本发明提供了一种挤压成形工艺，步骤包括：将坯料置于开放型腔模具的开放型腔上方，并将坯料加热到预设温度；对坯料整体进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并进入开放型腔内形成杆部；以不同的速度同时对坯料中部和坯料边部进行挤压，坯料边部挤压速度小于坯料中部挤压速度，使坯料中部形成空腔，使坯料下部外壁在锥台形容纳空间内形成锥面；扩张锥台形容纳空间，继续挤压料边部，使坯料的杆部和空腔逐渐变长；切除坯料顶部的法兰部分。采用本发明工艺，不仅能够显著优化产品外观质量和精度，大幅提高产品的晶粒度，而且能够大幅简化操作过程，降低操作难度，大幅提高成形效率。

Description

一种挤压成形工艺

技术领域

本发明属于管壳锻件成形技术领域，具体涉及一种挤压成形工艺。

背景技术

制备带有实心底部的管壳锻件，常规工艺包括多次压型、冲孔、多次挤压、拔伸、后处理等工序。然而，采用常规工艺制备的产品质量有待优化，特别是产品精度和晶粒度有待提升。此外，采用常规工艺还存在操作过程繁琐、成形效率低的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种挤压成形工艺，至少用于提升产品质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种挤压成形工艺，其特征在于，步骤包括：

步骤1，将坯料置于开放型腔模具的开放型腔上方，并将坯料加热到预设温度；

步骤2，对坯料整体进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并进入开放型腔内形成杆部；

步骤3，以不同的速度同时对坯料中部和坯料边部进行挤压，坯料边部挤压速度小于坯料中部挤压速度，使坯料中部形成空腔，使坯料下部外壁在锥台形容纳空间内形成锥面；

步骤4，扩张锥台形容纳空间，继续挤压料边部，使坯料的杆部和空腔逐渐变长；

步骤5，切除坯料顶部的法兰部分。

为进一步提高产品精度，步骤4的挤压过程中，同时对坯料的挤出端外圆进行校形。

为简化操作工序，借助于扩张后的锥台形容纳空间的棱边对坯料的挤出端外圆进行校形。

为降低成形难度，锥台形容纳空间位于型腔作为型腔的一部分；步骤4中，扩张锥台形容纳空间是将锥台形容纳空间的直径变大，使扩张后的锥台形容纳空间的最小内径等于型腔上段内径；型腔上段内径小于型腔下段内径。

为降低模具承载力，进一步提高产品成形效率；本发明所采用的开放型腔模具包括上模、下模和芯模；

所述上模包括套设在上芯模上的内凸模，以及套设在内凸模上的外凸模；且上模能够实现以下功能：上芯模、内凸模和外凸模能够整体移动，内凸模和外凸模能够相对于上芯模移动，外凸模能够相对于外凸模和上芯模移动；

所述下模包括凹模座，在凹模座上径向设置有多个扇形块和多个下芯模，每个扇形块的侧边贴靠下芯模，下芯模的内侧边为弧形斜边，由所有下芯模的内侧边共同围合成锥台形容纳空间；

在下芯模上设置有推拉机构，推拉机构包括：水平设置在下芯模上的安装孔，在安装孔内设置有弹簧，弹簧一端抵靠安装孔壁、另一端抵靠限位块，限位块固定在推拉件上。

为降低模具承载力，更进一步提高产品成形效率；所述开放型腔模具包括上模、下模和芯模；

所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接在一起的上模板、上垫板和上套板；凸模座设置在上套板的中部，凸模座外侧表面与上套板内侧表面呈锥面配合，凸模座的上端面与上垫板下表面贴合；上垫块对称放置在外凸模上端面，外凸模与内凸模外圆表面呈间隙配合，外凸模上端面的法兰凸台放置在内凸模的台阶上，并通过内凸模上端面的螺纹与凸模座连接在一起；上芯模从上至下贯穿上模板、上垫板、凸模座、内凸模；

所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接在一起的凹模座、下垫板、下模板，从上至下依次对中叠放并位于凹模座的孔内的上凹模、下凹模、扇形块、下支撑圈，下支撑圈位于下垫板上端面；压板对中叠放在凹模座的上端面；顶杆头部设置在下垫板中部的沉孔中，其杆部贯穿下垫板、下模板；下芯模下表面设有导向凸台，下支撑圈上表面设有导向沉孔，导向凸台配合在导向沉孔中；

