CN114904999A - 一种锥形盲孔锻件的成型模具及其成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过采用成型模具，调整加工工序，改变材料变形方式，实现锥形盲孔锻件锻造成型的锥形盲孔锻件的成型模具及其成型方法，锥形盲孔锻件的成型模具包括锥形凹模、制坯冲子、定位冲子、成型冲子、套环、短垫块、长垫块，锥形盲孔锻件成型过程中通过锻造压机和操纵机配合完成成型模具各部件更换和锥形盲孔锻件的成型，包括以下步骤：1）加热；2）去氧化皮；3）预制坯；4）压定位孔；5）模锻成型；6）锻件脱模，本发明方法简单，操作方便，利用普通压机配合成型模具完成锥形盲孔件模锻成型，节约原材料，降低原材料消耗，提高锻件内部金属致密性，改善组织形态，使锥形盲孔件在机械加工后保留连续金属纤维组织，提升锥形盲孔件力学性能和产品质量指标。
Description
技术领域
本发明属于金属塑性成型技术领域，涉及一种通过采用成型模具，调整加工工序，改变材料变形方式，实现锥形盲孔锻件锻造成型的锥形盲孔锻件的成型模具及其成型方法。
背景技术
大规格锥形盲孔锻件是特殊用途的产品，由于其形状的特殊性，传统的热加工方法无法成型。
通常此类锥形盲孔锻件产品采用的成型方法：1）采用自由锻方法，锻造为实心圆棒锻件，通过数控车削机械加工方式成型外锥面，再通过钻孔、镗孔、数控车削等机械加工方式成型锥形内孔。2）设计外锥面仿形工装，采用自由锻方法利用仿形工装成型外锥面，再通过钻孔、镗孔、数控车削等机械加工方式成型锥形内孔。
上述方法的不足之处：方法1）锥形盲孔锻件锻造为大规格实心圆棒锻件时，由于产品规格大，内部质量不容易保证，机械加工掏空难度大，原材料浪费严重，加工时间长，机加工余量过大。机加时锥形盲孔锻件外锥面和内孔均破坏了金属纤维，对产品性能造成了不利影响。方法2）采用锥面仿形工装生产外锥面，相比方法1）在原材料上有所节约，但节约的量较小，且需要制作专用仿形工装，对于尺寸较短的产品，生产操作难度较大。另外，方法2）虽然外锥面的金属纤维得到保留，但内孔仍然需要机械加工，内孔金属纤维被破坏，对产品性能造成了不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服传统成型方法生产锥形盲孔锻件产品的不足而提供一种锥形盲孔锻件的成型模具及其成型方法，可以利用普通锻造压机，通过采用成型模具，调整加工工序，改变材料变形方式，实现锥形盲孔锻件锻造成型。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种锥形盲孔锻件的成型模具，包括锥形凹模、制坯冲子、定位冲子、成型冲子、套环、短垫块、长垫块共七个部件。
所述锥形凹模用于成型锥形盲孔锻件外锥面。锥形凹模内部有型腔，型腔为通孔，型腔形状由锥形盲孔锻件外锥面形状决定，型腔上端为直径d10和高度h11的通孔，型腔下端为直径d11和高度h12的通孔。
所述制坯冲子用于冲孔前进行镦粗预制坯。制坯冲子高度H20为400mm～600mm，制坯冲子下端直径D21，制坯冲子上端直径D20，D21＜D20，D21=d10-（15mm～25mm）。
所述定位冲子在预制坯上压制定位孔，定位孔用于成型冲子定位。定位冲子高度H30，定位冲子上端带有直径D30和高度H32的直线段，D30=D40，H32=H42=H52+（200mm～300mm）。定位冲子下端高度H31部分的形状由成型冲子下端形状决定，横截面尺寸为成型冲子横截面尺寸加3mm～5mm,底部直径D31=D41+（3mm～5mm）。
所述成型冲子用于模锻成型锥形盲孔锻件。成型冲子高度H40，成型冲子下端高度H41部分的形状由锥形盲孔锻件内孔形状决定，成型冲子上端带有直径D40和高度为H42的直线段，D40尺寸由锥形盲孔锻件内孔最大直径决定，H42=H52+（200mm～300mm）。
