提高叉类件成形充填效果的锻模封仓式飞边槽的制作方法

本发明涉及一种应用于叉类件锻造成形充填效果的锻模飞边槽的设计，属于叉类件锻造模具技术领域。

背景技术：

锻造技术为零部件成形制造的一种重要方法，尤其是对于高性能大批量零件，采用锻造技术提供毛坯或直接进行近净成形锻造，相比于机加工方法，具有生产效率高、材料利用率高以及综合力学性能好等诸多优势。锻造工艺分为自由锻和模锻两类成形方法：自由锻一般包括镦粗、拔长、冲孔、扩孔等基本工序，自由锻主要用于大锻件锻造及为中小锻件的模锻提供制坯；模锻是通过上下模具合模使坯料在封闭的模具型腔内成形，主要用于中小尺寸锻件的大批量生产。

依据上下模具结构形式及锻件有无飞边，模锻分为开式模锻和闭式模锻两类。图1所示的闭式模锻不产生锻件飞边，在成形过程中上模1一般嵌入到下模2模腔中对坯料施压成形，闭式模锻对设备特性、坯料下料精确度以及模具结构及其寿命等要求较高，适合于形状相对简单的锻件3。图2所示的开式模锻具有水平分模面，合模过程中，坯料在模具型腔内充型，多余材料会沿上模1和下模2的分模面流出产生飞边，相应的开式模锻的模具在分模面上在模膛周边应设计飞边槽，飞边槽的结构由桥部4和仓部5组成，如图3所示。桥部4的作用是在合模过程中增加金属材料留出模膛的阻力，提高材料充填型腔的能力，桥部4的宽度尺寸b越大，高度尺寸h越小，阻力越大。而仓部5的作用是容纳多余金属材料，避免材料流入分模面，导致模具打不靠而影响锻件成形尺寸。

图4给出了典型叉类件的结构，包括杆部6、叉部7和叉脚8，杆部6上分出两个叉部7，每个叉部7上设置一个叉脚8。该叉类件现有锻造工艺包括棒料拍扁制坯、预锻劈叉及终锻成形等，现有叉类件终锻模具飞边槽的结构如图5所示，图5(a)是叉类件终锻模具的剖视图，图5(b)是叉类件终锻模具的分模面俯视图，只在叉类锻件终锻模分模面的型腔周边设置一圈飞边槽，也就是周圈飞边槽9。这种单一的周圈飞边槽结构存在叉部充填成形困难、叉口区域飞边较大等不足，导致材料利用率低，有时无法满足叉脚处的型腔充满要求。

技术实现要素：

本发明针对现有叉类件锻造成形工艺存在的不足，提出一种提高叉部型腔充填效果、提高叉类件成形质量、减小叉口区域锻件飞边量、提高材料利用率、降低叉类件生产成本的锻模封仓式飞边槽。

本发明的提高叉类件成形充填效果的锻模封仓式飞边槽，采用以下设计方案：

在叉类锻件终锻模分模面的型腔周边设置一圈飞边槽，形成周圈飞边槽，再在叉口区域的两叉脚之间增设直线型飞边槽，直线型飞边槽的两端与周圈飞边槽连通，形成封仓式飞边槽。

所述直线型飞边槽与周圈飞边槽的桥部尺寸一致。

本发明通过增设直线型飞边槽，使得叉口区域仓部多余金属由原来的叉口敞开状态变为一个封闭状态，增加了该区域金属流出叉口的阻力，进而提高了叉部型腔充填的效果，减小了锻件叉口区域的飞边量，减小坯料尺寸而提高材料利用率，在提高叉类件成形质量的同时，降低了叉类件生产成本。

