CN114985500A - 连续挤锻复合成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续挤锻复合成形装置及方法，连续挤锻复合成形装置包括凸模、挤压筒、挤压模芯、浮动下模、弹性组件、下模组件及顶杆，凸模可滑移置于挤压筒的第一型腔内，第一型腔用于盛放料坯，挤压模芯安装在第一型腔的底端，其上开设有挤压通孔，挤压筒的底端开设有与挤压通孔连通的第一通道；浮动下模与下模组件的第二型腔可滑移连接，且浮动下模通过弹性组件与第二型腔的底端连接，浮动下模上开设有第二通道，顶杆可升降安装在下模组件上，且顶杆的顶端能够与第二通道可滑移连接。本发明通过挤压料坯成型，将传统的多步复杂成形工序化繁为简，解决了传统多火次分别成形盘体和杆部区域导致的组织一致性差、材料利用率和生产效率低等问题。

Description

连续挤锻复合成形装置及方法

技术领域

本发明涉及热加工技术领域，尤其是涉及一种连续挤锻复合成形装置及方法。

背景技术

航空发动机中，盘与轴采用螺栓连接的方式不仅增加了发动机重量，也容易出现盘片变形、螺纹副损伤以及螺栓预紧精度低等问题，进而增加核心机转子发生碰磨的风险，最终导致盘轴构件的可靠性和稳定性差，因此，盘轴一体结构零件已成为先进航空发动机转子结构设计的必然选择。

航空发动机盘轴一体结构零件是包含盘类零件和轴颈类零件双重整体结构特征的复杂结构零件。

目前，国内针对盘轴一体结构零件多采用分步成形工艺，其中，盘件部分多采用自由锻、模锻或轴向闭式辗压等技术，长轴部分一般采用自由锻造或热挤压成形。不同火次分别成形零件盘体和杆部，必然会出现部分区域因“空烧”或小变形而出现组织晶粒不均匀的问题，另外，这些传统制备工艺路线长，生产周期长，工艺复杂，生产过程中无法一火完成成形。制坯过程中需要对毛坯进行多次打磨修伤加工，导致材料利用率降低，而且多火次成形不仅对过程控制带来了严重挑战，而且合金纤维(流线)不易保证、产品质量一致性差。

这类构件使用材料多为高温合金或者钛合金等难变形合金材料，高合金化导致材料热加工性能变差，工艺窗口狭窄，常规铸锻开坯和成形过程中料坯易开裂，难以完成细晶料坯的大变形量开坯和锻件成形。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种连续挤锻复合成形装置，能够解决传统多火次分别成形盘体和杆部区域导致的组织一致性差、材料利用率和生产效率低等问题。

本发明的第二个目的是提供一种连续挤锻复合成形方法。

为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：

一种连续挤锻复合成形装置，包括凸模、挤压筒、挤压模芯、浮动下模、弹性组件、下模组件及顶杆；

所述凸模可滑移置于所述挤压筒的第一型腔内，所述第一型腔用于盛放料坯，所述挤压模芯安装在所述第一型腔的底端，所述挤压模芯上开设有挤压通孔，所述挤压筒的底端开设有与所述挤压通孔连通的第一通道；

所述浮动下模与所述下模组件的第二型腔可滑移连接，且所述浮动下模通过所述弹性组件与所述第二型腔的底端连接，所述挤压筒安装在所述下模组件的顶端，以限位抵接所述浮动下模的顶端，所述浮动下模上开设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通，且所述第二通道的直径小于所述第一通道的直径，所述顶杆可升降安装在所述下模组件上，且所述顶杆的顶端能够与所述第二通道可滑移连接；

当所述浮动下模与所述第二型腔的底壁抵接时，所述第二型腔、所述凸模、所述挤压模芯、所述浮动下模及所述顶杆的顶端能够围设为与待成型零件的形状契合的成型腔，所述凸模能够下压所述料坯至所述成型腔内。

在一个具体的实施方案中，所述凸模的下压速率可调；

在初始挤压阶段挤压所述料坯时，所述凸模的下压速率为第一速率值；

待挤出所述料坯的头部与所述顶杆接触后，将所述凸模的下压速率减小为第二速率值；

待所述料坯与所述浮动下模的型腔内壁完全接触后，所述凸模的下压速率为第三速率值；

所述第一速率值大于所述第二速率值，所述第二速率值大于所述第三速率值。

在另一个具体的实施方案中，所述连续挤锻复合成形装置还包括玻璃垫及工艺料垫；

所述工艺料垫及所述玻璃垫依次设置在所述凸模及所述料坯之间，当所述料坯被完全挤压到所述成型腔内时，所述玻璃垫及所述工艺料垫填充在所述凸模的底端、所述挤压模芯及所述成型腔的顶端围设的空间内。