所述套环用于定位冲子和成型冲子工作时导向。套环高度H50,套环内部为通孔，通孔直径d50,d50=D40+（2mm～3mm)。套环上端带有直径D50和高度H52的直线段，D50=d50+（200mm～300mm），D50＜D10。套环下端带有直径D51和高度H51的定位台，D51=d10-（2mm～3mm)，H51=h11。
所述短垫块用于锥形盲孔锻件成型时在下端对坯料进行限位，防止坯料向下孔走料过多。短垫块放置于锥形凹模型腔下端通孔内，短垫块为直径D60和高度H60的圆钢，D60=d11-（2mm～3mm)，H60=h12。
所述长垫块用于锥形盲孔锻件模锻成型后使锻件与锥形凹模分离。长垫块为直径D70和高度H70的圆钢，D70=D60，H70=H60+150mm～200mm。
本发明还涉及一种采用上述成型模具制备锥形盲孔锻件的成型方法，包括以下步骤：
步骤1）、加热：将坯料加热至塑性变形温度；将成型模具预热至250℃～400℃；
步骤2）去氧化皮：将加热至塑性变形温度的坯料放置在锻造平台上，采用压机进行镦粗，镦粗变形量不超过100mm，通过镦粗使坯料发生塑性变形，表面氧化皮自然开裂，镦粗过程中采用高压水枪使开裂的氧化皮脱落去除；
步骤3）预制坯：在锥形凹模型腔涂抹石墨润滑剂，将已去除氧化皮的坯料放置在锥形凹模型腔中，然后对坯料进行立料找正，保证坯料不偏斜。采用制坯冲子进行镦粗预制坯，镦粗过程制坯冲子进入锥形凹模型腔内深度120mm～180mm；
步骤4）、压定位孔：放入套环，采用定位冲子对坯料压定位孔。预制坯完成后去除制坯冲子，将套环放置在锥形凹模型腔上端，然后在预制坯中心位置加碳粉，碳粉加完后立即放入定位冲子，采用压机将定位冲子压至定位冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm；
步骤5）、模锻成型：取出定位冲子，采用成型冲子模锻成型。定位孔压成型后，取出定位冲子，在定位孔中加入碳粉，碳粉加完后立即放入成型冲子，采用压机将成型冲子压至成型冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm；
步骤6）、锻件脱模：取出成型冲子和套环，锻造操纵机夹持锥形凹模翻转180°将锥形盲孔锻件倒出。当锻件无法直接从凹模中倒出时，将已翻转180°的带锻件锥形凹模置于地面，将长垫块放置于锥形凹模小孔端将锻件冲出。完成锥形盲孔锻件模锻成型。
所述锥形盲孔锻件的坯料为模铸圆锭或电渣圆锭或连铸圆坯或锻造圆钢。
所述锥形盲孔锻件为大规格薄壁锥形盲孔锻件，锻件最大外径D00大于400mm,最小外径D01小于120mm，最大内径d00大于300mm，最小内径d01小于100mm，锻件开口端壁厚小于50mm。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：本发明的锥形盲孔锻件的成型模具结构简单，使用方便，可以利用普通锻造压机，通过采用成型模具，调整加工工序，改变材料变形方式，实现锥形盲孔锻件锻造成型。本发明不需要新增设备，可以利用普通压机实现模锻生产，减少了设备投入，同时节约原材料，降低原材料消耗，并且减少了机械加工余量，缩短加工时间，提高了生产效率，降低生产过程消耗，而且改善锥形盲孔锻件内部金属组织、纤维流向，可使锻件在机械加工后尽可能保留连续的金属纤维组织，提升锥形盲孔件的力学性能和产品质量指标，并延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的锥形盲孔锻件形状示意图。
图2为本发明的锥形凹模结构示意图。
图3为本发明的制坯冲子结构示意图。
图4为本发明的定位冲子结构示意图。
图5为本发明的成型冲子结构示意图。
图6为本发明的套环结构示意图。
图7为本发明的短垫块结构示意图。
图8为本发明的长垫块结构示意图。
图9为本发明预制坯后结构示意图。
图10为本发明压定位孔后的结构示意图。
图11为本发明锥形盲孔锻件成型后的结构示意图。
图12为本发明锥形盲孔锻件脱模后的结构示意图。
