CN1298455C - 闭式锻造方法，使用该方法的锻造制造系统，用于该方法和系统中的锻造模具，以及由该方法和系统制造的预型件或轭 - Google Patents

Abstract

一种用于制造锻造制品的闭式锻造方法，包括：准备一种作为锻造材料的圆柱形铸造锭块，该锭块具有和锻造制品的体积相同的体积，其呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，且没有凸角部分；和向锻造材料的侧表面施加压力。该形状具有这样的比例：该锻造材料在施压方向上的投影面的横向长度与锻造材料在施压方向上测得的长度的比等于或小于1。所获得的锻造制品为作为车辆悬挂部件的具有多个分支的上臂或下臂的预型件，或者用作车辆悬挂中的连接件的具有多个分支的轭。该预型件或轭沿各个分支具有金属流动线并显示出增强的机械强度。

Description

闭式锻造方法，使用该方法的锻造制造系统，用于该方法和系统 中的锻造模具，以及由该方法和系统制造的预型件或轭

技术领域

本发明涉及一种闭式锻造方法，使用该方法的锻造制造(生产)系统，用于该方法和系统中的锻造模具(锻模)，以及由该方法和系统制造的一种用于车辆的悬挂部件和该部件由一种预型件或轭(叉形件，叉头)。

背景技术

用于车辆悬挂的连接件包括一个图2所示的具有多个分支(分岔)21，22和23的轭43。

通常，如图3所示，轭是用实心圆棒31为材料进行锻造，形成一个锻造制品，其周边形成飞边32。

另一种方式如图4所示，制品43(即轭)是对经过挤压和切割得到的形状基本上与制品相同的轭的预型件41的部分42进行机械加工而制成的。

近来，铝合金越来越多地代替铁用于制造车辆悬挂部件以减少部件的重量。车辆悬挂部件是通过锻造制造，以提高其机械强度和减少制造产品所用的原材料。车辆悬挂部件的示例包括一个上臂和一个下臂。

由于图5所示的上臂54，即一个车辆悬挂部件，具有沿三个方向延伸的分支51，52和53，将该上臂用一个单一锻造步骤制造是困难的。所以，通常是通过先制造一个图6所示的上臂预型件61，该预型件的形状与经锻造制成的成品相似，并将预型件进行多个锻造步骤，从而使预型件呈现图5所示的上臂54的形状。

具体地，对如图7所示的实心圆棒71用一个锻造模具进行锻造，然后用一个修边(切边)模从锻造体上去除飞边72，从而制成上臂的锻造预型件73。

然后，预型件73经过多个锻造步骤得到一个车辆上臂74。在此，为了减少形成飞边而导致的材料浪费，而采用了一种锻造模具，其构造可允许用一次锻压步骤将一个实心圆棒材料制造出多个上臂预型件73a。

同时，已知的一种不形成飞边的闭式锻造方法被用于将一种圆盘形材料82锻造成形状简单的产品，即举例来说，一种简单的圆形或圆筒形产品，如图8所示的磁带录像机(VTR)圆筒81。

JP-A HEI 1-166842公开了一种通过闭式锻造制造具有多个分支的制品的方法。在这个公布中所公开的制造如图9所示的具有多个径向延伸分支的制品的方法中，一个冲头91被用于向一个实心圆棒施加压力，使之充满上下模93和94之中的型腔，从而通过闭式锻造制成径向延伸的分支92。

图3所示的形成飞边的常规方法中，在锻造步骤之后需要一个切边步骤以切除飞边。在这个方法中，由于锻件体的周围形成了不需要的飞边，基于锻造材料的产量就低。另外，由于锻造体在施压方向上的投影面积大，就需要一个能够施加高载荷(压力)的大而贵的锻造机，从而导致高的制造成本。

还有，在图4的常规方法中，其中对通过切割一挤出的材料而得到的预型件41进行机械加工从而制造出轭43，由于部分42要经受机械加工，就必须为机加工留出大的余量，结果是导致基于预型件的成品的产量低。另外，该方法因需要机加工步骤而导致高的制造成本。

上述制造作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件的常规方法，在锻造步骤之后需要一个切边步骤以去除飞边。在该方法中，由于预型件周围形成有不需要的飞边，基于材料的预型件产量低。另外，由于锻造体在施压方向上的投影面积大，就需要一个能够施加高载荷的大而贵的锻造机，从而导致高的制造成本。

在JP-A HEI 1-166842中所公开的闭式锻造方法中，压力沿垂直于圆柱形材料的切割表面的方向施加，使材料产生塑性流动，从而形成径向延伸的分支92。因此，当分支92较长或不能达到一致的长度(即各分支具有不同形状)，就会由于材料在锻件各部分之间的塑性流动率或方向的不同，而产生锻造缺陷，如未充满和在锻造制品的表面重叠(搭叠)。

综上所述，本发明的一个目的是提供：一种闭式锻造方法，用于制造具有多个分支的部件，其中在锻造中施加在原材料上的载荷减少，并且基于原材料的成品的产量提高；一种使用该方法的锻造制造系统；以及使用于该方法和系统中的锻造模具。

本发明的另一个目的是提供一种以低成本有效地制造车辆悬挂部件及其预型件或轭的方法。

本发明的还有一个目的是提供一种机械强度高的锻造制品，其制造是通过使锻造材料沿多个分支发生塑性流动，以形成多个分支中的金属流动的层。

说明书中所用的术语“材料”是指未锻造的物体，包括锭料、锻造材料、切制工件、实心圆棒、原材料、圆柱形材料、连续的锻造圆棒、圆盘或方坯。

说明书中所用的术语“预型件”是指经过锻造获得的，但还需要经历至少另外一个锻造步骤以形成成品的制品，包括轭的预型件、上臂预型件和上臂锻造预型件。

说明书中所用的术语“锻造制品”是指经过锻造的制品，包括部件、制品、成品(最终产品)、锻造体和锻造品。

发明内容

本发明提供了一种用于制造锻造制品的闭式锻造方法，包括：准备一种作为锻造材料的圆柱体铸造锭块，该锭块被切割成具有和锻造制品的体积(V)相同的体积，其形状具有由没有凸角(棱角)部分的曲线限定的上表面、下表面和侧面，并且锻造材料的厚度(T)与该锻造材料的直径(R)的比值(T/R)等于或小于1；使用一种锻造模具，该锻造模具的由冲头和具有驱动机构的模具的组合所界定的空间的形状具有与锻造制品的体积相同的体积，并具有在施压方向上的投影面的横向长度与在施压方向上所测得的长度的比等于或小于1的比例，且具有能够从圆柱体锻造材料的侧面施加压力的构形；使从施加压力的方向看时的所述锻造模具的由冲头和模具的组合所界定的空间形状的投影面的横向长度的方向与锻造材料的厚度方向一致地将该圆柱体锻造材料配置在上述锻造模具中；对该圆柱体锻造材料的侧面施加压力以使该锻造材料在垂直于其厚度的方向上塑性流动；使该锻造材料塑性流动，从而使得该圆柱体锻造材料的上表面和下表面轮廓分别与落在锻造制品的外周轮廓一致。

该锻造制品的体积(V)、切制工件的厚度(T)、锻造制品在施压方向上的投影面的纵向长度(L)以及切制工件的直径(R)满足下列关系式：

$(1/3)\×L\≤R=2\×\sqrt{(V/\mathrm{T\π})}\≤L.$

切制工件的厚度(T)为0.8-1.0乘以锻造制品在施压方向上的投影面的横向长度(t)(即为(t)的0.8至1.0倍)。

该锻造材料是由铝或铝合金制成的。

该锻造制品是一个具有多个分支的部件，这些分支没有飞边去除的痕迹，并且沿着各个分支形成金属流动线，该部件为作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件，或是一个作为用于车辆悬挂中的连接部件的轭。

