CN115090807A - 一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置及冲孔方法 - Google Patents

Abstract

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置及冲孔方法，包括设置在液压机上的对中机构、摆臂机构和冲孔模具，对中机构共左右个，左侧对中机构和右侧对中机构分别安装于液压机左右两侧的前后两个立柱中间，对中机构上安装有V形夹头，摆臂机构共左右个，右侧摆臂机构和左侧摆臂机构分别安装于液压机的活动横梁的右侧和左侧，右侧摆臂机构和左侧摆臂机构的自由端可摆动至液压机中心，液压机的上砧底面与冲杆接触连接，右侧摆臂机构上连接的冲杆底端连接有预冲头，左侧摆臂机构上连接的冲杆底端连接有终冲头。采用本装置和方法制备大型铝合金冲孔坯，制坯精度高、无缺陷，终冲后的坯料可直接用于后续马杠扩孔、辗环的生产，铝合金锻环制造的效率大幅提升。

Description

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置及冲孔方法

技术领域

本发明涉及铝合金自由锻造领域，尤其涉及一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置及冲孔方法。

背景技术

大型铝合金锻环在航空航天领域应用广泛，生产工序主要包括原材料改锻、冲孔、马杠扩孔、辗环等，原材料一般为半连续铸造圆铸锭或方铸锭，改锻是通过一定的变形方式与变形量优化原材料内部组织，并将其锻为圆饼状锻坯，冲孔工序则是在锻坯中心部位加工出一定尺寸圆形通孔的冲孔坯，后续通过马杠扩孔获扩孔坯，最终通过辗环工序将扩孔坯轧制成形至最终尺寸，获得锻环产品，如图1所示。

传统冲孔方式为双面冲孔，即利用活动冲头先将圆饼状锻坯一侧冲盲孔，然后从另一侧冲通孔，如图1c所示。但这种冲孔方式存在一些弊病，如冲孔后内孔存在错位、偏心等问题，内孔处材料存在折叠、裂纹等缺陷，上述缺陷的存在影响了锻环后续加工，若缺陷不被及时清除则会遗传至最终锻环产品，造成产品报废。工业生产中常在冲孔工序后将坯料冷却，通过机械加工的方式清除内孔缺陷，如图1c所示，再将坯料重新加热，然后进行后续工序。

因此，这种冲孔方法使锻环热加工的生产连续性受到影响，造成铝合金锻环生产效率较低，不能满足连续性、高效率制造的需求。

发明内容

本发明为解决上述问题提供了大型铝合金锻环制坯的单面分步冲孔装置及冲孔方法，该方法通过预冲、终冲分步冲孔，制备出尺寸精度高、表面质量好、无缺陷的带孔锻坯，且坯料可以从冲头顺利脱离，并直接用于后续马杠扩孔、辗环的生产。

本发明所采取的技术方案：

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，包括设置在液压机上的对中机构、摆臂机构和冲孔模具，对中机构共左右个，左侧对中机构和右侧对中机构分别安装于液压机左右两侧的前后两个立柱中间，对中机构上安装有V形夹头，摆臂机构共左右个，右侧摆臂机构和左侧摆臂机构分别安装于液压机的活动横梁的右侧和左侧，右侧摆臂机构和左侧摆臂机构的自由端可摆动至液压机中心，右侧摆臂机构和左侧摆臂机构的自由端活动套接有冲杆，当右侧摆臂机构和左侧摆臂机构的自由端摆动至液压机中心时，液压机的上砧底面与冲杆顶面接触，右侧摆臂机构上连接的冲杆底端连接有预冲头，左侧摆臂机构上连接的冲杆底端连接有终冲头，冲孔模具为液压机的移动工作台前后两个工位上分别安装的自由锻砧和终冲漏盘。

所述的右侧摆臂机构包括右侧摆杆、右侧承料筒、右侧液压缸和右侧打料盘，右侧承料筒安装在右侧摆杆的自由摆动端，右侧摆杆的另一端转动连接在液压机的活动横梁上，右侧承料筒的外壁上设置右侧液压缸，右侧打料盘连接在右侧液压缸的伸缩端上。

