CN115351211A - 偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锻件成型技术领域，具体为偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，包括如下步骤：(1)预制水滴型坯料：将圆坯放入具有水滴型模腔的预成型模具中，镦粗加工成型为水滴型坯料；(2)获取组合型坯料：将步骤(1)中获得的水滴型坯料放入成型模具中，将其镦粗到与成型模具相同的高度，形成具有雏形大圆端和水滴型的组合型坯料；(3)冲挤压盲孔：采用冲孔冲头对步骤(2)中的组合型坯料冲压形成盲孔。本发明可以保证工件的整体性能，同时提高材料的利用率、减小机加工余量及降低制造的成本。
Description
技术领域
本发明涉及锻件塑性成型技术领域，具体为偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法。
背景技术
在核电领域，有一种爆破片装置的下端盖，是一种典型的带水滴型凸台的偏心环不锈钢产品，如图1所示，其特点是大圆端51存在一个偏心水滴型凸台52，且大圆端51上设置有一个偏心孔53，偏心孔53贯穿水滴型凸台52的中心。由于该产品水滴型凸台形状不规则，导致在制造的过程中凸台难实现随形成型；目前本领域中常使用的加工方法是：将一个圆柱形坯料采用冲头冲偏心孔，然后再机械加工切削形成水滴型的凸台，进而形成最终所需要的产品，但是采用该方法存在如下技术问题：
1、材料利用率低：将圆柱形坯料切削成水滴型的凸台，加工余量大，导致材料的利用率低；
2、综合性能差：切削水滴型凸台会导致材料本身的流线遭到破坏，进而降低成型后工件的力学性能；
3、加工时间长：圆柱形坯料先进行冲孔，再进行切削等机械加工，需要在不同的设备上分开成型，进而进行多次拆装，生产效率低；
4、制造成本高：切削水滴型凸台的过程中对刀具的损耗极大，且材料浪费严重，因而增加了制造的成本。
发明内容
本发明意在提供偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，通过该方法保证工件的整体性能，同时提高材料的利用率、减小机加工余量及降低制造的成本。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，包括如下步骤：(1)预制水滴型坯料：将圆坯放入具有水滴型模腔的预成型模具中，镦粗加工成型为水滴型坯料；
(2)获取组合型坯料：将步骤(1)中获得的水滴型坯料放入成型模具中，将其镦粗到与成型模具相同的高度，形成具有雏形大圆端和水滴型的组合型坯料；
(3)冲挤压盲孔：采用冲孔冲头对步骤(2)中的组合型坯料冲压形成盲孔。
发明人在采用本方案之前进行了多次研究，发现本方案的重点之一是工艺路线的设计，由于该工件凸台形状不规则，在制造时需先成型水滴型凸台，再成型大圆端，如果直接由圆截面坯料将一端变形为水滴形，则存在定位困难、尺寸及两个截面的相对位置难以控制的问题，因此需要预制坯料将其设计为水滴型截面。
另外，水滴形坯料成型后，在成型大端圆截面时，还会存在异型截面各方向材料流动量不均的问题，即水滴型坯料的另一端变为圆柱形时与坯料外缘距离较远的地方不能充满，如果要使其充满，常规的做法是额外增加材料或者在开始制作圆坯时增加锻棒的重量，但这不仅达不到高效利用材料的目的，还会增加整体的生产成本；基于此发明人又经过了多次的研究，最终改变了冲孔的工艺，即在冲偏心孔时不完全冲穿坯料，利用冲孔的芯料通过挤压使材料向未充满的圆周方向扩展，从而达到节省材料和外圆完全充满的目的。
有益效果：
1、本成型工艺相比于传统的成型工艺，不会破坏材料本身的流线，因此保证了材料的整体性能；另外，通过本方法成型材料的利用率很高，机械加工余量小，加工时间更短，制造成本更低。
2、由于产品凸台的圆截面为水滴型，因此直接将获得的圆坯放入成型模具中进行镦粗，会由于变形不均匀，导致远离中心的模腔处缺少坯料，进而使得成型后的工件尺寸不满足生产的要求；因此先将圆坯放入预成型模具中得到水滴型的坯料，再将水滴型的坯料放入成型模具时，其变形量更小、更易成型，从而保证了后续加工工件的成型精度和尺寸要求。
3、当冲孔冲头向下冲挤压坯料时不会冲穿坯料，使芯料塑性流动充满成型模具的模腔中，从而达到充分利用芯料的目的，更进一步保证了工件的成型精度和尺寸要求。