本发明还提供了一种用于该闭式锻造方法中的锻造模具，其包括一个冲头、一个模具和一个出坯器(出模器)，或者包括一个冲头和一个具有驱动机构的分体式模具。

本发明还提供了一种锻造制造系统，包括一个用于切割锻造材料的设备和一个锻造机，其中该锻造机为一个锻造模具，包括包括一个冲头、一个模具和一个出坯器，或者包括一个冲头和一个具有驱动机构的分体式模具。

在根据本发明的闭式锻造方法中，如上所述，采用了一个体积与锻造制品的体积相同的圆柱形锻造材料，其形状没有凸角部分，并具有这样的比例：该锻造材料在施压方向上的投影面的横向长度与该锻造材料在施压方向测得的长度的比等于或小于1。由于压力是施加在锻造材料的侧表面上的，使锻造材料的塑性流动沿锻造制品的多个分支发生，从而在各分支内形成金属流动层，该锻造制品显示出改进的机械特征并且没有切除飞边的痕迹。这使制品基于锻造材料的产量得到提高。

由于使锻造材料的塑性流动沿着锻造制品的多个分支发生，从而在分支内形成金属流动层，所以使通过本发明的闭式锻造方法制造出来的作为车辆悬挂部件的上臂或下臂或者作为用于车辆悬挂中的连接部件的轭的预型件显示出改进的机械特征。

在用于本发明的闭式锻造方法中的模具中，由一个冲头、一个模具和一个出坯器或模芯(衬套)的组合或者由一个冲头和一个具有驱动机构的模具的组合所界定的空间的形状，具有与锻造制品的体积相同的体积，并具有这样的比例：锻造材料在施压方向上的投影面的横向长度与锻造材料在施压方向上所测得的长度的比等于或小于1。另外，模具的构形能够使压力施加于圆柱形锻造材料的侧表面上。因此，在锻造中所施加的压力可以减少，并且基于锻造材料的制品的产量得以提高。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的剖面图，显示了对作为车辆悬挂部件的上臂的锻造预型件进行锻造时冲头到达了下降底点的状态；

图2显示了本发明另一个实施例的轭；

图3为示意图，显示了用于制造轭的热锻方法，该轭周围有飞边形成；

图4为示意图，显示的是通过挤出、切割和机加工制造轭的方法；

图5显示了用本发明的另一个实施例的由锻造预型件制造的一个上臂；

图6显示了本发明的另一个实施例的上臂的锻造预型件；

图7为示意图，显示了用于制造上臂的热锻方法，上臂预制品的周围有飞边形成；

图8为示意图，显示了用于制造一种磁带录像机(VTR)圆筒的闭式锻造方法；

图9为示意图，显示了JP-A HEI 1-166842中所公开的闭式锻造方法；

图10为示意图，显示了本发明另一个实施例的闭式锻造制造系统；

图11为示意图，显示了本发明另一个实施例的闭式锻造模具的结构；图11(a)为透视图，显示了一个整体式模具的示例；图11(b)为图11(a)所示的模具的横剖面图；图11(c)为透视图，显示了一个分体式模具的示例；

图12为示意图，显示了本发明闭式锻造法所用的另一种分体式模具的示例；

图13为剖面图，显示了通过本发明的另一个实施例的闭式锻造方法制造一个轭时的状态；

图14为图13中所示的施压方向的投影面；

图15显示了在进行锻造之前锻造材料被置于图13所示的模具中的状态；

图15a是图15中的锻造材料的立体图，示出了锻造材料的直径(R)和厚度(T)；

图16显示了通过热锻造方法锻造一个周围有飞边的轭所用的锻造材料和模具的布置形式；

图17显示了一个拉伸试件；

图18显示了示例2中制造的轭；

图19为剖面图，显示了示例2中通过闭式锻造方法制造一个轭时的状态；

图20为图19中所示的施压方向的投影面；

图21显示了在进行锻造之前锻造材料被放置于图19所示的模具中的状态；

图22为图1中所示的施压方向的投影面；

图23显示了在进行锻造之前锻造材料被放置于图1所示的模具中的状态；

图24显示了一个用本发明的另一个实施例的锻造预型件制造的一个作为车辆悬挂部件的上臂；

图25显示了用于制造图24中所示的上臂的本发明的另一个实施例的锻造预型件；

图26为剖面图，显示了通过闭式锻造方法制造图25所示的预型件的状态；

图27为图26中所示的施压方向的投影面；

图28显示了在进行锻造之前锻造材料被置于图26所示的模具中的状态，在此获得一拉伸试件。

具体实施方式

为了提高基于原材料的成品产量，本发明的发明人对用于制造锻造制品的闭式锻造方法和闭式锻造制造系统以及锻造制品中的金属流动与产品的机械强度之间的关系进行了大量的研究。本发明是在该认识的基础上完成的。

本发明所用的锻造材料为圆柱形铸造锭块(铸锭)，其具有和锻造制品的体积相同的体积，其所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并且，该锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向所测得的长度的比等于或小于1。

这里所用的“具有和锻造制品的体积相同体积的锻造材料”的表述是指锻造材料的体积落在该锻造制品的容许体积公差范围内。锻造材料与锻造制品之间的体积差距，基于锻造制品的体积，优选地等于或小于2％，更优选地等于或小于1％。

当锻造材料的体积与锻造制品的不相同时，就会产生问题，包括当锻造制品的体积大于锻造材料时锻造制品中会产生未充满的问题，以及当锻造制品的体积小于锻造材料时，由于在锻造制品上形成了飞边，而不能将该锻造制品用作成品，或者锻造模具破裂造成锻造制品的制造失败。另外，还需要进行飞边切除的步骤。这样就增加了操作步骤。而且，由于飞边的切除，锻造制品基于锻造材料的产量降低。

通过本发明的方法制造的锻造制品优选地是一种具有多个分支的部件。这里所用的“一种具有多个分支的部件”是指一种具有多个分支的部件(举例说，当该部件与另一部件结合使用时，其每一个分支都作为要与该另一部件连接或由其支撑的一部分)，其中各个分支从其端部沿指向汇合点(例如重心)的任意路线延伸，该汇合点落在一个通过连接分支端点所形成的多边形内。该定义包含这些分支中不含侧分支的情况，以及分支的汇合点落在某一分支的端点的情况。

为了减少部件的重量，这些分支可以被冲成在其中形成有孔。该部件也可以是具有从分支的汇合点延伸出多个分支的部件。本发明可以应用于具有相对于分支的汇合点对称或不对称延伸的分支的部件。该部件的示例包括一个作为用于车辆悬挂部件中的连接件的轭(叉头)，和作为车辆悬挂部件的上臂和下臂。对于这些部件，其分支的机械强度的进一步提高是所希望的改进。

本发明提供了一种闭式锻造方法，它包括：准备作为锻造材料的圆柱形铸造锭块，其所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，且不含凸角部分；和在锻造材料的侧表面上施加压力；其中该形状具有这样一个比例：锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锻造材料在施压方向上测得的长度的比等于或小于1。