在另一个具体的实施方案中，所述挤压模芯的顶端开设有与所述挤压通孔的顶端连通且同轴心的第一锥形孔，所述挤压模芯的底端开设有与所述挤压通孔的底端连通且同轴心的第二锥形孔；

和/或

所述凸模包括凸模主体和设置在所述凸模主体的底端的挤压钢垫，所述挤压钢垫与所述第一型腔可滑移连接，用于挤压所述料坯；

和/或

所述下模组件包括下模外套、下模块及下模座；

所述下模外套和所述下模块均安装在所述下模座上，且所述下模块套装在所述下模外套内，所述顶杆可滑移穿过所述下模座及所述下模块，所述弹性组件的底端与所述下模块连接。

在另一个具体的实施方案中，所述下模组件还包括垫环，所述垫环设置在所述下模块上，且套装在所述顶杆外。

在另一个具体的实施方案中，所述弹性组件包括螺杆及压缩弹簧；

所述下模块的底端开设有第一凹槽，所述螺杆的螺帽卡在所述第一凹槽的槽底，所述螺杆穿过所述下模块，且与所述浮动下模连接，所述压缩弹簧套设在所述螺杆外，且两端分别与所述浮动下模及所述下模块抵接。

在另一个具体的实施方案中，所述下模块的顶端开设有第二凹槽，所述压缩弹簧的底端与所述第二凹槽的底端抵接，且当所述浮动下模与所述下模块抵接时，所述压缩弹簧完全容纳于所述第二凹槽内。

在另一个具体的实施方案中，所述工艺料垫为不锈钢制成的垫；

和/或

所述玻璃垫为所述玻璃粉润滑剂制成的垫；

和/或

所述第一通道的直径与所述第二通道的直径差大于或者等于20mm；

和/或

所述压缩弹簧的初始回复力为所述凸模初始挤压突破力的1/3～2/3；

和/或

所述挤压筒的内壁涂覆有第一润滑剂层；

和/或

所述料坯的外壁涂覆有第二润滑剂层。

根据本发明的各个实施方案可以根据需要任意组合，这些组合之后所得的实施方案也在本发明范围内，是本发明具体实施方式的一部分。

为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：

一种连续挤锻复合成形方法，包括：

步骤S1：提供如上述中任意一项所述的连续挤锻复合成形装置；

步骤S2：将涂覆润滑剂的料坯加热到第一预设温度并保温第一预设时间；

步骤S3：将所述挤压筒进行加热到第二预设温度并保温，在所述料坯保温结束后，将所述挤压筒安装到所述连续挤锻复合成形装置上；

步骤S4：将热透后的所述料坯迅速转移到经预热且喷涂石墨润滑剂的所述挤压筒内，并开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形，从所述挤压模芯挤出的棒坯的底端与所述顶杆接触后，继续施压，使所述料坯发生镦粗变形，继续驱动所述凸模下行，所述料坯被鐓粗至充满整个所述第一型腔并反作用于所述浮动下模，金属轴向流动变形抗力不断增大，利用所述第一通道与所述第二通道之间的型腔截面压力差迫使所述弹性组件被压缩，所述浮动下模向下滑动同时与所述挤压筒的底端之间形成盘体型腔，驱动所述凸模继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出待成形零件的盘体部分；

步骤S5：挤压完成后抬起所述凸模，通过所述顶杆将所述挤压筒、所述挤压模芯和挤压成型后的零件一起取下。

在一个具体的实施方案中，所述步骤S4中开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形具体包括：在初始挤压阶段挤压所述料坯时，设置所述凸模的下压速率为第一速率值，待挤出所述料坯的头部与所述顶杆接触后，将所述凸模的下压速率减小为第二速率值进行鐓粗变形，待所述料坯与所述浮动下模的型腔内壁完全接触后将所述凸模的下压速率减小为第三速率值，完成所述盘体部分成形；