在凹模座上径向设置有多个扇形块和多个下芯模，每个扇形块的侧边贴靠下芯模，下芯模的内侧边为弧形斜边，由所有下芯模的内侧边共同围合成锥台形容纳空间；

在下芯模上设置有推拉机构，推拉机构包括：水平设置在下芯模上的安装孔，在安装孔内设置有弹簧，弹簧一端抵靠安装孔壁、另一端抵靠限位块，限位块固定在推拉件上；

电极镶嵌在上凹模内表面和下凹模上表面，并与电源连接；外凸模、内凸模、上芯模、上凹模、下凹模、下芯模均具有电绝缘性能；

当上模板受到外力后，上芯模、内凸模和外凸模跟随上模板同步移动；当外凸模和内凸模同步向下运动的速度小于上芯模向下运动的速度时，内凸模和外凸模整体相对于上芯模移动；当内凸模单独受到外力后，外凸模相对于外凸模和上芯模移动；

由下凹模的中心通孔、下支撑圈的中心通孔和所述锥台形容纳空间共同构成所述开放型腔。

作为本发明的优选方案，所述步骤1具体包括：将坯料放置在上凹模的空腔内，接通电源使电流经电极流过坯料，并构成电流回路，迫使坯料加热到预设温度；其平均电流密度5～25A/mm²，占空比为50%，脉冲频率为200～2000Hz；

所述步骤2-所述步骤5中，坯料温度均控制在预设温度；

所述步骤2具体包括：将外凸模、内凸模、上芯模的下端面调试到在同一高度，控制三者同步向下运动对坯料进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并形成杆部；

所述步骤3具体包括：先控制推拉件推动下芯模沿径向方向运动，使所有下芯模的内侧边共同围合成锥台形容纳空间，然后控制推拉件固定不动，再控制上芯模继续向下运动对坯料进行挤压加载，促进金属向下流入下凹模的型腔和锥台形容纳空间内，此时推拉件进行径向保压；本步骤中，在上芯模继续向下运动的过程中，外凸模、内凸模同步向下运动的速度小于上芯模下移的速度；

所述步骤4具体包括：当坯料金属充填满锥台形容纳空间后，控制推拉件对下芯模径向卸载，使下芯模径向外移，直至扩张后的锥台形容纳空间的最小内径等于型腔上段内径；继续控制外凸模、内凸模同步向下运动对坯料进行加载，使坯料金属流出下芯模，此过程中通过下芯模的棱边对坯料挤出端外圆进行校形，上芯模伴随坯料向下运动但不对坯料轴向加载；

所述步骤5具体包括：当坯料上端圆环部位的金属较薄时，控制外凸模、内凸模、上芯模位置不动，然后将上垫块拆卸掉，实现外凸模的轴向卸载；随后，控制内凸模继续同步向下运动对坯料进行挤压加载，上芯模保持位置不动，外凸模沿内凸模轴向浮动，使坯料金属法兰部分在内凸模与下凹模之间形成剪切变形，最终完成坯料金属法兰部分的切除。

有益效果：采用本发明工艺，不仅能够显著优化产品外观质量和精度，大幅提高产品的晶粒度，而且能够大幅简化操作过程，降低操作难度，大幅提高成形效率，形效率至少可提高4倍；还能够彻底消除不同工序间的定位误差，且降低了模具承受的荷载，有利于延长模具使用寿命。此外，本发明工艺适用于合金钢、铝合金、镁合金等多种材料，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是实施例1中所用模具剖面示意图；

图2是实施例1中所用模具的推拉机构俯向示意图；

图3是实施例1中所用模具的推拉机构主向剖面示意图；

图4是实施例1中步骤1-5的实施过程示意图；

图5是实施例1中步骤1-5实施过程中对应的坯料状态示意图；

图6是实施例2中所用模具的推拉机构俯向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1

先对本实施例中所使用的开放型腔模具进行说明。如图1、图2和图3所示。

该模具主要由上模和下模组成。

其中，上模包括从上至下依次对中叠放的上模板1、上垫板2、上套板3，并用螺钉连接；凸模座4安装在上套板3的中部，凸模座4外侧表面与上套板3内侧表面锥面配合，凸模座4的上端面与上垫板2的下表面贴合；上垫块5对称放置在外凸模6的上端面，外凸模6与内凸模7的外圆表面间隙配合，外凸模6的上端面法兰凸台放置在内凸模7的台阶上，这样将上垫块5、外凸模6与内凸模7组装在一起，并通过内凸模7的上端面螺纹与凸模座4连接在一起；上芯模8从上至下穿过上模板1、上垫板2、凸模座4、内凸模7的内孔。

