CN114535479A - 大型弧形模锻件的锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大型弧形模锻件的锻造方法，棒料下料，将棒料煨弯得到弧形锻坯，弧形锻坯的半径大于1455mm；将锻造模具预热至300～400℃，模具预热时间≥20小时，将弧形锻坯加热至850℃以上后转移至锻造模具中，并对弧形锻坯进行锻压，压制速度为6～9mm/s。本发明通过严格控制弧形锻坯的半径、锻造温度和压制速度，保证锻件的锻造质量，降低废品率。
Description
技术领域
本发明涉及模锻技术领域，尤其是一种大型弧形模锻件的锻造方法。
背景技术
随着航空工业的发展，所需的大型整体热模锻件呈现出多种形状、复杂化发展趋势，例如，图1示出了一种大型的弧形模锻件，为TC4钛合金材质，其外径为1455mm，开口尺寸超过2700mm，且厚度在70mm至140mm之间，相对较薄，锻造难度较大，常规的锻造工艺难以满足设计要求，废品率较高，增大了企业成本。此外，大型弧形模锻件锻造完成后还需要进行热处理，由于锻件尺寸大，热处理时容易变形，导致锻件尺寸不能满足设计要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型弧形模锻件的锻造方法，降低废品率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大型弧形模锻件的锻造方法，
棒料下料，将棒料煨弯得到弧形锻坯，弧形锻坯的半径大于1455mm；
将锻造模具预热至300～400℃，模具预热时间≥20小时，将弧形锻坯加热至850℃以上后转移至锻造模具中，并对弧形锻坯进行锻压，压制速度为6～9mm/s。
进一步地，棒料的直径为150mm，长度为3400mm。
进一步地，弧形锻坯的半径为1460mm。
进一步地，棒料煨弯时，先将煨弯工装预热至300～400℃，将棒料加热至850℃以上，再将棒料转移至煨弯工装进行煨弯。
进一步地，所述锻造模具包括上模和下模，所述下模上表面设置有圆弧形的型腔以及直线型的定位槽，所述定位槽内设置有水平的横顶杆，所述横顶杆的两端延伸至型腔，且横顶杆的两端设置有成型槽，所述成型槽的侧壁与型腔的侧面重合，成型槽的底壁与型腔的底面重合；所述横顶杆的下方设置有竖直的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有竖顶杆，竖顶杆的顶端接触横顶杆的下表面；
模锻时，将弧形锻坯放入型腔，盖上上模，对弧形锻坯进行压制；
压制成型后，取下上模，推动竖顶杆向上移动，竖顶杆推动横顶杆向上移动，横顶杆将锻件顶出。
进一步地，型腔两端的连线平行于横顶杆，横顶杆的中心与锻件的重心重合，竖顶杆的中心与横顶杆的中心重合。
进一步地，所述定位槽的侧壁倾斜设置，且定位槽底部的宽度小于顶部的宽度，所述横顶杆的侧面为斜面并与定位槽的侧壁滑动配合。
进一步地，所述竖顶杆为阶梯状的圆柱体，且竖顶杆的上端直径大于下端的直径。
本发明的有益效果是：通过严格控制弧形锻坯的半径、锻造温度和压制速度，保证锻件的锻造质量，降低废品率。
附图说明
图1是本发明下模的俯视示意图；
图2是图1中A-A的剖视示意图；
图3是锻件顶出示意图；
附图标记：1—弧形锻件；2—顶杆；3—型腔；4—上模；5—横顶杆；6—成型槽；7—下模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的大型弧形模锻件的锻造方法，包括
棒料下料，将棒料煨弯得到弧形锻坯，弧形锻坯的半径大于1455mm。具体地，棒料的直径为150mm，长度为3400mm。棒料煨弯时，先将煨弯工装预热至300～400℃，并将棒料加热至850℃以上，以降低弯折难度，同时保证棒料的材料性能，接着再将棒料转移至煨弯工装进行煨弯。由于大型弧形模锻件在锻后热处理过程中，其变形趋势为两端口之间的距离变小，半径变小，因此，煨弯得到的弧形锻坯的半径大于1455mm，后续模锻得到的锻件半径也大于1455mm，那么经过热处理变形后，锻件的半径就能够减小，经过多次试验，弧形锻坯的半径优选为1460mm，锻件热处理后，半径基本能够缩小至1455mm左右，在经过机加工调整，可使锻件尺寸完全满足设计要求，保证锻件的质量和尺寸精度，降低废品率。
将锻造模具预热至300～400℃，模具预热时间≥20小时，将弧形锻坯加热至850℃以上后转移至锻造模具中，并对弧形锻坯进行锻压，压制速度为6～9mm/s。
通过对锻造模具进行充分预热，降低弧形锻坯与锻造模具的温差，从而降低弧形锻坯的降温速度，保证锻造性能。为了提高保温效果，可以在弧形锻坯外包裹保温棉。通过严格控制弧形锻坯的锻造温度和压制速度，保证材料的性能，防止出现缺陷。
