CN116900229B - 内嵌式分体开合模及开合模仿形锻造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种内嵌式分体开合模及开合模仿形锻造方法，具体公开了：沿着竖直方向依次排布的外模圈、半开式内模圈和上模圈，外模圈、两个半开式内模圈和上模圈组成的空腔形状与目标锻件的形状相吻合；将钢锭经过热处理、一次镦拔、回炉保温、二次镦拔滚圆、回炉补温后，将得到的锻件放入至外模圈中，再将两个半开式内模圈放入至外模圈中镦粗成型，再用上模圈对锻件进行整形，取出，得到目标形状的成品。本申请中通过内嵌式分体开合模与仿形锻造方法相结合，使锻件在加工成型后外观接近成品，在保证成型以及不降低锻件性能前提下，不仅节省钢锭原料的投入，也大大的缩短了机械加工的周期及降低加工成本。
Description
技术领域
本申请涉及铸件锻造的技术领域，尤其涉及一种内嵌式分体开合模及开合模仿形锻造方法。
背景技术
随着风电行业的蓬勃发展，风电的连接器造型也日益复杂，例如大型双肩凹槽连接器。目前，大型双肩凹槽连接器一般通过传统自由锻工艺进行生产。
传统自由锻工艺主要包括镦粗、冲孔、拔长工序，自由锻所用模具简单，通用性强，有较大的加工余量。但传统自由锻工艺在大型双肩凹槽连接器的制造过程中仍然存在如下缺陷：
自由锻所使用的工装简单，锻造精度低，加工余量大，后续需要精整加工步骤，使得锻件锻造为目标形状。而基于金属变形机理，锻件在锻造过程中多余部分需要进行修整，修整量大，导致大型双肩凹槽连接器锻件锻造的全过程所花费时间较长，产品原料投入巨大，严重延缓整体生产进度。
发明内容
本申请的目的是提供一种内嵌式分体开合模及开合模仿形锻造方法，以解决现有技术中自由锻工艺难以应用于锻造异型轮廓台阶的产品的问题。
为实现上述目的，本申请的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种内嵌式分体开合模，采用如下技术方案：
一种内嵌式分体开合模，包括沿着竖直方向依次排布的外模圈、半开式内模圈和上模圈；
所述半开式内模圈设置两个，两个所述半开式内模圈相对设置，围成圆环状；
当内嵌式分体开合模使用时，所述半开式内模圈的外壁与所述外模圈内壁抵触，所述半开式内模圈的顶部与所述外模圈内壁的顶部齐平，所述上模圈为圆环形，所述上模圈的轴线与所述半开式内模圈的轴线重合，所述外模圈、两个所述半开式内模圈和所述上模圈组成的空腔形状与目标锻件的形状相吻合。
通过采用上述技术方案，外模圈用于放置锻件，锻件放入外模圈后将两个半开式内模圈放入外模圈，进行镦拔工序；再使用上模圈进行精整，使得锻件形变后，填充满外模圈、半开式内模圈和上模圈组成的空腔，使得锻件结构形状均极接近成品外形特征，不仅节省钢锭原料的投入，也大大的缩短了机械加工的周期及降低加工成本。
第二方面，本申请提供一种开合模仿形锻造方法，采用如下技术方案：
一种开合模仿形锻造方法，配合前述内嵌式分体开合模对锻件进行锻造，包括如下步骤：
将坯料加热、一次镦拔、回炉保温、二次镦拔滚圆、回炉补温后，将得到的锻件放入至外模圈中，再将两个半开式内模圈放入至外模圈中镦粗成型，再用上模圈对锻件进行整形。
进一步的，所述外模圈和两个所述半开式内模圈进行预热处理，使得外模圈和半开式内模圈的温度为250～350℃。
进一步的，所述外模圈和两个所述半开式内模圈的温度为300℃。
通过采用上述技术方案，适当温度范围内的内嵌式分体开合模进行预热，可以使内嵌式分体开合模表面的结晶体尺寸更小，形状更为均匀，表面更为光滑，有利于金属成型。当内嵌式分体开合模不预热或者预热温度过低时，不利于内嵌式分体开合模的热涨预紧，降低了内嵌式分体开合模的粘结强度，增大了内嵌式分体开合模受热后的变形应力，缩短内嵌式分体开合模的寿命；
内嵌式分体开合模表面与坯料温差较大，会加速坯料的冷却，不利于金属流动，容易出现填充局部缺失的问题，同时也会影响工件的变形率，易导致锻件成型后尺寸差异较大的情况的出现，也降低了生产效率；