其中，下模包括从上至下依次对中叠放凹模座10、下垫板17、下模板18，并用螺钉连接；上凹模11、下凹模13、扇形块23、下支撑圈16从上至下依次对中叠放在凹模座10的孔内，下支撑圈16放置在下垫板17的上端面；压板9对中叠放在凹模座10的上表面，压板9与凹模座10通过螺纹连接；电极12镶嵌在上凹模11的内表面和下凹模13的上表面，并与电源20连接；顶杆19的头部放置在下垫板17中心的沉孔中，其杆部穿过下垫板17、下模板18的通孔。

在凹模座10上同一高度位置径向设置有多个扇形块23和多个下芯模15，每个扇形块23的侧边贴靠下芯模15，下芯模15的内侧边为弧形斜边，由所有下芯模15的内侧边共同围合成锥台形容纳空间28，扇形块23厚度与下芯模15的厚度相同。在下芯模15下表面设有导向凸台26，下支撑圈16上表面设有导向沉孔27，导向凸台26间隙配合在导向沉孔27中。

在下芯模15上还设置有推拉机构，推拉机构包括：水平设置在下芯模15上的安装孔，在安装孔内设置有弹簧21，弹簧21一端抵靠安装孔壁、另一端抵靠限位块22，限位块22与固定块24连接，限位块22的小端直径与固定块24间隙配合，限位块22的大端直径与固定块24的直径相同并与下芯模15间隙配合，固定块24固定安装在推拉件14上。其中，在径向方向，下芯模15的两侧壁均带有斜度，如图2所示。

本实施例中，外凸模6、内凸模7、上芯模8、上凹模11、下凹模13、下芯模15均具有电绝缘性能。上模和下模合模后，由下凹模13的中心通孔、下支撑圈16的中心通孔和锥台形容纳空间28共同构成所述开放型腔。

再结合图4和图5所示，采用本实施例中开放型腔模具对带有实心底部的管壳锻件的挤压成形工艺过程如下：

步骤1，将坯料25（材质为30CrMnSiA合金钢，实心坯料尺寸为φ121mm×114mm）置于开放型腔模具的开放型腔上方，并将坯料加热到预设温度；具体地：将坯料25放置在上凹模11的空腔内，调节其平均电流密度为10A/mm²，占空比为50%，脉冲频率为200～2000Hz，接通电源20使电流经电极12流过坯料，并构成电流回路，迫使坯料加热到1050℃±10℃；

步骤2（实心正挤压），对坯料整体进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并进入开放型腔内形成杆部；具体地：将外凸模6、内凸模7、上芯模8的下端面调试到在同一高度，控制三者同步向下运动对坯料进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并形成杆部；本步骤中，外凸模6、内凸模7、上芯模8向下运动的速度均为30mm/s；

步骤3（多向挤压），以不同的速度同时对坯料中部和坯料边部进行挤压，坯料边部挤压速度小于坯料中部挤压速度，使坯料中部形成空腔，使坯料下部外壁在锥台形容纳空间28内形成锥面，具体地：先控制推拉件14推动下芯模15沿径向方向运动，使所有下芯模15的内侧边共同围合成锥台形容纳空间28，然后控制推拉件14固定不动，再控制上芯模8继续向下运动对坯料进行挤压加载，促进金属向下流入下凹模13的型腔和锥台形容纳空间28内，此时推拉件14进行径向保压；本步骤中，在上芯模8继续向下运动的过程中，外凸模6、内凸模7同步向下运动的速度小于上芯模8下移的速度；上芯模8向下运动的速度为30mm/s、外凸模6和内凸模7向下运动的速度均为6mm/s；

步骤4（径向卸载+空心正挤压），扩张锥台形容纳空间28，继续挤压料边部，使坯料的杆部和空腔逐渐变长，具体地：当坯料金属充填满锥台形容纳空间28后，控制推拉件14对下芯模15径向卸载，使下芯模15径向外移，直至扩张后的锥台形容纳空间28的最小内径等于型腔上段内径；继续控制外凸模6、内凸模7同步向下运动对坯料进行加载，使坯料金属流出下芯模15，此过程中通过下芯模15的棱边对坯料挤出端外圆进行校形（即借助于扩张后的锥台形容纳空间的棱边对坯料的挤出端外圆进行校形），上芯模8伴随坯料向下运动但不对坯料轴向加载；本步骤中，外凸模6和内凸模7向下运动的速度均为20mm/s；

步骤5（轴侧卸压+切边），切除坯料顶部的法兰部分，具体地：当坯料上端圆环部位的金属较薄时，控制外凸模6、内凸模7、上芯模8位置不动，然后将上垫块5拆卸掉，实现外凸模6的轴向卸载；随后，控制内凸模7继续同步向下运动对坯料进行挤压加载，上芯模8保持位置不动，外凸模6沿内凸模7轴向浮动，使坯料金属法兰部分在内凸模7与下凹模13之间形成剪切变形，最终完成坯料金属法兰部分的切除；本步骤中，切边过程中内凸模7向下运动的速度均为5mm/s。

