一种锻造模具及锻造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种锻造模具和锻造方法。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，大型深筒型锻件的锻造通常采用自由锻方式或传统模锻方式生 产。然而，采用自由锻方式生产的锻件，材料利用率低，热处理淬透性差，金属流线基本被切 断，组织力学性能和均匀性得不到保证。传统模锻方式包括镦饼、冲孔、模锻等工序，采用传 统模锻方式生产的锻件由于必须有冲孔芯料，而且由于锻件内外壁均有较大的拔模斜度， 锻件余量大，因此也存在材料利用率不高的问题；此外，机加锻件的过程中金属流线也会被 切断，加工工艺较为繁琐，生产效率不高，同时锻件的侧壁存在较大的拔模斜度时，金属在 锻造模具型腔中的流动阻力增大，锻造时需要较大的设备压力。
【发明内容】
[0003] 本发明的第一目的在于提供一种锻造模具，以解决现有技术中深筒型锻件锻造过 程中存在的材料利用率低、金属流线被切断、组织力学性能差、工艺繁琐以及生产效率低等 问题。
[0004] 为实现上述第一目的，本发明实施例公开了一种锻造模具，包括相互匹配的上模 和下模，所述下模具有向下凹陷于所述下模顶面的下模型腔，所述下模型腔的侧壁拔模斜 度为0° ~3°，所述下模型腔底部的凹圆角为R50mm~R100mm;所述上模具有向上凹陷于所 述上模底面的上模型腔以及向下凸出于所述上模底面的凸台，所述上模型腔的侧壁拔模 斜度为0.5° ~3°，所述凸台设于所述上模底面的中心位置处，所述凸台底部的凸圆角为 R80mm~R150mm，所述凸台底部的斜度为10° ~15° ;当所述上模与所述下模闭合后，所述上 模型腔和所述下模型腔相结合后的内部形状与锻件的外部形状相同。
[0005] 结合上述方案，在第一种可能的实现方式中，所述下模型腔的侧壁拔模斜度为 0° ~Γ ;所述上模型腔的侧壁拔模斜度为0.5° ~Γ。
[0006] 结合上述方案，在第二种可能的实现方式中，所述下模设有下顶出杆，所述上模设 有上顶出杆，所述下顶出杆和所述上顶出杆用于将锻造成型的锻件从所述上模和所述下模 中顶出。
[0007] 结合上述方案至上述方案的第二种可能的实现方式中的任意一种，在第三种可能 的实现方式中，当所述上模与所述下模闭合后，所述上模的底面与所述下模的顶面相接触 形成分模面，所述上模型腔的深度设为比所述分模面高50~150mm。
[0008] 本发明的第二目的在于提供一种基于所述锻造模具的锻造方法。
[0009] 为实现上述第二目的，本发明实施例公开了一种锻造方法，所述锻造方法包括： 将棒料进行改锻，制备坯料； 将所述坯料进行镦粗滚圆处理，制备饼坯； 将所述饼坯进行加工外圆面处理，制备加工后的饼坯； 将所述加工后的饼坯置于锻造模具中进行锻造处理，制造锻件。
[0010] 结合上述方案，在第一种可能的实现方式中，所述将所述加工后的饼坯置于锻造 模具中进行锻造处理，制造锻件之后进一步包括： 通过下顶出杆和上顶出杆，将所述锻件从所述锻造模具中顶出。
[0011] 本发明的锻造模具具有较小的拔模斜度，生产出的锻件余量小，能够有效提高材 料的利用率、保证锻件的金属流线的完整性以及提升锻件的组织力学性能，锻造时所需的 压力也较小，有效缩短了锻件的锻造周期。采用本锻造模具的锻造方法，能够在压力较小的 锻造设备上方便快捷地生产出大型深筒型锻件。
【附图说明】
[0012] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0013] 图1为现有技术中的传统模锻方式加工出的锻件的结构示意图； 图2为本发明实施例提供的锻造模具的剖面结构示意图； 图3为本发明实施例提供的锻造模具的270°剖切结构示意图； 图4为本发明实施例提供的锻造模具加工出的锻件的结构示意图； 图5为本发明实施例提供的锻造模具加工出的锻件上部的显微组织放大图； 图6为本发明实施例提供的锻造模具加工出的锻件中部的显微组织放大图； 图7为本发明实施例提供的锻造模具加工出的锻件下部的显微组织放大图。