一般情况下，锻件在热模锻后的脱模都需要模具顶杆的配合来完成。在模具下模不易出模的部分，设置有顶杆孔，配合顶杆一起完成。顶杆孔一般需设置在模具中心位置，顶杆与顶杆孔同心，利用模锻压机下方的顶出的推动装置，来实现顶杆带动锻件的出模。
上述锻件出模适用于目前常规锻件重心、顶出中心两心重合的锻件，但是大型弧形锻件的中心与锻件重心位置差异较大，两心不重合，如果直接采用顶杆将大型弧形锻件顶出，由于顶杆与锻件呈现点接触或局部接触，其接触的面积小，且顶出中心与锻件重心存在偏心，顶出时由于侧向力的存在使得很难实现弧形锻件的整体脱模，在顶出时容易使热模锻件易出现顶出困难或发生热锻件的变形损坏，导致需要等待热锻件冷却后方可脱模或因锻件报废导致需重新投料生产，这样会大大增加企业成本以及降低了企业的生产效率。申请号为201710112102.6的中国专利申请公开了“一种便于顶出锻件脱模的镶芯模具”，该专利申请一定程度上解决了高肋薄壁件的脱模问题，但是因其为单一小面积接触锻件，将其用于大型弧形模锻件时，顶出时与单一顶杆顶出区别不大，无法实现锻件的平衡顶出，同样存在锻件两端头卡模、导致锻件变形损坏风险。
为了解决大型弧形锻件稳定、安全顶出的问题，本发明开发了专用于大型弧形锻件的锻造模具，如图1和图2所示，该锻造模具包括上模4和下模7，所述下模7上表面设置有圆弧形的型腔3以及直线型的定位槽，圆弧形的型腔3用于弧形锻件的成形，所述定位槽内设置有水平的横顶杆5，横顶杆5镶嵌在定位槽内，可以从定位槽中取出。所述横顶杆5的两端延伸至型腔3，且横顶杆5的两端设置有成型槽6，所述成型槽6的侧壁与型腔3的侧面重合，成型槽6的底壁与型腔3的底面重合，即成型槽6为型腔3的一部分。所述横顶杆5的下方设置有竖直的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有竖顶杆2，竖顶杆2与顶杆孔滑动配合，竖顶杆2的顶端接触横顶杆5的下表面，用于将横顶杆5顶出定位槽。
模锻时，将弧形锻坯放入型腔3，盖上上模4，对弧形锻坯进行压制；
如图3所示，压制成型后，取下上模4，推动竖顶杆2向上移动，竖顶杆2推动横顶杆5向上移动，横顶杆5将锻件顶出。在顶出的过程中，竖顶杆2的作用力传递至横顶杆5，再通过横顶杆5的两端传递至弧形锻件1，弧形锻件1两处受力，且由于弧形锻件1的下表面与成型槽6的底壁充分贴合，接触面积大，使得弧形锻件1受力更加均衡，可以平稳地顶出。
作为优选的实施方式：型腔3两端的连线平行于横顶杆5，使得两个成型槽6在型腔3上对称设置，顶出力更加均衡，可防止顶出时弧形锻件1变形，同时，横顶杆5的中心与锻件的重心重合，竖顶杆2的中心与横顶杆5的中心重合，这样竖顶杆2的作用力与弧形锻件1的重心重合，进一步保证整个弧形锻件1的受力平衡性，降低变形风险，同时能够更加省力地将弧形锻件1顶出。
由于横顶杆5和弧形锻件1同时被顶出，为了降低横顶杆5的顶出难度，所述定位槽的侧壁倾斜设置，且定位槽底部的宽度小于顶部的宽度，所述横顶杆5的侧面为斜面并与定位槽的侧壁滑动配合。为了进一步地降低横顶杆5的顶出难度，可以在横顶杆5底壁和侧壁涂抹润滑油。
竖顶杆2可以是矩形柱等，优选的，所述竖顶杆2为阶梯状的圆柱体，且竖顶杆2的上端直径大于下端的直径，保证竖顶杆2上端与横顶杆5之间具有足够的接触面积。
实施例一
棒料下料，棒料的直径为150mm，长度为3400mm，先将煨弯工装预热至300～400℃，将棒料加热至850℃以上，再将棒料煨弯得到弧形锻坯，弧形锻坯的半径为1460mm。
并对弧形锻坯进行锻压，压制速度为6～9mm/s。
将如图1和图2所示的锻造模具装配好后，在加热炉中预热，预热温度425℃，保温24h，完成后将模具装配于压机上，将弧形锻坯加热至850℃以上后转移至型腔3中；控制模锻压机设备进行合模压制并完成锻件的成形。成形完毕锻压模具上模7抬起后，控制模锻压机顶出装置，作用于竖顶杆2，竖顶杆2推动横顶杆5，横顶杆5两端与弧形锻件1实现多点接触，完成锻件的顶出。通过对整个顶出过程的观察以及对锻件的检测，锻件实现整体平稳顶出，未发现变形损坏等缺陷，且整个过程无停顿，较好的提高了生产效率。经过锻后热处理以及机加工后，锻件的半径为1455mm，完全满足设计要求。
对比例一