成形过程中，当温度低于设定的加热温度时，接通电源开始加热；当达到坯料设定的加热温度时断开电源停止加热，如此反复将坯料温度控制为1050℃±10℃。

所制得的带有实心底部的管壳锻件（30CrMnSiA合金钢）尺寸为外径φ121mm×304mm，内孔尺寸为φ56mm×248mm，锻件外观质量良好，精度高，壁厚偏差小于1%，晶粒度为8.5级（采用常规工艺制得的相同锻件晶粒度为7.5级）。

实施例2

一种挤压成形工艺，参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于推拉机构的结构不同，本实施例中推拉机构如图6所示，同一下芯模15的两侧壁相互垂直。

采用本发明工艺，不仅能够显著优化产品外观质量和精度，大幅提高产品的晶粒度，而且能够大幅简化操作过程，降低操作难度，大幅提高成形效率，形效率至少可提高4倍；还能够彻底消除不同工序间的定位误差，且降低了模具承受的荷载，有利于延长模具使用寿命。此外，本发明工艺适用于合金钢、铝合金、镁合金等多种材料，具有广泛的应用前景。

Claims

1.一种挤压成形工艺，其特征在于，步骤包括：

步骤5，切除坯料顶部的法兰部分；

所述开放型腔模具包括上模、下模和芯模；

所述上模包括套设在上芯模（8）上的内凸模（7），以及套设在内凸模（7）上的外凸模（6）；且上模能够实现以下功能：上芯模（8）、内凸模（7）和外凸模（6）能够整体移动，内凸模（7）和外凸模（6）能够相对于上芯模（8）移动，外凸模（6）能够相对于外凸模（6）和上芯模（8）移动；

所述下模包括凹模座（10），在凹模座（10）上径向设置有多个扇形块（23）和多个下芯模（15），每个扇形块（23）的侧边贴靠下芯模（15），下芯模（15）的内侧边为弧形斜边，由所有下芯模（15）的内侧边共同围合成锥台形容纳空间（28）；

在下芯模（15）上设置有推拉机构，推拉机构包括：水平设置在下芯模（15）上的安装孔，在安装孔内设置有弹簧（21），弹簧（21）一端抵靠安装孔壁、另一端抵靠限位块（22），限位块（22）固定在推拉件（14）上。

2.根据权利要求1所述的挤压成形工艺，其特征在于：步骤4的挤压过程中，同时对坯料的挤出端外圆进行校形。

3.根据权利要求2所述的挤压成形工艺，其特征在于：借助于扩张后的锥台形容纳空间的棱边对坯料的挤出端外圆进行校形。

4.根据权利要求3所述的挤压成形工艺，其特征在于：锥台形容纳空间位于型腔作为型腔的一部分；步骤4中，扩张锥台形容纳空间是将锥台形容纳空间的直径变大，使扩张后的锥台形容纳空间的最小内径等于型腔上段内径；型腔上段内径小于型腔下段内径。

5.一种挤压成形工艺，其特征在于，步骤包括：

步骤5，切除坯料顶部的法兰部分；

所述开放型腔模具包括上模、下模和芯模；

所述上模包括从上至下依次对中叠放并连接在一起的上模板（1）、上垫板（2）和上套板（3）；凸模座（4）设置在上套板（3）的中部，凸模座（4）外侧表面与上套板（3）内侧表面呈锥面配合，凸模座（4）的上端面与上垫板（2）下表面贴合；上垫块（5）对称放置在外凸模（6）上端面，外凸模（6）与内凸模（7）外圆表面呈间隙配合，外凸模（6）上端面的法兰凸台放置在内凸模（7）的台阶上，并通过内凸模（7）上端面的螺纹与凸模座（4）连接在一起；上芯模（8）从上至下贯穿上模板（1）、上垫板（2）、凸模座（4）、内凸模（7）；

所述下模包括从上至下依次对中叠放并连接在一起的凹模座（10）、下垫板（17）、下模板（18），从上至下依次对中叠放并位于凹模座（10）的孔内的上凹模（11）、下凹模（13）、扇形块（23）、下支撑圈（16），下支撑圈（16）位于下垫板（17）上端面；压板（9）对中叠放在凹模座（10）的上端面；顶杆（19）头部设置在下垫板（17）中部的沉孔中，其杆部贯穿下垫板（17）、下模板（18）；下芯模（15）下表面设有导向凸台（26），下支撑圈（16）上表面设有导向沉孔（27），导向凸台（26）配合在导向沉孔（27）中；