但如果内嵌式分体开合模温度过高时，会急剧降低内嵌式分体开合模的表面硬度和强度，易加速内嵌式分体开合模的表面变形、龟裂等问题出现，会严重缩短内嵌式分体开合模的使用寿命，导致最终影响了锻件质量。
进一步的，所述坯料加热的具体操作步骤为：钢锭加热至1220～1250℃，保温5～6h。
更进一步的，所述钢锭加热至1250℃，保温6h。
进一步的，所述一次镦拔的具体操作步骤为：将加热后的钢锭进行镦打，按八方850拔长，长度尺寸按2160分料，剁除水、冒口，再镦粗至尺寸为Φ1530×700mm，后回炉保温。
进一步的，所述一次回炉保温的具体操作步骤为：将经过一次镦拔的锻件进行保温，保温温度设置为1250℃，保温时间为4～5h。
进一步的，所述二次分料拔长的具体操作步骤为：将经过一次回炉保温的锻件拔长至八方1350，长度方向270处号印，另一段按φ710拔长；后再将八方1350长270段按直径1270滚圆，清角回炉保温。
进一步的，所述回炉补温的具体操作步骤为：将经过二次分料拔长的锻件进行保温，保温温度设置为1200℃，保温时间为3～4h。
通过采用上述技术方案，严格控制锻造过程中的工艺参数，使得各尺寸与内嵌式分体开合模大小进行适配，如果尺寸误差过大会影响内嵌式分体开合模的装配，进而影响工艺执行和锻件的最终尺寸精度，表面质量等。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果如下：
1.本申请中通过有限元计算设计尺寸与形状适合的专用的半开式内模圈，使得外模圈、半开式内模圈能够在锻造过程中，使得最终锻件与成品的形状极为接近，后续需要进行精加工的地方少，与传统自由锻工艺相比，能够极大缩短机械加工的周期及降低加工成本。
2.本申请内模圈和外模圈均进行加热处理，使得坯料产生整体变形，充分破碎大的原材料夹杂物等非金属组织，在内嵌式分体开合模控制下，各层级金属能够以全连续性纤维流动，精准成型，有利于保证材料的整体性能。
3.本申请中在一次镦拔、一次回炉保温过程中，合理的控制锻造参数，以及合理的设定保温温度和保温时间，使得坯料局部成分均匀化，从而使得所得锻件性能得以改善。
附图说明
图1示出了本申请实施例1公开的内嵌式分体开合模的剖面结构示意图。
图2示出了本申请实施例1公开的内嵌式分体开合模仿型毛坯图。
图3示出了本申请对比例1公开的传统自由锻造毛坯图。
附图中标记：
1、外模圈；2、半开式内模圈；3、上模圈；4、锻件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
实施例
实施例1
一种开合模仿形锻造方法，按照如下步骤进行：
坯料加热：将钢锭放置在锻造用加热装置中加热至1250℃，保温6h，取出；
一次镦拔：将经过热处理的钢锭输送至锻压装置上进行开坯，锻打；剁水口，冒口；将锻件按照八方850mm拔长；继续按照所需尺寸2160mm分料，后锻件镦粗至尺寸为Φ1530×700mm；
回炉保温：将经过一次镦拔处理的锻件进行回炉，设定保温的温度为1250℃，保温5h；
二次分料拔长：将回炉保温后的锻件出炉拔长至八方1350mm；在锻件长度方向的270mm处进行号印，另一段按照尺寸Φ710mm拔长，之后号印段270再按Φ1270滚圆，清角；
回炉补温：将经过二次镦拔滚圆的锻件进行回炉，设定保温的温度为1200℃，保温4h；
锻件成型：针对成品的尺寸，通过有限元计算设计尺寸与形状适合的半开式内模圈；
将外模圈和半开式内模圈放置在炉内进行预热，直至温度为300±50℃，取出；
将经过回炉补温的锻件放置在外模圈的空腔中，将两个半开式内模圈放置在外模圈的空腔内，半开式内模圈外壁与外模圈的内壁相贴，对半开式内模圈进行镦粗，镦粗至半开式内模圈的顶部与外模圈的顶部齐平；再将上模圈放置在锻件顶部，上模圈的轴线与半开式内模圈的轴线重合，锻打上模圈进行镦粗精整，直至锻件的顶部与上模圈的顶部齐平，得到最终锻件。
实施例2
一种开合模仿形锻造方法，按照如下步骤进行：
坯料加热：将钢锭放置在锻造用加热装置中加热至1220℃，保温5h，取出；
