专利名称：带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，特别涉及一种带有分流仓的 高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，属于锻造成形工艺技术领域。
背景技术：
镁合金具有比强度高、比刚度高、导热性好、电磁屏蔽性好、减振性能好、可回收利 用等特点，因而日益成为现代工业产品理想的替代材料。但镁合金具有密排六方晶格结构， 室温塑性差，塑性成形加工能力有限，限制了镁合金在高性能结构件上的应用范围。特别是 对于高强韧镁合金构件，其变形时产生的变形抗力更大，塑性更差。采用传统的锻造成形工 艺成形高强韧镁合金薄筋板类零件容易出现开裂、充不满、折迭、变形抗力过大造成模具损 伤等问题。尤其对于筋的高宽比大于10 (如图2所示，筋的高宽比H/D大于10)且腹板厚 度小于6mm(如图2所示，腹板厚度d小于6mm)的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件，其成形难 度更大。因此必须采用合理的锻造工艺和有效的充填控制方法，才能成形出合格的高强韧 镁合金薄腹高筋类零件。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有高强韧镁合金薄腹高筋类锻件在成形中存在充不 满、开裂、变形抗力过大以及锻件表面易出现飞边等问题，进而提供一种带有分流仓的高强 韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是本发明所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具包括凸模 和分瓣凹模所述分瓣凹模由第一分瓣、第二分瓣、第三分瓣、第四分瓣和凹模底五部分构 成，所述五部分合在一起呈圆台形，第一分瓣和第三分瓣相对设置，第二分瓣和第四分瓣相 对设置，当凸模和分瓣凹模合模时，凸模紧密插装在分瓣凹模的凹腔内且与分瓣凹模凹腔 完全吻合；在所述第一分瓣的内侧壁的上部开有卸压排料口，所述分瓣凹模的分瓣线恰好 与成形锻件的棱重合；凸模的型面与分瓣凹模的型面相对应且形成型腔，在所述第一分瓣 的内侧壁上开有与卸压排料口相通的圆弧筋板型腔；所述圆弧筋板型腔的深度比实际成形 锻件加深为5 10mm，且所述加深部分的型腔为圆弧筋板分流仓；两个三角形筋板型腔的 上下两侧均比实际成形锻件加高为5 10mm，且所述加高部分的型腔构成四个三角形筋板 分流仓。本发明相对于现有技术具有以下有益效果对高强韧镁合金实现了一次精密锻压 成形，并改善镁合金组织和提高镁合金性能；对于筋高宽比很大的筋板类锻件，一般很难在 筋部充填完好时腹板也能达到要求的尺寸精度，即很难控制薄筋和腹板同时充填完好，而 本发明通过在型腔适当位置设置多个分流仓，来改善和调节金属的流动阻力和流动方向， 实现了高强韧镁合金(高强韧镁合金薄腹高筋类锻件)的闭式精密模锻，相对传统模锻而 言，不仅提高零件成形精度，而且大大提高了成品合格率(成品合格率可达95%以上)并显
4著降低了模压力(模压力可降低20%)；凹模型腔采用分瓣式结构，便于对复杂零件成形后 的脱模。分瓣凹模的分瓣线恰好与成形锻件的棱重合，这样可避免锻件的表面产生飞边，可 进一步提搞锻件的面形精度。本发明完全适合高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的加工成形。 本发明尤其适于筋的高宽比大于10(如图2所示，H/D大于10)且腹板厚度小于6mm(如图 2所示，d小于6mm)的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件。
图1为本发明所述高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的主视图，图2是图1的A-A剖视 图；图3是本发明具体实施方式
二所述成形模具的主剖视图(腹板分流仓设置在凸模上)， 图4是图3的B-B剖视图；图5是本发明具体实施方式
三所述成形模具的主剖视图(腹板 分流仓设置在分瓣凹模上)，图6是图5的C-C剖视图；图7是图3中的分瓣凹模19和凸 模14合在一起时放大图，图8是图7的D-D剖视图，图9是图5的分瓣凹模19和凸模14 合在一起时放大图。
具体实施例方式具体实施方式