在凹模座（10）上径向设置有多个扇形块（23）和多个下芯模（15），每个扇形块（23）的侧边贴靠下芯模（15），下芯模（15）的内侧边为弧形斜边，由所有下芯模（15）的内侧边共同围合成锥台形容纳空间（28）；

在下芯模（15）上设置有推拉机构，推拉机构包括：水平设置在下芯模（15）上的安装孔，在安装孔内设置有弹簧（21），弹簧（21）一端抵靠安装孔壁、另一端抵靠限位块（22），限位块（22）固定在推拉件（14）上；

电极（12）镶嵌在上凹模（11）内表面和下凹模（13）上表面，并与电源（20）连接；外凸模（6）、内凸模（7）、上芯模（8）、上凹模（11）、下凹模（13）、下芯模（15）均具有电绝缘性能；

当上模板（1）受到外力后，上芯模（8）、内凸模（7）和外凸模（6）跟随上模板（1）同步移动；当外凸模（6）和内凸模（7）同步向下运动的速度小于上芯模（8）向下运动的速度时，内凸模（7）和外凸模（6）整体相对于上芯模（8）移动；当内凸模（7）单独受到外力后，外凸模（6）相对于外凸模（6）和上芯模（8）移动；

由下凹模（13）的中心通孔、下支撑圈（16）的中心通孔和所述锥台形容纳空间（28）共同构成所述开放型腔。

6.根据权利要求5所述的挤压成形工艺，其特征在于：步骤4的挤压过程中，同时对坯料的挤出端外圆进行校形。

7.根据权利要求6所述的挤压成形工艺，其特征在于：借助于扩张后的锥台形容纳空间的棱边对坯料的挤出端外圆进行校形。

8.根据权利要求7所述的挤压成形工艺，其特征在于：锥台形容纳空间位于型腔作为型腔的一部分；步骤4中，扩张锥台形容纳空间是将锥台形容纳空间的直径变大，使扩张后的锥台形容纳空间的最小内径等于型腔上段内径；型腔上段内径小于型腔下段内径。

9.根据权利要求5-8任一项所述的挤压成形工艺，其特征在于：

所述步骤1具体包括：将坯料（25）放置在上凹模（11）的空腔内，接通电源（20）使电流经电极（12）流过坯料，并构成电流回路，迫使坯料加热到预设温度；其平均电流密度5～25A/mm²，占空比为50%，脉冲频率为200～2000Hz；

所述步骤2-所述步骤5中，坯料温度均控制在预设温度；

所述步骤2具体包括：将外凸模（6）、内凸模（7）、上芯模（8）的下端面调试到在同一高度，控制三者同步向下运动对坯料进行正挤压加载，促进坯料挤出端的金属向下流动，并形成杆部；

所述步骤3具体包括：先控制推拉件（14）推动下芯模（15）沿径向方向运动，使所有下芯模（15）的内侧边共同围合成锥台形容纳空间（28），然后控制推拉件（14）固定不动，再控制上芯模（8）继续向下运动对坯料进行挤压加载，促进金属向下流入下凹模（13）的型腔和锥台形容纳空间（28）内，此时推拉件（14）进行径向保压；本步骤中，在上芯模（8）继续向下运动的过程中，外凸模（6）、内凸模（7）同步向下运动的速度小于上芯模（8）下移的速度；

所述步骤4具体包括：当坯料金属充填满锥台形容纳空间（28）后，控制推拉件（14）对下芯模（15）径向卸载，使下芯模（15）径向外移，直至扩张后的锥台形容纳空间（28）的最小内径等于型腔上段内径；继续控制外凸模（6）、内凸模（7）同步向下运动对坯料进行加载，使坯料金属流出下芯模（15），此过程中通过下芯模（15）的棱边对坯料挤出端外圆进行校形，上芯模（8）伴随坯料向下运动但不对坯料轴向加载；

所述步骤5具体包括：当坯料上端圆环部位的金属较薄时，控制外凸模（6）、内凸模（7）、上芯模（8）位置不动，然后将上垫块（5）拆卸掉，实现外凸模（6）的轴向卸载；随后，控制内凸模（7）继续同步向下运动对坯料进行挤压加载，上芯模（8）保持位置不动，外凸模（6）沿内凸模（7）轴向浮动，使坯料金属法兰部分在内凸模（7）与下凹模（13）之间形成剪切变形，最终完成坯料金属法兰部分的切除。