[0014] 图中：1、上顶出杆，2、上模，3、下模，4、下顶出杆，5、上模型腔，6、下模型腔，7、凸 台，8、分模面； K上模型腔的深度，dl、上模型腔的侧壁拔模斜度，d2、下模型腔的侧壁拔模斜度，R1、 下模型腔底部的凹圆角，R2、凸台底部的凸圆角，D、凸台底部的斜度。
【具体实施方式】
[0015] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0016] 参照图1，图1中所示的大型深筒型锻件是通过现有技术中的传统模锻方式加工 出的，图1中的虚线所示的为由该锻件进一步加工出的粗加工件。该锻件的流线不理想，在 机加过程中金属流线会被切断；而且该锻件的侧壁均有较大的拔模斜度，锻件余量大，加工 时材料利用率低。
[0017] 参照图2及图3,本发明实施例提供一种锻造模具，一般用于大型深筒型锻件的加 工，包括相互匹配的上模2和下模3,其中下模3具有向下凹陷于下模3顶面的下模型腔6， 上模2具有向上凹陷于上模2底面的上模型腔5以及向下凸出于上模2底面的凸台7,凸台 7设于上模2底面的中心位置处；当上模2与下模3闭合后，上模型腔5和下模型腔6相结 合后的内部形状与锻件的外部形状相同。
[0018] 为使利用该锻造模具加工出的锻件的流线更加流畅，以及使锻件的侧壁有较小的 拔模斜度，本发明实施例中提供的锻造模具对此做了进一步改进。在设置下模型腔的侧壁 拔模斜度d2和上模型腔的侧壁拔模斜度dl时，考虑到减小下模型腔的侧壁拔模斜度d2和 上模型腔的侧壁拔模斜度dl可使金属在上模2的凸台7挤压下，沿下模型腔6和上模型腔 5往上流动时受到下模侧壁和上模侧壁的摩擦阻力降到最小，而且这样生产出的锻件具有 较小的拔模斜度，大幅降低了锻件余量，提高了材料利用率，也保证了锻件的金属流线的完 整性；但是，考虑到便于成型后的锻件在较小顶出力的作用下从上模2的凸台7上脱落下 来，上模型腔的侧壁拔模斜度dl不能小于0.5°。因此，本发明实施例提供的锻造模具中， 下模型腔的侧壁拔模斜度d2设为0° ~3°，上模型腔的侧壁拔模斜度dl设为0.5° ~3°。 特别地，当下模型腔的侧壁拔模斜度d2设为0° ~Γ，上模型腔的侧壁拔模斜度dl设为 0. 5° ~Γ时，效果更佳。
[0019] 在设置下模型腔底部的凹圆角Rl和上模2中凸台底部的凸圆角R2时，考虑到下 模型腔底部的凹圆角Rl和凸台底部的凸圆角R2较小时，金属在下模型腔6和上模型腔5 中流动不通畅，锻造所需的压力会增大，金属表面也会出现撕裂等锻造缺陷；但是，考虑到 下模型腔底部的凹圆角Rl和凸台底部的凸圆角R2较大时，会使该处锻件外侧的余量减小， 内侧的余量过大，造成后期加工零件较为困难。因此，本发明实施例提供的锻造模具中，下 模型腔底部的凹圆角Rl设为R50mm~R100mm，凸台底部的凸圆角R2为R80mm~R150mm。
[0020] 在设置上模2中凸台底部的斜度D时，考虑到较大的斜度会使锻造时金属顺利 地从凸台7的底部流出，减小锻造所需压力，但是斜度太大又会使锻件此处余量增大，材 料利用率不高。因此，本发明实施例提供的锻造模具中，上模2中凸台底部的斜度D为 10。 ~15° 。
[0021] 当上模2与下模3闭合后，上模2的底面与下模3的顶面相接触形成一个分模面 8,上模型腔的深度h设为比该分模面8高50~150mm。随着锻造过程的进行，由于上模侧壁 上存在大于零的拔模斜度，会使金属受到往外的分力而有向外翻的趋势；锻造过程中，位于 下模型腔6中受到挤压的金属在越过该分模面8之前，受到下模侧壁的约束，会直直地沿下 模侧壁往上流动，但当金属越过该分模面8后会在分模面8形成的自由空间中向外翻成喇 叭状。位于分模面8上方的槽状的上模型腔5的存在就是要保证随着锻造过程的进行，使 金属进入此槽状上模型腔5后受到限制，当上模型腔的深度h比该分模面8高50~150mm时 可使金属恢复直筒状，从而保证锻件有良好的成型效果。
[0022] 此外，下模3设有下顶出杆4,上模2设有上顶出杆1，下顶出杆4设置五个，上顶 出杆1设置一个，下顶出杆4和上顶出杆1用于将锻造成型的锻件从上模2和下模3中顶 出。
[0023] 进一步地，本发明实施例还同时提供一种基于上述锻造模具的锻造方法，该锻造 方法包括： Sl、