“具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，且不含凸角部分的一个圆柱体”是指，例如，具有由不含凸角部分的曲线限定的一个下表面的圆柱形物体，以及具有由不含凸角部分的曲线限定的下表面的截圆锥体、椭圆柱体和截椭圆锥体。

当锻造材料在施压方向上的投影面的横向长度与锻造材料在施压方向上所测得的长度的比超过1时，锻造材料在施压方向上的投影面积变大，需要高的锻造载荷，该锻造载荷会过大从而阻碍了可靠的锻造。锻造载荷的这种增加对锻造作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件和用于车辆悬挂的连接件的轭都有不利影响。另外，能够施加高载荷的锻造机是昂贵的，从而导致高的制造成本。

在本发明中，由于压力施加在锻造材料的侧表面，材料的塑性流动从投影面积较小的部分开始沿纵向进行，由此使这部分的强度得以增强。当锻造制品是一个具有多个分支的部件时，沿着分支的轮廓出现层状金属流动，由此使分支的强度增强。

本发明提供了一种闭式的锻造方法，其中压力施加在锻造材料的侧表面上。当锻造材料是从一个圆棒材料上切割得到的一个切制工件(切段)时，在锻造中，压力不是施加在工件的切割表面，而是施加在垂直于该工件的切割表面的表面上。特别地，压力是施加在该切制工件的侧表面上。

在压力是施加在从圆棒材料上得到的切制工件的切割表面上的锻造方法中，在通过该工件(锻造材料)的塑性流动制造一个具有分支的作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件或者作为用于车辆悬挂中的连接件的轭的过程中，切割表面与工件的外周表面(侧表面)相交的边成为锻造制品的分支。在这种情况下，由于锻造材料的塑性流动的流率和方向在切割表面和材料的外周表面的各个部分都不相同，因上述的边产生的锻造缺陷，比如重叠，就会在锻造制品的分支表面产生。结果，锻造制品可能在产生锻造缺陷的部分断裂，使制品不能成为优质的产品。

本发明采用一种圆柱形铸造锭块作为锻造材料，该锭块具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，并且不含凸角部分，压力施加于该圆柱形锻造材料的侧表面上。因此，由于材料发生塑性流动使上述的边落在锻造制品的周边轮廓上，就防止了在锻造制品的分支中产生像重叠这样的锻造缺陷。另外，由于锻造材料的在施压方向上的投影面的横向长度与该材料在施压方向上所测得的长度的比等于或小于1，该锻造材料在施压方向上的投影面积变小，需要施加的锻造载荷可以减少。

当压力施加于从圆棒材料获得的作为圆柱形锻造材料的切制工件的外周边表面(即垂直于切割表面的表面)时，由于材料发生塑性流动使上述的边落在锻造制品的周边轮廓上，就防止了在锻造制品的分支中产生像重叠这样的锻造缺陷，这是优选的情况。另外优选地，由于切制工件的厚度与切制工件的直径的比等于或小于1，该切制工件(锻造材料)在施压方向上的投影面积变小，需要施加的锻造载荷可以减少。

在本发明的方法中，锻造材料的上表面和/或下表面的轮廓优选地不含凸角部分并呈平滑形状。优选地，其轮廓呈圆形、椭圆形或平滑延伸的多边形，因为这些形状可防止产生诸如重叠这样的锻造缺陷。

从成本和可加工性的角度看，本发明使用的锻造材料优选地是从圆棒材料上获得的圆柱形切制工件，使得该工件的厚度(T mm)与该工件的直径(R mm)的比(T/R)等于或小于1(优选地等于或小于(π/4)，更优选地等于或小于0.5)。

在本发明的方法中，锻造材料可以是金属材料。金属材料的例子包括铝、铁、镁和主要含有这样一种金属的合金。铝合金的例子包括Al-Mg-Si合金、Al-Cu合金和Al-Si合金。Al-Mg-Si合金的例子包括JIS 6061合金和SU 610合金。Al-Cu合金的例子包括JIS 2024合金和JIS 2014合金。Al-Si合金的一个例子是JIS 4032合金。

本发明所用的锻造材料可以用任何常规的方法制造，比如连续铸造、挤出或轧制。从低成本的角度看，优选的是一种连续铸造的铝或铝合金的圆棒材料。更优选的是用一种气压热帽(热封顶)铸造法连续铸造的铝合金圆棒材料(如SHOTIC材料)，因为该材料表现出优良的内部完整性(致密性)并具有精细的晶粒，不因塑性加工而出现各向异性。这就是当铝合金的圆棒材料(一种锻造材料)被用于本发明的锻造方法中时，材料在锻造制品的各个分支中均匀地(一致地)发生层状塑性流动，使未充满这样的锻造缺陷不会产生，并提高产品的机械强度的原因。

在本发明的锻造方法中，优选地，锻造制品的体积(V mm³)、圆棒材料的厚度(T mm)、该锻造制品在施压方向上的投影面的纵向长度(L mm)和圆棒材料的直径(R mm)满足下列关系式：

$(1/3)\×L\≤R=2\×\sqrt{(V/\mathrm{T\π})}\≤L.$

当 $R=2\&times;\sqrt{(V/\mathrm{T\&pi;})}<(1/3)\&le;L$ (R：从圆棒材料上获得的切制工件的直径)，由于要在一单一锻造步骤中使材料在锻造制品的分支内塑性流动，就必须要施加一大于从一压机所获得的最大载荷的锻压载荷到该工件(锻造材)上，因而需要多个锻压步骤。另外，由于所施加的载荷的不足，可能在锻造制品中产生未充满，导致所要的锻造产品的制造的失败。在这种情况下，锻造材料塑性流动的距离变长，设在锻造材料与模具之间的润滑膜破裂，导致在锻造制品上产生锻造缺陷，如粘连和擦伤(拉毛)。因此就需要进行机械加工以去除锻造缺陷。同时，如果 $L<R=2\&times;\sqrt{(V/\mathrm{T\&pi;})},$ 由于切制工件不能放置在锻造模具中，就不能进行闭式锻造。

关于本发明中采用的圆棒材料(锻造材料)，优选地，圆棒材料的厚度(T mm)为0.8至1.0乘以锻造制品在施压方向上投影面的横向长度(tmm)。当从圆棒材料获得的切制工件的厚度为至少0.8×t和最高1.0×t时，锻造材料并不是斜置在锻造模具中的，放在模具中的材料是稳定地放置于该模具中的。因此，锻造缺陷，如未充满、厚度偏差和重叠，就不会在锻造中发生，这使锻造制品的制造具有高的质量。然而，当切制工件的厚度超过1.0×t时，由于锻造材料不能放置在锻造模具中，就不能进行没有飞边的闭式锻造了。

根据本发明的闭式锻造方法，压力施加于作为锻造材料的圆柱形铸造锭块的侧表面。另外，铸造锭块具有与锻造制品相同的体积，其所呈现的形状在其上、下和侧表面都不含凸角，该锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向上测得的长度的比为等于或小于1。因此，在锻造中所要施加的载荷可以减少，基于锻造材料的锻造制品的产量高，锻造制品的机械强度可增强。

根据本发明的方法，可以通过向一个圆柱形的锻造材料的侧表面施加载荷来制造作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的锻造预型件。另外，可以减少锻造中所要施加的载荷，基于锻造材料的成品的产量高。用锻造方法制造作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的锻造预型件，使锻造材料沿着多个分支发生塑性流动。即沿着多个分支的轮廓发生层状金属流动。其结果是，分支的机械强度增强。

