CN213888025U - 一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，涉及金属锻造模具技术领域，包括模具本体，所述模具本体的中部开设有模具腔，所述模具本体的内侧壁上设有呈阵列分布的多个凹槽。本实用新型通过在模具本体的内侧壁上设置凹槽，可使得成型后的坯料的外侧壁对应凹槽的位置处会形成一定高度的凸起，该凸起可卡合在运料小车的卡板上，使其不易从运料小车上掉落，进而可通过运料小车运送至下一工位，进行后续的机加工、清洗、焊接以及复合变形等工序。此外，该凸起也可卡合在天车的夹爪中，有助于成型的坯料通过天车吊装运输，减小吊装过程中坯料掉落的风险。

Description

一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具

技术领域

本实用新型涉及金属锻造模具技术领域，具体而言，涉及一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具。

背景技术

随着国民经济的不断发展，在关键装备和工程领域，对大型锻件需求越来越多，但这些领域内的锻件成形制造相对复杂和困难。这类锻件所用原材料体积较大，特别是对于航空、航天、军事设备领域的锻件，例如大型盘类和复杂叶轮类锻件，对其力学性能和组织性能要求高，锻件对原始坯料的质量要求也十分苛刻。对于大部分盘形和复杂叶轮锻件，其体积分布均为扁平类，在制坯过程中必须将超大高径比的初始棒料镦粗成高径比较小的制坯件或预锻件，为增材制坯工艺提供高质量的初始坯料，满足后续增材制坯智能化、数字化制备需求，颠覆大型锻件仅由大型铸锭来制备的传统工艺，解决大型锻件偏析、缩松缩孔等质量问题。

镦粗作为上述大型扁平类锻件的塑性成形步骤，先将棒料置于镦粗模具中，然后对棒料加压，使棒料沿径向受力变形而使材料沿轴向流动，总的来说，就是使棒料高度减小，横断面积增加的过程。现有的镦粗模具在锻件成型后，由于锻件与镦粗模具内壁契合，较难将锻件从镦粗模具中取出。而且，形成的锻件由于质量较大，只能通过天车吊装运输，由于锻件的表面光滑，与天车之间接触的摩擦力小，坯料易掉落，增加了锻件运输的困难性和危险性。

实用新型内容

针对以上现有技术中大型锻件不易运输和脱模的问题，本实用新型的目的在于提供一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具。

为实现上述目的，本实用新型具体通过以下技术实现：

一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，包括模具本体，所述模具本体的中部开设有模具腔，所述模具本体的内侧壁上设有呈阵列分布的多个凹槽。

进一步地，所述凹槽的数量为4-8个。

进一步地，所述凹槽为弧形槽。

进一步地，所述弧形槽的槽壁端面处的切线与所述弧形槽的槽口所在平面之间形成的锐角为30-60°。

进一步地，所述凹槽设于所述模具本体的内侧壁的1/2高度位置处。

进一步地，所述模具本体的槽壁厚度大于150mm。

进一步地，还包括保温层，所述保温层设于所述模具本体的外侧壁上。

进一步地，所述模具本体包括第一半模和第二半模，所述第一半模和所述第二半模对合形成所述模具本体。

进一步地，还包括锁紧组件，所述第一半模和所述第二半模的一端铰接，所述第一半模和所述第二半模的另一端通过所述锁紧组件固定。

进一步地，还包括套筒，所述套筒为中空结构，所述套筒套设在所述模具本体的外部，且所述套筒的内径与所述模具本体的外径相匹配。

本实用新型的有益效果是：

当锻件的坯料置于模具腔中，利用锻压机施加压力进行闭式镦粗时，坯料在挤压作用下会部分进入到凹槽中，使得成型后的坯料的外侧壁对应凹槽的位置处会形成一定高度的凸起，该凸起可卡合在运料小车的卡板上，使其不易从运料小车上掉落，进而可通过运料小车运送至下一工位，进行后续的机加工、清洗、焊接以及复合变形等工序。此外，该凸起也可卡合在天车的夹爪中，有助于成型的坯料通过天车吊装运输，减小吊装过程中坯料掉落的风险。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具的结构示意图；

