CN114472774B - 一种薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，包括步骤，切割圆饼状的坯料，并进行去除表面氧化皮的预处理；将预处理过的坯料加热至100℃～150℃后，在坯料表面均匀涂抹石墨水溶液，再放入加热炉中继续加热至420℃～480℃，保温90分钟；将多向锻造模具加热至180℃～230℃，并将坯料放置于成型腔体内进行多向锻造成形，多向锻造模具采用上模和下模的上下分模方式，左侧侧缸带动的左冲头和/或右侧侧缸带动的右冲头分别往中心运动，锻造完成；本发明通过工艺改进采用多向锻造方法一步成形出锻件，该方法采用圆饼状坯料一步锻造成形，与传统锻造工艺相比，减少了制坯工序，简化了生产流程，降低了成形载荷，提高了生产效率。

Description

一种薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法

技术领域

本发明涉及金属塑性成形技术领域，具体涉及一种薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多 向锻造成形方法。

背景技术

近年来，我国航空航天汽车等领域的飞速发展，其对核心零部件提出了高性能、轻量化 和低成本的要求。薄壁变壁厚变截面双向深腔类结构件其高度与薄厚比值大，属于典型的难 成形复杂结构。该类构件的传统制造方法有液态模锻、低压铸造和机械加工等。其中液态模锻生产效率较低；低压铸造容易产生较多缺陷，如疏松、缩孔等，严重影响锻件性能；机械 加工生产效率低且材料利用率低，不适合大批量生产，传统的生产方式已经不能满足精密零 部件高性能的需求。采用塑性加工的方法可以显著提升零件性能和提高材料利用率。

常用塑性加工方法为正反挤压结合背压挤压技术，该方法能够成形出完整锻件。但背压 挤压技术需要具有通过调节背压压力和行程的装备，为被动补压装备。在实验过程中背压设 备难以精确控制，且锻件成形载荷较大。同时，背压挤压技术生产双向深腔类构件时需要对原材料进行预制坯处理，工序繁琐，生产效率较低。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种薄壁变壁厚变截面双向深 腔类构件多向锻造成形方法，所采用的多向锻造模具包括上模、下模、左冲头和右冲头，所 述上模和所述下模在分模面闭合形成水平贯通的成型腔体，所述左冲头和所述右冲头分别设置在所述成型腔体的两端，所述成型腔体设置有成型内壁段，所述成型内壁段用于成形双向 深腔类构件的圆周沟槽，所述左冲头设置有第一成型冲面，所述第一成型冲面用于成形所述 双向深腔类构件的正面沟槽，所述右冲头设置有第二成型冲面，所述第二成型冲面用于成形 所述双向深腔类构件的背面沟槽，所述第一成型冲面和所述第二成型冲面均设置在所述成型腔体内；

所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，包括步骤：

S1，切割圆饼状的坯料，并进行去除表面氧化皮的预处理；

S2，将预处理过的所述坯料加热至100℃～150℃后，在所述坯料表面均匀涂抹石墨水溶 液，再放入加热炉中继续加热至420℃～480℃，保温90分钟；

S3，将所述多向锻造模具加热至180℃～230℃，并将所述坯料放置于所述成型腔体内进 行多向锻造成形，所述多向锻造模具采用所述上模和所述下模的上下分模方式，左侧侧缸带 动的所述左冲头和/或右侧侧缸带动的所述右冲头分别往中心运动，提供不同成形压力，锻造 完成后，打开所述上模，取出锻件。

较佳的，所述成型腔体、所述左冲头和所述右冲头同轴设置。

较佳的，在步骤S3中，将所述多向锻造模具加热至200℃后，所述左侧侧缸和所述右侧 侧缸同时运动，所述左侧侧缸按照行程运动50％时，所述右侧侧缸按照行程运动50％，所述左 侧侧缸和所述右侧侧缸同时行进至100％位置。