进一步，将原材料制成圆柱形的锻棒，得到步骤(1)中的圆坯，将圆坯加热至：850-1180℃再放入具有水滴型模腔的预成型模具中。
在实际的操作过程中，如坯料温度下降，需将其返炉加热至此温度段，以防止温度太低导致锻件产生裂纹；相反，如果温度太高，会导致材料过热或过烧。
进一步，冲孔冲头的高度等于水滴型凸台高度，或者冲孔冲头的高度为水滴型凸台高度±5mm。
进一步，预成型模具的水滴型模腔两端均与外界连通，并采用水滴型冲头对步骤(1)中圆坯进行双面镦粗；可以保证水滴型冲头与预成型模具的型腔完全配合，减少镦粗时产生的飞边。
进一步，步骤(2)中成型模具的模腔包括相互联通的第一模腔和第二模腔，第一模腔为水滴型，第二模腔为圆柱形，模腔的两端均与外界联通，第一模腔相对于成型模具成偏心设置；将第一模腔偏心设置，方便在成型组合型坯料时，水滴型凸台与大圆端成偏心。
进一步，成型模具的拔模斜度为：2-3°；方便将锻件从成型模具中取出，具体的，外形拔模方向向上，内孔拔模方向向下。
进一步，预成型模具和成型模具在使用前，先预热至300℃以上；可以减少加工过程中坯料温度的损失，还可以避免由于模具与坯料温度相差太大，导致工件散热过快、模具使用寿命降低的问题。
进一步，锻件所使用的材料为不锈钢金属材料。
进一步，采用反冲冲头将冲孔冲头冲出后，对步骤(3)中的组合型坯料脱模；采用反冲冲头将冲孔冲头冲出，形成最终锻件的偏心孔。
进一步，对取出后的组合型坯料冷却，得到成型的下端盖锻件；具体的采用水冷的方式冷却组合型坯料，冷却速度快。
附图说明
图1为本发明下端盖产品的结构示意图；
图2为本发明预成型模具的结构示意图；
图3为本发明成型模具的结构示意图；
图4为本发明下端盖锻件的俯视图；
图5为图4中A-A处的剖视图；
图6为本发明冲挤压盲孔的示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的标记包括：预成型模具1、成型模具2、第一模腔21、第二模腔22、组合型坯料3、冲孔冲头4、大圆端51、水滴型凸台52、偏心孔53。
实施例一
偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，该方法需使用一套预成型模具1、一套成型模具2(如图2和图3所示)以及锻造液压机组，该锻造液压机组包括压机，冲孔冲头4、反冲冲头；其中预成型模具1和成型模具2在使用前，先预热至300℃以上。
具体包括如下步骤：
(1)获取圆坯：将原材料制成圆柱形的锻棒，得到直径与水滴型凸台的最大外径D2相同的圆坯，然后根据最终锻件3的重量确定圆坯的长度；圆坯所使用的材料为不锈钢金属材料，本实施例中采用316H奥氏体不锈钢材料。
(2)预制水滴型坯料：将步骤(1)中获得的圆坯加热至850-1180℃，然后将其放入具有水滴型模腔的预成型模具1中，采用水滴型冲头对圆坯进行双面镦粗，获得水滴型坯料。
(3)获取组合型坯料：将步骤(2)中获得的水滴型坯料放入成型模具2中，若水滴型坯料温度低于850℃，需返炉加热至上述温度，避免镦粗时坯料3产生裂纹；具体的采用压机的上平砧将其镦粗到与成型模具2相同的高度，使组合型坯料3的水滴形最大外径D2、总高H以及水滴偏心距满足要求。具体的，成型模具2的模腔包括相互联通的第一模腔21和第二模腔22，第一模腔21为水滴型，第二模腔22为圆柱形，模腔的两端均与外界联通，第一模腔21相对于成型模具2成偏心设置，成型模具2的拔模斜度为：2-3°。
(4)冲挤压盲孔：如图6所示，将步骤(3)中的成型模具2连同组合型坯料3进行上下翻转，使成型模具2的第二模腔22端向下，然后使冲孔冲头4对准组合型坯料3中轴，本实施例中冲孔冲头4的长度值等于水滴型凸台的高度；具体的，压机平砧下压使得冲孔冲头4下移，直至冲孔冲头4的上平面与成型模具2上平面齐平，然后通过冲孔冲头4将坯料中心部位的材料冲挤压至充满成型模具2的第二模腔22，进而使得组合型坯料3大端圆盘外径D、偏心孔径D1、大端圆盘高H1、大端圆盘偏心距满足尺寸要求。
(5)脱模：将步骤(4)中的成型模具2及组合型坯料3再次上下翻转，使成型模具2的第二模腔22端朝上，放置在漏盘上，采用反冲冲头将冲孔冲头4冲出；然后再次翻转成型模具2，将成型的组合型坯料3从成型模具2的模腔中采用顶出盘顶出；
