专利名称：一种高速列车制动盘盘毂锻造模具的制作方法
技术领域：
本发明属于锻造领域，具体地说就是一种高速列车制动盘盘毂锻造模具。
背景技术：
制动盘盘毂是高速列车的关键部件，在高速列车刹车时起重要作用。锻件壁薄，齿部难于加工成形。由于其特殊的工作环境，对锻件的组织和性能提出极高的要求，制造难度较大。目前我国该类锻件几乎全部依赖进口，制约了我国高铁行业的发展。传统的自由锻造方法，齿部之间的金属全部加工去掉，造成了极大的浪费。外表面和内孔加工余量大，导致毛坯利用率低，加工周期长，生产效率低。随着现代锻造理论和计算机模拟技术的发展，采用模拟技术预测复杂铸锻件的成形过程已进入实用阶段。国际上开发出很多模拟软件(如ABAQUS，ANSYS, MARC, DEFORM 等)来模拟金属的塑性变形过程。根据模拟结果，可以得到锻件的最终形状和尺寸，由模拟得到的金属材质的流动方向、不同位置所受的应力和应变的变化情况等可以预测锻件缺陷的类型和产生的位置。通过在计算机平台上的反复试验，可以确定一种最佳的锻造工艺，并得到模具和毛坯的设计尺寸，采用计算机模拟技术对所使用的模具进行设计和优化，用于锻造高速列车制动盘盘毂，可明显缩短产品试制的周期，节省原材料、降低废品率，进而降低生产成本。
发明内容针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，采用该模具生产高速列车制动盘盘毂，能够大大减少制动盘盘毂锻件的加工余量，缩短产品的生产周期。本发明的技术方案是—种高速列车制动盘盘毂锻造模具，包括预锻上模、预锻下模、终锻上模、终锻下模和挤压冲头；其中预锻上模和预锻下模闭合后形成封闭腔体；终端上模和终锻下模闭合后形成中间为通孔的腔体；用于挤压预制坯的冲头前部为锥形结构，后部为圆柱形结构，前部与后部间为圆角过渡，在使用时，挤压冲头可穿过终端上模通孔挤压预制坯。用于镦粗毛坯使金属填充齿部的预锻上模内腔为带台阶的锥形结构；预锻上模由预锻上模V形底座、位于预锻上模V形底座中间的预锻上模凸台构成，预锻上模V形底座为台阶结构，预锻上模凸台为圆锥体结构。预锻下模由9个预锻下模齿部、预锻下模V形底座和位于预锻下模V形底座中间位置的预锻下模凸台构成，预锻下模凸台为圆锥体，当使用预锻下模与预锻上模用于挤压毛坯时，预锻下模凸台与预锻上模凸台相对应；预锻下模V形底座为台阶结构，台阶上沿预锻下模V形底座边沿均布9个预锻下模齿部，预锻下模齿部的端部为圆角过渡；由9个预锻下模齿部、预锻下模V形底座和预锻下模凸台围成构成预锻下模内腔，预锻下模内腔内外壁为锥形，预锻下模内腔的拐角处均以圆角过渡，以减小金属流动过程中的阻力；预锻下模内腔与预锻上模内腔形成的腔体为加工零件的形状。 用于压紧预制坯的终锻上模内腔为带台阶结构的V型通孔，终锻上模与预锻下模
配合使用时，终锻上模内腔的V型通孔与预锻下模凸台位置相对应。 终锻下模为9个终锻下模齿部、终锻下模V形底座组成，终锻下模V形底座中间为
通孔结构；终锻下模V形底座为台阶结构；台阶上沿终锻下模V形底座边沿均布9个终锻下
模齿部，终锻下模齿部的端部为圆角过渡；终锻下模内腔内外壁为锥形，预锻下模内腔的拐
角处均以圆角过渡，以减小金属流动过程中的阻力。 预锻上模的尺寸满足公式
_3]Ii1 上模=ει2 ；11^=(0.4-0.5) ;Ii3 上模= ;Cl1 上模=4+21^;d2 上模=d3_2k;δ 上模=δ ；Y 上模=Y ；b 上模=b+2k;ri 上模=ri+k;r2 上模=d2+k;r3 上模=r3+k;α 上模=α ；R 上模=R 预；其中，Ii1 为预锻上模内腔深度，h2 为预锻上模凸台高度，h3丄模为预锻上模内腔台阶高度，为9个预锻上模齿部的最大半径，为预锻上模V形底座台阶外边沿半径，r3±s为9个预锻上模齿部的最小半径，Cl1 为预锻上模V形底座的最小直径，d2±s为预锻上模凸台的最大直径，Y ±ts为预锻上模凸台的锥度，δ 为预锻上模V形底座外壁锥度，为相邻两预锻上模齿部间的距离，为9个预锻上模齿部拐角处圆角半径，α上模为相邻预锻上模齿部中心夹角的1/2, 为加工零件的高度，％为加工零件齿部到侧端面的长度，％为加工零件台阶到侧端面的长度，b为加工零件齿部宽度，Rh为预制坯齿部内凹部分拐角处圆角半径，α为加工零件相邻两齿部中心夹角的1/2，Cl1为加工零件一级台阶的直径，d2为加工零件二级台阶的直径，d3为加工零件内孔直径，Γι为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径，k为加工零件的单边加工余量；角度单位为度，长度单位均为毫米。