较佳的，在步骤S3中，将所述多向锻造模具加热至200℃，所述左侧侧缸单独运动，提 供成形压力，所述右侧侧缸提供15吨～20吨的固定压力辅助成形。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：1，本发明通过工艺改进采用多向锻造方法一步 成形出锻件，该方法采用圆饼状坯料一步锻造成形，与传统锻造工艺相比，减少了制坯工序， 简化了生产流程，降低了成形载荷，提高了生产效率；2，本发明采用多向锻造方式对模具进 行改进，增加了侧壁成形区域，一方面成形后期该处容纳更多金属，可以降低金属成形载荷。另一方面，与传统机加工出侧壁相比，减少了机加工量，材料利用率为91.65％，而传统锻造 方法材料利用率为89.12％，提升了2.53％。

附图说明

图1为本实施例双向深腔类构件的正面视图；

图2为本实施例双向深腔类构件的背面视图；

图3为采用所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法的圆柱状坯料图；

图4为采用传统塑性加工方法的预处理后坯料图；

图5为采用所述多向锻造模具的结构剖视图；

图6为本实施例所述左冲头的结构视图；

图7为本实施例所述右冲头的结构视图。

图中数字表示：

1-上模；2-下模；3-左冲头；4-右冲头。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例

如图1、图2所示，图1为本实施例双向深腔类构件的正面视图，图2为本实施例双向深腔类构件的背面视图。

一般的，双向深腔类构件包括设置在正面的正面沟槽、设置在背面的背面沟槽以及设在 圆周面的圆周沟槽。传统塑性加工方法为保证圆周沟槽的成形，需对原始坯料进行预处理， 将圆柱状坯料预锻成特殊形状，以避免终锻过程锻件四周出现充不满现象。而采用本发明进行成形制备则无需进行预处理。

如图3、图4所示，图3为采用所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方 法的圆柱状坯料图，图4为采用传统塑性加工方法的预处理后坯料图。

由于传统塑性加工方法工序较多，需对原始坯料进行预处理，将圆柱状坯料预锻成特殊 形状，以避免终锻过程锻件四周出现充不满现象，且锻件侧壁处需进行大量机加工处理，材 料利用率较低。因此本发明采用多向锻造方法，一步成形出带有侧壁的双向深腔类构件，减少了后续机加工量。普通闭式锻造后期由于上下模具闭合，金属基本充满型腔，会导致成形 末期载荷急剧上升。而采用多向锻造方法成形双向深腔的同时成形侧壁，使得在成形后期通 过反挤成形不易填充的侧壁型腔，解决了传统锻造方法一步难以成形的问题，同时通过反挤 作用使得金属充填型腔，降低了锻造末期载荷急剧升高的问题，降低了成形载荷。在减少了锻造工序的同时提高了材料利用率。由于将侧壁成形区域设置在模具上方，在成形过程中的 反挤作用配合左右冲头控制金属流动，避免中性层金属流动紊乱，降低成形质量。锻造模具 采用上下分模方式，可以降低模具受力，提高模具寿命。

如图5所示，图5为采用所述多向锻造模具的结构剖视图。

本发明所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法所采用的多向锻造模具 包括上模1、下模2、左冲头3和右冲头4，所述上模1和所述下模2在分模面闭合形成水平贯通的成型腔体，所述左冲头3和所述右冲头4分别设置在所述成型腔体的两端，所述成型 腔体设置有用于成形所述圆周沟槽的成型内壁段，所述左冲头3设置有用于成形所述正面沟 槽的第一成型冲面，所述右冲头4设置有用于成形所述背面沟槽的第二成型冲面。

如图6、图7所示，图6为本实施例所述左冲头3的结构视图，图7为本实施例所述右冲头4的结构视图。

一般的，所述成型腔体、所述左冲头3和所述右冲头4同轴设置。

本发明所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，包括步骤：

S1，切割圆饼状的坯料，并进行去除表面氧化皮的预处理；

S2，将预处理过的所述坯料加热至100℃～150℃后，在所述坯料表面均匀涂抹石墨水溶 液，再放入加热炉中继续加热至420℃～480℃，保温90分钟；

S3，将所述多向锻造模具加热至180℃～230℃，并将所述坯料放置于所述成型腔体内进 行多向锻造成形，所述多向锻造模具采用上模1和下模2的上下分模方式，左侧侧缸带动的 左冲头3和右侧侧缸带动的右冲头4分别往中心运动，提供不同成形压力，锻造完成后，打 开所述上模1，取出锻件。

