CN101543874A - 基于螺旋压力机的模锻方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于螺旋压力机的模锻方法，按下述步骤进行：一、将闭式模具置于螺旋压力机的第二工位，其上模固定设置在滑块上，其下模固定设置在工作台上；根据坏料的性质、温度、坯料与模具之间的摩擦系数及锻件的形状尺寸获得所需要的最大打击力，并调定螺旋压力机的打击能量；二、下料；三、将坯料进行加热处理；四、将加热后的坯料置于螺旋压力机的第一工位进行预墩处理；五、将预墩后获得的坯料置于螺旋压力机的第二工位进行终墩处理；六、螺旋压力机的滑块上行，由下顶杆顶出锻件。本方法充分发挥了闭式模锻工艺的优点，材料利用率较高且锻造成形后无需切边工序，显然，大大节约了产品的制造成本和加工效率。

Description

基于螺旋压力机的模锻方法

技术领域

本发明涉及锻造技术领域的模锻方法，具体涉及一种基于螺旋压力机的模锻方法。

背景技术

螺旋压力机在金属加工工艺中得到了广泛的应用，它采用螺杆、螺母作为传动机构，将飞轮的正、反向回转运动转变为滑块的上下往复运动。工作时，动力系统驱动飞轮加速旋转以储蓄能量，同时通过螺杆、螺母推动滑块向下运动，其没有固定的下死点。当滑块接触工件时，飞轮被迫减速至完全停止，储存的旋转动能转变为冲击能，通过滑块打击工件产生塑性变形。

基于螺旋压力机具有没有固定下死点的特点，现有螺旋压力机上所使用的模锻方法均为开式模锻工艺，即，相对于垂直于作用力方向，沿锻件分模面的周围具有横向飞边；该工艺方法中坯料预留有较大的飞边加工余量，这样，在锻压打击坯料的过程中，借助余量金属流入开式模具的飞边槽内以吸收多余的能量，确保螺旋压力机的下死点满足锻件的尺寸要求；从而符合模锻工艺的安全可靠性。

但是，上述工艺方法使用存在着诸多缺陷：其一，锻件存在较大的飞边，需要进行切边工序；其二，上、下合模锻造易产生错差现象，需要预留较大的加工余量；其三，模具寿命较低；其四，材料利用率较低，飞边金属的损耗较大，通常飞边占锻件重量的20％以上，有时高达100％以上。显然，应用现有螺旋压力机上所使用的模锻方法进行锻件加工，存在着加工成本较高及生产效率过低的问题。

众所周知，模锻分为开式模锻和闭式模锻两种，两者相比较而言，闭式模锻不形成横向飞边，亦称无飞边模锻，从而可以得到几何形状、尺寸精度和表面质量最大限度地接近于产品零件的锻件，进而提高材料利用率。然而，由于闭式模锻时坏料金属在封闭的模膛中成形且坯料余量较小，因而需要精准地控制上模的工作行程。目前，限于螺旋压力机没有固定下死点的特点，在模锻的生产实践中，无法在将闭式模锻工艺应用于螺旋压力机。

有鉴于此，亟待另辟蹊径研制开发出一种基于螺旋压力机的模锻方法，将闭式模锻工艺应用于螺旋压力机，以充分利用闭式模锻工艺的材料利用率高的优势。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种将闭式模锻工艺应用于螺旋压力机的模锻方法，以充分利用闭式模锻工艺的材料利用率高的优势，有效解决现有螺旋压力机上所使用的模锻方法存在的上述缺陷。

本发明提供的基于螺旋压力机的模锻方法，按下述步骤进行：

一、将闭式模具置于螺旋压力机的第二工位，其上模固定设置在滑块上，其下模固定设置在工作台上；根据坏料的性质、温度、坯料与模具之间的摩擦系数及锻件的形状尺寸获得所需要的最大打击力，并调定螺旋压力机的打击能量；

二、下料；

三、将坯料进行加热处理；

四、将加热后的坯料置于螺旋压力机的第一工位进行预墩处理；

五、将预墩后获得的坯料置于螺旋压力机的第二工位进行终墩处理；

六、螺旋压力机的滑块上行，由下顶杆顶出锻件。

优选地，步骤一中，采用有限元系统模拟软件DEFORM-3D获得所需要的最大打击力。

优选地，步骤二中，采用锯切方式下料，坯料的尺寸公差为2mm，坯料的切面角度公差为3°。

优选地，步骤三中，采用中频感应加热炉进行加热处理。

优选地，步骤四和步骤五中所需要的最大打击力相同。

优选地，步骤四和步骤五中均为一次打击成形。

优选地，终锻成形后，上下模之间的配合间隙小于0.3mm。

优选地，步骤五中，终锻成形时间为0.05s～0.1s。

优选地，步骤六中，顶杆具体设置为三个，且三个顶杆沿下模的中心周向均布。

优选地，闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

本发明提供的基于螺旋压力机的模锻方法采用了闭式模锻工艺，针对不同锻件预先调定螺旋压力机的打击能量，使得螺旋压力机的打击能量与锻件成形所需要的变形功相同，操作完成后，螺旋压力机的下死点位置符合闭式模具的上模与下模之间的间隙要求，因此，本方法在确保成品锻件质量要求的同时，可靠地将闭式模锻工艺应用于螺旋压力机。基于此，本方法充分发挥了闭式模锻工艺的优点，材料利用率较高且锻造成形后无需要切边工序，显然，大大节约了产品的制造成本和加工效率。