预锻下模的尺寸满足的条件为Ii1 下模=B1-Ei2-!:;h2 下模=ai+2k-h2 上模-h 预；h3 下模=；Cl1 下模=d4+2k;d2 下模=d3_2k;α 下模=α ；[0034]S 下摸=6 ；3 下摸=3 ；R 下摸=R预；b 下摸=b+2k;T1 下摸=r4+k;r2 下摸=r2+k;r3 下摸=:t^+k;r4 下摸=:r3+k;其中，Ii1 TS为预锻下模内腔深度，h2 TS为预锻下模凸台高度，h3飞模为预锻下模内腔 台阶高度，巧下模为预锻下模V形底座台阶外边沿的半径，r2下模为预锻下模内腔对应0 T+s角 度斜坡的最大半径，r3TS为9个预锻下模齿部的最大半径，r4TS为9个预锻下模齿部的最 小半径，Cl1 TS为预锻下模V形底座的最小直径，d2TS为预锻下模凸台的最大直径，0下模为 预锻下模V形底座台阶处斜坡的斜度，Y TS为预锻下模凸台的锥度，8 TS为预锻下模V型 底座外壁的锥度，bTS为相邻两预锻下模齿部间的距离，Rts为9个预锻下模齿部拐角处圆 角半径，a TS为相邻两预锻下模齿部中心偏角的1/2, 为加工零件的高度，ち为加工零件 齿部到侧端面的长度，h2±s为预锻上模凸台高度，为预制坯连皮厚度，t为预制坯飞边厚 度，b为加工零件齿部宽度，R为加工零件齿部内凹部分拐角处圆角半径，a为加工零件相 邻两齿部中心偏角的1/2，^为加工零件齿部侧面斜坡的锥度，(14为加工零件台阶的直径， d3为加工零件内孔直径，为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r2为加工零件齿部侧面 3锥度斜坡的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径，r4为加工零件齿部的最 大半径，k为加工零件的单边加工余量；角度单位为度，长度单位均为毫米。终锻上模的尺寸满足的公式为d'！上摸=Cl1 上摸；d'2 上摸=d2 上模+e;h'！上摸=Ii1 上摸；h'2 上模=Ii2 上摸；6 ‘上摸=6上模；a ‘上摸=a上模；r' ！上摸=巧上摸；r' 2 上摸=r2 上摸；r' 3 上摸=r3 上摸；b'上摸=b上摸；R'上摸=R上模；其中，d' 为终锻上模V形底座内腔的最小直径，d' 为终锻上模通孔的直 径，h' 为终锻上模V形底座内腔的高度，h' 为终锻上模V形底座台阶高度，S ‘
为终锻上模V形底座内腔锥度，a ‘ 为两相邻终锻上模齿部偏角的1/2，r' 为终 锻上模齿部的最大半径，r' 2上模为终锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r' 3上模为终锻上 模齿部的最小半径，b' ± 为相邻两终锻上模齿部间的距离，R' ± 为9个终锻上模齿部拐 角处圆角半径，h1±s为预锻上模内腔深度，h2±s为预锻上模凸台高度，为9个预锻上模齿部的最大半径，r2±s为预锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r3±s9个为预锻上模齿部的最小半径，δ 为预锻上模V型底座内腔锥度，为相邻两预锻上模齿部间的距离，R± 模为9个预锻上模齿部拐角处圆角半径，α 为相邻两预锻上模齿部中心夹角的1/2，e为冲压冲头与终锻上模之间的间隙；角度单位为度，长度单位均为毫米。挤压冲头的尺寸满足的公式为Ill 冲=Ii2 上模；Ii2W=(LS-Z-O)Ei1;γ ‘ = γ ；d冲=d2 上模；其中，Ii1 #为挤压冲头圆锥部分高度，为挤压冲头高度，Y'为挤压冲头的圆锥角度，为挤压冲头圆柱部分直径，h2±s为预锻上模凸台高度，ai为加工零件的高度，Y为预制坯内腔的锥度；角度单位为度，长度单位均为毫米。本发明的有益效果是1.采用本发明模具生产高速列车制动盘盘毂，能够大大减少盘毂毛坯锻件的加工余量，减小后续冷加工的难度，缩短盘毂产品的生产周期；2.根据有限元模拟技术验证模具满足的尺寸要求，减少锻造时模具的磨损量。