和/或

所述步骤S4中将所述料坯转移所述挤压筒之后及开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形之前还包括：依次在所述料坯的上方放入玻璃垫、工艺料垫及挤压钢垫；

和/或

所述步骤S2中的第一预设时间T＝D×(0.8～1.3)min/mm，D为所述料坯直径；

和/或

所述步骤S2中所述料坯加热前还包括采用不锈钢包套所述料坯；

和/或

所述步骤S5之后还包括步骤S6：对步骤S5获取的零件加工后进行热处理强。

本发明提供的连续挤锻复合成形装置，使用时，将料坯和挤压筒分别进行加热，并将热透的料坯放入挤压筒内，再将挤压筒安装至连续挤锻复合成形装置上，驱动凸模下移，以挤压料坯，料坯挤压变形，从挤压模芯挤出的棒坯的底端与顶杆接触后，继续施压，使料坯发生镦粗变形，继续驱动凸模下行，料坯被鐓粗至充满整个第一型腔并反作用于浮动下模，金属轴向流动变形抗力不断增大，利用第一通道与第二通道之间的型腔截面压力差迫使弹性组件被压缩，浮动下模向下滑动同时与挤压筒的底端之间形成盘体型腔，驱动凸模继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出待成形零件的盘体部分，挤压完成后抬起凸模，通过顶杆将挤压筒、挤压模芯和挤压成型后的零件一起取下。

本发明通过挤压料坯成型，将传统的多步复杂成形工序化繁为简，通过挤压制坯、杆部鐓粗及盘体锻造一火次成形出盘轴一体结构锻件毛坯，金属流线顺畅连续，减少了传统成形工艺中的加热次数和成形工序，提高了显微组织的控制能力和产品一致性，缩短了生产周期，降低了制造成本。鐓粗过程中，浮动凹模对挤出后的料坯有径向约束作用，从而可以增大料坯在鐓粗过程中的变形量，有利于获得均匀细小的变形组织，而且通过浮动凹模实现柔性背压，可满足多品种产品的生产和快速投产需求。

本发明解决了传统多火次分别成形盘体和杆部区域导致的组织一致性差、材料利用率和生产效率低等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出新颖性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的连续挤锻复合成形装置放入料坯时的剖视结构示意图；

图2为本发明提供的连续挤锻复合成形装置启动挤压料坯至尚未接触到顶杆时的剖视结构示意图；

图3为本发明提供的连续挤锻复合成形装置启动挤压料坯至接触到顶杆时的剖视结构示意图；

图4为本发明提供的连续挤锻复合成形装置启动挤压料坯至尚未进入浮动下模的顶端时的剖视结构示意图；

图5为本发明提供的连续挤锻复合成形装置启动挤压料坯至进入浮动下模的顶端时的剖视结构示意图；

图6为本发明提供的连续挤锻复合成形装置启动挤压料坯至完成时的剖视结构示意图；

图7为本发明加工出的成品的结构示意图。

其中，图1-图7中：

连续挤锻复合成形装置1000、凸模100、挤压筒200、挤压模芯300、浮动下模400、弹性组件500、下模组件600、顶杆700、第一型腔201、料坯2000、挤压通孔301、第一通道202、第二型腔601、第二通道401、玻璃垫800、工艺料垫900、第一锥形孔302、第二锥形孔303、挤压钢垫102、下模外套602、下模块603、下模座604、垫环605、螺杆501、压缩弹簧502、第一凹槽603a、第二凹槽603b、上模座103。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-图7，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶面”、“底面”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本发明第一方面提供了连续挤锻复合成形装置1000，以解决传统多火次分别成形盘体和杆部区域导致的组织一致性差、材料利用率和生产效率低等问题。

连续挤锻复合成形装置1000包括凸模100、挤压筒200、挤压模芯300、浮动下模400、弹性组件500、下模组件600及顶杆700。

具体地，凸模100、挤压筒200、挤压模芯300、浮动下模400、下模组件600及顶杆700均同轴心设置。

挤压筒200具有第一型腔201，凸模100可滑移置于挤压筒200的第一型腔201内，即凸模100能够沿着第一型腔201上下滑移。

为了便于料坯2000在挤压筒200内的挤压变形，本发明公开了挤压筒200的内壁涂覆有第一润滑剂层，料坯2000的外壁涂覆有第二润滑剂层。需要说明的是，第一润滑剂层及第二润滑剂层可以分别为喷涂石墨润滑剂形成的包覆层。

