高压共轨预锻模具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高压共轨预锻模具，预锻模具由预锻上模和预锻下模组成，预锻上模的底表面和预锻下模的上表面配合形成有构成轨体和多个配管的型腔，且所述轨体的型腔和配管的型腔相互连通；而所述预锻上模的底表面上在所述配管的型腔的两端形成有阻料凸台，并且所述预锻下模的上表面在所述配管的型腔的两端形成有与所述凸台相配合的阻料凹槽，所述阻料凸台和所述阻料凹槽构成阻料结构。本发明所述的预锻模具能够充分利用自锁阻断坯料的能力，成品锻件的不良品率低于2500ppm，远低于预测的同行业6000ppm的平均水平；单位产品材料利用率由65～72%，提高到78～85%；节约了原材料，实现了节能减排的综合技术经济效果。
【专利说明】高压共轨预锻模具
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机配件加工的【技术领域】，更具体地说，本发明涉及一种用于汽车发动机的高压共轨预锻模具。
【背景技术】
[0002]高压共轨系统极大地提高了汽车发动机的驾驶性能和排放性能，随着排放后处理技术和空燃比控制技术的进步，不再以牺牲发动机的高热效率为代价，对于实现节能降耗和环境保护具有重大意义。目前高压共轨系统已成为汽车行业发动机领域的核心技术之一。在我国，开始打破国外的技术垄断，逐步形成了自主的核心技术体系。
[0003]在共轨式柴油发动机中，将称为共轨的配管设置在泵和喷射阀之间，在该共轨内蓄压从泵压送来的高压的燃料，从这里将燃料分配到各汽缸的喷射阀。在该共轨式的燃料喷射系统中，通过计算机，从低速区域到高速区域，对燃料喷射量或喷射的时机进行高精度的控制，与以往的柴油发动机相比，能够实现大幅度的排气清洁度、燃耗性能、输出的提高以及噪音、振动的减低的性能提高。为了应对日渐严格的尾气排放要求、以及为了安静性的改善、燃耗性能、输出的提高，在推进共轨式柴油发动机的高压喷射化的同时，对使用在共轨中的燃料喷射管要求有更高的耐压性。为此，我公司开发了一种高压共轨，该产品结构复杂，为细长杆体，上有八个凸台，锻造过程中细长杆体零件易变形，凸台端面不易填充，模腔内最深处氧化皮不易清除，锻造难度大。我公司按本类产品的几何特征，和现有生产技术工艺条件，先后采取了多种改进制坯、预锻等多种技术方法，但均因模具局部的凹槽很深导致坯料填充不足而难以达到设计和使用要求。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种增强坯料填充效果的高压共轨预锻模具。
[0005]为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案:
一种高压共轨预锻模具，其特征在于:所述预锻模具由预锻上模和预锻下模组成，所述预锻上模的底表面和预锻下模的上表面配合形成有构成轨体和多个配管的型腔，且所述轨体的型腔和配管的型腔相互连通；而所述预锻上模的底表面上在所述配管的型腔的两端形成有阻料凸台，并且所述预锻下模的上表面在所述配管的型腔的两端形成有与所述凸台相配合的阻料凹槽，所述阻料凸台和所述阻料凹槽构成阻料结构。
[0006]其中，所述的预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:C的含量为0.38?0.42wt%, Cr的含量为8.8?10.2wt%, Si的含量为0.35?0.40wt%, Mn的含量为0.75?0.90wt%, Ni的含量为0.32?0.40wt%, Mo的含量为 0.08?0.12wt%, V 的含量 0.40^0.45wt%, N 的含量为 0.005^0.012wt%, Al 的含量为
0.010?0.025wt%, B 的含量为 0.20?0.25wt%, P 的含量彡 0.030wt%, S 的含量彡 0.025wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。
[0007]与现有技术相比，本发明所述的高压共轨预锻模具具有以下有益效果:
1.充分利用模具自锁阻断坯料的能力，显著增强了预锻的技术效果，成品锻件的不良品率低于2500 ppm，远低于预测的同行业6000 ppm的平均水平；
2.避免了因预锻聚料不足而导致锻件凸台产生缺材的致命缺陷，大幅度地降低了内部质量成本，例如降低了产品检测、质量返修返工成本；
3.因具有显著的锁料功能，降低了材料消耗，单位产品材料利用率由65?72%，提高到78?85% ;节约了原材料，实现了节能减排的综合技术经济效果；
4.产品流线方向控制更加合理，状态优良，表面裂纹缺陷率低于1000ppm;产品表面粗糙度低，少或无明显的表面氧化麻坑等表面质量缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为现有技术的高压共轨预锻模具的结构示意图以及A-A截面的横截面结构示意图；
图2为本发明的高压共轨预锻模具的结构示意图以及A-A截面的横截面结构示意图； 图3为本发明模具的上模的结构示意图以及A-A截面的横截面结构示意图；
图4为本发明模具的下模的结构示意图以及A-A截面的横截面结构示意图；
