一种联合模锻成形的锻模的制作方法

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种联合模锻成形的锻模。

背景技术：

以大功率高速柴油机吊钩零件模锻为例，现有吊钩联合模锻工艺过程分3大步骤：①制坯步骤：坯料加热→在10kn自由锻锤上制坯成形；②模锻步骤：制坯坯料加热→在20kn模锻锤上的热平直锻模上直接终锻成形→在3150kn切边压力机设备上的切边模上进行切边；③弯曲步骤：半成品模锻件加热→在3150kn切边压力机设备上的热弯曲模上最终弯曲成形。因此，现有吊钩模锻工艺过程复杂，可靠性差(技术可行性差、质量可靠性差和经济合理性差)、尺寸精度低(只能达到gb/t12362《钢质模锻件公差及机械加工余量》规定的普通级精度)、合格品率低(gb/t12362普通级模锻件合格品率≤50％)、变形力大(尤其是模锻步骤的终锻工序最后3锤次的变形力更大)、效率低(其中制坯步骤、模锻步骤和弯曲步骤的加热火次为3～4次/件，制坯步骤和模锻步骤的成形总打击次数至少为15锤次/件，弯曲步骤的成形次数为1次/件)、锻模使用寿命低不足0.4万件/套等难题。

如果吊钩采用“多工位挤压机、多工位镦锻压力机、多向模锻压力机、曲柄热模锻压力机、电动螺旋模锻压力机、高效伺服液压机、程控模锻电液锤”等“精密、高效或程控”设备上联合模锻成形工艺方法，则较易克服上述可靠性差、尺寸精度低、合格品率低、变形力大、效率低、锻模使用寿命低等缺点。

但在现有的“非精密、非高效或非程控”设备上的“10kn自由锻锤上制坯、20kn模锻锤上模锻和3150kn切边压力机上弯曲”的联合模锻成形工艺方法，即使是达到吊钩模锻件gb/t12362普通级精度要求也非常困难，更谈不上达到gb/t12362精密级精度要求，也难以摆脱上述可靠性差、尺寸精度低、合格品率低、变形力大、效率低、锻模使用寿命低等被动局面。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种联合模锻成形的锻模，有效解决在现有“10kn自由锻锤上制坯、20kn模锻锤上模锻和3150kn切边压力机上弯曲”的联合模锻成形方法的可靠性差、形位公差与尺寸公差精度低、合格品率低、变形力大、效率低、锻模使用寿命低等难题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种联合模锻成形的锻模，其包括：热平直锻模和热弯曲锻模，热平直锻模用于吊钩联合精密模锻成形工艺的热平直模锻成形，热弯曲锻模用于吊钩联合精密模锻成形工艺的热弯曲模锻成形；热平直锻模包括拔长与压扁制坯模膛1、对角型锁扣2、预锻模膛3、预锻飞边槽4、终锻模膛5、终锻飞边槽6，热平直模锻成形包括：将圆钢坯料加热到工艺规定的始锻温度、在热平直锻模拔长与压扁制坯模膛上制坯、在热平直锻模预锻模膛中预锻成形、在热平直锻模终锻模膛中终锻成形、在切边模中切边，获得半成品模锻件；热弯曲锻模包括预弯曲模膛、终弯曲模膛和单纵双角复合型锁扣，热弯曲模锻成形包括：将半成品模锻件加热到始锻温度、然后再将吊钩热平直半成品模锻件纵向水平置于预弯曲模膛中进行预弯曲、最后在预弯曲终锻模膛中进行终弯曲，或者成品模锻件。

其中，所述拔长与压扁制坯模膛1纵向排列，位于热平直锻模的左后部；所述对角型锁扣2纵向排列，位于热平直锻模的左前部和右后部；所述预锻模膛3纵向排列，位于热平直锻模的中左后部；所述预锻飞边槽4位于预锻模膛3的四周；所述终锻模膛5纵向排列，位于热平直锻模的中右前部，与预锻模膛3排列方向相反；所述终锻飞边槽6位于终锻模膛5的四周。

其中，所述拔长与压扁制坯模膛1用于吊钩拔长与压扁制坯成形，为上下对称的楔型+平型+楔型复合拔长结构，具有连续推进拔长与压扁制坯的双重功能，为预锻提供形状与尺寸准备。

其中，所述的对角型锁扣2用于控制锻模导向，为左右单对角型锁扣结构，锁扣竖直凸凹面单侧导向配合间隙为0.5mm，上下凸凹面防干涉配合间隙为1.0mm。

其中，所述的预锻模膛3用于吊钩半成品预锻热平直模锻成形，其形状和尺寸与吊钩半成品预锻热模锻件的形状与尺寸相对应，预锻模膛3深度大于终锻模膛5深度1.5mm～2.0mm。