本方法中，锻件成形所需要的变形功，即锻件成形所需要的最大打击力根据坏料的性质、温度、坯料与模具之间的摩擦系数及锻件的形状尺寸即可确定。本发明所述模锻方法的优选方案中，采用有限元系统模拟软件DEFORM-3D确定所需要的最大打击力，首先，在DEFORM-3D中建立锻造预处理文件，导入STL格式的坯料模型、上下模模型；然后，设置坯料模型的温度、材料，上下模的温度、运动速度等相关参数；最后，生成模拟结果，得到锻件成形所需要的打击力。显然，采用DEFORM-3D软件获得计算结果具有精准、高效的优点，并能够随时调整坯料模型以选择最最优的工艺参数。特别是对于复杂的零件、模具来说，其精准、高效的优点尤为突出。

附图说明

图1是实施例一中锻件一的主视图；

图2是实施例一中锻件一的侧视图；

图3是实施例一中所用闭式模具的整体结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是实施例二中锻件二的主视图；

图6是实施例三中锻件三的主视图；

图7是实施例四中锻件四的主视图。

具体实施方式

本发明将闭式模锻工艺应用于螺旋压力机的模锻方法，以充分利用闭式模锻工艺的材料利用率高的优势。具体步骤如下：

一、将闭式模具置于螺旋压力机的第二工位，其上模固定设置在滑块上，其下模固定设置在工作台上；根据坏料的性质、温度、坯料与模具之间的摩擦系数及锻件的形状尺寸获得所需要的最大打击力，并调定螺旋压力机的打击能量，以使得螺旋压力机的下死点位置符合闭式模具的上模与下模之间的间隙要求。

上下模之间的定位精度与设备的自身精度有着直接关系，因而有效避免了合模错差。其中，所需要最大打击力可以依据传统锻造工艺的计算方法确定，也可以应用有限元系统模拟软件DEFORM-3D获得所需要的最大打击力。

二、下料。

三、将坯料进行加热处理。本步骤中加热设备的选择与现有模锻工艺相同。优选地，采用中频感应加热炉，以减少烧料损耗，并能保证模锻时坯料温度的均匀性。

四、将加热后的坯料置于螺旋压力机的第一工位进行预墩处理；理论上来讲，预墩处理也可以在其他锻造设备上进行。但是，为了提高锻造生产效率，本方法的预墩与终墩工序在同一台设备上进行。

五、将预墩后获得的坯料置于螺旋压力机的第二工位进行终墩处理；优选地，终墩和预墩工序所需要的打击力相同，这样，一次调定设备的打击能量，即可依次进行预锻、终锻工序，一次打击成形以进一步提高生产效率。

六、螺旋压力机的滑块上行，由下顶杆顶出锻件。

下面结合不同的实施例具体说明。

实施例1：

请参见图1和图2，其中，图1为本实施例中锻件一的主视图；图2为本实施例中锻件一的侧视图。

如图所示，锻件一为圆盘类产品，材料为40号钢，直径为235mm，高度为70mm。

请参见图3，该图为本实施例中锻件一的闭式模具。闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

本实施例在25000KN高能螺旋压力机上进行。工艺设计中，以φ100mm圆钢下料，下料重量是7.7kg；基于DEFORM-3D软件的模拟结果得到最大打击力为21000kN。实际上，本例中最大打击力的确定也可以根据传统锻造工艺的计算方法算得，在此不予赘述。

本实施例的具体工艺参数如下：

1)原材料外圆不需加工，不需表面处理，下料公差为2mm，锯切允许偏斜3°以内，体现在锻件上公差为0.36，符合零件的尺寸公差要求；

2)采用中频感应加热炉；加热时间为11min，此时坯料温度为1200℃；

3)预锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为600mm，坯料镦成圆饼状；打击结束后，电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置；

4)终锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为500mm，在上模与镦粗圆饼接触到锻件成型过程中，上模行程为17mm，成型时间为0.05～0.1s；终锻成形后，上模1与下模2之间的配合间隙为0.2mm。

25000KN高能螺旋压力机的顶出缸有高压和低压两个泵源，高压泵能提供足够的顶出力，低压泵流量大能使顶出产生很高的速度，确保锻件出模过程快速高效的完成。参见图4，该图为图3的俯视图。本实施例采用与顶出缸联动的三个顶杆3，以使得顶出过程中受力均匀，以避免出模时锻件倾斜影响出模效率。

与现有技术相比，本方法成型时间短，因而模具温度变化小，疲劳寿命长。此外，上下模均为通过螺栓和楔块定位在设备的模板上，锻造过程上下模之间的定位精度可达到0.2毫米，满足该产品的生产要求。

实施例2：

请参见图5，该图为本实施例中锻件二的主视图。

如图所示，锻件二为圆盘类产品，材料为40号钢，直径为235mm，高度为70mm。闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