图5为现有技术的高压共轨预锻模具填充效果的示意图；
图6为本发明的高压共轨预锻模具填充效果的示意图；
图7为本发明使用含硼模具钢中(0.15Cr+3V)/(10N+0.75B+C)与冲击韧性的关系图。
【具体实施方式】
[0009]以下将结合具体实施例对本发明所述的高压共轨预锻模具做进一步的阐述，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0010]本发明在如附图1所示出的预锻模具的设计基础上，发现在预锻上模I的下表面设计阻料凸台，在预锻下模2的上表面设计阻料凹槽从而形成如图2所示的阻料结构。具体来说，所述预锻模具由预锻上模和预锻下模组成，所述预锻上模的底表面和预锻下模的上表面配合形成有构成轨体和多个配管的型腔，且所述轨体的型腔和配管的型腔相互连通；而所述预锻上模的底表面上在所述配管的型腔的两端形成有阻料凸台，并且所述预锻下模的上表面在所述配管的型腔的两端形成有与所述凸台相配合的阻料凹槽，所述阻料凸台和所述阻料凹槽构成阻料结构。这样在模具的闭合过程中，能够强大的锁料能力，促使材料向工件模腔增强填充能力。如附图3所示，在预锻上模原设计基础上，增加阻料凸台，分析金属材料热流动性、模具内部型腔特征、热模锻机工作压力等关联特性，通过模拟预锻状态情况，确定相对于工件模腔的位置，确定凸台的长度、宽度、高度和外圆角；这些参数值可以通过计算机模拟计算得到，而且可以根据实际的情形作出相应的调整。如附图4所示，在预锻下模原设计基础上，增加阻料凹槽，分析金属材料热流动性、模具内部型腔特征、热模锻机工作压力等关联特性，通过模拟预锻状态情况，确定相对于工件模腔的位置，确定凹槽的长度、宽度、深度和外圆角。其中，所述凹槽在长度方向上，取凸台所对应的尺寸长度两端各加5mm,以能够均匀包容模具上模最外处的凸台为准。而凸台设计在上模，凹槽设计在下模，便于工人操作方便，配合间隙0.1?0.15mm。
[0011]在本发明中，所述的预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.38?0.42wt%, Cr的含量为8.8?10.2wt%, Si的含量为0.35?0.40wt%, Mn的含量为0.75?0.90wt%, Ni的含量为0.32?0.40wt%, Mo的含量为0.08?0.12wt%, V的含量0.40?0.45wt%, N的含量为0.005?0.012wt%, Al的含量为0.010?0.025wt%，B 的含量为 0.20?0.25wt%, P 的含量< 0.030wt%，S 的含量彡 0.025wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。而且为了获得高的冲击韧性，所述含硼模具钢中Cr、V、N、B以及C的质量百分比还需满足以下关系式:3.9彡(0.15Cr+3V)/(10N+0.75B+C)彡4.5。在本发明中，将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C急冷至550?600 °C，时间长度为2.5分钟；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至103(Γ1050°〇后，保温2小时；接着炉冷至93(T950°C后保温2小时，然后在16(T200°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为2.5^3.0小时，然后在空气中自然冷却至室温；最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于20(T22(TC进行回火处理，处理时间为61小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。如图7所示，通过使得所述的含硼模具钢中组分的关系式满足3.9 ^ (0.15Cr+3V) / (10N+0.75B+C) ( 4.5才能使得所使用的含硼模具钢的冲击韧性不低于15 JcnT2 ;作为优选地，满足如下关系式:4.0^ (0.15Cr+3V)/(10N+0.75B+C)彡4.4。
[0012]对上述预锻模具进行热处理后，使用数控加工模具，使得所述轨体型腔和配管型腔的表面粗糙度不高于,，表面光洁度好；而所述阻料凸台和所述阻料凹槽的表面粗糙度为Ip/，以增大材料外流的摩擦阻力。总之，本发明所述的高压共轨预锻模具有效地实现了坯料内部聚集，为终锻成型创造了有利条件；而最终本发明与现有技术相比，预锻模的填充效果对比可以由图5以及图6的对比给出。
[0013]实施例1
