一种挖掘机斗齿多向可控分流锻造成形方法与流程

本发明涉及锻造技术领域，具体为一种多向可控分流锻造成形方法，特别涉及一种挖掘机斗齿多向可控分流锻造成形方法。

背景技术：

斗齿是挖掘机的重要零部件之一，是使用最为频繁、工作环境最为恶劣、最易损的零部件。斗齿在工作中直接接触物料，同时承受冲击载荷与弯曲载荷，其强度与耐磨性能直接决定着斗齿的使用寿命。随着挖掘机使用规模的不断扩大，斗齿需求量越来越大，斗齿生产以及废旧斗齿回收过程中的能源消耗和环境污染也愈加严重，因此，斗齿制造行业迫切需要一种低成本、高性能、绿色、环保的斗齿成形方法。

目前，挖掘机斗齿主要采用铸造成形，生产工艺较为繁琐，产品通常伴有气孔、砂眼、夹砂、缩松、缩孔等铸造缺陷，严重影响其使用寿命。同时，斗齿铸造成形过程中产生的有害气体、粉尘等污染物，严重影响环境质量。

近年来，为提高斗齿综合性能，减少环境污染，锻造成形也开始用于斗齿的生产制造，然而，由于在常规锻造成形过程中，模具仅能实现单一方向的相对运动，无法对模具型腔内的金属进行分流，加之挖掘机斗齿三维形状复杂，金属在斗齿锻造成形过程中变形量较大，局部流动剧烈，采用常规锻造方法成形斗齿时，模具受力极为不均匀，极易因开裂、局部磨损量过大等原因造成模具失效。此外，常规锻造方法也无法实现复杂形状斗齿成形，特别是无脱模斜度甚至包含负斜度斗齿的成形与脱模。因此，常规锻造成形方法的不足限制了锻造成形在斗齿生产中的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种挖掘机斗齿多向可控分流锻造成形方法。该方法采用预锻与终锻两道工序，且两道工序均通过上、左、右三个方向的联动挤压，在预锻与终锻成形过程中适时、合理地实现金属可控分流，有效减小成形力，显著提高模具使用寿命、产品尺寸精度和原材料利用率，降低生产成本与能源消耗，减少环境污染。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明挖掘机斗齿多向可控分流锻造成形方法采用预锻与终锻两道工序，且两道工序均通过上、左、右三个方向的联动挤压控制金属在模具型腔内的流动，实现挖掘机斗齿的多向可控分流锻造成形；具体成形步骤如下：

a、预锻成形：

（1）将加热至锻造温度的金属棒料置入预锻模具型腔，随后预锻上冲头下压到预定中间位置并压紧金属棒料端面以完成金属棒料定位；

（2）预锻左、右冲头挤压金属棒料，使得金属在预锻上冲头与预锻左、右冲头的共同作用下向模腔下端流动，实现金属向模腔下部的分流；

（3）当预锻左、右冲头到达预定中间位置时，分流至模腔下部的金属恰好能够充满模腔下端，此时金属的向下分流完成，预锻上冲头退回至初始位置；

（4）预锻左、右冲头继续挤压金属棒料，此时金属棒料的上端面不再受到预锻上冲头约束，金属开始向模腔上端流动，实现金属向模腔上部的分流；

（5）当预锻左、右冲头到达最终成形位置后，预锻上冲头再次下压，直至到达最终成形位置，斗齿预锻成形完成，得到斗齿预制坯料；

b、终锻成形：

（1）将预锻后的斗齿预制坯料置入终锻模具型腔，终锻左、右凹模闭合，夹紧斗齿预制坯料，完成斗齿预制坯料定位；

（2）对终锻外上冲头施加预定作用力，使之向下运动并与终锻左、右凹模贴合，形成封闭型腔；

（3）终锻内上冲头向下挤压斗齿预制坯料，斗齿预制坯料金属在终锻内上冲头与终锻左、右凹模的共同作用下向模腔上端流动，实现斗齿预制坯料金属向模腔上部的分流；

（4）当斗齿预制坯料金属向上流动至与终锻外上冲头接触且对终锻外上冲头作用力大于施加在终锻外上冲头上的预定作用力后，终锻外上冲头向上浮动，此时终锻内上冲头继续向下运动，斗齿预制坯料金属进一步向模腔上端流动的同时受到终锻外上冲头作用力的限制，确保斗齿预制坯料金属既能向模腔上部分流，又不流出模具型腔而形成飞边；

（5）终锻内上冲头到达最终成形位置后停止运动，此时终锻外上冲头向下运动，使斗齿预制坯料向模腔内回流，直至终锻外上冲头到达最终成形位置，终锻成形完成。

本发明中所述斗齿预制坯料的形状是根据斗齿三维形状计算得出的，其尖头端形状与斗齿最终锻件形状一致，且在安装孔端带有浅孔，目的在于减小斗齿预制坯料在终锻工序中的变形量，降低成形力。

本发明中所述步骤a中预锻上、左、右冲头的预定中间位置是根据斗齿预制坯料各部分体积计算得出的，通过三个预定中间位置控制金属在模具型腔内的流动，使金属优先向模腔下端分流，合理分配斗齿预制坯料各部分金属体积，确保预制坯料填充饱满。