一如图1 9所示，本实施方式所述的带有分流仓的高强韧镁合 金薄腹高筋类锻件的成形模具包括凸模14和分瓣凹模19，所述分瓣凹模19由第一分瓣 19-1、第二分瓣19-2、第三分瓣19-3、第四分瓣19_4和凹模底19_5五部分构成，所述五部 分合在一起呈圆台形，第一分瓣19-1和第三分瓣19-3相对设置，第二分瓣19-2和第四分 瓣19-4相对设置，当凸模14和分瓣凹模19合模时，凸模14紧密插装在分瓣凹模19的凹 腔内且与分瓣凹模19凹腔完全吻合；在所述第一分瓣19-1的内侧壁的上部开有卸压排料 口 11，所述分瓣凹模19的分瓣线恰好与成形锻件的棱重合；凸模14的型面14-1与分瓣凹 模19的型面19-6相对应且形成型腔24，在所述第一分瓣19-1的内侧壁上开有与卸压排 料口 11相通的圆弧筋板型腔24-1 ；所述圆弧筋板型腔24-1的深度比实际成形锻件(实际 成形锻件的圆弧筋板)加深Hl为5 10mm，且所述加深部分的型腔为圆弧筋板分流仓12 ； 两个三角形筋板型腔24-2的上下两侧均比实际成形锻件(实际成形锻件的两个三角形筋 板)加高H2为5 10mm，且所述加高部分的型腔构成四个三角形筋板分流仓23。在所述 型腔24内为成形的锻件13。本实施方式所述成形模具，可在筋板接合处增设适当圆角过渡，使筋板各部位成 形阻力分配均勻。本实施方式所述成形模具中的分瓣凹模19和凸模14选用5CrNiMo热作模具钢制 成，其成形出的锻件精度更高。
具体实施方式
二 如图3、4、7和8所示，本实施方式所述成形模具还包括凸模腹板 分流仓15-1，在所述凸模14的型面14-1上与腹板非连接端对应位置处开有凸模腹板分流 仓15-1，所述凸模腹板分流仓15-1与腹板型腔24-3相通；所述凸模腹板分流仓15_1的高 度H3为实际成形锻件的腹板厚度的1 2倍。腹板分流仓设置在凸模14的型面14-1上， 成形锻件腹板成形饱满，而且易于在凸模14的型面14-1上加工腹板分流仓，但需对成形锻 件腹板进行加工。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三如图5和6所示，本实施方式所述成形模具还包括凹模腹板分流仓15-2，所述凹模腹板分流仓15-2设置在与腹板型腔24-3相对应的第三分瓣19_3的内侧 壁上，所述凹模腹板分流仓15-2与腹板型腔24-3相通，且腹板型腔24-3的底端面与凹模 腹板分流仓15-2底端面位于同一水平面，所述凹模腹板分流仓15-2的长度是实际成形锻 件的腹板的长度L的1/6。本实施方式与具体实施方式
二不同点的是腹板分流仓的设置位 置不同。对于腹板要求成形后不再加工的可将腹板分流仓(凹模腹板分流仓15-2)设置于 分瓣凹模上，此时凹模结构较为复杂，但成形锻件腹板成形饱满且外观质量更高。其它组成 及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
一至三中提及的“实际成形锻件”是指利用上述凸模14和分瓣凹模 1直接获得的锻件(未经任何加工的)经机械加工去掉因设置各个分流仓(圆弧筋板分流 仓12、四个三角形筋板分流仓23以及凸模腹板分流仓15-1和凹模腹板分流仓15-2)带来 的多余部分后得到的锻件(即与有效型腔完全吻合的锻件)。
具体实施方式
四如图5、6和图9所示，本实施方式所述第三分瓣19-3由第三分 瓣上半部分19-3-1和第三分瓣下半部分19-3-2构成，凹模腹板分流仓15-2的底端面与第 三分瓣上半部分19-3-1和第三分瓣下半部分19-3-2 二者的分瓣面重合。其它组成及连接 关系与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
五如图3 9所示，本实施方式所述第二分瓣19-2的内侧面上加 工有第二分瓣凸模安装导向槽19-2-1，第四分瓣19-4的内侧面上加工有第四分瓣凸模安 装导向槽19-4-1，在凸模14相对的两侧壁上各设有凸棱14-1，当凸模14和分瓣凹模19合 模时，第二分瓣凸模安装导向槽19-2-1、第四分瓣凸模安装导向槽19-4-1分别与相应的凸 棱14-1配合。其中，凸模突棱与凸模安装导向槽在合模时单边间隙为t为0. 2mm，使成形零 件精度更高。其它组成及连接关系与具体实施方式
一、二、三或四相同。
具体实施方式
六如图3 6所示，本实施方式所述成形模具还包括加热装置，所 述加热装置包括上模加热板9、下模加热板22、加热模套6和多个加热瓷管(加热瓷管内有 电阻丝)17，上模加热板9、下模加热板22以及加热模套6内均勻布置有多个加热瓷管17， 分瓣凹模19插装在加热模套6内，上模加热板9 (通过第一工装螺杆10)固定安装在液压 机上工作台16的下端面上上，所述加热模套6、下模加热板22由上至下依次(通过第二工 装螺杆3)固定安装在液压机下工作台1的上端面上上。在进加热时，各个加热瓷管17内 的电阻丝与外部电源连接提供直接供热。其它组成及连接关系与具体实施方式
