一种大型锻模的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模具设计加工领域，特别的涉及一种大型锻模的制造方法。
【背景技术】
[0002]世界上最大的大型模锻液压机(8万吨压机)已投产，其使用的大型锻模已广泛应用于航空、航天、核电、石化等领域的大型模锻件生产制造中，如大飞机机身框架、起落架、发动机涡轮盘等，这些锻件的锻件材料主要包括铝合金、高温合金、钛合金等，均需要采用锻模来成形。为延长锻模的使用寿命，一般采用H13钢等较普通模具钢5CrNiMo等更优质材料来制备大型模锻液压机锻模，但是H13钢价格昂贵，锻坯材料和锻后热处理费用较普通工艺方法提高近I倍，锻模制造成本相当高。
[0003]另外，采用高温合金、钛合金等难变形材料制作的大型锻件所需的成形温度高，在锻造成形过程中锻件与模具接触时间长，模具承受压力高，型腔表层温升快，迅速升高至700°C以上，导致模具工作区域强度和硬度迅速降低，造成模具变形很大、磨损严重，模锻1-
2件后模具变形高达1mm以上，降低了模具寿命，而模具的非型腔部位的性能基本没有变化。这样，模具型腔一旦失效，模具的非型腔部位也会随着整个模具一起报废，造成了模具材料的大量浪费，模具的材料利用率低。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是:如何提供一种设计科学，有利于提高模具材料的利用率，降低模具的制造成本的大型锻模的制造方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案:
[0006]—种大型锻模的制造方法，其特征在于，在锻模制造前采用如下步骤设计锻模:
[0007]a、建模;采集大型锻模的数据建立大型锻模的3D有限元模型和2D有限元模型，并在3D有限元模型和2D有限元模型中进行模拟锻造，将模拟锻造后得到的锻件的尺寸与实际锻件的测量尺寸进行对比，若二者的相关尺寸不匹配，则通过调整3D有限元模型和2D有限元模型中的锻模与坯料之间的接触面传热系数、摩擦边界条件以及二者的相对位置，并重新进行模拟锻造，直到模拟锻造得到的锻件的尺寸与实际锻件的测量尺寸相匹配；
[0008]b、划定锻模的复合强化区；从模具型腔表面沿模具厚度方向选取若干参考点，记录各参考点在模拟锻造前的初始温度Tmin，以及模拟锻造后的最终温度Tmax;然后计算各参考点的温度变化量A T = Tmax-Tminj# Δ T>50°C的锻模区域划分为复合强化区；
[0009]C、复合强化区的材料预选;分析步骤b中位于复合强化区的参考点的应力叠积累加趋势，得到锻造后复合强化区的最大温度Tmaxl时受到的最大应力O(Tmaxl);选取在该温度时的屈服强度Os(Tmaxl)满足O(Tmaxl)S Os(Tmaxl)-O1^材料作为复合强化区的预选材料，其中??为锻打第η件锻件时模具上的累积应力；
[0010]d、复合强化区的材料筛选;将步骤c中复合强化区的预选材料的临界点Acl与Η13钢的临界点Ac I比较，筛选出3?5种临界点Ac I接近Hl 3钢的临界点Ac I的材料；
[0011]e、确定复合强化区的材料;根据步骤d中筛选出来的材料的加工难易程度选取加工相对较容易的材料作为复合强化区的材料。
[0012]采用上述步骤进行设计，可以使复合强化区的材料即能够满足锻模的强度要求，又能降低复合强化区的加工难度，材料的临界点Acl越高，其热疲劳倾向越低，其热导率越大，耐热性能越好，有利于节省锻模的制造成本。