图中标注为：1、锥形盲孔锻件；2、锥形凹模；3、制坯冲子；4、定位冲子；5、成型冲子；6、套环；7、短垫块；8、长垫块；9、制坯后坯料；10、压定位孔后坯料；H00、锥形盲孔锻件产品高度；D00、锥形盲孔锻件开口端最大外径；D01、锥形盲孔锻件实心端最小外径；d00、锥形盲孔锻件开口端内孔最大内径；d01、锥形盲孔锻件实心端最小内径；H10、锥形凹模高度；h11、锥形凹模型腔上端通孔高度；h12、锥形凹模型腔下端通孔高度；D10、锥形凹模外径；d10、锥形凹模型腔上端通孔内径；d11、锥形凹模型腔下端通孔内径；H20、制坯冲子高度；D20、制坯冲子上端直径；D21、制坯冲子下端直径；H30、定位冲子高度；H31、定位冲子下端高度；H32、定位冲子上端直线段高度；D30、定位冲子上端直线段直径；D31、定位冲子底部直径；H40、成型冲子高度；H41、成型冲子下端高度；H42、成型冲子上端直线段高度；D40、成型冲子上端直线段直径；D41、成型冲子底部直径；H50、套环高度；H51、套环定位台高度；H52、套环上端直线段高度；D50、套环直径；D51、套环定位台直径；d50、套环内径；H60、短垫块高度；D60、短垫块直径；H70、长垫块高度；D70、长垫块直径。
具体实施方式
实施例1：本发明公开了一种锥形盲孔锻件的成型模具及其成型方法，如图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12所示，锥形盲孔锻件的成型模具包括锥形凹模2、制坯冲子3、定位冲子4、成型冲子5、套环6、短垫块7、长垫块8共七个部件。
如图2所示，所述锥形凹模2用于成型锥形盲孔锻件外锥面。锥形凹模内部有型腔，型腔为通孔，型腔形状由锥形盲孔锻件外锥面形状决定，型腔上端为直径d10和高度h11的通孔，型腔下端为直径d11和高度h12的通孔。
如图3、9所示，所述制坯冲子3用于冲孔前进行镦粗预制坯。制坯冲子高度H20为400mm～600mm，制坯冲子下端直径D21，制坯冲子上端直径D20，D21＜D20，D21=d10-（15mm～25mm）。图中9为制坯后坯料。
如图4、10所示，所述定位冲子4在预制坯上压制定位孔，定位孔用于成型冲子定位。图中10为压定位孔后坯料；定位冲子高度H30，定位冲子上端带有直径D30和高度H32的直线段，D30=D40，H32=H42=H52+（200mm～300mm）。定位冲子下端高度H31部分的形状由成型冲子下端形状决定，横截面尺寸为成型冲子横截面尺寸加3mm～5mm,底部直径D31=D41+(3mm～5mm)。
如图5、11所示，所述成型冲子5用于模锻成型锥形盲孔锻件。成型冲子高度H40，成型冲子下端高度H41部分的形状由锥形盲孔锻件内孔形状决定，成型冲子上端带有直径D40和高度H42的直线段，D40尺寸由锥形盲孔锻件内孔最大直径决定，H42=H52+（200mm～300mm）。
如图6、10、11所示，所述套环6用于定位冲子和成型冲子工作时导向。套环高度H50,套环内部为通孔，通孔直径d50,d50=D40+（2mm～3mm)。套环上端带有直径D50和高度H52的直线段，D50=d50+（200mm～300mm），D50＜D10。套环下端带有直径D51和高度H51的定位台，D51=d10-（2mm～3mm)，H51=h11。
如图7、11所示，所述短垫块7用于锥形盲孔锻件成型时在下端对坯料进行限位，防止坯料向下孔走料过多。短垫块7放置于锥形凹模2的型腔下端通孔内，短垫块7为直径D60和高度H60的圆钢，D60=d11-（2mm～3mm)，H60=h12。
如图8、12所示，所述长垫块8用于锥形盲孔锻件模锻成型后使锻件与锥形凹模分离。长垫块为直径D70和高度H70的圆钢，D70=D60，H70=H60+150mm～200mm。
锥形盲孔锻件模锻成型进行如下操作：