一次镦拔：将经过热处理的钢锭输送至锻压装置上进行开坯，锻打；剁水口，冒口；将锻件按照八方850mm拔长；继续按照所需尺寸2160mm分料，后锻件镦粗至尺寸为Φ1530×700mm；
回炉保温：将经过一次镦拔处理的锻件进行回炉，设定保温的温度为1250℃，保温4h；
二次分料拔长：将回炉保温后的锻件出炉拔长至八方1350mm；在锻件长度方向的270mm处进行号印，另一段按照尺寸Φ710mm拔长，之后号印段270再按Φ1270滚圆，清角；
回炉补温：将经过二次镦拔滚圆的锻件进行回炉，设定保温的温度为1200℃，保温3h；
锻件成型：针对成品的尺寸，通过有限元计算设计尺寸与形状适合的半开式内模圈；
将外模圈和半开式内模圈放置在炉内进行预热，直至温度为150±50℃，取出；
将经过回炉补温的锻件放置在外模圈的空腔中，将两个半开式内模圈放置在外模圈的空腔内，半开式内模圈外壁与外模圈的内壁相贴，对半开式内模圈进行镦粗，镦粗至半开式内模圈的顶部与外模圈的顶部齐平；再将上模圈放置在锻件顶部，上模圈的轴线与半开式内模圈的轴线重合，锻打上模圈进行镦粗精整，直至锻件的顶部与上模圈的顶部齐平，得到最终锻件。
实施例2
一种开合模仿形锻造方法，按照如下步骤进行：
坯料加热：将钢锭放置在锻造用加热装置中加热至1220℃，保温5h，取出；
一次镦拔：将经过热处理的钢锭输送至锻压装置上进行开坯，锻打；剁水口，冒口；将锻件按照八方850mm拔长；继续按照所需尺寸2160mm分料，后锻件镦粗至尺寸为Φ1530×700mm；
回炉保温：将经过一次镦拔处理的锻件进行回炉，设定保温的温度为1250℃，保温4h；
二次分料拔长：将回炉保温后的锻件出炉拔长至八方1350mm；在锻件长度方向的270mm处进行号印，另一段按照尺寸Φ710mm拔长，之后号印段270再按Φ1270滚圆，清角；
回炉补温：将经过二次镦拔滚圆的锻件进行回炉，设定保温的温度为1200℃，保温3h；
锻件成型：针对成品的尺寸，通过有限元计算设计尺寸与形状适合的半开式内模圈；
将外模圈和半开式内模圈放置在炉内进行预热，直至温度为400±50℃，取出；
将经过回炉补温的锻件放置在外模圈的空腔中，将两个半开式内模圈放置在外模圈的空腔内，半开式内模圈外壁与外模圈的内壁相贴，对半开式内模圈进行镦粗，镦粗至半开式内模圈的顶部与外模圈的顶部齐平；再将上模圈放置在锻件顶部，上模圈的轴线与半开式内模圈的轴线重合，锻打上模圈进行镦粗精整，直至锻件的顶部与上模圈的顶部齐平，得到最终锻件。
对比例
对比例1
一种传统锻造方法，按照如下步骤进行：
加热：将钢锭放置在锻造用加热装置中加热至1250℃，保温8h，取出；
一次镦拔：将经过热处理的钢锭输送至锻压装置上进行开坯，锻打，水口切除，冒口暂时保留；将锻件按照八方1020mm拔长；长度约2450mm，后镦粗至尺寸为Φ1720×900mm。
回炉保温：将经过一次镦拔处理的锻件进行回炉，设定保温的温度为1250℃，保温7h；
二次镦拔滚圆：将回炉保温后的将锻件再次按照八方1020mm拔长，后第二次镦粗至尺寸为Φ1720×900mm。再拔长至八方1430mm；在锻件长度方向的430mm(冒口端)和290mm处进行号印，另一段按照尺寸Φ1310mm拔长水口端，号印段按滚圆；冒口端按长度Φ790拔长成型，冒口端冷态锯除；
锻件成型：采用上下平砧的传统拔长方式，进行各段锻件的滚圆，清角，校正同心，直至锻件各尺寸到位，得到最终锻件。
性能检测
对实施例1和对比例1锻造时间以及原料用量进行统计：
对比例1钢锭投入17吨，因锻造毛坯中间凹槽无法锻出，锻件有效截面尺寸大，锻后热处理的总理论加热时间为80h，而凹槽形状需要靠后续机械加工去除，粗加工周期约为7～8天。
实施例1钢锭投入12吨，锻造工时与自由锻方法用时间基本相同，相比传统工艺可节省原材料5吨，总的锻后热处理时间需要55h,与对比例1记载的自由锻相比工时缩短了25小时，后续精加工过程减少了3～4天，可使整体制造周期缩短25％，制造成本降低30％。
分别采用实施例1-3的锻造方法对30个坯料进行锻造，每组实施例锻造10个坯料，对实施例1-3所得锻件的表面质量和最终尺寸精度如下检测：