其中，所述的预锻飞边槽4为上下对称的楔型结构，围绕预锻模膛3水平方向四周，其中楔型角度为15°，入口厚度h为12mm，入口圆角半径r为8mm，宽度为20mm，以容纳预锻模膛3挤出的多余金属。

其中，所述预弯曲模膛位于热弯曲锻模的右后部；终弯曲模膛位于热弯曲锻模的左后部；单纵双角复合型锁扣16位于热弯曲锻模的正前部。

其中，所述预弯曲模膛包括预平直定位凹腔7、预弯曲定位凸台8、预弯曲凹模9、预弯曲凸模10和预弯曲定高凹腔11；预平直定位凹腔7用于吊钩半成品热平直模锻件在置于下模弯曲前的前后两端部定位，其前端深度与后端深度底平面设置的前倾斜角为2°～3°，后端半圆处的拔模斜度与圆角半径与所对应的热平直锻件柄部半圆处拔模斜度与圆角半径相匹配；预弯曲定位凸台8用于吊钩半成品热平直模锻件预弯曲过程中的定位，后端圆角拔模斜度为3°，后端圆角半径尺寸与所对应的热平直形半成品模锻件v型凹口圆角半径尺寸相匹配，左、右侧无拔模斜度；预弯曲凹模9用于预弯曲成形、容纳和夹持取出预弯曲热模锻件，预弯曲形状与尺寸与所对应的预弯曲热模锻件图形状与尺寸相同；预弯曲凸模10用于预弯曲热模锻件上部弯曲成形与传递弯曲变形力，预弯曲形状与尺寸与所对应的预弯曲热模锻件图形状与尺寸相同；所述的预弯曲定高凹腔11用于预弯曲成形的定高与辅助定位，工作高度尺寸与预弯曲后所对应的预弯曲热锻件的高度尺寸相同。

其中，所述终弯曲模膛包括终定位凸台12、终弯曲凹模13、终弯曲凸模14和终弯曲定高凹腔15；终定位凸台12用于吊钩预热弯曲热模锻件在置于下模终弯曲的前后左右定位，后端圆角拔模斜度为3°，后端圆角半径尺寸与热平直形半成品模锻件的v型凹口圆角半径尺寸相匹配，左、右侧无拔模斜度；终弯曲凹模13用于终弯曲成形、容纳和夹持取出终弯曲热模锻件，形状与尺寸与所对应的终弯曲热模锻件图形状与尺寸相同，但弯曲角度比所对应的终弯曲热模件图弯曲角度小1°，弯曲底部深度比所对应的终弯曲热模件图弯曲底部深度大1.0mm；终弯曲凸模14用于终弯曲热模锻件上部弯曲变形与传递弯曲变形力，弯曲圆角半径和所对应的终弯曲热模件图弯曲圆角半径相同，弯曲角度与所对应的终弯曲热模件图弯曲角度小1°；终弯曲凸模14与终弯曲凹模13竖直方向的单侧面配合间隙为3.0mm；终弯曲定高凹腔15用于终弯曲成形的定高与辅助定位，工作高度尺寸与终弯曲后所对应的终弯曲热锻件的高度尺寸相同。

其中，所述单纵双角复合型锁扣16用于热弯曲锻模的复合导向，锁扣竖直凸凹面单侧导向配合间隙为0.5mm，上下凸凹面防干涉配合间隙为1.0mm。

(三)有益效果

(1)本发明的一种联合模锻成形的热平直锻模和热弯曲锻模，有效解决在现有“10kn自由锻锤上制坯、20kn模锻锤上模锻和3150kn切边压力机上弯曲”的联合模锻成形方法的可靠性差、尺寸精度低、合格品率低、变形力大、效率低、锻模使用寿命低等难题。

(2)本发明的一种联合模锻成形的热平直锻模和热弯曲锻模，具有技术可行性、质量可靠性、经济合理性、使用安全性，形位公差与尺寸公差精度由gb/t12362《钢质模锻件公差及机械加工余量》普通级变为精密级，尤其是模锻步骤的变形力由大变小，提高锻造效率至少1倍，热平直锻模使用寿命由不足0.4万件/套提高到0.8万件/套，热弯曲锻模使用寿命高达7万件/套。