五相同。
具体实施方式
七如图3 6所示，本实施方式所述加热装置还包括凹模垫板20 和加热垫板21，所述凹模垫板20设置在加热模套6内，分瓣凹模19置于凹模垫板20上，加 热垫板21设置在加热模套6与下模加热板22之间。其它组成及连接关系与具体实施方式
六相同。
具体实施方式
八如图3 6所示，本实施方式所述成形模具还包括保温装置，所 述保温装置由隔热垫板2、硅酸铝板4和石棉板5构成，所述加热模套6的外表面由内到外 包裹有硅酸铝板4和石棉板5，所述隔热垫板2设置在下模加热板22与液压机下工作台1 之间。硅酸铝板4与石棉板5起保温作用，经试验证明，二者通过上述方式结合使用，保温 效果最佳。其它组成及连接关系与具体实施方式
六或七相同。
具体实施方式
九本实施方式所述硅酸铝板4的厚度为3mm 7mm，所述石棉板5 的厚度为20mm 30mm。其它组成及连接关系与具体实施方式
八相同。
具体实施方式
十如图3 6所示，本实施方式所述成形模具还包括压板7和锁紧 螺杆8，所述压板7压在分瓣凹模19及加热模套6上，并通过锁紧螺杆8固定在加热模套6 的上端面上。在锻件成形过程中为防止分瓣式凹模镶块受摩擦力上浮，在压板7上设置锁 紧螺杆8压膜。其它组成及连接关系与具体实施方式
六、七或九相同。
具体实施方式
十一如图3和5所示，本实施方式所述成形模具还包括起重杆18， 所述起重杆18水平设置，且分别设置在加热模套6的相对侧壁上，设置起重杆18是为了便 于操作。其它组成及连接关系与具体实施方式
六、七、八、九或十相同。
具体实施方式
十二(参见图1 6)利用本发明所述成形模具进行高强韧镁合金 薄腹高筋类锻件的成形方法，具体步骤为步骤一根据零件形状及尺寸加以精确计算，确定原始细晶坯料尺寸(根据成形 件形状及金属流动变形规律确定初始细晶坯料尺寸)。步骤二 将凸模14及原始坯料置于加热炉中预热，到达一定温度后，在凸模及坯 料表面喷涂一层润滑剂(并在模具型腔表面及坯料上喷涂润滑剂，使变形时金属流动阻力 更小，便于锻件成形)，再将其置于炉中继续加热至420 士 5 °C，同时加热模套6，上模加热板 9 (凸模加热板)及下模加热板22也通电供热，使模具整体达到420士5°C (将高强韧镁合 金及模具加热到420士5°C，可使其塑性良好)；步骤三将加热至预定温度的坯料装入凹模型腔，并将凸模14合上，使模具及坯 料温度均勻一致，且确保温度处于420士5°C范围内。步骤四启动锻压机进行一次锻压成形，得到合格的锻后毛坯件。步骤五对锻后毛坯件进行酸洗去飞边，最终得到合格锻件。在步骤四中一次锻压成形的应变速率为1X10_4 1X10_3，可使成形效果更好。
权利要求
一种带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，所述成形模具包括凸模(14)和分瓣凹模(19)，所述分瓣凹模(19)由第一分瓣(19 1)、第二分瓣(19 2)、第三分瓣(19 3)、第四分瓣(19 4)和凹模底(19 5)五部分构成，所述五部分合在一起呈圆台形，第一分瓣(19 1)和第三分瓣(19 3)相对设置，第二分瓣(19 2)和第四分瓣(19 4)相对设置，当凸模(14)和分瓣凹模(19)合模时，凸模(14)紧密插装在分瓣凹模(19)的凹腔内且与分瓣凹模(19)凹腔完全吻合；在所述第一分瓣(19 1)的内侧壁的上部开有卸压排料口(11)，其特征在于所述分瓣凹模(19)的分瓣线恰好与成形锻件的棱重合；凸模(14)的型面(14 1)与分瓣凹模(19)的型面(19 6)相对应且形成型腔(24)，在所述第一分瓣(19 1)的内侧壁上开有与卸压排料口(11)相通的圆弧筋板型腔(24 1)；所述圆弧筋板型腔(24 1)的深度比实际成形锻件加深(H1)为5～10mm，且所述加深部分的型腔为圆弧筋板分流仓(12)；两个三角形筋板型腔(24 2)的上下两侧均比实际成形锻件加高(H2)为5～10mm，且所述加高部分的型腔构成四个三角形筋板分流仓(23)。
2.根据权利要求1所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，其 特征在于所述成形模具还包括凸模腹板分流仓(15-1)，在所述凸模(14)的型面(14-1) 上与腹板非连接端对应位置处开有凸模腹板分流仓(15-1)，所述凸模腹板分流仓(15-1) 与腹板型腔(24-3)相通；所述凸模腹板分流仓(15-1)的高度(H3)为实际成形锻件的腹板 厚度的1 2倍。