第一型腔201用于盛放料坯2000，需要说明的是，料坯2000为合金锭坯，具体可以是未经开坯变形的冶炼钢锭或开坯变形后的棒材等。本实施例中以料坯2000为合金锭坯为例，合金锭坯采用的正挤压的挤压比为3:1～10:1。

挤压模芯300安装在第一型腔201的底端，挤压模芯300上开设有挤压通孔301，挤压筒200的底端开设有与挤压通孔301连通的第一通道202，具体地，挤压通孔301与挤压模芯300同轴心设置，第一通道202与挤压筒200同轴心设置，即第一通道202与挤压通孔301同轴心设置，以实现料坯2000通过挤压通孔301进入第一通道202的均匀性。

浮动下模400与下模组件600的第二型腔601可滑移连接，具体地，浮动下模400与第二型腔601的配合为间隙配合。

浮动下模400通过弹性组件500与第二型腔601的底端连接，挤压筒200安装在下模组件600的顶端，以限位抵接浮动下模400的顶端。具体地，弹性组件500的个数不限，至少为2个，且环绕下模组件600的轴心线均布。

浮动下模400上开设有第二通道401，第二通道401与第一通道202连通，且第二通道401的直径小于第一通道202的直径，具体地，本发明公开了第一通道202的直径与第二通道401的直径差大于或者等于20mm。需要说明的是，第一通道202和第二通道401的直径差不限于上述范围值，具体根据需要进行设定。

顶杆700可升降安装在下模组件600上，且顶杆700的顶端能够与第二通道401可滑移连接。

当浮动下模400与第二型腔601的底壁抵接时，第二型腔601、凸模100、挤压模芯300、浮动下模400及顶杆700的顶端能够围设为与待成型零件的形状契合的成型腔，凸模100能够下压料坯2000至成型腔内。

本发明提供的连续挤锻复合成形装置1000，使用时，如图1-图6所示，将料坯2000和挤压筒200分别进行加热，并将热透的料坯2000放入挤压筒200内，再将挤压筒200安装至连续挤锻复合成形装置1000上，驱动凸模100下移，以挤压料坯2000，料坯2000挤压变形，从挤压模芯300挤出的棒坯的底端与顶杆700接触后，继续施压，使料坯2000发生镦粗变形，继续驱动凸模100下行，料坯2000被鐓粗至充满整个第一型腔201并反作用于浮动下模400，金属轴向流动变形抗力不断增大，利用第一通道202与第二通道401之间的型腔截面压力差迫使弹性组件500被压缩，浮动下模400向下滑动同时与挤压筒200的底端之间形成盘体型腔，驱动凸模100继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出待成形零件的盘体部分，挤压完成后抬起凸模100，通过顶杆700将挤压筒200、挤压模芯300和挤压成型后的零件一起取下，成型后的成品零件如图7所示。

本发明通过挤压料坯2000成型，将传统的多步复杂成形工序化繁为简，通过挤压制坯、杆部鐓粗及盘体锻造一火次成形出盘轴一体结构锻件毛坯，金属流线顺畅连续，减少了传统成形工艺中的加热次数和成形工序，提高了显微组织的控制能力和产品一致性，缩短了生产周期，降低了制造成本。鐓粗过程中，浮动凹模对挤出后的料坯2000有径向约束作用，从而可以鐓粗高径比超过细长棒坯，进一步增大料坯2000在鐓粗过程中的变形量，有利于获得均匀细小的变形组织，而且通过浮动凹模实现柔性背压，可满足多品种产品的生产和快速投产需求。

本发明解决了传统多火次分别成形盘体和杆部区域导致的组织一致性差、材料利用率和生产效率低等问题。

在一些实施例中，凸模100的下压速率可调，具体地，凸模100固定在上模座103上。

在初始挤压阶段挤压料坯2000时，凸模100的下压速率为第一速率值；待挤出料坯2000的头部与顶杆700接触后，将凸模100的下压速率减小为第二速率值；待料坯2000与浮动下模400的型腔内壁完全接触后，凸模100的下压速率为第三速率值；第一速率值大于第二速率值，第二速率值大于第三速率值。

具体地，第一速率值大于或者等于10mm/s，且小于或者等于100mm/s，第二速率值大于或者等于1mm/s，且小于或者等于10mm/s，第三速率值大于或者等于0.01mm/s，且小于或者等于1mm/s。