(3)本发明的一种联合模锻成形的热平直锻模和热弯曲锻模，也可为其它类似形状与尺寸模锻件成形提供了有力的参考依据。

附图说明

图1a为本发明中涉及的实施例吊钩模锻件主视图示意图；

图1b为图1a的左视图；

图1c为图1a的俯视图；

图2a为本发明的热平直锻模(包含上模和下模)装配图主视图示意图；

图2b为图2a的俯视图(拆除图2a中的上模)示意图；

图中，1-拔长与压扁制坯模膛、2-对角型锁扣、3-预锻模膛、4-预锻飞边槽、5-终锻模膛、6-终锻飞边槽；

图3a为本发明中涉及的吊钩热平直预锻热锻件主视图示意图；

图3b为图3a的左视图；

图4a为本发明中涉及的吊钩热平直终锻热锻件主视图示意图；

图4b为图4a的左视图；

图5a为热弯曲锻模(包含上模和下模)装配图主视图示意图；

图5b为图5d的a-a剖视图和图5e的b-b剖视图中的上模k向视图；

图5c为图5a的俯视图(拆除图5a中的上模)示意图；

图5d为图5c的a-a剖视图(包含图5a中的上模以及包含终弯曲凸模、终弯曲凹模、单纵双角复合型锁扣)；

图5e为图5c的b-b剖视图(包含图5a中的上模以及包含预弯曲凸模、预弯曲凹模、单纵双角复合型锁扣)；

图中，7-预平直定位凹腔、8-预弯曲定位凸台、9-预弯曲凹模、10-预弯曲凸模、11-预弯曲定高凹腔、12-终定位凸台、13-终弯曲凹模、14-终弯曲凸模、15-终弯曲定高凹腔、16-单纵双角复合型锁扣；

图6为本发明中涉及的吊钩终弯曲热锻件主视图示意图；

图7为本发明中涉及的吊钩预弯曲热锻件主视图示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的一种联合模锻成形的锻模包括热平直锻模和热弯曲锻模，分别针对吊钩联合精密模锻成形工艺的第一次热平直模锻成形和第二次热弯曲模锻成形而设计的。

(1)第一次热平直模锻成形：需要依靠1套热平直锻模来实现，即将圆钢坯料加热到工艺规定的始锻温度、在热平直锻模拔长与压扁制坯模膛上制坯、在热平直锻模预锻模膛中预锻成形、在热平直锻模终锻模膛中终锻成形、在切边模中切边(切边次数1次/件)，即可获得如图3所示的还没有全部达到最终形状与尺寸要求的吊钩平直半成品模锻件。

所述第一次热平直模锻成形是依靠热平直锻模来实现的，热平直锻模(参见图2a和图2b所示)是由拔长与压扁制坯模膛1、对角型锁扣2、预锻模膛3、预锻飞边槽4、终锻模膛5、终锻飞边槽6共六个主要组成部分。所述拔长与压扁制坯模膛1纵向排列，位于热平直锻模的左后部；所述对角型锁扣2纵向排列，位于热平直锻模的左前部和右后部；所述预锻模膛3纵向排列，位于热平直锻模的中左后部；所述预锻飞边槽4位于预锻模膛3的四周；所述终锻模膛5纵向排列(与预锻模膛3排列方向相反)，位于热平直锻模的中右前部；所述终锻飞边槽6位于终锻模膛5的四周。

热平直锻模结构简单、紧凑，变形力小，可靠性高，尺寸一致性好，尺寸精度高，效率高，提高热平直锻模使用寿命1倍(热平直锻模使用寿命由不足0.4万件/套提高到0.8万件/套)。

所述的拔长与压扁制坯模膛1用于吊钩拔长与压扁制坯成形，为上下对称的楔型+平型+楔型复合拔长结构，具有连续推进拔长与压扁制坯的双重功能，为预锻提供形状与尺寸准备。

所述的对角型锁扣2用于控制锻模导向，为左右单对角型锁扣结构，锁扣竖直凸凹面单侧导向配合间隙为0.5mm，上下凸凹面防干涉配合间隙为1.0mm，既可控制模锻件的横向与纵向的错移量要求，也可有效减小锻模长宽方向尺寸。

所述的预锻模膛3用于吊钩半成品预锻热平直模锻成形，其形状和尺寸与吊钩半成品预锻热模锻件图的形状与尺寸相对应(参见图3a和图3b所示)，预锻模膛3深度大于终锻模膛5深度1.5mm～2.0mm，可为终锻提供良好的形状与尺寸准备。

所述的预锻飞边槽4为上下对称的楔型结构，围绕预锻模膛3水平方向四周，其中楔型角度为15°，入口厚度h为(6+6)mm＝12mm，入口圆角半径r为8mm，宽度为20mm，以有利于容纳预锻模膛3挤出的多余金属，更重要的是可有利于预锻金属流动成形、减小预锻变形力、提高锻造效率、提高终锻尺寸精度。