这里所用的术语“金属流动”是指以塑性(压力)加工形式经锻造制造的锻造制品的晶粒的流动。“发生层状金属流动”的表达方式是指晶粒沿着锻造制品的轮廓均匀流动的状态。即金属沿着锻造制品的轮廓以层状形式流动，这些层并未在制品的表面终止，或者在制品中观察不到层的扰动。换句话说，该锻造制品具有沿其各个分支的金属流动线。

在使用铝合金如JIS 2014合金或JIS 6061合金时，塑性流动量越大，机械强度则越大。然而，当塑性流动量过大时，在部分锻造颗粒中会产生扩大的晶粒。扩大的晶粒使机械强度大幅度降低。在常规的伴有飞边的锻造方法中，在分型线(分离线)附近的塑性流动量大，使得分型线附近的晶粒变大，导致机械强度下降。

然而，根据本发明，由于没有任何飞边而不存在分型线。因此，本锻造方法与常规锻造方法相比可以抑制晶粒的扩大。这样，由于在本锻造方法中没有局部的机械强度降低的情况产生而使之优于常规的锻造方法。

由于用该锻造方法制造的作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件没有飞边，在该预型件上就不形成切除飞边的痕迹，而且基于锻造材料的预制品产量高。

根据本发明的方法，一种作为用于车辆悬挂部件中的连接件的轭，可以通过在一个圆柱形的锻造材料的侧表面上施加压力来制造。另外，锻造中需要施加的载荷可以减少，而且基于锻造材料的成品的产量高。通过该锻造方法制造一个作为车辆悬挂部件的轭，使得该锻造材料沿着多个分支发生塑性流动。即沿着各分支的轮廓发生层状金属流动。其结果是，各分支的机械强度增强。

由于通过该锻造方法制造的作为车辆悬挂部件的轭没有飞边，在该轭上不形成飞边切除的痕迹，并且基于锻造材料的轭产量高。

采用本发明的闭式锻造方法的闭式锻造制造系统将在下面进行描述。

现参考图10来大概地描述一下该闭式锻造制造系统的一个示例。

在图10中，该闭式锻造制造系统包括一个材料切割设备101和一个锻造机105。在要在锻造前对锻造材料进行加热的热锻情况下，该制造系统优选地包括一个材料加热设备103。更优选地，该制造系统包括一个材料进给设备102、一个材料传送设备104和一个锻造制品传送设备106，以实现一个完全自动的生产系统。当锻造制品呈现成品的形状时，优选地设有一个锻造制品热处理炉107。

材料切割设备101用以将一个连续铸造的圆棒切割成工件(段)每一个工件具有与锻造制品相同的体积。材料进给设备102用以将预定数量的锻造材料储存在料斗中，然后将材料供给至后续的设备。材料传送设备104用于将锻造材料传送到模具中。锻造机105用以对锻造材料进行锻造。锻造制品传送设备106用以通过一个出坯(开模)机构把锻造制品从锻造模具中卸出来，或者把分体式模具中的锻造制品从锻造模具中卸出来，然后传送该锻造制品至下游的设备。材料加热设备103用以将材料加热以提高其可锻性。锻造制品热处理炉107用以将锻造制品进行热处理，包括连续固溶处理和连续时效处理。

现参考图11大概地描述一下用于该锻造机中的本发明的锻造模具的结构。

本发明的锻造模具包括一个冲头111、模具块112、一个模芯113和一个出坯器114。在需要在锻造前对锻造材料进行加热的热锻情况下，举例来说，在锻造模具或是在锻造机中，优选地在需要时设有一个用于向模具喷洒润滑剂的润滑剂喷洒装置115。该润滑剂喷洒装置115可以和锻造机分开设置，该装置的操作可以和锻造机的操作相关联。

本发明的模具的设计是这样的，一个圆柱形的铸造锭块(锻造材料)可以放在由模具块、出坯器和模芯之间所界定的空间中，压力施加于该圆柱形铸造锭块的侧表面上。该圆柱形铸造锭块具有与锻造制品相同的体积，其形状呈现为具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并且锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向上测得的长度的比等于或小于1。

优选地，本发明的模具设计成能通过对一个圆柱形工件(锻造材料)进行闭式锻造制造出具有多个分支的部件。该圆柱形工件可以放置在由模具块、冲头、出坯器和/或模芯界定的空间中，压力施加于该圆柱形工件的侧表面上。该圆柱形工件是通过切割一个圆棒而获得的，以使得工件的厚度(T mm)与工件直径(R mm)的比T/R等于或小于1，并且工件的体积和锻造制品的体积(V mm³)相同。

从金属流动的角度看，特别地，模具优选地设计成使该圆柱形工件可以放在上述空间中，以使得与各个延伸的分支的汇合点附近相接触。

优选地，本发明的模具有一个由模具块、冲头、出坯器和/或模芯所界定的空间，使得锻造制品的体积(V mm³)、圆棒材料的厚度(T mm)、锻造制品在施压方向上的投影面的纵向长度(L mm)和圆棒材料的直径(R mm)之间满足关系式 $(1/3)\&times;L\&le;R=2\&times;\sqrt{(V/\mathrm{T\&pi;})}\&le;L.$

优选地，本发明的模具有一个由模具块、冲头、出坯器和/或模芯所界定的空间，使得圆棒材料的厚度(T mm)为0.8至1.0×(锻造制品在施压方向上的投影面的横向长度(t mm))。

本发明的闭式锻造制造系统包括一个模具，该模具的设计成使一个圆柱形铸造锭块(锻造材料)可以放在由模具块、冲头、出坯器和/或模芯所界定的空间中，压力施加在该圆柱形铸造锭块的侧表面上。该圆柱形铸造锭块具有与锻造制品相同的体积，其所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并且具有这样的比例：锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向上测得的长度的比等于或小于1。

优选地，本发明的闭式锻造制造系统包括一个这样设计的模具，即通过对一个圆柱形工件(锻造材料)进行闭式锻造来制造一个具有多个分支的部件。该圆柱形工件可以放置在由模具块、冲头、出坯器和/或模芯所界定的空间中，使压力可以施加在该圆柱形工件的侧表面上。该圆柱形工件是可以通过切割一个圆棒材料得到的，使得工件的厚度(T mm)与工件的直径(R mm)的比T/R等于或小于1，并且工件的体积和锻造制品的体积(V mm³)相同。

用在本发明的闭式锻造制造系统中的锻造模具可以仅是由选自于以下的一种部件，即由一模具块、模芯和出坯器组合形成的由模具块组成的整体式模具，以及由模具块和多个配设于其中的模芯组合形成的分体式模具。从提高锻造模具的使用寿命的角度来看，优选地采用分体式模具。

本发明的模具设计成使圆柱形铸造锭块(锻造材料)可以放置在由模具块、冲头、出坯器和/或模芯所界定的空间中，压力可以施加在该圆柱形铸造锭块的侧表面上。该圆柱形铸造锭块的体积和锻造制品的相同，所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面、和一个侧表面，不含凸角部分，并且具有这样的比例：锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向所测得的长度的比等于或小于1。因此在锻造中所施加的载荷可以减少，基于锻造材料的锻造制品的产量高，锻造制品的机械强度可以提高。

下面将描述图10中显示的一个采用闭式锻造制造系统的本发明的锻造方法的一个实施例和在图11中显示的模具。

本发明的闭式锻造方法包括的步骤有：将一个连续铸造圆棒切割成工件(锻造材料)，每一工件具有和锻造制品相同的体积；将预定数量的锻造材料存放在一个料斗内；将每一个锻造材料供给将锻造材料传送至模具的后续步骤；将传送的锻造材料进行锻造；通过出坯机构将锻造制品从模具中卸出来；以及将制成的锻造制品进行热处理，包括连续固溶处理和连续时效处理。