采用201710112102.6的模具装置生产实施例一中所述大型弧形模锻件。生产前，同样将模具、顶出杆装配好后，在加热炉中预热，预热温度425℃，保温24h，完成后将模具装配于压机上，将加热好的高温钛合金弧形锻坯放入模具型腔；控制模锻压机设备进行合模压制并完成锻件的成形。成形完毕锻压模具上模抬起后，控制模锻压机顶出装置，作用于顶杆，顶杆推动镶芯，镶芯直接与大型弧形锻件圆弧顶点位置接触，因其与锻件为单点接触，所以在顶出时，锻件圆弧顶点先与模具型腔分离，弧形锻件两端无法实现脱模，此时进一步推动顶杆已无法达到锻件脱模作用，只能暂停生产，人工撬动弧形锻件两端头来实现锻件的脱模。人工撬动锻件两端时，容易存在安全隐患，而且撬动过程中造成锻件一端变形，需进行后续校形工序才可保证锻件的合格。因此采用该顶出结构进行大型弧形航空钛合金锻件的生产时，造成了整个生产过程的停顿，降低了生产效率，增加了锻件生产周期及成本，并且存在安全隐患。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：
棒料下料，将棒料煨弯得到弧形锻坯，弧形锻坯的半径大于1455mm；
将锻造模具预热至300～400℃，模具预热时间≥20小时，将弧形锻坯加热至850℃以上后转移至锻造模具中，并对弧形锻坯进行锻压，压制速度为6～9mm/s。
2.如权利要求1所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：棒料的直径为150mm，长度为3400mm。
3.如权利要求1所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：弧形锻坯的半径为1460mm。
4.如权利要求1所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：棒料煨弯时，先将煨弯工装预热至300～400℃，将棒料加热至850℃以上，再将棒料转移至煨弯工装进行煨弯。
5.如权利要求1所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：所述锻造模具包括上模(4)和下模(7)，所述下模(7)上表面设置有圆弧形的型腔(3)以及直线型的定位槽，所述定位槽内设置有水平的横顶杆(5)，所述横顶杆(5)的两端延伸至型腔(3)，且横顶杆(5)的两端设置有成型槽(6)，所述成型槽(6)的侧壁与型腔(3)的侧面重合，成型槽(6)的底壁与型腔(3)的底面重合；所述横顶杆(5)的下方设置有竖直的顶杆孔，所述顶杆孔内设置有竖顶杆(2)，竖顶杆(2)的顶端接触横顶杆(5)的下表面；
模锻时，将弧形锻坯放入型腔(3)，盖上上模(4)，对弧形锻坯进行压制；
压制成型后，取下上模(4)，推动竖顶杆(2)向上移动，竖顶杆(2)推动横顶杆(5)向上移动，横顶杆(5)将锻件顶出。
6.如权利要求5所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：型腔(3)两端的连线平行于横顶杆(5)，横顶杆(5)的中心与锻件的重心重合，竖顶杆(2)的中心与横顶杆(5)的中心重合。
7.如权利要求5所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：所述定位槽的侧壁倾斜设置，且定位槽底部的宽度小于顶部的宽度，所述横顶杆(5)的侧面为斜面并与定位槽的侧壁滑动配合。
8.如权利要求5所述的大型弧形模锻件的锻造方法，其特征在于：所述竖顶杆(2)为阶梯状的圆柱体，且竖顶杆(2)的上端直径大于下端的直径。
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Inventor after: Luo Hengjun Inventor after: Zhang Haicheng Inventor after: Zhang Fuqi Inventor after: Zeng Detao Inventor after: Meng Bin Inventor after: Shen Wentao Inventor after: Cheng Liwei Inventor after: Xie Xiaochuan Inventor before: Luo Hengjun Inventor before: Zhang Fuqi Inventor before: Zeng Detao Inventor before: Zhang Haicheng Inventor before: Meng Bin Inventor before: Shen Wentao Inventor before: Cheng Liwei Inventor before: Xie Xiaochuan |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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