图2为图1的A-A向结构示意图；

图3为本实用新型另一实施例的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具的结构示意图；

图4为图3的B-B向结构示意图；

附图标记说明：

1、模具本体；11、第一半模；111、第一侧板；112、第一底板；12、第二半模；121、第二侧板；122、第二底板；2、模具腔；3、凹槽；4、保温层；5、锁紧组件；51、螺栓；511、第一螺栓；512、第二螺栓；52、螺母；6、安装耳板；7、套筒。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

参见图1，本实用新型实施例的一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，包括模具本体1，所述模具本体1的中部向内凹陷形成有空腔，为模具腔2，进而使得所述模具本体1呈现为顶部开口的桶状结构，所述模具本体1的内侧壁上设有呈阵列分布的多个凹槽3。

在本实施例中，通过设置凹槽3，当锻件的坯料置于模具腔2中，利用锻压机施加压力进行闭式镦粗时，坯料在挤压作用下会部分进入到凹槽3中，坯料成型后，在其外侧壁对应凹槽3的位置会被挤压出一定高度的凸起，该凸起可卡合在运料小车的卡板上，使其不易从运料小车上掉落，进而可通过运料小车运送至下一工位，进行后续的机加工、清洗、焊接以及复合变形等工序。此外，该凸起也可卡合在天车的夹爪中，有助于成型的坯料通过天车吊装运输，减小吊装过程中坯料掉落的风险。而且，在镦粗过程中，凹槽3的位置处形成的凸起可起到定位作用，防止坯料在高度减小过程中发生微小移动使得径向受力不均进而影响成型效果，有利于提高坯料变形时受力的均匀性，提高成型后坯料的质量。

由于坯料在镦粗前需经过高温加热，例如某些低碳合金钢，其在加热炉中的保温温度可达1230℃，因此，所述模具本体1需要采用具有一定耐热强度的材料，本实施例中，所述模具本体1采用热作模具钢制成，如H13合金钢。

由于坯料要在模具本体1的模具腔2中进行墩粗变形，即，模具本体1需承受一定的坯料变形时的压力，考虑坯料变形时的最大等效应力与模具本体1材料的屈服强度的比值分析，优选地，所述模具本体1的侧壁厚度大于150mm。在该厚度下，模具本体1的抗压能力较强，延长了模具的使用寿命。

本实施例中，以坯料材质为YB65合金钢(轧辊材料)、模具本体1材质为H13合金钢(牌号：4Cr5MoSiV1)为例计算所需的模具本体1的厚度。坯料的镦粗变形过程为：初始坯料φ1600mm×φ5500mm(高径比3.4375)，压下量3500mm，下压至高度2000mm，坯料在模具腔2中进行闭式墩粗后获得体积为φ2650mm×φ2000mm。对于轴向不受力的厚壁圆筒件即模具本体1可按第三强度理论近似计算厚壁圆筒件的壁厚，公式如下：

式中，a为内筒半径且a＝1325mm，t为壁厚，P₀为均匀内压，[σ]为需用应力。其中[σ]＝σ_b/安全系数，参照实例外套用ZG230-450材料，其材料的抗拉强度σ_b＝450MPa，安全系数为3-2.7。在本实施例中，考虑到坯料质量大，模具本体1承受的压力大，选择最大安全系数为3进行计算。同时，参照相关手册、论文，对于H13合金钢，当HRC＝46时，σ_b＝1503.1MPa，则[σ]＝501MPa；当HRC＝51时，σ_b＝1937.5MPa，则[σ]＝646MPa。选取较高强度来进行计算，即[σ]＝646MPa。需要说明的是，在本实施例的计算过程中，选用室温强度，在实际工况下，模具本体1的温度会有所升高，其强度会相应下降，因此，更应该加大模具本体1的厚度，因此选用最大强度值以计算其最小壁厚。同时，由于模具本体1内侧壁的凹槽3尺寸较小，且数量较少，对应力影响不大，可暂不考虑，以简化计算过程。参照数值模拟结果，得到最大点的应力值—均匀内压P₀＝96.8MPa。经过计算，此时模具本体1的厚度需大于258.4mm。