所述锥形盲孔锻件的坯料为模铸圆锭或电渣圆锭或连铸圆坯或锻造圆钢。在锻造生产时将坯料加热至塑性变形温度，同时对成型模具进行预热，预热温度控制在300℃±50℃。将加热至塑性变形温度的坯料从加热炉中取出，放置在锻造平台上，采用压机进行镦粗，镦粗变形量50mm，镦粗时坯料表面氧化皮自然开裂，镦粗过程中采用高压水枪使开裂的氧化皮脱落去除。在锥形凹模型腔涂抹石墨润滑剂，将已去除氧化皮的坯料放置在锥形凹模型腔中，然后对坯料进行立料找正，保证坯料不偏斜。采用制坯冲子进行镦粗预制坯，镦粗过程制坯冲子进入锥形凹模型腔内深度150mm。预制坯完成后去除制坯冲子，将套环放置在锥形凹模型腔上端，然后在预制坯中心位置加碳粉，碳粉加完后立即放入定位冲子，采用压机将定位冲子压至定位冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm。取出定位冲子，在定位孔中加入碳粉，碳粉加完后立即放入成型冲子，采用压机将成型冲子压至成型冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm。取出成型冲子和套环，锻造操纵机夹持锥形凹模翻转180°将锥形盲孔锻件倒出。当锻件无法直接从凹模中倒出时，将已翻转180°的带锻件锥形凹模置于地面，将长垫块放置于锥形凹模小孔端将锻件冲出。完成锥形盲孔锻件模锻成型。
图1显示了锥形盲孔锻件成品形状。
图2至图8显示了锥形盲孔锻件的成型模具结构。
图9至图12显示了锥形盲孔锻件预制坯、压定位孔、模锻成型、锻件脱模的过程。
Claims (9)
1.一种锥形盲孔锻件的成型模具，其特征在于：锥形盲孔锻件的成型模具包括锥形凹模（2）、制坯冲子（3）、定位冲子（4）、成型冲子（5）、套环（6）、短垫块（7）、长垫块（8）；
所述锥形凹模（2）用于成型锥形盲孔锻件外锥面，锥形凹模内部有型腔，型腔为通孔，型腔形状由锥形盲孔锻件外锥面形状决定，型腔上端为直径d10和高度h11的通孔，型腔下端为直径d11和高度h12的通孔；
所述制坯冲子（3）用于冲孔前进行镦粗预制坯，制坯冲子高度H20为400mm～600mm，制坯冲子下端直径D21，制坯冲子上端直径D20，D21＜D20，D21=d10-（15mm～25mm）；
所述定位冲子（4）在预制坯上压制定位孔，定位孔用于成型冲子定位；定位冲子高度H30，定位冲子上端带有直径D30和高度H32的直线段，D30=D40，H32=H42=H52+（200mm～300mm）；定位冲子的下端高度H31部分的形状由成型冲子下端形状决定，横截面尺寸为成型冲子横截面尺寸加3mm～5mm,底部直径D31=D41+(3mm～5mm)；
所述成型冲子（5）用于模锻成型锥形盲孔锻件，成型冲子高度H40，成型冲子下端高度H41部分的形状由锥形盲孔锻件内孔形状决定，成型冲子上端带有直径D40和高度H42的直线段，D40尺寸由锥形盲孔锻件内孔最大直径决定，H42=H52+（200mm～300mm）；
所述套环（6）用于定位冲子和成型冲子工作时导向，套环高度H50,套环内部为通孔，通孔直径d50,d50=D40+（2mm～3mm)；套环上端带有直径D50和高度H52的直线段，D50=d50+（200mm～300mm），D50＜D10，套环下端带有直径D51和高度H51的定位台，D51=d10-（2mm～3mm)，H51=h11；
所述短垫块（7）用于锥形盲孔锻件成型时在下端对坯料进行限位，防止坯料向下孔走料过多，短垫块放置于锥形凹模型腔下端通孔内，短垫块为直径D60和高度H60的圆钢，D60=d11-（2mm～3mm)，H60=h12；
所述长垫块（8）用于锥形盲孔锻件模锻成型后使锻件与锥形凹模分离，长垫块为直径D70和高度H70的圆钢，D70=D60，H70=H60+150mm～200mm。
2.一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：采用锥形盲孔锻件的成型模具进行成型，成型模具包括锥形凹模、制坯冲子、定位冲子、成型冲子、套环、短垫块、长垫块，采用该成型模具制备锥形盲孔锻件的成型方法包括以下步骤：