所述的左侧摆臂机构包括左侧摆杆、左侧承料筒、左侧液压缸和左侧打料盘，左侧承料筒安装在左侧摆杆的自由摆动端，左侧摆杆的另一端转动连接在液压机的活动横梁上，左侧承料筒的外壁上设置左侧液压缸，左侧打料盘连接在左侧液压缸的伸缩端上。

所述的冲杆滑动套接在右侧承料筒和左侧承料筒中。

所述的预冲头由圆锥形下部和圆柱形上部一体构成。

所述的终冲头的底部开设有圆槽，使得终冲头底部边缘保留尖角部分，尖角部分的内壁与中轴线的夹角为β，β＝30°～50°。

所述的终冲漏盘包括内终冲漏盘和外终冲漏盘，外终冲漏盘的顶部开设有卡槽，内终冲漏盘连接在外终冲漏盘的卡槽内，内终冲漏盘的中心和外终冲漏盘的中心与底部开设有相互连通的漏料孔。

所述的内终冲漏盘的漏料孔下部逐渐扩径形成扩径部分，扩径部分的孔壁与中心轴的夹角为γ，γ＝5°～10°。

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔方法，利用大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，其步骤为：

S1.原材料加热：将铝合金原材料加热；

S2.第1工位准备：移为第1工位，终冲漏盘5为第2工位；

S3.锻坯制备：将原材料置于自由锻砧上，改锻原材料，最终将坯料锻为圆饼状锻坯，锻坯高度H1＝1.2～1.4H，H为锻环高度；

S4.对中：右侧对中机构左移，左侧对中机构右移，使V形夹头接触锻坯，并将其移至自由锻砧的中心；

S5.预冲：安有预冲头的右侧摆臂机构摆动进入液压机中心，上砧下移至既定位置进行预冲，得到预冲坯；

S6.预冲打料：上砧退回的同时右侧液压缸顶出，驱动右侧打料盘与预冲坯接触，使预冲坯与预冲头分离，然后右侧摆臂机构摆出，完成预冲；

S7.平整：上砧下移至与自由锻砧的距离为H时停止，实现对预冲坯的平整；

S8.转移至第2工位：右侧对中机构左移，左侧对中机构右移，V形夹头夹持住预冲坯，右侧对中机构和左侧对中机构上升，使预冲坯脱离自由锻砧；移动工作台前移，将终冲漏盘转移至液压机中心；对中机构下降，右侧对中机构右移、左侧对中机构左移，将预冲坯放置于终冲漏盘上；

S9.终冲：安有终冲头的左侧摆臂机构摆动进入液压机中心，上砧下移至既定位置进行终冲，然后退回，当上砧退回的同时左侧液压缸顶出，驱动左侧打料盘与终冲坯接触，使终冲坯与终冲头分离；

S10.取料：将终坯从终冲漏盘上取下，将冲孔料从终冲漏盘内移出，完成终冲，得到终冲坯。

本发明的有益效果：本发明采用预冲、终冲单面分步冲孔方式，使得冲孔坯内孔无折叠缺陷；对中机构夹持移料、摆臂装置对正冲孔使得内孔精度高、不偏心、无接痕；预冲头、终冲头、终冲漏盘尺寸的合理配合可保证冲孔后无毛刺；终冲头锋利的尖角部分将内孔切割整齐、无裂纹缺陷。摆臂机构打料盘使冲孔后的坯料顺利与冲头分离，避免坯料“抱死”冲头问题的发生，采用本装置和方法制备大型铝合金冲孔坯，制坯精度高、无缺陷，终冲后的坯料可直接用于后续马杠扩孔、辗环的生产，铝合金锻环制造的效率大幅提升。