具体的多向锻造成形方式如下实例所示：

实例1

将原材料切割成圆饼状，进一步加工去除表面氧化皮，将预处理过的坯料加热至130℃， 在所述预处理坯料表面均匀涂抹石墨水溶液，在放入加热炉中继续加热至450℃，保温90分 钟。将多向锻造模具加热至200℃后，左侧侧缸按照行程运动50％时，右侧侧缸按照行程运动 50％。左右侧侧缸同时行进至100％位置。

实例2

将原材料切割成圆饼状，进一步加工去除表面氧化皮，将预处理过的坯料加热至130℃， 在所述预处理坯料表面均匀涂抹石墨水溶液，在放入加热炉中继续加热至450℃，保温90分 钟。将多向锻造模具加热至200℃，其中，左侧侧缸按照行程控制，提供较大成形压力，右 侧侧缸提供15吨固定压力辅助成形。

实例3

将原材料切割成圆饼状，进一步加工去除表面氧化皮，将预处理过的坯料加热至130℃， 在所述预处理坯料表面均匀涂抹石墨水溶液，在放入加热炉中继续加热至450℃，保温90分 钟。将多向锻造模具加热至200℃，其中，左侧侧缸按照行程控制，提供较大成形压力，右 侧侧缸提供20吨固定压力辅助成形。

本发明采用多向锻造方式一步锻造出完整锻件，取消了制坯工序，简化生产流程。本发 明同时改进了模具结构，通过锻造方式成形侧壁处区域，相比于后续机加工，极大提高了材 料利用率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本 专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改， 甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，其特征在于，所采用的多向锻造模具包括上模、下模、左冲头和右冲头，所述上模和所述下模在分模面闭合形成水平贯通的成型腔体，所述左冲头和所述右冲头分别设置在所述成型腔体的两端，所述成型腔体设置有成型内壁段，所述成型内壁段用于成形双向深腔类构件的圆周沟槽，所述左冲头设置有第一成型冲面，所述第一成型冲面用于成形所述双向深腔类构件的正面沟槽，所述右冲头设置有第二成型冲面，所述第二成型冲面用于成形所述双向深腔类构件的背面沟槽，所述第一成型冲面和所述第二成型冲面均设置在所述成型腔体内；

所述薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，包括步骤：

S1，切割圆饼状的坯料，并进行去除表面氧化皮的预处理；

S2，将预处理过的所述坯料加热至100℃～150℃后，在所述坯料表面均匀涂抹石墨水溶液，再放入加热炉中继续加热至420℃～480℃，保温90分钟；

S3，将所述多向锻造模具加热至180℃～230℃，并将所述坯料放置于所述成型腔体内进行多向锻造成形，所述多向锻造模具采用所述上模和所述下模的上下分模方式，左侧侧缸带动的所述左冲头和/或右侧侧缸带动的所述右冲头分别往中心运动，提供不同成形压力，锻造完成后，打开所述上模，取出锻件。

2.如权利要求1所述的薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，其特征在于，所述成型腔体、所述左冲头和所述右冲头同轴设置。

3.如权利要求1所述的薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，其特征在于，在步骤S3中，将所述多向锻造模具加热至200℃后，所述左侧侧缸和所述右侧侧缸同时运动，所述左侧侧缸按照行程运动50％时，所述右侧侧缸按照行程运动50％，所述左侧侧缸和所述右侧侧缸同时行进至100％位置。

4.如权利要求1所述的薄壁变壁厚变截面双向深腔类构件多向锻造成形方法，其特征在于，在步骤S3中，将所述多向锻造模具加热至200℃，所述左侧侧缸单独运动，提供成形压力，所述右侧侧缸提供15吨～20吨的固定压力辅助成形。

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