附图说明

图1是闭式模锻的原理示意图。

图2是开式模锻的原理示意图。

图3是开式模锻飞边槽截面结构示意图。

图4是典型叉类件的结构示意图。

图5是现有叉类件终锻模具飞边槽结构示意图。(a)是叉类件终锻模具的剖视图，(b)是叉类件终锻模具的分模面俯视图。

图6是本发明的叉类件终锻模具封仓式飞边槽结构示意图。

图7是方案1的采用ф59×95mm的棒料现有飞边槽结构模锻终锻合模后锻件成形模拟结果示意图。

图8是方案2的采用ф61×95mm的棒料现有飞边槽结构模锻终锻合模后锻件成形模拟结果示意图。

图9是方案3的采用ф59×95mm的棒料本发明封仓式飞边槽结构模锻终锻合模后锻件成形模拟结果示意图。

图10是三种方案成形载荷对比图。

图中：1.上模，2.下模，3.锻件，4.飞边槽桥部，5.飞边槽仓部，6.杆部，7.叉部，8.叉脚，9.周圈飞边槽，10.直线型飞边槽。

具体实施方式

如图6所示，本发明的锻模封仓式飞边槽结构是在图5所示原有的叉类锻件终锻模分模面的型腔周圈(周边一圈)飞边槽9的结构基础上，在叉口区域的两叉脚8之间再增设一直线型飞边槽10，直线型飞边槽10的两端与周圈飞边槽9相通，形成封仓式飞边槽。所增设飞边槽10的桥部尺寸与原有飞边槽的桥部尺寸一致。增设这一飞边槽的桥部结构，使得叉口区域仓部多余金属由原来的叉口敞开状态变为一个封闭状态，增加了该区域金属留出叉口的阻力，进而提高了叉部型腔充填的效果，同时也减小了叉口区域的飞边，减小坯料尺寸而提高材料利用率，在提高叉类件成形质量的同时，降低了其生产成本。

下面以图4所示的某型号节叉为例，进行原有飞边槽结构和本发明封仓式飞边槽结构模锻成形过程模拟，对比填充情况及材料利用率等。该节叉的体积为224736mm³，飞边槽的结构尺寸依据该节叉锻件所用设备吨位由锻模手册给出为：h＝2mm，b＝10mm，h1＝10mm，b1＝40mm。

(1)方案1：使用ф59×95mm规格的棒料，通过原飞边槽结构模锻成形。

(2)方案2：使用ф61×95mm规格的棒料，通过原飞边槽结构模锻成形。

(3)方案3：使用ф59×95mm规格的棒料，通过本发明封仓式飞边槽结构模锻成形。

上述三种方案终锻合模后锻件成形模拟结果如图7、图8和图9所示，坯料充填型腔过程中其表面节点如果与模具型腔接触，即标识成深色斑点，由接触节点构成的表面区域标识成深灰色，而未与模具型腔表面接触的坯料表面一直为浅色(灰白色)。

图7为采用ф59×95mm的棒料原飞边槽结构模锻成形合模时的成形结果，可见，叉形件叉部存在未充满区域(图中浅色区域为没有与型腔接触的坯料表面)。为实现叉部锻件充满成形，必须加大坯料直径尺寸，当坯料直径增大至ф61×95mm即方案2时，该叉形件叉部充满，如图8所示。采用本发明提出的封仓式飞边槽结构模具成形原飞边槽结构模具未充满的ф59×95mm规格坯料，该叉形件完满充型，如图9所示。可见，本发明提出的封仓式飞边槽结构，能够明显提高叉类件叉部成形充填效果，虽然增加坯料体积的方案2也达到了充满成形，但飞边较大。与传统飞边槽结构依靠增加坯料规格保障锻件充满方案相比，封仓式飞边槽结构在不影响叉部充满情况下，能够节省材料消耗。本算例采用本发明提出的封仓式飞边槽结构方案3的ф59×95mm坯料较方案2的ф61×95mm坯料，材料节省了6.5％。常用的叉类件批量都较大，节材带来的经济效益十分明显。

图10为三种方案的成形载荷对比图，其中方案1(坯料ф59×95mm)飞边槽在未充满情况下所需最大成形力为1.01×10⁷n。方案2(坯料ф61×95mm)在原飞边槽的基础上增加坯料直径，最终充满时的最大成形力为1.47×10⁷n。而方案3(坯料ф59×95mm)的本发明封仓式飞边槽充满时所需的最大成形力为1.35×10⁷n，本发明封仓式飞边槽方案的最大成形力比原飞边槽方案增大坯料充满时最大成形力降低了8.2％。可见，与原飞边槽结构增大坯料尺寸充满时的最大成形力相比，封仓式飞边槽在改善锻件填充效果的同时，也显著降低了最终的成形载荷。

本具体实施实例表明，本发明提出的叉类锻件锻模封仓式飞边槽结构能够显著提高叉类锻件的充填效果，同时还兼具显著的节材节能优势。