附图说明

图1为采用传统冲孔方式铝合金锻环制备流程图。

图2为本发明的冲孔装置示意图。

图3为本发明预冲孔流程示意图。

图4为本发明终冲孔流程示意图。

图5为本发明预冲头结构示意图。

图6为本发明终冲头结构示意图。

图7为本发明内终冲漏盘结构示意图。

其中：1-右侧对中机构；2-右侧摆臂机构；21-右侧摆杆；22-右侧承料筒；23-右侧液压缸；24-右侧打料盘；3-预冲头；31-圆柱形上部；32-圆锥形下部；4-自由锻砧；5-终冲漏盘；51-内终冲漏盘；52-外终冲漏盘；53-漏料孔；54-扩径部分；6-移动工作台；7-左侧对中机构；8-左侧摆臂机构；81-左侧摆杆；82-左侧承料筒；83-左侧液压缸；84-左侧打料盘；9-终冲头；91-尖角部分；10-冲杆；11-锻坯；12-预冲坯；13-终坯；14-冲孔料；15-活动横梁；16-立柱；17-V形夹头；18-上砧。

具体实施方式

实施例1，预冲头3、终冲头9的尺寸根据冲孔尺寸选定。

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，包括设置在液压机上的对中机构、摆臂机构和冲孔模具，对中机构共左右2个，左侧对中机构7和右侧对中机构1分别安装于液压机左右两侧的前后两个立柱16中间，对中机构上安装有V形夹头17，当对中机构内的水平液压缸顶出时，两侧V形夹头17向液压机中心移动并与坯料接触，实现对圆形坯料的夹持作用，对中机构下侧安装有顶出缸，可实现对中机构的升降，摆臂机构共左右2个，右侧摆臂机构2和左侧摆臂机构8分别安装于液压机的活动横梁15的右侧和左侧，右侧摆臂机构2和左侧摆臂机构8的自由端可摆动至液压机中心，右侧摆臂机构2和左侧摆臂机构8的自由端活动套接有冲杆10，当右侧摆臂机构2和左侧摆臂机构8的自由端摆动至液压机中心时，液压机的上砧18底面与冲杆10顶面接触，右侧摆臂机构2上连接的冲杆10底端连接有预冲头3，左侧摆臂机构8上连接的冲杆10底端连接有终冲头9，冲孔模具为液压机的移动工作台6前后两个工位上分别安装的自由锻砧4和终冲漏盘5，自由锻砧4为第1工位，用于改锻原材料，制备圆饼状预锻料，并用于预冲孔。终冲漏盘5所在工位为第2工位，用于进行最终冲孔。

所述的右侧摆臂机构2包括右侧摆杆21、右侧承料筒22、右侧液压缸23和右侧打料盘24，右侧承料筒22安装在右侧摆杆21的自由摆动端，右侧摆杆21的另一端转动连接在液压机的活动横梁15上，右侧承料筒22的外壁上设置右侧液压缸23，右侧打料盘24连接在右侧液压缸23的伸缩端上，右侧摆臂机构2可将右侧承料筒22摆至液压机中心。

所述的左侧摆臂机构8包括左侧摆杆81、左侧承料筒82、左侧液压缸83和左侧打料盘84，左侧承料筒82安装在左侧摆杆81的自由摆动端，左侧摆杆81的另一端转动连接在液压机的活动横梁15上，左侧承料筒82的外壁上设置左侧液压缸83，左侧打料盘84连接在左侧液压缸83的伸缩端上，左侧摆臂机构8可将左侧承料筒82摆至液压机中心。

所述的冲杆10滑动套接在右侧承料筒22和左侧承料筒82中。

所述的预冲头3由圆锥形下部32和圆柱形上部31一体构成，预冲头3的尺寸需满足D4＝(0.25～0.35)D1、α＝3°、h4＝(0.6～0.8)H1、H4≥1.2H1，其中D4为圆锥形下部32的底端直径，D1为锻坯的直径，α为圆锥形下部32的侧壁与中心轴的夹角，h4为圆锥形下部32的高度，H1为锻坯11的高度，H4为预冲头3的高度。

所述的终冲头9的底部开设有圆槽，使得终冲头9底部边缘保留尖角部分91，尖角部分91的内壁与中轴线的夹角为β，β＝30°～50°，终冲头9的尺寸需满足D5＝D4+15mm、d5＝D5-(30～50)mm、H5＝15mm～35mm，其中D5为终冲头9的直径，d5为尖角部分91的最大直径，H5为尖角部分的高度。