本实施例在25000KN高能螺旋压力机上进行。工艺设计中，以φ100mm圆钢下料，下料重量是7.1kg；基于DEFORM-3D软件的模拟结果得到最大打击力为21000kN。同样，本例中最大打击力的确定也可以根据传统锻造工艺的计算方法算得。

本实施例的具体工艺参数如下：

1)原材料外圆不需加工，不需表面处理，下料公差为2mm，锯切允许偏斜3°以内，体现在锻件上公差为0.34，符合零件的尺寸公差要求；

2)采用中频感应加热炉；加热时间为11min，此时坯料温度为1200℃；

3)预锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为590mm，坯料镦成圆饼状；打击结束后，电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置；

4)终锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为490mm，在上模与镦粗圆饼接触到锻件成型过程中，上模行程为14mm，成型时间为0.05～0.1s；终锻成形后，上下模之间的配合间隙为0.1mm。

实施例3：

请参见图6，该图为本实施例中锻件三的主视图。

如图所示，锻件三为圆盘类产品，材料为铝锰黄铜(HMn52-2-5)，密度为8.5g/cm³，直径为240mm，高度为85mm。闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

本实施例在25000KN高能螺旋压力机上进行。工艺设计中，以φ130mm原料下料，下料重量是18kg；基于DEFORM-3D软件的模拟结果得到最大打击力为23000kN。同样，本例中最大打击力的确定也可以根据传统锻造工艺的计算方法算得。

本实施例的具体工艺参数如下：

1)原材料外圆不需加工，不需表面处理，下料公差为2mm，锯切允许偏斜3°以内，体现在锻件上公差为0.31，符合零件的尺寸公差要求；

2)采用中频感应加热炉；加热时间为11min，此时坯料温度为700℃；

3)预锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为550mm，坯料镦成圆饼状；打击结束后，电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置；

4)终锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为450mm，在上模与镦粗圆饼接触到锻件成型过程中，上模行程为30mm，成型时间为0.05～0.1s；终锻成形后，上下模之间的配合间隙为0.2mm。

实施例4：

请参见图7，该图为本实施例中锻件四的主视图。

如图所示，锻件四为圆盘类产品，材料为铝合金(L1)，密度为2.7g/cm³，直径为300mm，高度为65mm。闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

本实施例在25000KN高能螺旋压力机上进行。工艺设计中，以φ150mm原料下料，下料重量是7.5kg；基于DEFORM-3D软件的模拟结果得到最大打击力为25000kN。同样，本例中最大打击力的确定也可以根据传统锻造工艺的计算方法算得。

本实施例的具体工艺参数如下：

1)原材料外圆不需加工，不需表面处理，下料公差为2mm，锯切允许偏斜3°以内，体现在锻件上公差为0.27，符合零件的尺寸公差要求；

2)采用中频感应加热炉；加热时间为11min，此时坯料温度为450℃；

3)预锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为545mm，坯料镦成圆饼状；打击结束后，电动机使飞轮反转，带动滑块上升，回到原始位置；

4)终锻工序，螺旋压力机的滑块最大行程为445mm，在上模与镦粗圆饼接触到锻件成型过程中，上模行程为25mm，成型时间为0.05～0.1s；终锻成形后，上下模之间的配合间隙为0.2mm。

综上，本发明所述基于螺旋压力机的模锻方法充分发挥了闭式模锻工艺的优点，材料利用率较高且锻造成形后无需要切边工序，显然，大大节约了产品的制造成本和加工效率。本方法特别适用于直径大于200mm且高径比小于0.4的圆盘类锻件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1、基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，该方法按下述步骤进行：

一、将闭式模具置于螺旋压力机的第二工位，其上模固定设置在滑块上，其下模固定设置在工作台上；根据坏料的性质、温度、坏料与模具之间的摩擦系数及锻件的形状尺寸获得所需要的最大打击力，调定螺旋压力机的打击能量；

二、下料；

三、将坯料进行加热处理；

四、将加热后的坯料置于螺旋压力机的第一工位进行预墩处理；

五、将预墩后获得的坯料置于螺旋压力机的第二工位进行终墩处理；

六、螺旋压力机的滑块上行，由下顶杆顶出锻件。

2、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤一中，采用有限元系统模拟软件获得所需要的最大打击力。

3、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤二中，采用锯切方式下料，坯料的尺寸公差为2mm，坯料的切面角度公差为3°。

4、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤三中，采用中频感应加热炉进行加热处理。

5、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤四和步骤五中所需要的最大打击力相同。

6、根据权利要求5所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤四和步骤五中均为一次打击成形。

7、根据权利要求6所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，终锻成形后，上下模之间的配合间隙小于0.3mm。

8、根据权利要求7所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤五中，终锻成形时间为0.05s～0.1s。

9、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，步骤六中，顶杆具体设置为三个，且三个顶杆沿下模的中心周向均布。

10、根据权利要求1所述的基于螺旋压力机的模锻方法，其特征在于，闭式模具的上下模导锁的配合拔模斜度为2～3°。

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