专利名称：一种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置的制作方法
技术领域：
本发明属于塑性成形技术领域，尤其是涉及一种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置。
背景技术：
长轴类零件是机械装置中常用的零件类型，采用锻造工艺生产长轴类零件的毛坯，能显著地减少后续切削加工量，改善产品质量。但有些类型的长轴类零件毛坯无法或很难采用传统的轧制、辊锻和挤压方法成形如截面具有多个分支特征的零件，该类零件如采用模锻、辊锻等方法则难于分模，若采用挤压则由于工件尺寸沿轴线方向逐渐变化而难以进行；又如带有螺旋线形特征的零件，特别是如果沿轴线方向截面轮廓尺寸还发生变化的 话，也难以采用传统方法进行成形；此外，对于具有较复杂形状的大型锻件，如果采用模锻工艺成形，则对模锻设备的吨位要求会很高，常常会超出现有设备的能力，因而难以实现。董湘怀等发明了一种采用简单工具生产复杂形状的长轴类零件或毛坯的渐进轧制方法(专利号为CN200910055960)，该方法可以成形出沿着轴线方向截面的形状可以变化的型材和毛坯，但需要经过往复多次轧制，不能成形出细致的局部特征。因此，开发一种利用渐进体积成形的思想、成形出复杂形状以及较大型锻件的近净成形方法，对于机器零件和结构的轻量化设计和制造，具有重要的促进作用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种通过渐进体积成形方式生产复杂形状以及较大型锻件的近净成形的用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，由安装在径向锻造机每个锤头上的相同结构的锻造单元组成，所述的锻造单元包括固定模座、动模座及成形模块，所述的固定模座经螺栓安装在模板的圆弧槽中，所述的动模座及安装在动模座上的成形模块沿圆弧面运动使各个成形模块之间的区域构成可变的塑性变形区，利用径向锻造机夹头夹持毛坯作轴向和旋转运动，使之逐段渐进成形，锻出复杂形状的长轴类锻件。各个单元除成形模块上的型腔分别与工件不同部分的表面相对应、因而彼此不同以外，其余部分的结构均是完全相同的。各个锻造单元成形模块的型腔表面所围成的区域构成工件的局部塑性变形区。成形模块用螺栓连接于动模座上，而动模座可以沿接触圆周相对于固定模座滑动，这与辊锻中模具的转动相似，可以使变形区的形状随之改变；与夹头的送进和转动相配合，就能使锻件的截面形状和尺寸沿其轴线方向变化。径向锻造机夹头一方面可以控制工件轴向的尺寸精度，另一方面可以旋转工件以便锻出呈螺旋线分布的特征。为了平衡锤头的锻造载荷，减小径向锻造机机架的偏载，锻件的截面形状最好具有与锤头个数相适应的大致的对称性，使相对的锤头载荷能基本平衡。
所述的固定模座通过圆弧形槽安装到模板上，固定模座相对于模板可以以一定的偏转角安装，所述的模板由螺栓安装在径向锻造机锤头上。所述的固定模座前端呈圆柱面，沿该面中心线开有燕尾槽，与动模座上的燕尾配合连接；固定模座中心开有齿轮安装槽，槽内安装有齿轮的安装座，该安装座上安装带动驱动齿轮的电机，安装座安装的齿轮与动模座的燕尾顶端加工出的齿圈相啮合，驱动动模座及成形模块作周向进给，改变成形模块之间的局部变形区形状。所述的固定模座与动模座之间的圆柱形接触面为粗糙面，固定模座上安装4个压紧块，压紧块嵌入动模座内侧的2个沿圆弧面分布的T形槽内，并在弹簧的作用下将动模座压紧在固定模座上，动模座与固定模座之间的粗糙接触面紧密接触；动模座相对于固定模座作周向进给运动时利用液压、气动或电磁铁驱动压紧块，使动模座与固定模座之间的粗糙接触面分开，启动电机带动齿轮驱动动模座实现周向进给。