CN114367617A - 大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具及其设计方法 - Google Patents

大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具及其设计方法 Download PDF

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孙跃飞
薛军锋
王少萌
康关军
来钰人
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Abstract

本发明公开了一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，包括下模座，下模座内部从下往上依次设置有空心的下模镶块A、下模镶块B和活动下模套，活动下模套内部设置有活动下模，活动下模套和活动下模顶部设置有上模，上模底部嵌入在活动下模内部，活动下模套侧壁设置有拉杆，拉杆上设置有固定销，上模侧壁相对位置上开设有销孔。本发明还公开了一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具设计方法，包括分析锻件图，确定风险点，根据风险点将分模面选取在锻件顶部，将全部型腔放置于下模中，下模由下模座、下模镶块A、下模镶块B、活动下模套和活动下模组成，活动下模套侧壁设置有拉杆，拉杆上设置有固定销，上模侧壁相对位置上开设有销孔。

Description

大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具及其设计方法
技术领域
本发明属于机械类模具设计技术领域，涉及一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具及其设计方法。
背景技术
一般认为变形部分高径比＜2.5的锻件在锻造时可直接墩粗成型，高径比＞2.5时需要进行预锻制坯方可进行墩粗成型，大高径比轴类锻件成型，目前主要成型方法为楔横轧横向轧制成型，楔横轧横向成型有效的将竖直方向的大变形比转化成横向的小变形比成型。楔横轧轧制成型具有生产效率高、便于自动化成型、节省材料等优点，但是楔横轧的缺点同样明显：存在设备及模具成本高昂、适合大批量生产、更换模具困难、轴的芯部极易产生孔洞等缺陷的缺点。
按照现有普通工艺，大高径比轴类竖直挤压成型的挤压设备为平锻机，挤压工步分为为三个预锻工步，一个成型工步。平锻机按照分模方向分为水平分模平锻机及竖直分模平锻机，无论是何种平锻机，它们的成型特点都会使挤压成型时不可避免的产生横向或纵向飞刺，由于毛刺的产生会对后续工步的定位以及后续机加工产生影响，因此平锻机已经不适合当今社会高精度锻件的生产。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，成本低，便于更换内部组件，采用其生产的大高径比轴类锻件缺陷较少。
本发明的另一个目的是提供一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具的设计方法。
本发明所采用的第一技术方案是，大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，包括下模座，下模座内部从下往上依次设置有空心的下模镶块A、下模镶块B和活动下模套，活动下模套内部设置有活动下模，活动下模套和活动下模顶部设置有上模，上模底部嵌入在活动下模内部，活动下模套侧壁设置有拉杆，拉杆上设置有固定销，上模侧壁相对位置上开设有销孔。
其中，下模镶块A和下模镶块B的接壤面与大高径比轴类锻件的底部阶梯面在同一个平面上。
活动下模套为倒“凸”字形，底部突出端嵌入在下模镶块B内部，活动下模套底面与大高径比轴类锻件的顶部阶梯面在同一个平面上，活动下模套阶梯面、下模座顶面和下模镶块B顶面位于同一平面内。
下模镶块B外侧面顶部设置有与下模座相配合的卡槽。
活动下模套内侧面顶部设置有与活动下模相配合的卡槽。
活动下模的拔模斜度为2.5°。
本发明所采用的第二技术方案是，大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具设计方法，包括分析锻件图，确定风险点，根据风险点将分模面选取在锻件顶部，将全部型腔放置于下模中，下模由下模座、下模镶块A、下模镶块B、活动下模套和活动下模组成，活动下模套侧壁设置有拉杆，拉杆上设置有固定销，上模侧壁相对位置上开设有销孔。
本发明的有益效果是，通过下模座、下模镶块A、下模镶块B、活动下模套、活动下模和上模组成大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，便于更换内部组件，采用镶块式模具组合便于挤压时排气及模具更换，并且有利于圆角充填、应力释放以及降低模具成本；在活动下模套侧壁设置拉杆，拉杆上设置固定销，上模侧壁开设销孔，使挤压完成时回程的上模可以带动活动下模完成脱模，从而减少工人劳动强度、提升产品精度。
附图说明
图1是本发明大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具的结构示意图；
图2是图1中A的局部放大示意图；
图3是本发明实施例中高径比为6.85的轴类锻件图。
图中，1.下模座，2.下模镶块A，3.下模镶块B，4.活动下模套，5.活动下模，6.拉杆，7.固定销，8.上模。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，参照图1和图2，包括下模座1，下模座1内部从下往上依次设置有空心的下模镶块A2、下模镶块B3和活动下模套4，活动下模套4内部设置有活动下模5，活动下模套4和活动下模5顶部设置有上模8，上模8底部嵌入在活动下模5内部，活动下模套4侧壁设置有拉杆6，拉杆6上设置有固定销7，上模8侧壁相对位置上开设有销孔。
下模镶块A2和下模镶块B3的接壤面与大高径比轴类锻件的底部阶梯面在同一个平面上。活动下模套4为倒“凸”字形，底部突出端嵌入在下模镶块B3内部，活动下模套4底面与大高径比轴类锻件的顶部阶梯面在同一个平面上，活动下模套4阶梯面、下模座1顶面和下模镶块B3顶面位于同一平面内。
下模镶块B3外侧面顶部设置有与下模座1相配合的卡槽。活动下模套4内侧面顶部设置有与活动下模5相配合的卡槽。活动下模5的拔模斜度为2.5°，便于顺利脱模。
本发明一种大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具设计方法，包括分析锻件图，确定风险点，以高径比为6.85的轴类锻件为例，其锻件图如图3所示，经过分析，确定风险点为图中A、B、C、D、E这五处，A处有产生纵向毛刺的风险、B处有脱模不利的风险、C处有产生毛刺及圆角充填不满的风险、D处有产生毛刺及直径尺寸偏差的风险、E处有圆角充填不满的风险，根据这些风险点将模具分模面选取在锻件顶部，由于大高径比轴类锻件变形部分过长，如果按照正常分模面选取原则：按投影面积最大处分模的话，上下模在挤压开始阶段间距过大，会使坯料外露模具过长导致模具无法对坯料挤压时的弯曲产生约束作用，从而导致失稳，产生折叠；本发明将分模面取在锻件顶部，上模只有挤压作用，不兼顾成型，将全部型腔放置于下模中，由于将坯料完全放置于下模型腔内，模腔在大高径比轴类锻件挤压时对坯料起到约束作用，防止坯料弯曲导致折叠。将全部型腔放置于下模中，这样成型下模必须要使用哈夫模才能确保锻件顺利脱模，但是由于哈夫模的特征会导致纵向毛刺的产生，为了避免毛刺的产生，设计下模由下模座1、下模镶块A2、下模镶块B3、活动下模套4和活动下模5组成，镶块式模具组合便于挤压时排气及模具更换，并且有利于圆角充填、应力释放以及降低模具成本。
在实际生产中使用哈夫模进行生产时，由于哈夫模一般重量较大并且需人为操作使锻件脱模，不仅影响生产效率且增加了劳动强度。鉴于此，本发明在活动下模套4侧壁设置有拉杆6，拉杆6上连接有固定销7，上模8侧壁相对位置上开设有销孔，使挤压完成时回程的上模可以带动活动下模完成脱模(即在挤压完成时，将固定销7插入上模8侧壁的销孔中，上模上移带动活动下模完成脱模)。
根据Deform-3D软件模拟的情况可知，在进行大高径比挤压时，B处由于坯料弯曲及墩粗会将竖直方向的挤压力导向在活动下模内腔，活动下模内腔受到很大的压应力，由于模具整体结构原因活动下模的壁厚无法设计的足够厚实，因此极易导致纵向开裂；本发明为避免模具开裂，将活动下模分为活动下模与活动下模套，活动下模材料为H13耐热模具钢，活动下模套材料为45钢，对两个模具进行过盈热套配合组装，通过实验得出该过盈热套模具配合公差为：活动下模外径配合公差：+0.5/+0.45；活动下模套内径配合公差：+0.1/0；将活动下模套加热至600℃使之与活动下模进行热套组装，组装完成后在空气中静置即可；该公差既可以保证不会因为生产中热胀冷缩导致内外模具松动脱落，也不会因为间隙过小导致热套时难以套入。过盈热套模具可有效释放在挤压过程中产生的应力，可极大提升模具寿命。
制备不同拔模斜度的活动下模，其他组件结构相同，对其进行测试，测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003420496370000061
从表1中可以看出，活动下模5的拔模斜度为2.5°时既能够顺利脱模，又可以节省材料减少加工工时。
采用本发明大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具与现有平锻机挤压模具制备图3结构的大高径比轴类锻件，其结果如表2所示：
表2
Figure BDA0003420496370000062
Figure BDA0003420496370000071
从表2中可以看出，第二组实验在毛刺控制、尺寸控制、圆角控制方面具有较大优势，第二组实验中A处产生纵向毛刺，经过分析是A端面受挤压力过大，将加热好的坯料挤入上模与活动下模的间隙中导致毛刺的产生，因此，将坯料的A端加热时放置于感应加热炉膛的过渡区中，确定好加热位置及加热时间，确保A端的温度＜900℃，降低A端温度使金属的塑性降低，避免了A处纵向毛刺的产生。以上实验证明，本发明大高径比轴类锻件闭式竖直挤压自脱模具设计方法实用、合理。

