一种高速列车制动盘盘毂锻造模具及模锻工艺的制作方法

本发明属于锻造领域，具体地说就是一种高速列车制动盘盘毂锻造模具及模锻工艺。

背景技术：

制动盘盘毂是高速列车的关键部件，在高速列车刹车时起重要作用。盘毂零件外形为法兰式的环筒形，并在法兰端设置9个齿形结构，用于连接刹车盘，该锻件壁薄，齿部难于加工成形。而且，由于其特殊的工作环境，对锻件的组织和性能提出极高的要求，制造难度较大。目前我国该类锻件几乎全部依赖进口，制约了我国高铁行业的发展。

CN 202114202 U公开了一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，其包括预锻上模、预锻下模、终锻上模、终锻下模和挤压冲头 ；其中预锻上模和预锻下模闭合后形成封闭腔体 ；终端上模和终锻下模闭合后形成中间为通孔的腔体 ；用于挤压预制坯的冲头前部为锥形结构，后部为圆柱形结构，前部与后部间为圆角过渡，其中所述的预锻下模由 9 个预锻下模齿部、预锻下模 V 形底座和位于预锻下模 V 形底座中间位置的预锻下模凸台构成。其相比传统的自由锻造方法而言，虽然能够大大减少盘毂毛坯锻件的加工余量，缩短盘毂产品的生产周期 ；但在实际锻造过程中，由于预锻时就锻出齿部型腔，使得终锻时预制坯定位比较困难，且对设备要求比较高、操作比较繁琐、锻件成形精度相对较低。

高速列车制动盘盘毂锻件是高毂深孔的中小型锻件，采用模锻工艺生产可以获得外形与最终零件一致的锻件，不但可以保证连续的金属纤维，而且加工余量小，截面尺寸小，可以避免产生淬不透的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种高速列车制动盘盘毂锻造模具及模锻工艺，采用该模具生产高速列车制动盘盘毂，其对设备要求较低，操作简单，且锻件成形精度较高；采用镦粗—预锻—终锻的成形工艺，不仅可以保证连续的金属纤维、加工余量小、截面尺寸小、避免产生淬不透的问题，同时该工艺还对设备要求低，操作简便，成形精度高，生产效率高。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，包括预锻上模、预锻下模、终锻上模、终锻下模，预锻上模和预锻下模闭合后形成预锻模膛，终锻上模和终锻下模闭合后形成终锻模膛，其结构要点是，预锻上模上设有2个位置对称的上导向通孔，预锻下模上设有2个与预锻上模对应的下导向通孔，预锻上模与预锻下模闭合后通过长导向柱依次贯穿下导向孔、上导向孔进行定位；终锻上模上设有2个位置对称的上导向通孔，终锻下模上设有2个与终锻上模对应的下导向通孔，终锻上模、终锻下模分别均布9个齿模，终锻上模和终锻下模闭合时9个齿的位置要相互对应，并通过短导向柱依次贯穿上导向孔、下导向孔进行定位。

优选地，终锻模腔内设有齿部型腔，预锻模膛内无齿部型腔。

优选地，预锻模膛和终锻模膛的内外拔模斜度一样。

优选地，当预锻模膛的某些部位较深时，预锻模膛的内拔模斜度为7°、外拔模斜度为10°，终锻模膛的内拔模斜度为5°、外拔模斜度为7°。

优选地，所述长导向柱为T型柱，其由柱顶、柱体、柱底组成，柱顶的截面宽度大于柱体的截面宽度，柱底的截面为梯形，柱底截面的宽端的宽度与柱体一样、柱底截面的窄端的宽度小于柱体的宽度。

优选地，长导向柱的长度要比预锻、终锻时上模和坯料的高度之和大。

优选地，所述短导向柱由柱顶、柱体、柱底组成，柱顶的截面宽度与柱体的截面宽度一样，柱底的截面为梯形，柱底截面的宽端的宽度与柱体一样、柱底截面的窄端的宽度小于柱体的宽度。

优选地，所述终锻模膛内还设有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部组成，飞边槽的桥部设在终锻上模上。

一种高速列车制动盘盘毂模锻工艺，包括镦粗—预锻—终锻三个步骤，整个过程需要2火，镦粗和预锻为一火，终锻为一火，

所述镦粗步骤包括取出Φa×b的坯料进行加热、镦粗到高为c两道工序；

所述预锻步骤包括，

1)、将预锻上模1和预锻下模2用长导向柱7装配，

2)、将装配好的预锻模具吊至下砧子上，吊起预锻上模1，

3)、将镦粗后的毛坯放在预锻下模2模膛的中心位置，放下预锻上模1，将长导向柱7拔出，插入短导向柱8，用锤头打击预锻上模1，当预锻上、下模件距离为d时停止打击，预制坯出模；

所述终锻步骤是将预制坯翻转180°后进行终锻，终锻与预锻步骤相同，当终锻上模3和终锻下模4间距离为e时，终锻件出模；

优选地，通过设计模锻件的外形尺寸及飞边形式、尺寸，确定坯料规格、锻锤吨位、预锻和终锻模膛的形状和尺寸，上述a、b、c、d、e的取值分别为160mm、301mm、200mm、8mm、2mm，锻锤选择5t锤。

优选地，预锻步骤中采用的预锻上模、预锻下模上未设有齿部型模，而终锻步骤中的终锻模膛内设有齿部型腔。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过在预锻模具、终锻模具上分别设置了导向定位装置，以保证变形过程中坯料与模具之间准确的相对位置，确保锻件精确成形，同时也降低了对设备的要求；