所述的电机和动模座驱动齿轮安装在一个带有缓冲弹簧的底座上，底座安装于固定模座前端圆柱面中心位置开出的沉孔内；缓冲弹簧使驱动齿轮与动模座燕尾顶面的内齿 轮保持啮合，动模座与固定模座之间的粗糙接触面由压紧块的推离动作而分离时，驱动动模座沿周向进给。所述的成形模块的外表面都加工出沿圆柱面分布的型腔，由各个成形模块型腔围成的区域构成工件的局部变形区，通过成形模块的周向进给可以改变变形区的形状；变形区的最小截面由工件对应截面的几何尺寸决定；变形区中各个成形模块之间留有间隙，多余材料由间隙挤出成为飞边。该装置分两步锻造复杂长轴类锻件I)预制坯，将金属棒材锻造成沿轴向宽度和高度分别按预定规律变化的矩形截面毛坯，或直径按预定规律变化的圆形截面毛坯；2)在径向锻造机上安装本锻造装置，根据模拟计算和实验编制锻造过程中锤头和夹头的运动控制程序，控制成形模块的压下、进给规律，以及夹头的送进、旋转规律，通过逐步改变成形模块所围成的局部变形区的形状以及工件的局部变形区的轴向位置，渐进地锻出截面形状和尺寸沿轴向按预定规律变化的锻件。与现有技术相比，本发明具有如下显著的优点I.传统的径向锻造采用形状不变的锤头，仅适用于锻造截面几何形状简单且不变、但尺寸可变的轴类、管类锻件，如果采用芯棒也可以锻出内壁的膛线，而本发明可锻出复杂形状的锻件；2.传统的辊锻中工件发生连续的变形，由于前滑和后滑的影响，辊锻件的轴向尺寸精度不高，一般仅用于制坯，而本发明中工件发生间断性的局部变形，其轴向尺寸精度可以通过夹头控制；3.传统的模锻中，模具仅有一个分模方向，工件几何形状的复杂性受到限制，开式模锻中横向的约束力要靠飞边提供，材料消耗较大，而本发明中每个锤头的打击方向均构成一个分模方向，成形模块的周向进给与夹头的轴向进给和旋转相配合，可锻出形状更复杂的工件，而且每个锤头都能提供成形所需的载荷，所以形成的飞边很小；4.传统的模锻中，工件整体发生变形，成形载荷很大，而本发明中工件发生间断性的局部变形，是一种渐进的体积成形方法，单次锻打的能量消耗不大，可锻出较大型的锻件。虽然采用本发明的方法仅在变形区最小截面上能保证工件的截面尺寸精度，而在该截面的两侧均有呈圆周状分布的多余材料，但是如果在最后道次采用小的压下量和送进量，就可以减少多余材料、提闻截面尺寸精度。
图I为本发明的分解结构示意图；图2为固定模座的结构示意图；图3为动模座驱动机构的结构示意图；
图4为压紧块控制组件的结构示意图；图5为“ X ”型变截面工件示例图；图6为“X”型变截面工件变形区最小截面的示意图；图7为具有螺旋线形特征零件的锻造方法示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其结构如图I所示，主要由如下零部件组合而成安装于每个径向锻造机锤头的锻造单元，每一个锻造单元除了成形模块之外的其他部分均相同，其结构包括成形模块I、动模座2、固定模座3、模板14、压紧块控制组件4、压紧块5、压紧块控制组件固定板6、齿轮安装座9等。径向锻造机一般采用4个锤头，本示例也采用4个锤头，分别安装于4个锻造单元的成形模块I构成塑性变形区。下面对本发明的几个主要部件的结构予以详细叙述。