步骤1）、加热：将坯料加热至塑性变形温度；将成型模具预热至250℃～400℃；
步骤2）、去氧化皮：将加热至塑性变形温度的坯料放置在锻造平台上，采用压机进行镦粗，镦粗变形量不超过100mm，通过镦粗使坯料发生塑性变形，表面氧化皮自然开裂，镦粗过程中采用高压水枪使开裂的氧化皮脱落去除；
步骤3）、预制坯：在锥形凹模型腔涂抹石墨润滑剂，将已去除氧化皮的坯料放置在锥形凹模型腔中，然后对坯料进行立料找正，保证坯料不偏斜；采用制坯冲子进行镦粗预制坯，镦粗过程制坯冲子进入锥形凹模型腔内深度120mm～180mm；
步骤4）、压定位孔：放入套环，采用定位冲子对坯料压定位孔，预制坯完成后去除制坯冲子，将套环放置在锥形凹模型腔上端，然后在预制坯中心位置加碳粉，碳粉加完后立即放入定位冲子，采用压机将定位冲子压至定位冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm；
步骤5）、模锻成型：取出定位冲子，采用成型冲子模锻成型，定位孔压成型后，取出定位冲子，在定位孔中加入碳粉，碳粉加完后立即放入成型冲子，采用压机将成型冲子压至成型冲子上平面距离套环上平面200mm～300mm；
步骤6）、锻件脱模：取出成型冲子和套环，锻造操纵机夹持锥形凹模翻转180°将锥形盲孔锻件倒出，当锻件无法直接从凹模中倒出时，将已翻转180°的带锻件锥形凹模置于地面，将长垫块放置于锥形凹模小孔端将锻件冲出，完成锥形盲孔锻件模锻成型。
3.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：锥形凹模内部有型腔，型腔为通孔，型腔形状由锥形盲孔锻件外锥面形状决定，型腔上端为直径d10和高度h11的通孔，型腔下端为直径d11高度h12的通孔。
4.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：制坯冲子高度H20为400mm～600mm，制坯冲子下端直径D21，制坯冲子上端直径D20，D21＜D20，D21=d10-（15mm～25mm）。
5.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：定位冲子上端带有直径D30和高度H32的直线段，D30=D40，H32=H42=H52+（200mm～300mm），定位冲子下端高度H31部分的形状由成型冲子下端形状决定，横截面尺寸为成型冲子横截面尺寸加3mm～5mm,底部直径D31=D41+（3mm～5mm）。
6.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：成型冲子下端高度H41部分的形状由锥形盲孔锻件内孔形状决定，成型冲子上端带有直径D40和高度H42的直线段，D40尺寸由锥形盲孔锻件内孔最大直径决定，H42=H52+（200mm～300mm）。
7.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：套环内部为通孔，通孔直径d50,d50=D40+（2mm～3mm)，套环上端带有直径D50和高度H52的直线段，D50=d50+（200mm～300mm），D50＜D10，套环下端带有直径D51和高度H51的定位台，D51=d10-（2mm～3mm)，H51=h11。
8.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：短垫块为直径D60和高度H60的圆钢，D60=d11-（2mm～3mm)，H60=h12。
9.如权利要求2所述的一种锥形盲孔锻件的成型方法，其特征在于：长垫块为直径D70和高度H70的圆钢，D70=D60，H70=H60+150mm～200mm。
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