需要说明的是，第一速率值、第二速率值及第三速率值不限于为上述范围值，也可以设置为上述范围值之外的值，具体根据需要进行设定。

本发明通过在成形过程中采用分段控速，即初始挤压阶段和鐓粗变形阶段采用快速成形可以防止料坯2000温度下降速度太快导致料坯2000开裂，最后盘体成形阶段采用慢速成形有利于使快速挤压完成后未发生完全动态再结晶的合金晶粒在慢速变形过程中有充足时间完成充分的亚动态和静态再结晶，从而获得晶粒均匀细小的盘轴一体锻件毛坯。

在一些实施例中，连续挤锻复合成形装置1000还包括玻璃垫800及工艺料垫900，具体地，工艺料垫900及玻璃垫800依次设置在凸模100及料坯2000之间，当料坯2000被完全挤压到成型腔内时，玻璃垫800及工艺料垫900填充在凸模100的底端、挤压模芯300及成型腔的顶端围设的空间内。

具体地，本发明公开了工艺料垫900为不锈钢制成的垫，玻璃垫800为玻璃粉润滑剂制成的垫。

本发明通过在料坯2000及工艺料垫900之间放置玻璃粉润滑剂制作的玻璃垫800，防止了挤压结束后两种合金出现“焊合”。

进一步地，本发明公开了挤压模芯300的顶端开设有与挤压通孔301的顶端连通且同轴心的第一锥形孔302，挤压模芯300的底端开设有与挤压通孔301的底端连通且同轴心的第二锥形孔303，第一锥形孔302和第二锥形孔303的设置给料坯2000进出挤压通孔301提供了导向。

为了避免第二锥形孔303出来的料坯2000对挤压筒200产生轴向作用力，本发明公开了第二锥形孔303与第一通道202连通处的直径与第一通道202的直径相同。

在一些实施例中，凸模100包括凸模100主体和设置在凸模100主体的底端的挤压钢垫102，挤压钢垫102与第一型腔201可滑移连接，用于挤压料坯2000。

在一些实施例中，下模组件600包括下模外套602、下模块603及下模座604，下模外套602和下模块603均安装在下模座604上，且下模块603套装在下模外套602内，顶杆700可滑移穿过下模座604机下模块603，弹性组件500的底端与下模块603连接。

进一步地，本发明公开了下模组件600还包括垫环605，垫环605设置在下模块603上，且套装在顶杆700外。垫环605能够调整浮动下模400与挤压筒200之间的型腔高度H，可以满足不同盘缘厚度尺寸的盘轴一体构件制造需求。

在一些实施例中，弹性组件500包括螺杆501及压缩弹簧502，下模块603的底端开设有第一凹槽603a，螺杆501的螺帽卡在第一凹槽603a的槽底，螺杆501穿过下模块603，且与浮动下模400连接，压缩弹簧502套设在螺杆501外，且两端分别与浮动下模400及下模块603抵接。

进一步地，本发明公开了压缩弹簧502的初始回复力为凸模100初始挤压突破力的1/3～2/3。需要说明的是，压缩弹簧502的初始回复力是指连续挤锻复合成形装置1000装配完成，且凸模100尚未下移时的回复力。凸模100初始挤压突破力是指凸模100下压料坯2000发生下移时所需的初始力。

更进一步地，本发明公开了下模块603的顶端开设有第二凹槽603b，压缩弹簧502的底端与第二凹槽603b的底端抵接，且当浮动下模400与下模块603抵接时，压缩弹簧502完全容纳于第二凹槽603b内，避免了压缩弹簧502被压坏。

