本发明涉及一种回转体杆类零件免机械加工锻制方法及其组合式锻模，属于精密锻造技术领域。
背景技术：
在现有技术中有一些产品上有一种回转体杆类零件，它在产品工作时工作环境十分恶劣，这些回转体杆类零件承载着复杂交变载荷。因此该类零件要求通过锻造加工一次成形，锻造后不能再采用其它金属切削机械加工手段进行加工，以免破坏金属的内部结构，这样就对锻造后的表面粗糙度要求也较高。目前，往往采用常规的平锻机顶镦法、电热镦粗顶锻法和空气锤胎模成形法对这类零件进行加工，但这些加工方式不仅存在着成品率低、加工效率低的问题，而且还很难达到加工要求。因此现有的回转体杆类零件的加工方式还是不够理想，不能满足产品生产的需要。
技术实现要素：
本发明的目的在于，提供一种加工效率高、成品率高、并且加工产品质量好的回转体杆类零件免机械加工锻制方法及其组合式锻模，以满足对回转体杆类零件在锻制后免机械加工的要求，从而克服现有技术的不足。
本发明的技术方案是这样构成的：
本发明的一种回转体杆类零件免机械加工锻制方法为，该方法采用开式模锻镦挤成形技术进行加工；加工时采用摩擦压力机进行加工，首先将加热后的坯料放入组合式锻模的模芯内的锻件形腔，上模安装在摩擦压力机的上滑块上，摩擦压力机的上滑块下行过程中与坯料接触后，利用摩擦压力机上飞轮在所积蓄的动能继续旋转，并通过摩擦压力机上的螺旋副对坯料产生巨大的压力进行镦挤，使坯料在上模与模芯的锻件形腔中频繁摩擦产生变形，直到飞轮的旋转动能全部消耗为止，最后在液压系统的控制下通过顶杆将锻件从锻模的锻件形腔内顶出；采用上述方法加工出的回转体杆类零件，零件内部的金属结构流线合理，零件表面光洁度高，实现了回转体杆类零件免机械加工的技术要求。
前述方法中，所述组合式锻模的模芯外通过设在模芯外的预紧圈抵消锻压时坯料在锻件形腔内引起的切向拉应力，以提高模芯的承载力；模芯与预紧圈之间采用过盈配合方式；预紧圈加热到500～700°C后热装在模芯上。
前述方法中，所述模芯的锻件形腔设有出模斜度，出模斜度控制在1°～3°，以提高模锻件的形状精度。
前述方法中，所述模芯的材料选用5CrMnMo或4Cr5MoSiV1热模具钢，经淬火处理后硬度为HRC42～47；预紧圈选用45钢，经淬火处理后硬度为HRC35～40；上模的材料选用5CrMnMo热模具钢，经淬火处理后硬度为HRC42～47；顶杆的材料选用3Cr2W8V钢棒料，经淬火处理后硬度为HRC50～55，顶杆的直径小于模芯内孔直径，以确保顶杆能够在模芯内孔中灵活移动。
前述方法中，所述顶杆外设有导向套，导向套与顶杆间隙配合，导向套与顶杆之间的单边间隙为0.5mm，导向套材料可选用40Cr合金钢，经淬火处理后硬度为HRC38～45。
根据上述方法构建并用于上述方法的本发明的一种组合式锻模为，该组合式锻模包括上模、下模和顶杆；下模包括模芯，模芯的锻件形腔与待加工的零件形状对应；模芯和下模外设有预紧圈；顶杆位于下模底部，顶杆外设有导向套。
前述组合式锻模中，所述模芯内的锻件形腔为上大下小的锥孔，该锥孔的锥度为1°～3°。
前述组合式锻模中，所述顶杆的直径小于模芯内锻件形腔的最小直径。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，本发明不仅具有加工效率高、成品率高、加工产品质量好的优点，而且还具有结构简单、操作方便、便于更换和维修等优点。本发明配合不同的组合方式可获得多种不同规格的成型锻模，尤其是小型锻件的单件小批生产中，大大节约了材料。本发明有效地降低了生产成本，很好的满足了回转体杆类零件的锻造加工要求，提高了生产效率，避免了模具的浪费。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中的标记为：1-上模、2-锻件形腔、3-预紧圈、4-模芯、5-顶杆、6-导向套、7-下模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
本发明的一种回转体杆类零件免机械加工锻制方法，如图1所示：该方法采用开式模锻镦挤成形技术进行加工；加工时采用摩擦压力机进行加工，首先将加热后的坯料放入组合式锻模的模芯4内的锻件形腔2，上模1安装在摩擦压力机的上滑块上，摩擦压力机的上滑块下行过程中与坯料接触后，利用摩擦压力机上飞轮在所积蓄的动能继续旋转，并通过摩擦压力机上的螺旋副对坯料产生巨大的压力进行镦挤，使坯料在上模1与模芯4的锻件形腔2中频繁摩擦产生变形，直到飞轮的旋转动能全部消耗为止，最后在液压系统的控制下通过顶杆5将锻件从锻模的锻件形腔2内顶出；采用上述方法加工出的回转体杆类零件，零件内部的金属结构流线合理，零件表面光洁度高，实现了回转体杆类零件免机械加工的技术要求。