固定模座3包含如下结构底部有4个安装孔，通过螺栓安装于模板14的圆弧槽中，使其可以相对于模板在一定范围内偏转，而模板则由螺栓安装于径向锻造机锤头；前端圆柱面上开有轴线为圆弧的燕尾槽，用于连接动模座上带有顶部内齿轮的燕尾；固定模座3的中心开矩形沉孔，用于安装齿轮安装座9，沉孔内的齿轮座导向筋8，如图2所示，与齿轮安装座的导向槽13相配合；动模座驱动机构的结构如图3所示，安装座9上安装有驱动电机12、动模块驱动齿轮7等零件，齿轮安装座通过预压紧螺栓11与支撑弹簧10的作用安装到固定模座，当压紧块5松开时可辅助压紧块控制组件将动模座推离固定模座，而动模座燕尾顶面的内齿轮与驱动齿轮总是保持啮合状态，以便实现动模座的进给；固定模座的底部开有四个圆形沉孔，用于安装压紧块控制组件4。控制组件可以采用电磁、液压等方式驱动；这里以电磁驱动为例进行说明，参见图4 :控制组件中的弹簧17总是将动模座2向固定模座3压紧，利用它们之间接触面上的摩擦力防止动模座发生切向滑动；当动模座和成形模块需要沿周向进给时，控制组件中的线圈18通电，使安装于固定板21的固定电磁铁19与可动电磁铁16吸合，将弹簧17压缩，与可动电磁铁16固联的滑动块15向下移动，推动由螺栓22与之相连接的连接杆20以及压紧块5，使动模座2与固定模座3不再紧贴；这时电机12方可启动，带动齿轮7驱动动模座2上的内齿轮，从而带动动模座2以及安装于其上的成形模块I沿周向进给，改变工件变形区的形状。
动模座2包含如下结构内侧圆柱面上有轴线为圆弧的燕尾，燕尾顶面加工成内齿轮，与安装于固定模座的驱动齿轮相啮合，实现周向进给，进给时燕尾两侧的斜面沿固定模座上的燕尾槽滑动；动模座内侧圆柱面的其他部分以及与之接触的固定模座前端燕尾槽以外的圆柱面都加工成较粗糙的表面，以便它们被相互压紧时产生较大的摩擦力，防止动模座在切向锻造载荷作用下沿切向滑动；动模座外侧圆柱面上开有安装压紧块的槽以及用于安装成形模块I所开的销钉孔以及螺钉孔。成形模块I开有销钉孔以及螺钉孔，以便安装于动模座2上；成形模块外侧按锻件的形状加工出型腔，4个成形模块的型腔相互配合，构成局部变形区，随着动模座和成形模块沿切向的进给，局部变形区的形状连续变化，通过渐进的局部变形锻出截面形状沿轴向变化的锻件。本发明所述锻造装置具有多个(一般为4个)分模方向，所以可锻出传统模锻难以分模的锻件，如具有“X”形截面特征的工件，如图5所示，图6为相应的变形区最小截面的图示；由于固定模座的安装角度可以通过圆弧状安装槽调节，且锻锤的动作可以与夹头 的轴向进给和旋转相配合，所以可锻出外表面有呈螺旋线分布的特征的锻件，如图7所示，实际上锻件截面形状和尺寸还可以沿轴向变化。本发明的工作原理为第I步预制坯，采用通常的径向锻造等方法将金属棒材锻造成沿轴向宽度和高度分别按预定规律变化的矩形截面毛坯，或直径按预定规律变化的圆形截面毛坯。第2步在径向锻造机上安装本发明所述锻造装置，根据模拟计算和实验编制锻造过程中锤头和夹头的运动控制程序，控制成形模块的压下、进给规律，以及夹头的送进、旋转规律，通过逐步改变成形模块所围成的局部变形区的形状以及工件的局部变形区的轴向位置，渐进地锻出截面形状和尺寸沿轴向按预定规律变化的锻件。
权利要求
1.一种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，该装置由安装在精锻机每个锤头上的相同结构的锻造单元组成，所述的锻造単元包括固定模座、动模座及成形模块，所述的固定模座经螺栓安装在模板的圆弧槽中，所述的动模座及安装在动模座上的成形模块沿圆弧面运动使各个成形模块之间的区域构成可变的塑性变形区，利用径向锻造机夹头夹持毛坯作轴向和旋转运动，使之逐段渐进成形，锻出复杂形状的长轴类锻件。
2.根据权利要求I所述的ー种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，所述的固定模座通过圆弧形槽安装到模板上，固定模座相对于模板可以以一定的偏转角安装，所述的模板由螺栓安装在径向锻造机锤头上。