如果是在常温下对锻造材料进行锻造以制造形状简单的锻造制品的冷锻情况下，从减少锻造载荷以及防止锻造制品和模具之间的粘连的角度看，如果需要，最好在锻造前进行磷酸盐表面处理(磷化处理)步骤，用于对锻造材料进行化学涂层处理。

如果是在锻造材料经过加热以后进行锻造以制造具有复杂形状的锻造制品的热锻情况下，从减少锻造载荷以及防止锻造制品和模具之间的粘连的角度看，如果需要，最好执行下面步骤中的任一个，这些步骤为：对锻造材料进行预热，在锻造前对锻造材料进行水溶性石墨润滑处理，将闭式锻造模具预热至一个预定温度，向闭式锻造模具中锻造材料进行锻造的部位喷洒水溶性石墨润滑剂。

现参照图12来描述一个用来作为闭式锻造模具的，配备有驱动机构的分体式模具的结构的示例。

在图12中，成对的分体模具块121相隔预设的距离布置，其前表面具有相互面对的模型部分。该成对的分体模具块121的后表面各自设有一个臂122，后者通过一个动力传递机构连接一个驱动机构(未显示)，例如液压缸，电动机等。在锻造中，该成对的分体模具块121相向移动至压力接触，以形成一个闭合的锻造模具。

锻造完成之后，该驱动机构以相反方向驱动，以打开分体模具块，取出一个锻造制品。

臂122设置在每一个分体模具块121的后表面上的位置最好是在各分支的汇合点的后表面，因为这样在后表面上就没有不平衡的载荷作用。如果是在制造要求尺寸精确的产品的情况下，可以在各分体模具块上所需的位置设置多个臂来构成一个锻造模具。

在图12所示的示例中，每一个分体模具块连接有一个驱动机构。然而，也可以将一个驱动机构连接至分体模具块的其中一个上，而另一个固定，这样驱动来进行锻造。

使用分体模具块可以达到与使用闭式锻造模具相同的效果，使锻造制品不仅可以从模具块的上方卸出，还可以在打开模具块的方向卸出。这使得锻造制品可以从模具块中取出，而与出模具块的行程无关。特别是，对于不能用闭式锻造模具来获得的具有底切槽(undercut)形状的锻造制品，用分体模具块就可以制造。“底切槽(undercut)形状”是指即使使用出坯机构也不能取出的形状。

而且，由于分体模具是分为两个模具块，润滑剂可以方便地喷到整个模具上，模具的维护得以提高。

本发明的闭式锻造制造系统采用一种锻造模具，该模具设计成可以让一种圆柱形铸造锭块(锻造材料)放置在由冲头、模具块、出坯器和/或模芯界定的空间中，压力施加于该圆柱形铸造锭块的侧表面上。该圆柱形铸造锭块的体积和锻造制品的相同，所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并具有这样的比例：锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向所测得的长度的比等于或小于1。因此，在锻造时所要施加的载荷可以减少，基于锻造材料的锻造制品的产量高，并且锻造制品的机械强度可以提高。

下面将参考示例对本发明进行详细说明，这些示例不构成对本发明的限制。

示例1：

为通过锻造来制造图2所示的用于车辆悬挂的连接部件的轭43，将与轭43体积相同的JIS 6061铝合金材料的一个切制工件以下面的方式设计为锻造材料。

轭43的体积利用一个在计算机中编程的CAD系统来计算。根据计算结果，切制工件的体积设计为38.8cm³。该切制工件体积的公差确定为计算所得出的轭的体积的±1％。

接下来，切制工件的厚度(T)设计为34mm，即为锻造制品在施压方向(由图13中的参考字母A表示)上的投影面的横向长度(t)的0.95倍，该横向长度由参考字母B(见图14)表示。根据切制工件的体积和厚度，该切制工件的直径是用下面的等式确定的：

$R=2\&times;\sqrt{(\mathrm{38,800}/\left(34\mathrm{\&pi;}\right))}$

在这里，R满足：(1/3)×(由图14中的参考字母C表示的纵向长度L)≤R≤(由图14中的参考字母C表示的纵向长度L)。

另外，在图13中，参考标号131是指冲头，标号133是指一个推顶器，标号134是指一个出坯器，标号135是指作为一个锻造制品的轭。

基于上述设计，一个直径为38.1mm的JIS 6061铝合金的连续铸造圆棒被切割成10个圆盘形工件，每一个工件的直径为38.1mm，厚度为34mm，体积为38.8cm³.这10个切制工件的平均重量为104.8克。

对每一个圆盘形切制工件151进行常规的已知磷酸盐表面处理(bondetreatment)，然后放置在如图15所示的锻造模具中。接下来，利用冲头在常温下对切制工件的外周表面施加载荷进行冷锻。一个400吨的压力设备(AIDA公司的产品)被用来作为锻造设备。平均的锻造载荷为1,372kN。这10个锻造制品的平均重量为104克。锻造制品在施压方向上的投影面的平均纵向长度L(在图14中表示为C)为51mm。

在上述情况下的锻造过程中，在锻造制品中没有发现粘连等，而诸如锻造载荷的急剧增加等问题也没有出现。

为了检查该锻造制品的质量，对制品的外观进行视觉评估。结果是，锻造缺陷出现的百分比，如粘连和重叠为0％。就是说，(有锻造缺陷的样品的数量/样品总数)＝(0/10)。由于不出现粘连现象，锻造材料的塑性流动阻力不增加，锻造载荷没有急剧增加。预期由于锻造载荷没有急剧增加，预期锻造模具的使用寿命可以延长。

按锻造制品的重量计基于锻造材料的产量大约为99％。

对比示例1：

如图2所示的轭43，为用于车辆悬挂的连接部件，通过常规的伴有飞边的热锻法制造。

为了准备锻造材料，直径为40.6mm的JIS 6061连续铸造圆棒被切割成10个圆盘形工件161，每一个工件的直径为40.6mm，厚度为50mm，体积为65cm³。这10个切制工件的平均重量为175克。

每一个圆盘形切制工件161的表面用水溶性石墨润滑剂进行常规的已知的涂层处理，然后工件被放在图16所示的锻造模具中。接下来为了进行伴有飞边的热锻，锻造材料被加热至420℃，模具被预热至200℃，并将水溶性石墨润滑剂喷洒至锻造模具上。然后，利用冲头将载荷施加于切制工件的外周表面上进行热锻。一个400吨的压力设备(AIDA公司的产品)被用来作为锻造设备。平均锻造载荷为2,940kN。完成锻造之后，所产生的飞边用修边模具切除，从而得到锻造制品。10个锻造制品的平均重量为104克。按锻造制品的重量计基于锻造材料的产量大约为59％。

强度试验和金属流动观测：

将示例1和对比示例1中制造的锻造制品进行热处理，包括在510℃进行固溶处理6小时，在170℃进行时效处理6小时。然后，在每一个锻造制品对应于图2所示的P位置的部位通过切割获得一块宽度为2.87mm和标记长度(标距)为11.5mm的拉伸试样ASTM-R5，如图17所示，对试样的机械性能进行评估。利用Autograph(材料测试仪)(Shimadzu公司的产品)在拉力负载为5kN的条件下进行拉伸试验。十个试样(每一个锻造制品的)都进行拉伸试验。