组合式锻模的模芯4外通过设在模芯4外的预紧圈3抵消锻压时坯料在锻件形腔2内引起的切向拉应力，以提高模芯4的承载力；模芯4与预紧圈3之间采用过盈配合方式；预紧圈3加热到500～700°C后热装在模芯4上。模芯的锻件形腔2设有出模斜度，出模斜度控制在1°～3°，以提高模锻件的形状精度。模芯4的材料选用5CrMnMo或4Cr5MoSiV1热模具钢，经淬火处理后硬度为HRC42～47；预紧圈3选用45钢，经淬火处理后硬度为HRC35～40；上模1的材料选用5CrMnMo热模具钢，经淬火处理后硬度为HRC42～47；顶杆5的材料选用3Cr2W8V钢棒料，经淬火处理后硬度为HRC50～55，顶杆5的直径小于模芯4内孔直径，以确保顶杆5能够在模芯4内孔中灵活移动。顶杆5外设有导向套6，导向套6与顶杆5间隙配合，导向套6与顶杆5之间的单边间隙为0.5mm，导向套6材料可选用40Cr合金钢，经淬火处理后硬度为HRC38～45。
根据上述方法构建并用于上述方法的本发明的一种组合式锻模，如图1所示：该组合式锻模包括上模1、下模7和顶杆5；下模7包括模芯4，模芯4的锻件形腔2与待加工的零件形状对应；模芯4和下模7外设有预紧圈3；顶杆5位于下模7底部，在顶杆5外设有导向套6；模芯4内的锻件形腔2为上大下小的锥孔，该锥孔的锥度为1°～3°；顶杆5的直径小于模芯4内锻件形腔2的最小直径。
实施例
本例所用的模具是根据开式模锻镦挤成形机理设计的。设计过程综合考虑了诸多因素，分别由上模1、下模7、预紧圈3、模芯4、导向套6和顶杆5组成。具有以下特点：
1.结构简单合理、造型新颖独特、操作方便灵活，既减轻了工人的劳动强度，又大大提高了劳动生产率，适用于中小批量生产。
2. 采用组合模具有利于模具制造, 缩短制造周期, 节省模具材料, 经济效益显著。可依据各部分的使用受力状况选用不同的材料和相应的热处理硬度，以便提高模具的有效使用寿命，降低锻件生产成本。
3.利用预紧圈3降低模芯4的三向应力，从而增加模芯4的强度，有效的利用模具材料和保证其承载能力。
4.采用该模具生产的锻件，表面质量光洁度高，满足零件模锻件非加工技术要求。流线方便合理。
5.模具通用性强，制造方便，互换性好。
对模具中各零件的设计和加工要求如下：
1、预紧圈3与模芯4设计
利用过盈配合将模芯4压入预紧圈3内或将预紧圈3加热到500～700°C，热装在上，使模芯4受到预紧力（压应力）。于是，模压时模芯4内引起的切向拉应力将被预紧圈3（压应力）部分或全部抵消，模芯4的承载能力便可以得到显著的提高。采用两层组合模具的强度是整体模具的1.3倍。模具设计时考虑到3000KN摩擦压力机闭合高度，同时考虑顶杆5能够灵活方便地使锻件脱模快捷，顶杆5应在模芯10～15mm，即模芯4高度确定为160mm，模芯4材料选用5CrMnMo或4Cr5MoSiV1热模具钢，硬度HRC42～47。预紧圈3可选用45钢，硬度HRC35～40. 预紧圈3与模芯4利用过盈配合
2、上模设计。
上模1结构简单，主要考虑到3000KN摩擦压力机闭合高度700mm，毛坯长度297mm,工作时摩擦压力机的能量与滑块速度平方成正比，滑块速度又与滑块行程成正比，锻模闭合高度就越小，压力机能释放的能量就越大，以及模具的重复使用修理，所以上模1高度确定为65mm，材料选用5CrMnMo热模具钢，淬火HRC42～47。
3、导向套6与顶杆5的设计
由于摩擦压力机具有下顶件机构，所以在锻模设计中充分利用这一特点，减少模锻件的出模斜度，以提高模锻件的形状精度。为了保证顶杆5的强度，受力较大的顶杆5且直径较小的模锻件，材料选择3Cr2W8V，热处理硬度HRC50～55，在模锻操作过程中，要经常润滑及冷却顶杆5，并及时用压缩空气吹去氧化皮及其它造成的易物，保证它在锻模中活动的灵活性，锻件脱模快捷。
4、导向套6的主要作用是保证顶杆5能够灵活快捷地使锻件脱模顺畅，导向套6与顶杆5之间的单边间隙为0.5mm，材料可选用合金钢40Cr，热处理硬度HRC38～45。
本例的组合式成型锻模，可大幅度地提高模具的使用寿命，节省模具材料，缩短模具加工周期。
采用本例的模具锻制回转体杆类零件时，将加热后的坯料放入模芯4内，上模1随摩擦压力机滑块下行过程中接触坯料后，飞轮在所积蓄的动能作用下，继续旋转，并通过螺旋副对坯料产生巨大的压力进行镦挤，凹模与坯料频繁摩擦造成凹模型腔表面磨损。使坯料产生变形，直到飞轮的旋转动能全部消耗为止，顶杆5在液压系统的控制下推动下，顶出锻件。
本发明结构简单，操作方便，便于更换和维修，配合不同的组合方式可获得多种不同规格的成型锻模，尤其是小型锻件的单件小批生产中，大大节约了材料。降低了生产成本，提高了生产效率，避免了模具的浪费。