所述的终冲漏盘5包括内终冲漏盘51和外终冲漏盘52，外终冲漏盘52的顶部开设有卡槽，内终冲漏盘51连接在外终冲漏盘52的卡槽内，内终冲漏盘51的中心和外终冲漏盘52的中心与底部开设有相互连通的漏料孔53。所述的内终冲漏盘51的漏料孔53下部逐渐扩径形成扩径部分54，扩径部分54的孔壁与中心轴的夹角为γ，γ＝5°～10°。内终冲漏盘51尺寸满足D6＝D5+(4～7)mm、H6＝15mm～40mm、γ＝5°～10°，其中D6为内终冲漏盘51的漏料孔53的直径，H6为内终冲漏盘51的高度-扩径部分54的高度。

一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔方法，利用大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，其步骤为：

S1.原材料加热：将铝合金原材料加热；

S2.第1工位准备：移动工作台6将自由锻砧4移至液压机中心，自由锻砧4为第1工位，终冲漏盘5为第2工位；

S3.锻坯制备：将原材料置于自由锻砧4上，改锻原材料，最终将坯料锻为圆饼状锻坯11，锻坯11高度H1＝1.2～1.4H，H为锻环高度；

S4.对中：右侧对中机构1左移，左侧对中机构7右移，使V形夹头17接触锻坯11，并将其移至自由锻砧4的中心；

S5.预冲：安有预冲头3的右侧摆臂机构2摆动进入液压机中心，上砧18下移至既定位置进行预冲，得到预冲坯12；

S6.预冲打料：上砧18退回的同时右侧液压缸23顶出，驱动右侧打料盘24与预冲坯12接触，使预冲坯12与预冲头3分离，然后右侧摆臂机构2摆出，完成预冲；

S7.平整：上砧18下移至与自由锻砧4的距离为H1时停止，实现对预冲坯12的平整；

S8.转移至第2工位：右侧对中机构1左移，左侧对中机构7右移，V形夹头17夹持住预冲坯12，右侧对中机构1和左侧对中机构7上升，使预冲坯12脱离自由锻砧4；移动工作台6前移，将终冲漏盘5转移至液压机中心；对中机构下降，右侧对中机构1右移、左侧对中机构7左移，将预冲坯12放置于终冲漏盘5上；

S9.终冲：安有终冲头9的左侧摆臂机构8摆动进入液压机中心，上砧18下移至既定位置进行终冲，然后退回，当上砧18退回的同时左侧液压缸83顶出，驱动左侧打料盘84与终冲坯13接触，使终冲坯13与终冲头9分离。

S10.取料：将终坯13从终冲漏盘5上取下，将冲孔料14从终冲漏盘5内移出，完成终冲，得到终冲坯。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (9)

1.一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，包括设置在液压机上的对中机构、摆臂机构和冲孔模具，对中机构共左右2个，左侧对中机构(7)和右侧对中机构(1)分别安装于液压机左右两侧的前后两个立柱(16)中间，对中机构上安装有V形夹头(17)，摆臂机构共左右2个，右侧摆臂机构(2)和左侧摆臂机构(8)分别安装于液压机的活动横梁(15)的右侧和左侧，右侧摆臂机构(2)和左侧摆臂机构(8)的自由端可摆动至液压机中心，右侧摆臂机构(2)和左侧摆臂机构(8)的自由端活动套接有冲杆(10)，当右侧摆臂机构(2)和左侧摆臂机构(8)的自由端摆动至液压机中心时，液压机的上砧(18)底面与冲杆(10)顶面接触，右侧摆臂机构(2)上连接的冲杆(10)底端连接有预冲头(3)，左侧摆臂机构(8)上连接的冲杆(10)底端连接有终冲头(9)，冲孔模具为液压机的移动工作台(6)前后两个工位上分别安装的自由锻砧(4)和终冲漏盘(5)。

2.根据权利要求1所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的右侧摆臂机构(2)包括右侧摆杆(21)、右侧承料筒(22)、右侧液压缸(23)和右侧打料盘(24)，右侧承料筒(22)安装在右侧摆杆(21)的自由摆动端，右侧摆杆(21)的另一端转动连接在液压机的活动横梁(15)上，右侧承料筒(22)的外壁上设置右侧液压缸(23)，右侧打料盘(24)连接在右侧液压缸(23)的伸缩端上。