拉伸试验得到的机械性能的数据如下，表1显示的为示例1的试样的数据，表2显示的为对比示例1的试样的数据。

                       表1

试样	拉伸强度(N/mm2)	0.2％屈服应力(N/mm2)	延伸率(％)
				1	328.33	307.01	16.5
2	330.43	304.32	18.9
				3	332.91	302.95	17.6
4	332.91	304.55	18.7
				5	329.67	299.93	17.5
6	332.91	304.55	18.3
				7	330.62	299.41	18.0
8	331.19	300.00	17.4
				9	330.22	317.11	19.2
10	329.08	297.65	19.3
				平均值	330.83	303.75	18.1

                        表2

试样	拉伸强度(N/mm2)	0.2％屈服应力(N/mm2)	延伸率(％)
				1	305.10	277.60	16.8
2	305.29	275.09	17.7
				3	300.68	273.92	18.5
4	301.23	273.60	17.6
				5	310.12	283.01	19.5
6	309.55	280.18	19.5
				7	301.09	271.31	18.6
8	304.91	276.30	7.5
				9	306.82	279.16	20.3
10	306.05	278.39	19.2
				平均值	305.08	276.86	18.1

从上面的表1和表2可以清楚地看到，通过本发明的闭式锻造方法制造的锻造制品的拉伸强度和0.2％屈服应力比用常规的伴有飞边的热锻方法制造的锻造制品的高大约10％。因此，本发明的锻造制品显示出改善的机械性能。

接下来，为了观察每一个锻造制品的分支中的金属流动，从锻造制品上切割一个样品用于观察金属流动。要观察金属流动的样品表面用刚玉砂纸抛光，然后对样品作浸蚀处理，其中将样品在20％氢氧化钠溶液中浸泡30秒钟。为评估金属流动，对所获得的样品的宏观结构(组织)进行视觉观察。

结果是，在用本发明的方法制造的锻造制品中，没有观察到锻造缺陷，比如重叠，因为锻造材料的切割表面和其外周表面相交的夹角边落在该锻造制品的外周轮廓上。而且，还观察到金属沿锻造制品的多个分支均匀流动，金属流动的层没有在制品的表面结束(终止)，层的扰动也没有观察到。该结果显示锻造材料沿着锻造制品的分支发生层状的塑性流动。相反，在上述条件下，对用常规的伴有飞边的热锻造制造的锻造制品的宏观结构进行观察，发现金属的流动不是沿着锻造制品的多个分支发生的。

因为在通过本发明的闭式锻造方法获得锻造制品的过程中没有执行被称为“飞边切除步骤”的修边步骤，所得到的锻造制品没有飞边切除的痕迹，意味着基于锻造材料的制品的产量高。相反，当锻造制品是通过常规的伴有飞边的热锻造方法制造的时，由于所得到锻造制品必须经过修边步骤切除飞边，所以制品上有飞边切除的痕迹。

示例2：

为了制造图18所示的作为用于车辆悬挂的连接部件的轭，一个体积和轭相同的JIS 6061铝合金的切制工件以下面的方式设计为锻造材料。

用在计算机中编程的CAD系统程序计算轭的体积。根据计算结果将切制工件的体积设计为84.0cm³。切制工件的体积的公差确定为计算得出的轭的体积的±1％。

接下来，切制工件的厚度设计为30mm，即为锻造制品在图19所示的施压方向D上的投影面的横向长度(t)的0.95倍，该横向长度在图20中由参考字母E表示。根据切制工件的体积和厚度，切制工件的直径(R)用下面的等式确定：

$R=2\&times;\sqrt{(\mathrm{84,000}/\left(30\mathrm{\&pi;}\right))}.$

这里，R不满足条件：(1/3)×(在图20中参考字母F所表示的纵向长度(L))≤R≤(在图20中参考字母F所表示的纵向长度(L))，但是满足条件：R≤(1/3)×(在图20中参考字母F所表示的纵向长度(L))。

另外，在图19中，参考标号191指的是一个冲头，标号192是指模具块，标号193是指一个推顶器，标号194是指一个出坯器以及标号195是指作为锻造制品的轭。

在上述设计的基础上，直径为59.7mm的JIS 6061铝的连续铸造的圆棒被切割成10个圆盘形工件，每一个工件的直径为59.7mm，厚度为30mm，体积为84.0cm³。这10个工件的平均重量为227克。

对每一个圆盘形切制工件211用磷酸盐润滑剂(bonde lubricant)进行常规的涂层处理，然后放置在图21所示的锻造模具中。接下来，在常温下用冲头在切制工件的外周表面施加载荷进行冷锻。一个800吨的压力设备(Komatsu Seisakusho有限公司的产品)被用来作为锻造设备。所得到的锻造制品的平均重量为226.5克。锻造制品在施压方向上的投影面的平均纵向长度(L)为200mm，由图20中的参考字母F表示。

对锻造制品的宏观结构的观察确认：锻造材料的切割表面与其外周表面相交的角边缘是沿着锻造制品的周边轮廓的，金属流动是沿着锻造制品的多个分支发生的，锻造材料的层状塑性流动是沿着锻造制品的分支发生的。

在上述条件下进行锻造时，由于锻造材料的塑性流动发生在长的距离上，直至材料达到图19所示的部位G，由于锻造材料和模具之间的润滑膜的破裂导致的粘连特别地发生在图19所示的部位H。粘连出现的百分率为80％。也就是说，(有粘连的样品数量/样品总数量)＝(8/10)。由于锻造材料和模具之间的润滑模的破裂导致的粘连从锻造制品的表面被去除。

示例3：

从圆棒材料得到的圆盘形的切制工件的厚度设计为25mm，即图14中由参考字母B所表示的横向长度的0.7倍。切制工件的直径R用下式确定为44mm：

$R=2\&times;\sqrt{(38,800/\left(25\mathrm{\&pi;}\right))}.$

在这里，R满足条件：R≤(图14中由参考字母C所表示的纵向长度(L))。

以与示例1相似的方式用该切制工件进行锻造。结果是，由于在锻造中切制工件(锻造材料)在锻造模具中不稳定而倾斜，在所得到的锻造制品中出现如未充满或重叠等的锻造缺陷的百分率为50％。

示例4：

为了制造图6所示的作为车辆悬挂部件的上臂的预型件，一个与该预型件具有相同体积的JIS 6061铝合金的切制工件(锻造材料)如下设计：

用在计算机中编程的CAD系统程序对上臂的预型件的体积进行计算。基于计算结果的切制工件的体积设计为862cm³。切制工件的体积的公差确定为计算所得到的预型件体积的±1％。

接下来，切制工件的厚度设计为28mm，即为锻造制品在图1所示的施压方向I上的投影面的横向长度(t)的0.95倍，该横向长度在图22中由参考字母J表示。根据切制工件的体积和厚度，切制工件的直径(R)用下式确定：

$R=2\&times;\sqrt{(\mathrm{862,000}/\left(28\mathrm{\&pi;}\right))}.$

这里，R满足条件：(1/3)×(在图22中参考字母K所表示的纵向长度(L))≤R≤(在图22中参考字母F所表示的纵向长度(L))。

根据上述设计，一个直径为198mm的JIS 6061铝合金的连续铸造坯材被切割成10个圆盘形工件，每一个工件的直径为198mm，厚度为28mm，体积为862cm³。这10个切制工件的平均重量为2,330克。