本发明第二方面提供了一种连续挤锻复合成形方法，包括：

步骤S1：提供如上述中任意一项实施例中的连续挤锻复合成形装置1000。

步骤S2：将涂覆润滑剂的料坯2000加热到第一预设温度并保温第一预设时间。

具体地，将涂覆润滑剂的料坯2000放入电阻加热炉进行加热，第一预设时间T＝D×(0.8～1.3)min/mm，D为料坯2000直径。

为了减少挤压和变形过程中的温降，提高合金塑性，本发明公开了料坯2000加热前还包括采用不锈钢包套料坯2000，待锻件成形后再加工去除。

需要说明的是，第一预设温度为根据需要设定的温度值。

步骤S3：将挤压筒200进行加热到第二预设温度并保温，在料坯2000保温结束后，将挤压筒200安装到连续挤锻复合成形装置1000上。

具体地，将挤压筒200放入电阻加热炉中预热并保温，第二预设温度为300℃～400℃。

步骤S4：将热透后的料坯2000迅速转移到经预热且喷涂石墨润滑剂的挤压筒200内，并开动凸模100对料坯2000进行挤压变形，从挤压模芯300挤出的棒坯的底端与顶杆700接触后，继续施压，使料坯2000发生镦粗变形，继续驱动凸模100下行，料坯2000被鐓粗至充满整个第一型腔201并反作用于浮动下模400，金属轴向流动变形抗力不断增大，利用第一通道202与第二通道401之间的型腔截面压力差迫使弹性组件500被压缩，浮动下模400向下滑动同时与挤压筒200的底端之间形成盘体型腔，驱动凸模100继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出待成形零件的盘体部分。

具体地，开动凸模100对料坯2000进行挤压变形具体包括：在初始挤压阶段挤压料坯2000时，设置凸模100的下压速率为第一速率值，待挤出料坯2000的头部与顶杆700接触后，将凸模100的下压速率减小为第二速率值进行鐓粗变形，待料坯2000与浮动下模400的型腔内壁完全接触后将凸模100的下压速率减小为第三速率值，完成盘体部分成形。即在成形过程中采用分段控速，即初始挤压阶段和鐓粗变形阶段采用快速成形可以防止料坯2000温度下降速度太快导致料坯2000开裂，最后盘体成形阶段采用慢速成形有利于使快速挤压完成后未发生完全动态再结晶的合金晶粒在慢速变形过程中有充足时间完成充分的亚动态和静态再结晶，从而获得晶粒均匀细小的盘轴一体锻件毛坯。

进一步地，本发明公开了将料坯2000转移挤压筒200之后及开动凸模100对料坯2000进行挤压变形之前还包括：依次在料坯2000的上方放入玻璃垫800、工艺料垫900及挤压钢垫102。本发明通过在料坯2000及工艺料垫900之间放置玻璃粉润滑剂制作的玻璃垫800，防止了挤压结束后两种合金出现“焊合”。

步骤S5：挤压完成后抬起凸模100，通过顶杆700将挤压筒200、挤压模芯300和挤压成型后的零件一起取下。

进一步地，本发明公开了步骤S5之后还包括步骤S6：对步骤S5获取的零件加工后进行热处理强化。

实施例一

本实施例中，以浮动下模400与挤压筒200之间的型腔高度H为65mm，浮动下模400与下模外套602的单边间隙为0.6mm，第一通道202的直径为370mm，第二通道401的直径为300mm，料坯2000为GH4169合金锭坯为例。

连续挤锻复合成形方法包括：

步骤A1：将涂覆润滑剂的GH4169合金锭坯放入电阻加热炉进行1050℃±10℃加热并保温，保温时间T＝D×(0.8～1.3)min/mm，D为料坯2000直径；

步骤A2：将挤压筒200放入电阻加热炉中预热到360℃并保温，待GH4169合金锭坯保温结束后将挤压筒200安装到下模组件600上；

步骤A3：热透后的GH4169合金锭坯迅速转移到经预热且喷涂石墨润滑剂的挤压筒200内，随后依次放入玻璃垫800、工艺料垫900、挤压钢垫102并开动凸模100对其进行挤压变形，凸模100压下速度设定为60mm/s，从挤压模芯300率先挤出的GH4169合金棒坯头部与顶杆700接触后，凸模100压下速度调整为5mm/s继续施压，使料坯2000发生镦粗变形；

步骤A4：凸模100继续下行，料坯2000被鐓粗至充满整个型腔并反作用于浮动下模400，金属轴向流动变形抗力不断增大，凸模100压下速度调整为0.5mm/s，利用第一通道202与第二通道401之间的型腔截面压力差迫使压缩弹簧502被压缩，浮动下模400向下滑动同时与挤压筒200的底端端面之间形成盘体型腔，凸模100继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出构件的盘体部分；

步骤A5：挤压完成后抬起凸模100，通过机械装置和顶杆700的顶出作用将挤压筒200、挤压模芯300和盘轴一体毛坯锻件一起取下，获得GH4169合金盘轴一体锻件毛坯；