表面质量：按照等级对锻件表面质量进行评分：
0～25分,锻件表面光洁度低，表面存在大量的裂纹和气孔，还存在毛刺、夹渣等不良现象；
26～50分,锻件表面光洁度低，表面存在适量的裂纹和气孔，还存在毛刺、夹渣等不良现象；
51～75分,锻件表面光洁度适中、表面存在较少的裂纹和气孔，部分区域存在毛刺、夹渣等不良现象；
76～100分,锻件表面光洁度高，表面几乎无裂纹和气孔，也无毛刺、夹渣等不良现象。
最终尺寸精度：对最终锻件的关键部位尺寸进行测量，计算锻件实际尺寸与设计尺寸之间的尺寸偏差率，统计10个锻件的尺寸偏差率，取平均值。
表1.实施例1-3所得锻件的表面质量和最终尺寸精度
| 检测对象 | 表面质量得分/分 | 尺寸偏差率/％ |
| 实施例1 | 85 | 1.36 |
| 实施例2 | 46 | 4.35 |
| 实施例3 | 62 | 3.22 |
结合实施例1-3的检测数据可以看出，实施例2中内嵌式分体开合模的预热温度较低，锻件的表面质量得分较低，锻件的表面光洁度低，表面存在适量的裂纹和气孔，还存在毛刺、夹渣等不良现象。并且由于预热温度偏低，内嵌式分体开合模表面与坯料温差较大，加速了坯料的冷却，不利于金属流动，导致坯料无法充分填充在内嵌式分体开合模的空腔内。而实施例3中内嵌式分体开合模的预热温度过高，导致内嵌式分体开合模的表面硬度和强度降低，间接导致了锻件表面质量得分降低，影响了锻件的质量。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种开合模仿形锻造方法，其特征在于：采用一种内嵌式分体开合模进行锻造，所述内嵌式分体开合模包括沿着竖直方向依次排布的外模圈(1)、半开式内模圈(2)和上模圈(3)；所述半开式内模圈(2)设置两个，两个所述半开式内模圈(2)相对设置，围成圆环状；当内嵌式分体开合模使用时，所述半开式内模圈(2)的外壁与所述外模圈(1)内壁抵触，所述半开式内模圈(2)的顶部与所述外模圈(1)内壁的顶部齐平，所述上模圈(3)为圆环形，所述上模圈(3)的轴线与所述半开式内模圈(2)的轴线重合，所述外模圈(1)、两个所述半开式内模圈(2)和所述上模圈(3)组成的空腔形状与目标锻件(4)的形状相吻合；
配合所述内嵌式分体开合模对锻件(4)进行锻造，包括如下步骤：将坯料加热、一次镦拔、回炉保温、二次镦拔滚圆、回炉补温后，将得到的锻件(4)放入至外模圈(1)中，再将两个半开式内模圈(2)放入至外模圈(1)中，半开式内模圈(2)外壁与外模圈(1)的内壁相贴，对半开式内模圈(2)进行镦粗，镦粗至半开式内模圈(2)的顶部与外模圈(1)的顶部齐平；再将上模圈(3)放置在锻件(4)顶部，上模圈(3)的轴线与半开式内模圈(2)的轴线重合，锻打上模圈(3)进行镦粗精整，直至锻件(4)的顶部与上模圈(3)的顶部齐平，得到最终锻件；
其中，所述外模圈(1)和两个所述半开式内模圈(2)进行预热处理，使得外模圈(1)和半开式内模圈(2)的温度为 250～350℃。
2.如权利要求 1 所述的开合模仿形锻造方法，其特征在于：所述外模圈(1)和两个所述半开式内模圈(2)的温度为 300℃。
3.如权利要求 1 所述的开合模仿形锻造方法，其特征在于：所述坯料加热的具体操作步骤为：钢锭加热至 1220～1250℃，保温 5～6h。
4.如权利要求 3 所述的开合模仿形锻造方法，其特征在于：所述一次镦拔的具体操作步骤为：将加热后的钢锭进行镦打，剁水，冒口，八方拔长，按照所需尺寸分料，后锻件(4)镦粗至尺寸为 Φ1530×700mm。
5.如权利要求 4 所述的开合模仿形锻造方法，其特征在于：所述一次镦拔后回炉保温的具体操作步骤为：将经过一次镦拔的锻件(4)进行保温，保温温度设置为 1250℃，保温时间为 4～5h。
6.如权利要求 5 所述的开合模仿形锻造方法，其特征在于：所述回炉补温的具体操作步骤为：将经过二次镦拔滚圆的锻件(4)进行保温，保温温度设置为 1200℃，保温时间为 3～4h。
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