另外，在图1中，参考标号11是指冲头，标号12是指模具块，标号13是推顶器，标号14是指出坯器，标号15是指上臂的锻造预型件。

对每一个圆盘形切制工件231的表面用水溶性石墨润滑剂进行常规已知的涂层处理，一种通常已知的水溶性石墨润滑剂被喷到锻造模具上。接下来，如图23所示切制工件被放置在模具中，用冲头向切制工件的外周表面施加载荷进行热锻造。一种3,000吨的压力设备(Sumitomo HeavyIndustries.Ltd.的产品)被用来作为锻造设备。热锻造在500℃的材料加热温度下和200℃的模具温度下进行。平均锻造载荷为6,370kN。所得到的锻造制品的平均重量为2,328克。锻造制品在施压方向上的投影面的平均纵向长度(L)—在图22中由参考字母K表示—为392mm。

按锻造制品的重量计基于锻造材料的的产量约为99％。

由于锻造材料的层状塑性流动是沿着锻造制品的多个分支发生的，制品的机械强度得到提高。另外，由于锻造制品是通过本发明的闭式锻造方法制造的，锻造制品没有切除飞边的痕迹，产品的产量高。

一个预型件用常规的伴有飞边的热锻造方法来制造一个如图5所示的上臂54。在材料加热温度为500℃和模具温度为150℃的条件下进行两次锻造步骤。第一锻造步骤的锻造载荷为22,540kN，第二锻造步骤的锻造载荷为17,640kN。一个修边模具被用来切除锻造体上的飞边，所得到的锻造体的形状经调整得到一个锻造制品。在这种情况下，图5所示的上臂(锻造制品)的重量为1,650克，而切制圆盘的平均重量为2,330克。因此，按制品的重量计基于材料的产量为71％。

对比示例2：

图7显示了用常规的伴有飞边的热锻方法制造示例4中的上臂的预型件。在材料加热温度为500℃和模具温度为180℃的条件下进行热锻造。从直径为80mm的JIS 6061铝合金的连续铸造圆棒得到一个直径为80mm，长度为360mm，体积为1,810cm³和重量为4,900克的切制工件(锻造材料)。在该热锻造中，锻造载荷为49,000kN。锻造完毕后，用一个修边模具切除飞边得到一个锻造体，其形状经调整后得到一个锻造制品。在该锻造工艺中，由一件锻造材料制造了两个上臂预型件。这两个锻造制品的平均重量为1,960克。制造一个预型件所需的锻造载荷计算为上述锻造载荷的一半，并确定为大约24,500kN。按锻造制品的重量计基于锻造材料的产量为80％。

一个预型件用常规的伴有飞边的热锻造方法来制造一个如图7所示的上臂54。在材料加热温度为500℃和模具温度为180℃的条件下进行两次锻造步骤。第一锻造步骤的锻造载荷为14,700kN，第二锻造步骤的锻造载荷为14,700kN。一个修边模具被用来切除锻造体上的飞边，锻造体的形状经调整而得到一个锻造制品。在这种情况下，图7所示的两个上臂74(锻造制品)中的每一个的重量为1,650克，而切制工件71的重量为4,900克。因此，按制品的重量计基于材料的产量为67％。

示例5：

为了制造图24所示的作为车辆悬挂部件的上臂，而制造上臂的图25中所示的锻造预型件。具有和锻造预型件相同体积的JIS 6061铝合金的切制工件(锻造材料)设计如下：

上臂预制品的体积用在计算机中编程的CAD系统进行计算。根据计算结果，切制工件的体积设计为595cm³。切制工件体积的公差确定为计算得出的预型件体积的±1％。

接下来，切制工件的厚度设计为30mm，为在图27中由参考字母N表示的锻造制品在图26所示的施压方向M上的投影面的横向长度(t)的0.95倍。根据切制工件的体积和厚度，切制工件的直径(R)由下式确定：

$R=2\&times;\sqrt{(595,000/\left(30\mathrm{\&pi;}\right))}.$

在这里，R满足条件：(1/3)×(在图27中由参考字母O所表示的纵向长度(L))≤R≤(在图27中由参考字母O所表示的纵向长度(L))

另外，在图26中，参考标号261是指一个冲头，标号262是指模具块，标号263是指一个推顶器，标号264是指一个出坯器，以及标号265是指上臂的锻造预型件。

根据上述设计，一个直径为167mm的JIS 6061铝合金的连续铸造的坯料被切割成10个圆盘形工件，每一个工件的直径为167mm，厚度为30mm，体积为595cm³。该10个工件的平均重量为1,607克。

对每一个圆盘形切制工件281的表面用水溶性石墨润滑剂进行通常已知的涂层处理，并将一种通常已知的水溶性石墨润滑剂喷洒在锻造模具上。接下来，如图28所示，切制工件被放置在模具中，利用冲头对切制工件的外周表面施加载荷进行热锻造。一个3,000吨的压力设备(Sumitomo HeavyIndustries，Ltd的产品)被用来作为锻造设备。热锻造在材料加热温度为500℃以及模具温度为200℃的条件下进行。平均锻造载荷为4,900kN。

所得到的锻造制品的平均重量为1,800克。锻造制品在施压方向上的投影面的平均纵向长度(L)为310mm，在图27中由O表示。

按锻造制品的重量计的基于锻造材料的产量为99％。

由于锻造材料的层状塑性流动是沿着锻造制品的多个分支发生的，制品的机械强度得到提高。另外，由于锻造制品是通过本发明的闭式锻造方法制造的，锻造制品没有切除飞边的痕迹，并且产品的产量高。

示例6：

除了锻造材料的铝合金品种有改变之外，在与示例4相同的条件下以相同的方式进行锻造。

为了制造图6所示的作为车辆悬挂部件的上臂的预型件，将连续铸造的SU 610铝合金圆棒切割成体积和预型件相同的切制工件(锻造材料)。该铝合金由0.8至1.2％重量的镁(Mg)，0.7至1.0％重量的硅(Si)，0.3至0.6％重量的铜(Cu)，0.14至0.3％重量的铬(Cr)，0.14至0.3％重量的锰(Mg)和余量为铝(Al)及不可避免的杂质组成。

对比示例3：

在与对比示例2相同的锻造条件下对与示例6相同的锻造合金品种进行锻造。

强度试验和金属流动观察如下：

将示例6和对比示例3中制造的锻造制品进行热处理，包括在530℃进行固溶处理6小时，在180℃进行时效处理6小时。然后，从每一个锻造制品对应于图6所示的位置Q的位置上切割得到如图17所示的具有标记直径6.4mm和标记长度25.4mm的拉伸试件ASTM-R3，并对试件的机械性能进行评估。利用Autograph(Shimadzu公司的产品)在拉伸载荷20kN的条件下进行拉伸试验。将三个试件(每一个锻造制品的)进行拉伸试验。从拉伸试验中得到的机械性能的数据如下面的表3所示。

                           表3

	试件	拉伸强度(N/mm2)	2％屈服应力(N/mm2)	延伸率(％)
					示例6	1	385	333	15.7
2	385	331	15.9
				3		387	333	16.6
平均值	386	332	16.1
				对比示例3		1	358	325	8.4
2	356	323	12.2
					3	362	330	10.4
平均值	359	326	10.3

从上面的表3可以清楚地看到，用本发明的闭式锻造方法制造的锻造制品的拉伸强度，0.2％屈服应力和延伸率比用伴有飞边的常规热锻造方法制造的锻造制品的高。因此本发明的锻造制品显示出改进的机械性能。