3.根据权利要求I所述的ー种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，所述的固定模座前端呈圆柱面，沿该面中心线开有燕尾槽，与动模座上的燕尾配合连接；固定模座中心开有齿轮安装槽，槽内安装有齿轮的安装座，该安装座上安装带动驱动齿轮的电机，安装座上安装的齿轮与动模座的燕尾顶端加工出的齿圈相啮合，驱动动模座及成形模块作周向进给，改变成形模块之间的局部变形区形状。
4.根据权利要求I所述的ー种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，所述的固定模座与动模座之间的圆柱形接触面为粗糙面，固定模座上安装4个压紧块，压紧块嵌入动模座内侧的2个沿圆弧面分布的T形槽内，并在弹簧的作用下将动模座压紧在固定模座上，动模座与固定模座之间的粗糙接触面紧密接触；动模座相对于固定模座作周向进给运动时利用液压、气动或电磁铁驱动压紧块，使动模座与固定模座之间的粗糙接触面分开，启动电机带动齿轮驱动动模座实现周向进给。
5.根据权利要求3所述的ー种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在干，所述的电机和动模座驱动齿轮安装在一个带有缓冲弹簧的底座上，底座安装于固定模座前端圆柱面中心位置开出的沉孔内；缓冲弹簧使驱动齿轮与动模座燕尾顶面的内齿轮保持啮合，动模座与固定模座之间的粗糙接触面由压紧块的推离动作而分离时，驱动动模座沿周向进给。
6.根据权利要求I所述的ー种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，所述的成形模块的外表面都加工出沿圆柱面分布的型腔，由各个成形模块型腔围成的区域构成エ件的局部变形区，通过成形模块的周向进给可以改变变形区的形状；变形区的最小截面由エ件对应截面的几何尺寸决定；变形区中各个成形模块之间留有间隙，多余材料由间隙挤出成为飞边。
7.采用权利要求1-6中任一项所述的一种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，其特征在于，该装置分两步锻造复杂长轴类锻件 1)预制坯，将金属棒材锻造成沿轴向宽度和高度分别按预定规律变化的矩形截面毛坯，或直径按预定规律变化的圆形截面毛坯； 2)在径向锻造机上安装本锻造装置，根据模拟计算和实验编制锻造过程中锤头和夹头的运动控制程序，控制成形模块的压下、进给规律，以及夹头的送迸、旋转规律，通过逐步改变成形模块所围成的局部变形区的形状以及エ件的局部变形区的轴向位置，渐进地锻出截面形状和尺寸沿轴向按预定规律变化的锻件。
全文摘要
本发明涉及一种用于径向锻造机上成形复杂长轴类锻件的锤锻装置，由安装在精锻机每个锤头上的相同结构的锻造单元组成，每个锻造单元由固定模座、动模座和成形模块等部件组成。与现有锻造方法不同，本发明采用动模座与固定模座的相对位置由压紧滑块保持，压紧滑块打开时，安装于固定模座上的驱动齿轮驱动动模座的燕尾顶端加工出的齿圈实现动模座的周向进给，从而使各个成形模块之间的区域构成可变的塑性变形区，利用径向锻造机夹头夹持毛坯作轴向和旋转运动，使之逐段渐进成形，可锻出需要多个分模方向的复杂截面形状的、带有螺旋线特征的以及较大型的长轴类锻件。
文档编号B21J13/00GK102728757SQ20121017458
公开日2012年10月17日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者吴云剑, 栾谦聪, 董湘怀, 马智慧 申请人:上海交通大学