所述的终锻模膛5用于吊钩半成品终锻热平直模锻成形，其形状和尺寸全部体现在终锻热锻件图上(参见图4a和图4b所示)，终锻模膛上模深度与终锻模膛所对应的下模深度相同；终锻热模锻件的结构与尺寸和所对应的预锻热模锻件结构与尺寸设计相辅相成，终锻变形力小，终锻效率高，热平直模锻件尤其是高度方向的尺寸一致性好和尺寸精度高。

所述的终锻飞边槽6为整体单仓型+局部双仓型结构，以更有利于容纳终锻模膛5挤出多余的非均匀性金属、易于终锻金属流动成形、减小终锻变形力、提高锻造效率。

本发明的热平直锻模工作步骤如下：s1：安装固定步骤：将热平直锻模安装固定在现有20kn模锻锤设备上，然后将热平直锻模预热到150℃～350℃；s2：制坯步骤：将在加热炉中第一次加热到始锻温度以后的圆钢坯料置于拔长与压扁制坯模膛1上进行拔长与压扁制坯；s3：预锻步骤：再将拔长与压扁制坯后的坯料纵向置于预锻模膛3中进行预锻；s4：终锻步骤：再将预锻热锻件调头向右旋转180°纵向置于终锻模膛5中终锻成形；s5：切边步骤：最后将终锻成形后带飞边吊钩半成品模锻件置于切边模中切边(切边次数1次/件)，即可获得还没有全部达到最终形状与尺寸要求的吊钩半成品热平直模锻件。

(2)第二次热弯曲模锻成形：需要依靠1套热弯曲锻模来实现，即将第一次热模锻成形的半成品模锻件加热到始锻温度、然后再将吊钩热平直半成品模锻件纵向水平置于预弯曲模膛中进行预弯曲、最后在预弯曲终锻模膛中进行终弯曲，即可彻底达到如图1所示的吊钩模锻件形状与尺寸要求。

所述第二次热弯曲模锻成形是依靠热弯曲锻模来实现的(参见图5a、图5b、图5c、图5d和图5e所示)，所述第二次热弯曲模锻成形是通过热弯曲锻模来实现的，热弯曲锻模是由预弯曲模膛、终弯曲模膛和单纵双角复合型锁扣16共3个主要组成部分。所述预弯曲模膛位于热弯曲锻模的右后部；终弯曲模膛位于热弯曲锻模的左后部；单纵双角复合型锁扣16位于热弯曲锻模的正前部。

热弯曲锻模，结构简单，变形力小，可靠性高，尺寸一致性好，尺寸精度高，效率高，使用寿命高(热弯曲锻模使用寿命至少7万件/套)。

所述的预弯曲模膛主要由预平直定位凹腔7、预弯曲定位凸台8、预弯曲凹模9、预弯曲凸模10和预弯曲定高凹腔11组成的配合结构，用于吊钩平直半成品预弯曲成形，其预弯曲形状和尺寸与所对应的预弯曲热模锻件图形状与尺寸相对应(参见图7所示)；增加预弯曲模膛进行预弯曲，以为最终热弯曲精密成形提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的预平直定位凹腔7用于吊钩半成品热平直模锻件在置于下模弯曲前的前后两端部定位，定位凹腔的前端深度与后端深度底平面设置的前倾斜角为2°～3°(以使热平直形半成品模锻件的底平面形成一定的向前倾斜力，有利于保证在弯曲过程中所对应的v型凹口圆角与预弯曲定位凸台8连续接触而提高定位的可靠性和效率)，后端半圆处的拔模斜度和圆角半径与热平直锻件柄部半圆处所对应的拔模斜度与圆角半径相匹配，为最终弯曲到位提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的预弯曲定位凸台8用于吊钩半成品热平直模锻件预弯曲过程中的定位，后端圆角拔模斜度为3°，后端圆角半径尺寸与热平直形半成品模锻件所对应的v型凹口圆角半径尺寸相匹配，左、右侧无拔模斜度，为最终弯曲形状与尺寸的到位提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的预弯曲凹模9用于预弯曲成形、容纳和夹持取出预弯曲热模锻件，预弯曲形状与尺寸与预弯曲热模锻件图所对应的形状与尺寸相同，但比所对应的终弯曲热模件图弯曲角度大15°，预弯曲打击次数为2锤次/件，以为最终弯曲形状与尺寸的到位提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的预弯曲凸模10用于预弯曲热模锻件上部弯曲成形与传递弯曲变形力，预弯曲形状与尺寸与所对应的预弯曲热模锻件图形状与尺寸相同，但弯曲角度比所对应的终弯曲热模件图弯曲角度大15°，以为最终弯曲成形提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的预弯曲定高凹腔11用于预弯曲成形的定高与辅助定位，工作高度尺寸与预弯曲后所对应的预弯曲热锻件高度尺寸相同。