所述凹槽3的设计除在考虑便于运输的基础上，应尽量设计为较小尺寸和较少数量，从而不影响坯料进行后续的机加工、清洗、焊接以及复合变形等操作。优选地，所述凹槽3的数量为4-8个。

优选地，所述凹槽3为弧形槽。弧形结构有利于坯料在压力作用下挤入所述凹槽3中形成凸起，也便于后续脱模操作。

可以理解的是，坯料上形成的所述凸起与坯料的直径相关，为进一步保障坯料易于压入所述凹槽3中形成所述凸起，同时考虑脱模等因素，优选地，参见图1和图3，所述弧形槽的槽壁端面处的切线L与所述弧形槽的槽口所在平面P之间形成的锐角α为30-60°，以在坯料表面形成较为平缓的曲面形凸起，锐角α的角度越小越利于坯料挤入凹槽3中形成凸起，但凸起的高度也就越小，越不利于后续运料小车的卡板卡合坯料。所述弧形槽的槽壁端面为所述弧形槽与所述模具本体1相接位置。此外，在该角度下，由于坯料在挤压下能较容易地进入到弧形槽内，可以提高该处的金属流动性，进而减少坯料边缘的难变形区，有利于提高成型后坯料的整体均匀化程度，成型后的坯料质量好。

优选地，所述凹槽3设于所述模具本体1的内侧壁的1/2高度位置处。通过将所述凹槽3设置在1/2高度位置处，使得坯料外侧壁上形成的凸起正好位于坯料的中部，当将形成有凸起的坯料卡合于运料小车的卡板上时，可以尽量保证卡板上下方的质量相一致，提高运料小车的稳定性。

可以理解的是，模具本体1的形状与最终成型的坯料的形状相适应，其横截面可以为圆形、矩形等任意形状，图1-4仅以横截面为圆形为示例进行说明，并不能作为对本实施例保护范围的限制。此外，可以理解的是，模具本体1的内径和高度等相关参数依据最终所需坯料的直径和高度而定，但一般需满足坯料的镦粗比小于或等于3，所谓的镦粗比是指镦粗时高度的减小值和镦粗前的高度之比，以避免镦粗过程中坯料产生双鼓变形或折叠现象，此外，成型后的坯料的高度需小于或等于模具本体1的高度，以保证坯料均匀稳定变形，有效抑制镦粗弯曲，进而保证成型后的坯料质量。

优选地，所述模具本体1的外侧壁上设有保温层4。可选地，所述保温层4由保温棉、珍珠岩、或者耐高温防火布等耐高温的保温材料制成。大型锻件在锻造过程中，由于表面积大，表面降温迅速，尤其是坯料边角处温度降低的更快，但心部降温慢，内外易形成较大温差，往往导致内部温度高于表面温度，从而导致镦粗时坯料表面出现开裂问题，影响成型后的坯料质量。为避免降温引起的质量缺陷，在模具本体1的外侧壁上设置保温层4进行保温，可防止镦粗过程中热量散失过快，进而减少锻造开裂的风险，有利于保障质量。

在坯料被锻压完成后，由于坯料上的所述凸起的阻挡，或多或少都会对脱模产生影响，增加脱模难度，因此，优选地，参见图1和图3，所述模具本体1包括第一半模11和第二半模12，所述第一半模11包括第一侧板111和第一底板112，所述第一侧板111和所述第一底板112首尾相接且相互垂直设置以形成纵截面为L形结构，所述第二半模12包括第二侧板121和第二底板122，所述第二侧板121和所述第二底板122首尾相接且相互垂直设置以形成纵截面为L形结构，所述第一半模11和所述第二半模12对合形成所述模具本体1。通过将模具本体1设置为分体结构，在镦粗时，分体式的所述第一半模11和所述第二半模12相互合拢形成完整的所述模具腔2，镦粗结束后，所述第一半模11和所述第二半模12分离，可轻松将带有所述凸起的坯料从模具内取出。

