一种多自由度主动分流成形方法与流程

本发明属于金属塑性加工领域，特别涉及一种多自由度主动分流成形方法，可在不同自由度方向主动形成分流空间，用以成形形状复杂的锻件。

背景技术：

分流减压技术最早由日本学者k.kondo等提出的，对齿轮精锻尤其是中小齿轮精锻的发展做出了杰出的贡献。现行的分流减压成形技术多属于被动分流，即在锻件坯料上提前预留分流空间（孔分流）或通过模具结构预留分流空间（轴分流）图1、2，该种方法只能成形结构较为简单的锻件，因为是被动分流，故在成形过程中难以主动根据成形填充需要而主动控制分流空间进而调整成形腔各部分压力。在实际生产中常常需要根据模具中金属流动情况来适时调整分流空间进而调整模具型腔各部分压力，尤其是对于形状复杂的锻件更是如此，简单通过在锻件上预留分流空间或通过模具结构调整形成分流空间，会增加锻件预制坯时间或模具结构复杂，在实际应用中难以实现。

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出一种多自由度主动分流成形方法，在保证锻件各部分充填的情况下，同时也保证分流空间多自由度的主动存在，以降低成形力。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的多自由度主动分流成形方法包括下述步骤：

（1）根据锻件形状及其制定的成形工艺，以锻件为中心在成形需要的方向设置若干个不同自由度方向模具模块，每一个模具模块都由各自独立的动力源驱动，实现各个模具模块的挤压退回的独立控制。

（2）在锻件成形过程中利用步骤（1）的各个自由度方向的模具模块挤压锻件坯料，根据成形需要当锻件某部分需要降低成形压力时，该部分的模具模块则在可控条件下退回，主动形成分流空间，锻件不同部位根据各自由度方向各模具模块的挤压、退回主动形成分流空间，或独立动作或根据需要组合动作,这样既降低了成形力，根据金属流动的最小阻力原理，又能使得阻力最小的部位优先充满。

本发明的有益效果如下：

本发明在各个自由度方向存在的模具模块利用各自独立的动力源（如液压缸）可以实现独立控制，各个模具模块根据成形需要进行主动挤压或退回可形成不同的分流空间，进而降低成形力，在模具的许用应力下完成锻件成形，该方法可广泛应用于复杂零件的多向（多轴）成形，为复杂零件的低应力成形提出了一种全新的高效方法。

附图说明

图1是孔分流示意图。

图2是轴分流示意图。

图中序号：1ˊ——冲头2ˊ——凹模3ˊ——工件。

图3是锻件在不同自由度方向设置成形模具模块示意图。

图中a是成形锻件，f1、f2、f3、f4、f5、f6为设置有成形模具模块的不同自由度方向。

图4是某型号汽车变速箱齿轮。

图5是主动分流成形原理示意图。

图6是主动分流成形模具实现图。

图6中序号：1是上外冲头，2是上中冲头，3是上内冲头，4是成形齿轮，5是凹模，6是是下外冲头，7是下中冲头，8是下内冲头。

图7汽车转向活塞主动分流成形示意图。

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：

本发明的多自由度主动分流成形方法包括下述步骤：

（1）根据锻件形状及其制定的成形工艺，如图3所示以锻件a为中心在成形需要的方向设置成形模具，可将每一方向标记为f1、f2、f3、f4、f5、f6……

（2）在步骤（1）中标记不同方向f1、f2、f3、f4、f5、f6……根据锻件a成形需要在不同自由度方向设置若干个模具模块，可将各自由度方向的模具模块标记为f1’、f1”……每一个模具模块都可由对立的动力源驱动，各个模具模块的挤压退回可实现独立控制。

（3）在锻件成形过程中利用步骤（2）中标记的各个自由度方向的模具模块挤压锻件坯料，根据成形需要锻件a某部分需要降低成形压力则该部分的模具模块则向后主动可控退回主动形成分流空间，锻件不同部位可根据各自由度方向各模具模块的挤压、退回主动形成分流空间。

本发明在各个自由度方向存在的模具模块利用各自独立的动力源（如液压缸）可以实现对立控制，各个模具模块根据成形需要进行主动挤压或退回可形成不同的分流空间，进而降低成形力，在模具的许用应力下完成锻件成形，该方法可广泛应用于复杂零件的多向（多轴）成形，为复杂零件的低应力成形提出了一种全新的高效方法。

本发明的具体实施例如下：

实施例1

图4所示齿轮为汽车变速箱典型齿轮，该齿轮的特点为：高径比（h/d)<0.5；非对称；齿轮由外齿部、中间轮辐、内部凸台三部分组成；大直径；大模数，该齿轮直接成形难度大，需要全新的成形工艺。针对该齿轮的特点，应用主动分流减压技术，提出一种全新的工艺，图5所示：f1～f6上为六个不同力，分别对应成形齿轮的上下外部齿形、中间轮辐和内部凸台部分，成形过程中根据需要或单独或组合进行挤压或主动退回，在保证齿轮各部分充填的情况下，同时也保证分流空间多自由度的主动存在，以降低成形力，使得该类零件的低应力成形为可能。图6为方法的模具实现方式示意图，采用上下各三层冲头，每个冲头用于成形齿轮的不同部分，各冲头都有单独的动力源（液压缸）驱动，实现多自由度可控，或独立或联动复合控制成形，成形过程中始终使分流空间存在及可控，实现齿轮的单工位一步成形。

实施例2

如图7所示：汽车转向活塞作为商用汽车转向器的核心零件，形状复杂，直接成形难度很大，应用主动分流技术，在不同自由度方向（上、下、左、右、前、后六个方向）设置成形力，模具结构采用组合镶块形式，6个方向都有独立的液压缸驱动，成形过程中始终使分流空间存在及可控，达到既能实现充填又能降低成形力，实现该零件的单工位一步成形，该方法已实现大批量生产应用。

技术特征：

技术总结
本发明为一种多自由度主动分流成形方法。该方法是针对形状复杂的锻件提出的一种全新的分流减压成形方法,方法的原理为:在零件的多个必要的自由度方向存在主动可控的成形力,可根据成形的需要主动加载或者后退,以实现复杂锻件的低应力成形,其实现途径为:在各个自由度方向存在的模具模块利用各自独立的动力源（如液压缸）可以实现独立控制，各个模具模块根据成形需要进行主动挤压或退回可形成不同的分流空间，或独立动作或根据需要组合动作,进而降低成形力，在模具的许用应力下完成锻件成形，该方法可广泛应用于复杂零件的多向（多轴）成形，为复杂零件的低应力成形提出了一种全新的高效方法。

技术研发人员：赵升吨;孙红星;王涛;刘华
受保护的技术使用者：西安交通大学;郑州机械研究所
技术研发日：2017.06.02
技术公布日：2017.08.22