3.根据权利要求2所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的左侧摆臂机构(8)包括左侧摆杆(81)、左侧承料筒(82)、左侧液压缸(83)和左侧打料盘(84)，左侧承料筒(82)安装在左侧摆杆(81)的自由摆动端，左侧摆杆(81)的另一端转动连接在液压机的活动横梁(15)上，左侧承料筒(82)的外壁上设置左侧液压缸(83)，左侧打料盘(84)连接在左侧液压缸(83)的伸缩端上。

4.根据权利要求3所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的冲杆(10)滑动套接在右侧承料筒(22)和左侧承料筒(82)中。

5.根据权利要求1所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的预冲头(3)由圆锥形下部(32)和圆柱形上部(31)一体构成。

6.根据权利要求1所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的终冲头(9)的底部开设有圆槽，使得终冲头(9)底部边缘保留尖角部分(91)，尖角部分(91)的内壁与中轴线的夹角为β，β＝30°～50°。

7.根据权利要求1所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的终冲漏盘(5)包括内终冲漏盘(51)和外终冲漏盘(52)，外终冲漏盘(52)的顶部开设有卡槽，内终冲漏盘(51)连接在外终冲漏盘(52)的卡槽内，内终冲漏盘(51)的中心和外终冲漏盘(52)的中心与底部开设有相互连通的漏料孔(53)。

8.根据权利要求7所述的大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，所述的内终冲漏盘(51)的漏料孔(53)下部逐渐扩径形成扩径部分(54)，扩径部分(54)的孔壁与中心轴的夹角为γ，γ＝5°～10°。

9.一种大型铝合金锻环制坯分步冲孔方法，利用大型铝合金锻环制坯分步冲孔装置，其特征在于，其步骤为：

S1.原材料加热：将铝合金原材料加热；

S2.第1工位准备：移动工作台(6)将自由锻砧(4)移至液压机中心，自由锻砧(4)为第1工位，终冲漏盘(5)为第2工位；

S3.锻坯制备：将原材料置于自由锻砧(4)上，改锻原材料，最终将坯料锻为圆饼状锻坯(11)，锻坯(11)高度H1＝(1.2～1.4)H，H为锻环高度；

S4.对中：右侧对中机构(1)左移，左侧对中机构(7)右移，使V形夹头(17)接触锻坯(11)，并将其移至自由锻砧(4)的中心；

S5.预冲：安有预冲头(3)的右侧摆臂机构(2)摆动进入液压机中心，上砧(18)下移至既定位置进行预冲，得到预冲坯(12)；

S6.预冲打料：上砧(18)退回的同时右侧液压缸(23)顶出，驱动右侧打料盘(24)与预冲坯(12)接触，使预冲坯(12)与预冲头(3)分离，然后右侧摆臂机构(2)摆出，完成预冲；

S7.平整：上砧(18)下移至与自由锻砧(4)的距离为H1时停止，实现对预冲坯(12)的平整；

S8.转移至第2工位：右侧对中机构(1)左移，左侧对中机构(7)右移，V形夹头(17)夹持住预冲坯(12)，右侧对中机构(1)和左侧对中机构(7)上升，使预冲坯(12)脱离自由锻砧(4)；移动工作台(6)前移，将终冲漏盘(5)转移至液压机中心；对中机构下降，右侧对中机构(1)右移、左侧对中机构(7)左移，将预冲坯(12)放置于终冲漏盘(5)上；

S9.终冲：安有终冲头(9)的左侧摆臂机构(8)摆动进入液压机中心，上砧(18)下移至既定位置进行终冲，然后退回，当上砧(18)退回的同时左侧液压缸(83)顶出，驱动左侧打料盘(84)与终冲坯(13)接触，使终冲坯(13)与终冲头(9)分离；

S10.取料：将终坯(13)从终冲漏盘(5)上取下，将冲孔料(14)从终冲漏盘(5)内移出，完成终冲，得到终冲坯。

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