优选地，参见图2，还包括锁紧组件5，所述第一半模11和所述第二半模12的一端铰接，以使得所述第一半模11和所述第二半模12能够相对转动，所述第一半模11和所述第二半模12的另一端通过所述锁紧组件5固定。

具体地，所述第一半模11和所述第二半模12的另一端向圆周外弯折形成安装耳板6，所述第一半模11和所述第二半模12的中部设有多个相互连通的螺纹孔，所述锁紧组件5包括螺栓51和螺母52，所述螺栓51穿设所述螺纹孔且与所述螺纹孔螺纹连接以固定所述第一半模11和所述第二半模12，所述螺母52套设于所述螺栓51的尾部，进而使所述第一半模11和所述第二半模12对合形成所述模具腔2。通过第一半模11和第二半模12一端铰接，使得第一半模11和第二半模12可沿铰接轴自由的张开、对合，另一端对合后通过螺栓51、螺母52配合固定，形成模具腔2，紧固性好、稳定性强；且成型后的坯料容易取出。

优选地，所述螺栓51包括第一螺栓511和第二螺栓512，所述第一螺栓511和所述第二螺栓512分别与所述螺纹孔螺纹连接，且所述第一螺栓511和所述第二螺栓512的螺纹旋向相反。旋向相反的第一螺栓511和第二螺栓512可实现双向锁定，利用相互锁定的配合关系，能够限制第一螺栓511和第二螺栓512在承压时同时转动，进而防止模具本体1在遇到较大压力时发生松动，提高固定效果。可以理解的是，所述第一螺栓511和所述第二螺栓512的数量可以根据镦粗过程中所述模具本体1承受压力的实际需要进行设计。

优选地，参见图3-4，还包括套筒7，所述套筒7为中空的柱状结构，所述套筒7套设在所述模具本体1的外部，且所述套筒7的内径与所述模具本体1的外径相匹配，以固定所述第一半模11和所述第二半模12，进而使所述第一半模11和所述第二半模12对合形成所述模具腔2。

在实际生产过程中，对于20-50吨重的坯料采用上述第一半模11和第二半模12铰接的开合式结构可以提高脱模的便捷性，但当坯料超过80吨重时，通过锁紧组件5固定的模具本体1难以承受巨大的压力，此时则通过外置套筒7将第一半模11和第二半模12合拢，以增加模具本体1的抗压强度。等镦粗完毕后，将整套模具及其内的坯料起吊至坐落至旁边工位上放置的一定高度的顶杆上，将模具本体1及其内的坯料从套筒7中向上顶起一定高度，再用天车将模具本体1吊出，之后进行脱模。

虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，包括模具本体(1)，所述模具本体(1)的中部开设有模具腔(2)，所述模具本体(1)的内侧壁上设有呈阵列分布的多个凹槽(3)。

2.根据权利要求1所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述凹槽(3)的数量为4-8个。

3.根据权利要求1所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述凹槽(3)为弧形槽。

4.根据权利要求3所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述弧形槽的槽壁端面处的切线与所述弧形槽的槽口所在平面之间形成的锐角为30-60°。

5.根据权利要求1所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述凹槽(3)设于所述模具本体(1)的内侧壁的1/2高度位置处。

6.根据权利要求1-5任一项所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述模具本体(1)的槽壁厚度大于150mm。

7.根据权利要求1-5任一项所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，还包括保温层(4)，所述保温层(4)设于所述模具本体(1)的外侧壁上。

8.根据权利要求1所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，所述模具本体(1)包括第一半模(11)和第二半模(12)，所述第一半模(11)和所述第二半模(12)对合形成所述模具本体(1)。

9.根据权利要求8所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，还包括锁紧组件(5)，所述第一半模(11)和所述第二半模(12)的一端铰接，所述第一半模(11)和所述第二半模(12)的另一端通过所述锁紧组件(5)固定。

10.根据权利要求8所述的增材制坯初始坯料闭式镦粗用模具，其特征在于，还包括套筒(7)，所述套筒(7)为中空结构，所述套筒(7)套设在所述模具本体(1)的外部，且所述套筒(7)的内径与所述模具本体(1)的外径相匹配。

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