3.根据权利要求1所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，其 特征在于所述成形模具还包括凹模腹板分流仓(15-2)，所述凹模腹板分流仓(15-2)设置 在与腹板型腔(24-3)相对应的第三分瓣(19-3)的内侧壁上，所述凹模腹板分流仓(15-2) 与腹板型腔(24-3)相通，且腹板型腔(24-3)的底端面与凹模腹板分流仓(15-2)底端面位 于同一水平面，所述凹模腹板分流仓(15-2)的长度(L)是实际成形锻件的腹板的长度的 1/6。
4.根据权利要求3所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具， 其特征在于所述第三分瓣(19-3)由第三分瓣上半部分(19-3-1)和第三分瓣下半部分 (19-3-2)构成，凹模腹板分流仓(15-2)的底端面与第三分瓣上半部分(19-3-1)和第三分 瓣下半部分(19-3-2) 二者的分瓣面重合。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成 形模具，其特征在于所述第二分瓣(19-2)的内侧面上加工有第二分瓣凸模安装导向槽 (19-2-1)，第四分瓣(19-4)的内侧面上加工有第四分瓣凸模安装导向槽(19-4-1)，在凸模 (14)相对的两侧壁上各设有凸棱(14-1)，当凸模(14)和分瓣凹模(19)合模时，第二分瓣 凸模安装导向槽(19-2-1)、第四分瓣凸模安装导向槽(19-4-1)分别与相应的凸棱(14-1) 配合。
6.根据权利要求5所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，其 特征在于所述成形模具还包括加热装置，所述加热装置包括上模加热板(9)、下模加热板 (22)、加热模套(6)和多个加热瓷管17，上模加热板(9)、下模加热板(22)以及加热模套 (6)内均勻布置有多个加热瓷管(17)，分瓣凹模(19)插装在加热模套(6)内，上模加热板 (9)固定安装在液压机上工作台(16)的下端面上，所述加热模套(6)、下模加热板(22)由 上至下依次固定安装在液压机下工作台(1)的上端面上。
7.根据权利要求6所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，其 特征在于所述加热装置还包括凹模垫板(20)和加热垫板(21)，所述凹模垫板(20)设置 在加热模套(6)内，分瓣凹模(19)置于凹模垫板(20)上，加热垫板(21)设置在加热模套 (6)与下模加热板(22)之间。
8.根据权利要求6或7所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模 具，其特征在于所述成形模具还包括保温装置，所述保温装置由隔热垫板(2)、硅酸铝板 ⑷和石棉板(5)构成，所述加热模套(6)的外表面由内到外包裹有硅酸铝板⑷和石棉板 (5)，所述隔热垫板(2)设置在下模加热板(22)与液压机下工作台(1)之间。
9.根据权利要求8所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，其 特征在于所述硅酸铝板⑷的厚度为3mm 7mm，所述石棉板(5)的厚度为20mm 30mm。
10.根据权利要求6、7或9所述的带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形 模具，其特征在于所述成形模具还包括压板(7)和锁紧螺杆(8)，所述压板(7)压在分瓣 凹模(19)及加热模套(6)上，并通过锁紧螺杆(8)固定在加热模套(6)的上端面上。
全文摘要
带有分流仓的高强韧镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，它涉及一种镁合金薄腹高筋类锻件的成形模具，解决现有薄腹高筋类锻件在成形中充不满、变形抗力过大等问题。分瓣凹模的分瓣线恰好与成形锻件的棱重合；凸模的型面与分瓣凹模的型面相对应且形成型腔，在第一分瓣的内侧壁的开有与卸压排料口相通的圆弧筋板型腔；圆弧筋板型腔的深度比实际成形锻件加深为5～10mm，加深部分的型腔为圆弧筋板分流仓；两个三角形筋板型腔的上下两侧均比实际成形锻件加高为5～10mm，加高部分的型腔构成四个三角形筋板分流仓。在型腔适当位置设置多个分流仓，改善金属的流动阻力和流动方向，实现镁合金的闭式精密模锻，提高零件成形精度、成品合格率并降低了模压力。
文档编号B21K29/00GK101912940SQ201010221130
公开日2010年12月15日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者单德彬, 徐文臣, 徐福昌, 黄晓磊 申请人:哈尔滨工业大学