所述步骤b对终锻外上冲头所施加的预定作用力是根据斗齿三维形状及其所用材料的力学特性计算得出的，用于控制斗齿预制坯料金属向模腔上部的流动、降低内上冲头成形力、合理分配模腔上部金属体积，在确保斗齿锻件各部分填充饱满的条件下不流出模具型腔而形成飞边。

所述步骤a中的预锻左、右冲头和步骤b中的终锻左、右凹模均应具备足够大的主动合模力，确保锻件无飞边。

本发明的有益效果如下：

（1）显著降低模具的加工、安装、维修、冷却、润滑难度与成本；

（2）能够实现三维形状复杂、无脱模斜度，甚至带有负斜度斗齿的锻造成形与顺利脱模；

（3）金属在模腔内多向可控流动，显著降低模具局部受力，避免模具出现开裂与局部磨损，大幅提升模具使用寿命；

（4）斗齿成形件内部金属流线组织完整，分布合理、均匀，大幅提高斗齿的抗冲击、抗弯强度；

（5）成形件无飞边、尺寸精度高，后期无需机械加工，大幅提高原材料、能源利用率

，降低斗齿生产成本。

附图说明

图1为挖掘机斗齿多向可控分流锻造成形方法的示意图。

图2为斗齿预制坯料成形的预锻模具三维示意图。

图3为斗齿预制坯料成形的预锻模具主视剖视图。

图4为斗齿预制坯料成形的预锻模具俯视剖视图。

图5为斗齿终锻成形的终锻模具三维示意图。

图6为斗齿终锻成形的终锻模具主视剖视图。

图7为斗齿终锻成形的终锻模具俯视剖视图。

附图标记：1、金属棒料；2、斗齿预制坯料；3、斗齿终锻件；4、预锻上冲头；5、预锻左冲头；6、预锻右冲头；7、预锻模座；8预锻顶杆；9终锻内上冲头；10终锻外上冲头；11终锻左凹模；12终锻右凹模；13终锻顶杆。

具体实施方式

本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述：

实施例：结合图1-7，该挖掘机斗齿总重为13.77kg，总长度为344.8mm，安装孔深为144mm，其尖头端存在负脱模斜度，常规锻造方法无法脱模。

预锻成形步骤：

（1）将加热至锻造温度的金属棒料1置入预锻模具型腔，随后预锻上冲头4下压到预定中间位置并压紧金属棒料1端面以完成金属棒料1的定位；

（2）预锻左、右冲头5、6挤压金属棒料1，使得金属在预锻上冲头4和预锻左、右冲头5、6的共同作用下向模腔下端流动；

（3）预锻左、右冲头5、6到达预定中间位置时，分流至模腔下部的金属恰好能够充满模腔下端，此时金属的向下分流完成，预锻上冲头4退回至初始位置；

（4）预锻左、右冲头5、6继续挤压金属棒料1，此时金属棒料1的上端面不再受到预锻上冲头4约束，金属开始向模腔上端流动，实现金属向模腔上部的分流；

（5）预锻左、右冲头5、6到达最终成形位置后，预锻上冲头4再次下压，直至到达最终成形位置，斗齿预锻成形完成，得到斗齿预制坯料2。

其中，预锻成形坯料2的形状是根据斗齿终锻件3的形状计算得出的，其尖头端形状与斗齿最终锻件形状一致，其安装孔端带有浅孔，目的在于减小预制坯料在终锻工序中的变形量，降低成形力；预锻上冲头4和预锻左、右冲头5、6的预定中间位置是根据斗齿预制坯料各部分体积计算得出的，通过三个预定中间位置控制金属在模具型腔内的流动，使金属优先向模腔下端分流，合理分配斗齿预制坯料各部分金属体积，确保预制坯料填充饱满。

终锻成形步骤：

（1）将预锻后的斗齿预制坯料2置入终锻模具型腔，终锻左、右凹模11、12闭合，夹紧斗齿预制坯料2，完成斗齿预制坯料2定位；

（2）对终锻外上冲头10施加预定作用力，使之向下运动并与终锻左、右凹模11、12贴合，形成封闭型腔；

（3）终锻内上冲头9向下挤压斗齿预制坯料，斗齿预制坯料金属在终锻内上冲头9与终锻左、右凹模11、12的共同作用下向模腔上端流动，实现斗齿预制坯料金属向模腔上部的分流；

（4）当斗齿预制坯料金属向上流动至与终锻外上冲头10接触且对终锻外上冲头10作用力大于施加在终锻外上冲头10上的预定作用力后，终锻外上冲头10向上浮动，此时终锻内上冲9头继续向下运动，斗齿预制坯料金属进一步向模腔上端流动的同时受到终锻外上冲头10作用力的限制，确保斗齿预制坯料金属既能向模腔上部分流，又不流出模具型腔而形成飞边；

（5）终锻内上冲头9到达最终成形位置后停止运动，此时终锻外上冲头10向下运动，使斗齿预制坯料金属向模腔内回流，直至终锻外上冲头10到达最终成形位置，终锻成形完成，得到斗齿终锻件3。

其中，终锻外上冲头10所施加的预定作用力是根据斗齿三维形状及其所用材料的力学特性计算得出的，用于控制金属向模腔上部的流动，合理分配模腔上部金属体积，确保金属既能向模腔上部分流，足够充满模具型腔，又不流出模具型腔而形成飞边。