2、本发明的预锻模具上不设齿部型腔，而在终锻磨具上设齿部型腔，从而避免了预制坯定位比较困难的缺陷，进一步确保了锻件的精确成形和降低了操作难度；

3、本发明采用镦粗—预锻—终锻的成形工艺，在预锻步骤中进行了导向定位预锻，在终锻步骤中将预制坯翻转180°后进行终锻，从而可避免锻造时需要很大的力固定上模，降低了对设备的要求，且操作简便，成形精度高，生产效率高。

附图说明

图1为盘毂预锻上模的主视图；

图2为图1的剖视图；

图3为盘毂预锻下模的主视图；

图4为图3的剖视图；

图5为长导向柱的结构示意图；

图6为盘毂终锻上模的主视图；

图7为图6的剖视图；

图8为图6中A部的放大图；

图9为图6中B部的放大图；

图10为盘毂终锻下模的主视图；

图11为图10的剖视图；

图12为图10中C部的放大图；

图13为图10中D部的放大图；

图14为短导向柱的结构示意图；

图15为毛坯镦粗；

图16为预锻模具装配状态图；

图17为预锻图；

图18为终锻模具装配状态图；

图19为终锻图；

图中：1-预锻上模，2-预锻下模、3-终锻上模、4-终锻下模、5-上导向通孔，6-下导向通孔，7-长导向柱，71-柱顶，72-柱体，73-柱底，8-短导向柱，81-柱顶，82-柱体，83-柱底。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-4所示，一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，包括预锻上模（1）、预锻下模（2）、终锻上模（3）、终锻下模（4），预锻上模（1）和预锻下模（2）闭合后形成预锻模膛，终锻上模（3）和终锻下模（4）闭合后形成终锻模膛，预锻上模（1）上设有2个位置对称的上导向通孔（5），预锻下模（2）上设有2个与预锻上模（1）对应的下导向通孔（6），预锻上模（1）与预锻下模（2）闭合后通过长导向柱（7）依次贯穿上导向通孔（5）、下导向通孔（6）进行定位；终锻上模（3）上设有2个位置对称的上导向通孔（5），终锻下模（4）上设有2个与终锻上模（3）对应的下导向通孔（6），终锻上模（3）、终锻下模（4）分别均布9个齿模，终锻上模（3）和终锻下模（4）闭合时9个齿的位置要相互对应，并通过长导向柱（7）依次贯穿上导向通孔（5）、下导向通孔（6）进行定位；所述长导向柱（7）为T型柱，其由柱顶（71）、柱体（72）、柱底（73）组成，柱顶（71）的截面宽度大于柱体（72）的截面宽度，柱底（73）的截面为梯形，柱底（73）截面的宽端的宽度与柱体（72）一样、柱底（73）截面的窄端的宽度小于柱体（72）的宽度，且长导向柱（7）的长度要比预锻、终锻时上模和坯料的高度之和大；所述短导向柱（8）由柱顶（81）、柱体（82）、柱底（83）组成，柱顶（81）的截面宽度与柱体（82）的截面宽度一样，柱底（83）的截面为梯形，柱底（83）截面的宽端的宽度与柱体（82）一样、柱底（83）截面的窄端的宽度小于柱体（82）的宽度，在坯料放入模具型腔中之后，把长导向柱（7）更换为短导向柱（8），短导向柱（8）要全部没入导向通孔内，锻造结束时也不能露出导向孔，短导向柱（8）的长度要保证锻造时的导向作用且不与锤头产生干涉。

本发明的终锻模腔内设有齿部型腔，预锻模膛内无齿部型腔，区别于现有技术的在预锻时就锻出齿部型腔，而在终锻时预制坯定位比较困难，从而影响锻件的精确成形。

一般情况下，预锻模膛和终锻模膛的内外拔模斜度一样；但当预锻模膛的某些部位较深时，为了便于充满和出模，预锻模膛的内外拔模斜度大于终锻模膛的内外拔模斜度，当预锻模膛的内拔模斜度为7°、外拔模斜度为10°，则终锻模膛的内拔模斜度为5°、外拔模斜度为7°。

所述的终锻模膛内还设有飞边槽，飞边槽由桥部和仓部组成，终锻时，桥部金属较薄、冷却块，使终锻模膛的型腔四周产生阻力，迫使金属充满型腔，仓部用以容纳多余金属，飞边槽桥部设在终锻上模上，是由于模锻时上模与高温金属接触时间短，受热少，不易产生过热和磨损。

结合实际生产过程，制定的高速列车制动盘盘毂的模锻工艺包括镦粗—预锻—终锻三个步骤，整个模锻过程需要2火，镦粗和预锻为一火，终锻为一火，工艺流程如图15-19所示。首先在钢锭上取Φ160×301mm的坯料，镦粗到200mm高，将预锻上模（1）和预锻下模（2）用长导向柱（7）装配，将装配好的预锻模具吊至下砧子上，吊起预锻上模（1），将镦粗后的毛坯放在预锻下模（2）模膛的中心位置，放下预锻上模（1），将长导向柱（7）拔出，插入短导向柱（8），用锤头打击预锻上模（1），当预锻上、下模件距离为8mm左右时停止打击，预制坯出模；终锻步骤是将预制坯翻转180°后进行终锻，从而可避免锻造时需要很大的力固定上模，降低了对设备的要求，终锻过程的装配操作与预锻过程相同，当终锻上模（3）和终锻下模（4）间距离为2mm时，终锻件出模。

所述预锻步骤中采用的预锻上模（1）、预锻下模（2）未设有齿部型腔，而终锻步骤中的终锻模膛内设有齿部型腔；

一般通过设计模锻件的外形尺寸及飞边形式、尺寸，确定坯料规格、锻锤吨位、预锻和终锻模膛的形状和尺寸。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。