所述的终弯曲模膛主要由终定位凸台12、终弯曲凹模13、终弯曲凸模14和终弯曲定高凹腔15组成的配合结构，因预弯曲工序不能达到“一步弯曲到位”，因此，还应再增加终弯曲工序以达到“彻底弯曲到位”，其终弯曲形状和尺寸与所对应的终弯曲热模锻件图形状与尺寸相对应(参见图6所示)。

所述的终定位凸台12用于吊钩预热弯曲热模锻件在置于下模终弯曲的前后左右定位，终定位凸台后端圆角拔模斜度为3°，后端圆角半径尺寸与热平直形半成品模锻件所对应的v型凹口圆角半径尺寸相匹配，左、右侧无拔模斜度，为最终弯曲到位提供有力的前期形状与尺寸准备。

所述的终弯曲凹模13用于终弯曲成形、容纳和夹持取出终弯曲热模锻件，形状与尺寸与终弯曲热模锻件图所对应的形状与尺寸相同，但弯曲角度比所对应的终弯曲热模件图弯曲角度小1°，弯曲底部深度比所对应的终弯曲热模件图弯曲底部深度大1.0mm，终弯曲打击次数为2锤次/件，以通过反变形方法解决终弯曲热模件冷却后回弹而难以实现“彻底弯曲到位”的难题。

所述的终弯曲凸模14用于终弯曲热模锻件上部弯曲变形与传递弯曲变形力，弯曲圆角半径与所对应的终弯曲热模件图弯曲圆角半径相同，弯曲角度比所对应的终弯曲热模件图弯曲角度小1°，以通过反变形方法解决终弯曲热模件冷却后回弹而难以实现“彻底弯曲到位”的难题。

所述的终弯曲凸模14与终弯曲凹模13竖直方向的单侧面配合间隙为3.0mm，以防止终弯曲凸模14与终弯曲凹模13在闭合以后产生干涉现象。

所述的终弯曲定高凹腔15用于终弯曲成形的定高与辅助定位，工作高度尺寸与终弯曲后所对应的终弯曲热锻件的高度尺寸相同。

所述的单纵双角复合型锁扣16用于热弯曲锻模的复合导向，锁扣竖直凸凹面单侧导向配合间隙为0.5mm，上下凸凹面防干涉配合间隙为1.0mm，既可防止最终热弯曲件错移量超差和提高模锻件形状与尺寸精度(尤其是形位公差精度)，也可有利于减小锻模长宽方向尺寸。

本发明的热弯曲锻模的工作步骤如下：s1：安装固定步骤：将热弯曲锻模安装固定在现有20kn模锻锤设备上，然后将热弯曲锻模预热到150℃～350℃；s2：预弯曲定位步骤：将吊钩半成品热平直模锻件在加热炉中再加热到始锻温度以后预弯曲模膛中，在预平直定位凹腔7中进行预弯曲前定位，在弯曲定位凸台8中进行弯曲过程中定位；s3：预弯曲步骤：将吊钩半成品模锻件在预弯曲凸模10和预弯曲定高凹腔11向下作用下，在预弯曲模膛凹模9中进行预弯曲成形，直至热弯曲锻模闭合(预弯曲打击次数为2锤次/件)，以获得预弯曲件(参见图1和图7所示)；s4：终弯曲定位步骤：将预弯曲后吊钩半成品模锻件再置于终弯曲模膛中，在终定位凸台12中进行终弯曲前与终弯曲过程中定位；s5：终弯曲步骤：在终弯曲凸模14和终弯曲定高凹腔15向下作用下，将预弯曲件在终弯曲凹模13中进行终弯曲成形，直至热弯曲锻模闭合(终弯曲打击次数为2锤次/件)；s6：取出步骤：最后将终弯曲后的吊钩成品模锻件用夹钳横向夹持取出，即可彻底获得形状与尺寸一致性好的如图1和图6所示的吊钩精密级模锻件。

由上述技术方案可以看出，本发明具有技术可行性、质量可靠性、经济合理性、使用安全性，有效解决了在现有“10kn自由锻锤上制坯、20kn模锻锤上模锻和3150kn切边压力机上弯曲”的联合模锻成形工艺方法的可靠性差、尺寸精度低、合格品率低、变形力大、锻造效率低、锻模使用寿命低等难题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是：对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干个改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。