步骤A6：对GH4169合金盘轴一体锻件毛坯加工后进行固溶及时效热处理。

实施例二

本实施例中，以浮动下模400与挤压筒200之间的型腔高度H为65mm，浮动下模400与下模外套602的单边间隙为0.6mm，第一通道202的直径为340mm，第二通道401的直径为270mm，料坯2000为开坯变形后的TC17钛合金棒坯为例。

连续挤锻复合成形方法包括：

步骤B1：经开坯变形后的TC17钛合金棒坯涂覆润滑剂，放入电阻加热炉在相变点以上10℃加热并保温，保温时间T_保温时间＝D×1.0min/mm，D为料坯2000直径；

步骤B2：将挤压筒200放入电阻加热炉中预热到380℃并保温，待棒坯保温结束后将挤压筒200安装到下模组件600上；

步骤B3：热透后的TC17钛合金棒坯迅速转移到经预热且喷涂石墨润滑剂的挤压筒200内，随后依次放入玻璃垫800、不锈钢工艺料垫900、挤压钢垫102并开动凸模100对其进行挤压变形，凸模100压下速度设定为30mm/s，从挤压模芯300率先挤出的TC17钛合金棒坯头部与顶杆700接触后，凸模100压下速度调整为3mm/s继续施压，使料坯2000发生镦粗变形；

步骤B4：凸模100继续下行，料坯2000被鐓粗至充满整个型腔并反作用于浮动下模400，金属轴向流动变形抗力不断增大，凸模100压下速度调整为0.8mm/s，利用第一通道202第二通道401之间的型腔截面压力差迫使压缩弹簧502被压缩，浮动下模400向下滑动同时与挤压筒200的底端端面之间形成盘体型腔，凸模100继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出构件的盘体部分；

步骤B5：挤压完成后抬起凸模100，通过机械装置和顶杆700的顶出作用将挤压筒200、挤压模芯300和盘轴一体毛坯锻件一起取下，获得TC17钛合金盘轴一体锻件毛坯；

步骤B6：对TC17钛合金盘轴一体锻件毛坯加工后进行固溶及时效热处理。

需要说明的是，本文中表示方位的词，例如，上下等均是以图1中的方向进行的设定，仅为了描述的方便，不具有其它特定含义。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种连续挤锻复合成形装置，其特征在于，包括凸模、挤压筒、挤压模芯、浮动下模、弹性组件、下模组件及顶杆；

所述凸模可滑移置于所述挤压筒的第一型腔内，所述第一型腔用于盛放料坯，所述挤压模芯安装在所述第一型腔的底端，所述挤压模芯上开设有挤压通孔，所述挤压筒的底端开设有与所述挤压通孔连通的第一通道；

所述浮动下模与所述下模组件的第二型腔可滑移连接，且所述浮动下模通过所述弹性组件与所述第二型腔的底端连接，所述挤压筒安装在所述下模组件的顶端，以限位抵接所述浮动下模的顶端，所述浮动下模上开设有第二通道，所述第二通道与所述第一通道连通，且所述第二通道的直径小于所述第一通道的直径，所述顶杆可升降安装在所述下模组件上，且所述顶杆的顶端能够与所述第二通道可滑移连接；

当所述浮动下模与所述第二型腔的底壁抵接时，所述第二型腔、所述凸模、所述挤压模芯、所述浮动下模及所述顶杆的顶端能够围设为与待成型零件的形状契合的成型腔，所述凸模能够下压所述料坯至所述成型腔内。

2.根据权利要求1所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述凸模的下压速率可调；

在初始挤压阶段挤压所述料坯时，所述凸模的下压速率为第一速率值；

待挤出所述料坯的头部与所述顶杆接触后，将所述凸模的下压速率减小为第二速率值；

待所述料坯与所述浮动下模的型腔内壁完全接触后，所述凸模的下压速率为第三速率值；

所述第一速率值大于所述第二速率值，所述第二速率值大于所述第三速率值。

3.根据权利要求1或2所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，还包括玻璃垫及工艺料垫；

所述工艺料垫及所述玻璃垫依次设置在所述凸模及所述料坯之间，当所述料坯被完全挤压到所述成型腔内时，所述玻璃垫及所述工艺料垫填充在所述凸模的底端、所述挤压模芯及所述成型腔的顶端围设的空间内。