(6)冷却；将取出的组合型坯料3进行冷却，本实施例采用水冷方式；从而得到成型的下端盖锻件。
采用本工艺制作的产品相比于现有技术中提到的“圆柱形坯料采用圆饼冲偏心孔，再机械加工成最终所需要的产品”的加工方法而言，具有如下更加有益的效果：
1、材料利用率高：现有技术机械加工余量大，造成材料的大量浪费，本发明的材料利用率相比于现有技术整体提高了20％左右。
2、制造成本更低：现有技术生产效率低，机械加工时间长，且易损坏刀具；本发明适合批量生产，且生产效率高，其制造成本相比于现有技术降低了30％左右。
3、本发明中的圆坯可根据模具随形成型，成型后的锻件降低了后续精加工余量：具体的，其锻件尺寸定义如图4、5所示：D表示锻件大端圆盘外径、D1表示锻件偏心孔径、D2表示锻件水滴型最大外径、D3表示锻件水滴最小外径、H表示锻件总高、H1表示锻件大圆端高度；对应的产品尺寸用小写字母表示，具体的：d表示产品大端圆盘外径、d1表示产品偏心孔径、d2表示产品水滴型最大外径、d3表示产品水滴最小外径、h表示产品总高、h1表示产品大圆端高度。
本成型方法所制得的锻件相对于产品而言，其精加工余量差值范围可控制在以下范围内：
D-d＝(5～10)mm；
D1-d1＝(10～15)mm；
D2-d2＝(5～10)mm；
D3-d3＝(10～15)mm；
H-h＝(5～10)mm；
H1＝h1。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (10)
1.偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)预制水滴型坯料：将圆坯放入具有水滴型模腔的预成型模具中，镦粗加工成型为水滴型坯料；
(2)获取组合型坯料：将步骤(1)中获得的水滴型坯料放入成型模具中，将其镦粗到与成型模具相同的高度，形成具有雏形大圆端和水滴型的组合型坯料；
(3)冲挤压盲孔：采用冲孔冲头对步骤(2)中的组合型坯料冲压形成盲孔。
2.根据权利要求1所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：将原材料制成圆柱形的锻棒，得到步骤(1)中的圆坯，将圆坯加热至：850-1180℃再放入具有水滴型模腔的预成型模具中。
3.根据权利要求2所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：所述冲孔冲头的高度等于水滴型凸台高度，或者冲孔冲头的高度为水滴型凸台高度±5mm。
4.根据权利要求3所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：所述预成型模具的水滴型模腔两端均与外界连通，并采用水滴型冲头对步骤(1)中的圆坯进行双面镦粗。
5.根据权利要求4所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：步骤(2)中成型模具的模腔包括相互联通的第一模腔和第二模腔，所述第一模腔为水滴型，所述第二模腔为圆柱形，所述模腔的两端均与外界联通，所述第一模腔相对于成型模具成偏心设置。
6.根据权利要求5所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：所述成型模具的拔模斜度为：2-3°。
7.根据权利要求6所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：所述预成型模具和成型模具在使用前，先预热至300℃以上。
8.根据权利要求1所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：所述圆坯所使用的材料为不锈钢金属材料。
9.根据权利要求1所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：采用反冲冲头将冲孔冲头冲出后，对步骤(3)中的组合型坯料脱模。
10.根据权利要求9所述的偏心水滴型端盖锻件随形精确成型方法，其特征在于：对取出后的组合型坯料冷却，得到成型的下端盖锻件。
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