在本实施例中，预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.38wt%，Cr的含量为10.2wt%，Si的含量为0.35wt%，Mn的含量为0.90wt%, Ni的含量为0.40wt%, Mo的含量为0.08wt%, V的含量0.40wt%, N的含量为0.012wt%, Al的含量为0.015wt%, B的含量为0.20wt%, P的含量为0.021wt%, S的含量为0.012wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的预锻模具经过以下热处理:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C急冷至550°C，时间长度为2.5分钟；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至1050 1:后，保温2小时；接着炉冷至930°C后保温2小时，然后在16(T200°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为2.5小时，然后在空气中自然冷却至室温；最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于220°C进行回火处理，处理时间为6小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。
[0014]实施例2
在本实施例中，预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.42wt%，Cr的含量为10.2wt%，Si的含量为0.40wt%, Mn的含量为0.75wt%, Ni的含量为0.32wt%, Mo的含量为0.12wt%, V的含量0.45wt%, N的含量为0.010wt%, Al的含量为0.020wt%, B的含量为0.22wt%, P的含量为0.025wt%, S的含量为0.018wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的预锻模具经过以下热处理:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C急冷至550°C，时间长度为2.5分钟；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至1050 1:后，保温2小时；接着炉冷至930°C后保温2小时，然后在16(T200°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为2.5小时，然后在空气中自然冷却至室温；最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于220°C进行回火处理，处理时间为6小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。
[0015]实施例3
在本实施例中，预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.40wt%, Cr的含量为8.8wt%，Si的含量为0.38wt%，Mn的含量为0.85wt%, Ni的含量为0.36wt%, Mo的含量为0.10wt%, V的含量0.43wt%, N的含量为0.006wt%, Al的含量为0.010wt%, B的含量为0.20wt%, P的含量为0.023wt%, S的含量为
0.015wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的预锻模具经过以下热处理:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C急冷至550°C，时间长度为2.5分钟；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至1050 1:后，保温2小时；接着炉冷至930°C后保温2小时，然后在16(T200°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为2.5小时，然后在空气中自然冷却至室温；最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于220°C进行回火处理，处理时间为6小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。
[0016]比较例I
在本比较例中，预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.38wt%，Cr的含量为10.2wt%，Si的含量为0.35wt%，Mn的含量为0.90wt%, Ni的含量为0.40wt%, Mo的含量为0.08wt%, V的含量0.40wt%, N的含量为
0.012wt%, Al的含量为0.015wt%, B的含量为0.20wt%, P的含量为0.021wt%, S的含量为