4.根据权利要求3所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述挤压模芯的顶端开设有与所述挤压通孔的顶端连通且同轴心的第一锥形孔，所述挤压模芯的底端开设有与所述挤压通孔的底端连通且同轴心的第二锥形孔；

和/或

所述凸模包括凸模主体和设置在所述凸模主体的底端的挤压钢垫，所述挤压钢垫与所述第一型腔可滑移连接，用于挤压所述料坯；

和/或

所述下模组件包括下模外套、下模块及下模座；

所述下模外套和所述下模块均安装在所述下模座上，且所述下模块套装在所述下模外套内，所述顶杆可滑移穿过所述下模座及所述下模块，所述弹性组件的底端与所述下模块连接。

5.根据权利要求4所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述下模组件还包括垫环，所述垫环设置在所述下模块上，且套装在所述顶杆外。

6.根据权利要求4所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述弹性组件包括螺杆及压缩弹簧；

所述下模块的底端开设有第一凹槽，所述螺杆的螺帽卡在所述第一凹槽的槽底，所述螺杆穿过所述下模块，且与所述浮动下模连接，所述压缩弹簧套设在所述螺杆外，且两端分别与所述浮动下模及所述下模块抵接。

7.根据权利要求6所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述下模块的顶端开设有第二凹槽，所述压缩弹簧的底端与所述第二凹槽的底端抵接，且当所述浮动下模与所述下模块抵接时，所述压缩弹簧完全容纳于所述第二凹槽内。

8.根据权利要求6所述的连续挤锻复合成形装置，其特征在于，所述工艺料垫为不锈钢制成的垫；

和/或

所述玻璃垫为所述玻璃粉润滑剂制成的垫；

和/或

所述第一通道的直径与所述第二通道的直径差大于或者等于20mm；

和/或

所述压缩弹簧的初始回复力为所述凸模初始挤压突破力的1/3～2/3；

和/或

所述挤压筒的内壁涂覆有第一润滑剂层；

和/或

所述料坯的外壁涂覆有第二润滑剂层。

9.一种连续挤锻复合成形方法，其特征在于，包括：

步骤S1：提供如权利提要求1-8中任意一项所述的连续挤锻复合成形装置；

步骤S2：将涂覆润滑剂的料坯加热到第一预设温度并保温第一预设时间；

步骤S3：将所述挤压筒进行加热到第二预设温度并保温，在所述料坯保温结束后，将所述挤压筒安装到所述连续挤锻复合成形装置上；

步骤S4：将热透后的所述料坯迅速转移到经预热且喷涂石墨润滑剂的所述挤压筒内，并开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形，从所述挤压模芯挤出的棒坯的底端与所述顶杆接触后，继续施压，使所述料坯发生镦粗变形，继续驱动所述凸模下行，所述料坯被鐓粗至充满整个所述第一型腔并反作用于所述浮动下模，金属轴向流动变形抗力不断增大，利用所述第一通道与所述第二通道之间的型腔截面压力差迫使所述弹性组件被压缩，所述浮动下模向下滑动同时与所述挤压筒的底端之间形成盘体型腔，驱动所述凸模继续下行，使金属沿径向均匀流动成形出待成形零件的盘体部分；

步骤S5：挤压完成后抬起所述凸模，通过所述顶杆将所述挤压筒、所述挤压模芯和挤压成型后的零件一起取下。

10.根据权利要求9所述的连续挤锻复合成形方法，其特征在于，所述步骤S4中开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形具体包括：在初始挤压阶段挤压所述料坯时，设置所述凸模的下压速率为第一速率值，待挤出所述料坯的头部与所述顶杆接触后，将所述凸模的下压速率减小为第二速率值进行鐓粗变形，待所述料坯与所述浮动下模的型腔内壁完全接触后将所述凸模的下压速率减小为第三速率值，完成所述盘体部分成形；

和/或

所述步骤S4中将所述料坯转移所述挤压筒之后及开动所述凸模对所述料坯进行挤压变形之前还包括：依次在所述料坯的上方放入玻璃垫、工艺料垫及挤压钢垫；

和/或

所述步骤S2中的第一预设时间T＝D×(0.8～1.3)min/mm，D为所述料坯直径；

和/或

所述步骤S2中所述料坯加热前还包括采用不锈钢包套所述料坯；

和/或

所述步骤S5之后还包括步骤S6：对步骤S5获取的零件加工后进行热处理强化。

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