接下来，为了观察每一个锻造制品的分支中的金属流动和分型线附近的晶粒，从锻造制品上切割得到一个观察样品。所要观察的样品表面用刚玉砂纸抛光，然后将该样品在20％的氢氧化钠溶液中浸泡30秒钟进行浸蚀处理。为评估金属流动和分型线附近的晶粒，对所得到的样品的宏观结构进行视觉观察。结果是，用本发明的方法制造的锻造制品，没有观察到诸如重叠的锻造缺陷，因为锻造材料的切割表面与其外周表面相交的夹角边落在锻造制品的周边轮廓上。而且，观察到金属沿锻造制品的多个分支均匀流动，金属流动的层没有终止在制品表面，没有观察到层的扰动。该结果显示锻造材料的层状塑性流动沿着锻造制品的分支发生。而且，因为锻造制品没有分型线，在锻造制品的端部没有观察到扩大的晶粒。

相反，在上述条件下，观察用常规的伴有飞边的热锻造方法制造的锻造制品的宏观结构，发现金属流动不是沿着锻造制品的多个分支发生的。此外，在锻造制品的端部的分型线附近观察到扩大的晶粒。

示例7：

在与示例6的相同条件下进行锻造，不同的是图12所示的带有驱动机构的分体式模具块121被用做锻造模具。

其中一个模具块是由机械驱动的，另一个模具块固定。在锻造驱动冲头的过程当中模具块被闭合，当锻造完毕冲头停在锻造机的升起端时模具块被打开。

在这些条件下进行锻造没有造成任何麻烦的发生，比如锻造载荷的急剧增加，包括锻造制品的粘连。

工业应用性：

根据本发明的闭式锻造方法，采用一种圆柱形的铸造锭块作为锻造材料，该圆柱形铸造锭块的体积和锻造制品的相同，所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，并且不含凸角部分，其中将压力施加在该圆柱形锻造材料的侧表面上，其形状具有这样的比例：锭块在施压方向上的投影面的横向长度与该锭块在施压方向上所测得的长度的比等于或小于1。因此，由于锻造材料的层状塑性流动沿着锻造制品的多个分支发生，锻造产品的机械性能提高。另外，锻造制品没有切除飞边的痕迹，基于锻造材料的制品的产量提高。

在本发明的作为用于车辆悬挂的连接部件的轭中，锻造材料的层状塑性流动沿着轭的多个分支发生。因此，该轭显示出改进的机械性能。另外，该轭没有修边的痕迹，轭基于锻造材料的产量高。

在本发明的作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的锻造预型件中，锻造材料的层状塑性流动沿着预型件的多个分支发生。因此，该预型件显示出改进的机械性能。另外，该预型件没有切除飞边的痕迹，预型件基于锻造材料的的产量高。

本发明的模具设计成使一个圆柱形铸造锭块(锻造材料)可以放置在由冲头、模具块、出坯器和/或模芯所界定的空间，或者放在由冲头和配有驱动机构的模具块所界定的空间中，压力施加在该圆柱形铸造锭块的侧表面上。该圆柱形铸造锭块的体积和锻造制品的相同，其所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并且锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向上测得的长度之比等于或小于1。因此，在锻造中所要施加的载荷减少，锻造制品基于锻造材料的产量高，锻造制品的机械强度可提高。

本发明的闭式锻造制造系统所用的锻造模具设计成使圆柱形铸造锭块(锻造材料)可以放置在由冲头、模具块、出坯器和/或模芯所界定的空间中，或者放在由冲头和配有驱动机构的模具块所界定的空间中，压力施加在该圆柱形铸造锭块的侧表面。该圆柱形铸造锭块具有和锻造制品相同的体积，其所呈现的形状具有一个上表面、一个下表面和一个侧表面，不含凸角部分，并且锭块在施压方向上的投影面的横向长度与锭块在施压方向上测得的长度之比等于或小于1。因此，在锻造中所要施加的载荷减少，锻造制品基于锻造材料的产量高，并且锻造制品的机械强度可提高。

Claims (15)

1.一种用于制造锻造制品的闭式锻造方法，包括：

准备一种作为锻造材料的圆柱体铸造锭块，该锭块被切割成具有和锻造制品的体积(V)相同的体积，其形状具有由没有凸角部分的曲线限定的上表面、下表面和侧面，并且锻造材料的厚度(T)与该锻造材料的直径(R)的比值(T/R)等于或小于1；

使用一种锻造模具，该锻造模具的由冲头和具有驱动机构的模具的组合所界定的空间的形状具有与锻造制品的体积相同的体积，并具有在施压方向上的投影面的横向长度与在施压方向上所测得的长度的比等于或小于1的比例，且具有能够从圆柱体锻造材料的侧面施加压力的构形；

使从施加压力的方向看时的所述锻造模具的由冲头和模具的组合所界定的空间形状的投影面的横向长度的方向与锻造材料的厚度方向一致地将该圆柱体锻造材料配置在上述锻造模具中；

对该圆柱体锻造材料的侧面施加压力以使该锻造材料在垂直于其厚度的方向上塑性流动；

使该锻造材料塑性流动，从而使得该圆柱体锻造材料的上表面和下表面轮廓分别与锻造制品的外周轮廓一致。

2.根据权利要求1的一种闭式锻造方法，其特征在于，该锻造制品的体积(V)、锻造材料的厚度(T)、锻造制品在施压方向上的投影面的纵向长度(L)和锻造材料的直径(R)满足关系式：

$(1/3)\&times;L\&le;R=2\&times;\sqrt{(V/\mathrm{T\&pi;})}\&le;L.$

3.根据权利要求1的一种闭式锻造方法，其特征在于，锻造材料的厚度为0.8-1.0乘以锻造制品在施压方向上的投影面的横向长度(t)。

4.根据权利要求1的一种闭式锻造方法，其特征在于，该锻造材料为铝或铝合金。

5.根据权利要求1的一种闭式锻造方法，其特征在于，该锻造制品为具有多个分支的部件。

6.根据权利要求5的一种闭式锻造方法，其特征在于，该部件是作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件。

7.根据权利要求5的一种闭式锻造方法，其特征在于，该部件是作为用于车辆悬挂中的连接件的轭。

8.一种作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件，该预型件利用根据权利要求1至5任意一项的闭式锻造方法制造以具有多个分支，并具有沿各个分支的金属流动线。

9.一种作为车辆悬挂部件的上臂或下臂的预型件，该预型件利用根据权利要求1至5任意一项的闭式锻造方法制造，并且没有飞边去除的痕迹。

10.一种作为用于车辆悬挂中的连接件的轭，该轭利用根据权利要求1至5任意一项的闭式锻造方法制造以具有多个分支，并具有沿各个分支的金属流动线。

11.一种作为用于车辆悬挂中的连接件的轭，该轭利用根据权利要求1至5任意一项的闭式锻造方法制造，并且没有飞边去除的痕迹。

12.一种用于根据权利要求1至7任意一项的闭式锻造方法中的锻造模具，包括一个冲头、模具块和一个出坯器。

13.一种闭式锻造制造系统，包括一个切割材料的设备和一个锻造机，其中该锻造机包括根据权利要求12的锻造模具。

14.一种用于根据权利要求1至7任意一项的闭式锻造方法中的锻造模具，包括一个冲头和配备有驱动机构的模具块。

15.一种闭式锻造制造系统，包括一个切割材料的设备和一个锻造机，其中该锻造机包括根据权利要求14的锻造模具。

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