0.012wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。所述的预锻模具经过以下热处理:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C空冷至室温；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至850°C，保温2个小时，然后升温至1050°C后，保温2小时；然后在15(Tl80°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为2.0小时，然后在空气中自然冷却至150°C ;最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于600°C进行回火处理，处理时间为6小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。
[0017]比较例2
在本比较例中，预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:c的含量为0.38wt%，Cr的含量为10.2wt%，Si的含量为0.35wt%，Mn的含量为0.90wt%, Ni的含量为0.40wt%, Mo的含量为0.08wt%, V的含量0.40wt%, N的含量为
0.012wt%, Al的含量为0.015wt%, B的含量为0.20wt%, P的含量为0.021wt%, S的含量为
0.012wt%,余量为Fe和不可避免的杂质。所述的预锻模具经过以下热处理:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C空冷至500 °C，然后在热处理炉中升温至550°C，保温4小时；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至1020°C后，保温8小时，然后风冷至400°C;然后加热至650°C，保温5小时；然后加热到820°C，保温10小时，然后冷却至650°C，保温4个小时，然后随炉冷却至200°C以下，空冷即可。
[0018]由本发明的具体实施例以及比较例得到的含硼模具钢的力学性能如下:
表I实施例f 3以及比较例f 2得到的含硼模具钢的力学性能力学性能I硬度(HRC) I冲击韧性(Jcnf2)I抗拉强度(MPa)
^|例 I兩~32Γ 3753
更瓦例 262~325?8787
^|例 3~823? I769
1?例 IΤΓ.3755
1?例 2丨52.5丨20.I丨756
对于本领域的普通技术人员而言，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高压共轨预锻模具，其特征在于:所述预锻模具由预锻上模和预锻下模组成，所述预锻上模的底表面和预锻下模的上表面配合形成有构成轨体和多个配管的型腔，且所述轨体的型腔和配管的型腔相互连通；而所述预锻上模的底表面上在所述配管的型腔的两端形成有阻料凸台，并且所述预锻下模的上表面在所述配管的型腔的两端形成有与所述凸台相配合的阻料凹槽，所述阻料凸台和所述阻料凹槽构成阻料结构。
2.根据权利要求1所述的高压共轨预锻模具，其特征在于:所述轨体型腔和配管型腔的表面粗糙度不高于巧,所述阻料凸台和所述阻料凹槽的表面粗糙度为。
3.根据权利要求1所述的高压共轨预锻模具，其特征在于:所述的预锻模具使用的材料为含硼模具钢，所述含硼模具钢的化学成分及其质量百分比为:C的含量为0.38?0.42wt%, Cr的含量为8.8^10.2wt%, Si的含量为0.35?0.40wt%, Mn的含量为0.75?0.90wt%, Ni的含量为0.32?0.40wt%, Mo的含量为0.08?0.12wt%, V的含量0.40?0.45wt%, N的含量为0.005?0.012wt%, Al的含量为0.010?0.025wt%, B的含量为0.20?0.25wt%, P的含量彡0.030wt%，S的含量< 0.025wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求3所述的高压共轨预锻模具，其特征在于:所述含硼模具钢中Cr、V、N、B以及C的质量百分比满足以下关系式:3.9彡(0.15Cr+3V)/(10N+0.75B+C)彡4.5。
5.根据权利要求3所述的高压共轨预锻模具，其特征在于:所述含硼模具钢中Cr、V、N、B以及C的质量百分比满足以下关系式:4.0彡(0.15Cr+3V)/(10N+0.75B+C)彡4.4。
6.根据权利要求3所述的高压共轨预锻模具，其特征在于:将锻造后的预锻上模和预锻下模的锻件温度由不低于800°C急冷至550?600 °C，时间长度为2.5分钟；然后将所述预锻上模和预锻下模放置于热处理炉内加热至103(Γ1050 1:后，保温2小时；接着炉冷至93(T950°C后保温2小时，然后在16(T200°C的淬火硝盐炉中进行冷却，冷却时间为1.5^2小时，然后在空气中自然冷却至室温；最后将淬火后的预锻上模和预锻下模在加热炉内于20(T220°C进行回火处理，处理时间为6?8小时，然后炉冷至100°C后出炉空冷即可。
【文档编号】B21J13/02GK104174803SQ201410441957
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】王万珍, 郭建春, 王家斌, 高鹏, 马祖斌, 曾庆峰, 刘虹, 孟祥海, 郑世念 申请人:山东金马工业集团股份有限公司