[0013]作为优化，所述步骤b中还包括将50°C>AT>10°C的区域划分为耐磨区；还包括如下步骤;Π，获取耐磨区在最大温度Tmax2时的受到的最大应力O(Tmax2);选取在该温度时的屈服强度05 ( Tmax2 )满足Os ( Tmax2 ) >0 ( Tmax2 )的材料作为耐磨区预选材料;f 2，在步骤fl获取的材料中选取3?5种热膨胀系数与选定的复合强化区的材料的热膨胀系数最接近的材料作为耐磨区的筛选材料;f3，根据步骤f2中筛选出来的材料的加工难易程度选取加工相对较容易的材料作为耐磨区的材料。
[0014]采用上述步骤，能够使耐磨区满足该区域的强度要求，同时，由于所选材料与复合强化区的材料的热膨胀率相近，锻造时，模具的温度变化不会因为膨胀率不一致造成复合强化区与耐磨区之间产生缝隙，有利于提高模具整体的强度。而且采用上述设计方法设计的模具更容易加工，有利于节省加工成本。另外，由于耐磨区所选用的材料的屈服强度只与耐磨区和复合强化区的寿命一致时所承受的最大应力相匹配，从而避免复合强化区失效时，耐磨区的材料还未失效而报废造成的材料浪费。这样，有利于提高材料的利用率。
[0015]作为进一步优化，所述步骤b中还包括将10°C>Δ T>5°C的工作区域划分为抗变形区；还包括如下步骤:gl，获取抗变形区在最大温度Tmax3时受到的最大应力O(Tmax3);选取在该温度时的屈服强度Os(Tmax3)满足os(Tmax3)>o(Tmax3)+on的材料作为抗变形区的预选材料;g2，在步骤gl获取的材料中选取3?5种热膨胀系数与选定的耐磨区的材料的热膨胀系数最接近的材料作为抗变形区的筛选材料;g3，根据步骤g2中筛选出来的材料的加工难易程度选取加工相对较容易的材料作为抗变形区的材料。
[0016]采用上述步骤，能够使抗变形区满足该区域的强度要求，同时，采用这种选材的方法可以避免抗变形区与耐磨区之间产生缝隙，提高二者之间的强度。而且能够降低加工难度，减少加工成本。有利于提高材料的利用率。
[0017]作为进一步优化，所述步骤b中还包括将AT<5°C的锻模区域划分为基体区域;还包括如下步骤:hl，获取基体区域在最大温度Tmax4时受到的最大应力O(Tmax4);选取在该温度时的屈服强度Os(Tmax4)满足σ3(Τ.4)>σ(Τ.4)+ση的材料作为基体区域的预选材料;h2，在步骤hi获取的材料中选取3?5种热膨胀系数与选定的抗变形区的材料的热膨胀系数最接近的材料作为基体区域的筛选材料;h3，根据步骤h2中筛选出来的材料的加工难易程度选取加工相对较容易的材料作为基体区域的材料。
[0018]采用上述步骤，能够使基体区域满足该区域的强度要求，同时，采用这种选材的方法可以避免抗变形区与基体区域之间产生缝隙，提高二者之间的强度。而且能够降低加工难度，减少加工成本。有利于提高材料的利用率。
[0019]作为进一步优化，所述步骤b中还包括将所述耐磨区中最大拉应力0max>0b的区域划分为防断裂区，其中ob为耐磨区所选定材料的高温抗拉强度;还包括如下步骤:f4，从步骤fl中的耐磨区预选材料中选取高温抗拉强度大于耐磨区中最大拉应力omax的材料，然后根据选取的材料的加工难易程度选取加工相对较容易的材料作为防断裂区的材料。
[0020]实际锻造时，由于锻件存在尖角等应力集中区，锻模在这些区域所承受的拉应力较大，耐磨区所选材料的高温抗拉强度可能小于该处的最大拉应力，为保证模具的强度，需要选用高温抗拉强度大于该处的最大拉应力的材料，同时该材料的屈服强度也需要保证耐磨区要求。因此，采用上述步骤能够简化设计过程。同时有利于提高材料的利用率。
[0021 ]综上所述，本发明的大型锻模的制造方法如下优点:
[0022]1、采用上述设计