Claims (7)

1.大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，包括下模座(1)，下模座(1)内部从下往上依次设置有空心的下模镶块A(2)、下模镶块B(3)和活动下模套(4)，活动下模套(4)内部设置有活动下模(5)，活动下模套(4)和活动下模(5)顶部设置有上模(8)，上模(8)底部嵌入在活动下模(5)内部，活动下模套(4)侧壁设置有拉杆(6)，拉杆(6)上设置有固定销(7)，上模(8)侧壁相对位置上开设有销孔。
2.根据权利要求1所述的大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，所述下模镶块A(2)和下模镶块B(3)的接壤面与大高径比轴类锻件的底部阶梯面在同一个平面上。
3.根据权利要求2所述的大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，所述活动下模套(4)为倒“凸”字形，底部突出端嵌入在下模镶块B(3)内部，活动下模套(4)底面与大高径比轴类锻件的顶部阶梯面在同一个平面上，活动下模套(4)阶梯面、下模座(1)顶面和下模镶块B(3)顶面位于同一平面内。
4.根据权利要求3所述的大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，所述下模镶块B(3)外侧面顶部设置有与下模座(1)相配合的卡槽。
5.根据权利要求1所述的大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，所述活动下模套(4)内侧面顶部设置有与活动下模(5)相配合的卡槽。
6.根据权利要求1所述的大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具，其特征在于，所述活动下模(5)的拔模斜度为2.5°。
7.大高径比轴类锻件闭式竖直蠕变挤压模具设计方法，其特征在于，包括分析锻件图，确定风险点，根据风险点将分模面选取在锻件顶部，将全部型腔放置于下模中，下模由下模座(1)、下模镶块A(2)、下模镶块B(3)、活动下模套(4)和活动下模(5)组成，活动下模套(4)侧壁设置有拉杆(6)，拉杆(6)上设置有固定销(7)，上模(8)侧壁相对位置上开设有销孔。
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