图la b为盘毂粗加工零件的结构示意图；图Ia为主视图，图Ib为图Ia的剖视图；图加-b为盘毂预制坯的结构示意图；图2a为主视图，图2b为图加的剖视图；图3a_b为盘毂预锻上模的结构示意图；图3a为主视图，图北为图3a的剖视图；图如-b为盘毂预锻下模的结构示意图；图4a为主视图，图4b为图如的剖视图；图fe-b为盘毂终锻上模的结构示意图；图5a为主视图，图恥为图如的剖视图；图6为挤压冲头的剖视图；图7a_f为盘毂锻件锻造过程流程示意图，其中图7a_b为预锻时模具镦粗挤压过程示意图，7a为预锻开始时预锻上模、预锻下模、毛坯的位置示意图，7b为预锻结束时预锻上模、预锻下模、毛坯的位置示意图；图7c_d为终锻时模具挤压过程示意图，图7c为终锻开始时终锻上模、预锻下模、 挤压冲头的位置示意图，7d为终锻结束时终锻上模、预锻下模、挤压冲头的位置示意图；图7e_f为冲孔时模具剪切过程示意图，7e为冲孔开始时终锻上模、终锻下模、冲孔冲头的位置示意图，7f为冲孔结束时终锻上模、终锻下模、冲孔冲头的位置示意图；图8为有限元模拟得到的终锻件与加工零件的比较示意图；图9为有限元模拟得到的挤压力随时间变化曲线；图中，1为预锻上模；2为预锻下模；3为毛坯；4为预制坯；5为终锻上模；6为挤压冲头；7为挤压成形件；8为终锻下模；9为冲孔冲头；10为终锻件；11为加工零件；12为加工零件齿部；13为加工零件台阶圆柱筒；14为预制坯台阶圆锥筒；15为预制坯齿部；16为预制坯连皮；17为预锻下模齿部；18为预锻上模V型底座；19为预锻上模凸台；20为预锻下模V型底座；21为预锻下模凸台。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明，本发明中除角度以外，其他长度单位均为毫米。如图7a_f所示，制动盘盘毂锻件的锻造流程为(1)将加热到一定温度的圆柱形毛坯3，放在预锻上模1和预锻下模2间，如附图 7a所示；(2)将毛坯3镦粗到连皮为指定厚度的预制坯4，如附图7b所示；(3)将预制坯4放在预锻下模2和终锻上模5之间，终锻上模5与预制坯4接触， 如附图7c所示；(4)使用挤压冲头6挤压预制坯4，直到金属充填满预锻下模2和终锻上模5的型腔形成挤压成形件7，如附图7d所示；(5)将挤压成形件7放在终锻上模5和终锻下模8的型腔中，并将挤压成形件7压紧，如附图7e所示；(6)使用冲孔冲头9将挤压成形件7的连皮冲掉，如附图7f所示；本发明重点在于，对上述流程中使用到的锻造模具和预制坯的结构进行优化设计，减少盘毂毛坯锻件的加工余量，减小后续冷加工的难度，缩短盘毂产品的生产周期。本发明根据零件加工图纸，采用解析法获得了预制坯的尺寸的设计公式，对应锻造流程中的步骤C3)和(4)中的预制坯。采用解析法推导了由毛坯镦粗挤压后的预制坯的尺寸关系式，如图加-b所示，预制坯4由台阶圆锥体14、9个相同的齿部15和中部设置的预制坯连皮16构成。其中9个相同的齿部15均勻分布于预制坯外周围，预制坯连皮16为圆形设置于中间部位，台阶圆锥体14位于预制坯连皮16的四周，高度突出于预制坯连皮16。采用解析法推导预制坯尺寸设计公式的过程如下根据零件加工图纸，设计得到的制动盘盘毂预制坯各部位尺寸设计公式(单位， mm)如下假设加工零件的单边加工余量为k，alH=a2-a3;￡i2H=￡i4+2k;δ = 3° 5° ；γ = δ+2° ；b 预=b+2k;R预=(1· 00 1. 20)R ；α 预=α ；巧预=!^+!^;r2H=r2+k;r3 预=r3+k;β 预=β ；其中，盘毂加工零件尺寸代号的含义如下a2为加工零件齿部到侧端面的长度，a3为加工零件台阶角度到侧端面的长度，a4为加工零件齿部高度，b为加工零件齿部宽度，R为加工零件齿部内凹部分拐角处圆角半径，α为加工零件相邻两齿部中心线间的角度的1/2，Γι为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r2为加工零件齿部侧面β锥度的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径， β为加工零件齿部侧面斜坡的锥度。盘毂预制坯锻件尺寸代号的含义如下alS为预制坯台阶高度， ^为预制坯齿部高度，为预制坯齿部内凹部分的最大半径，r2H为预制坯齿部侧面β锥度斜坡的最大半径，为预制坯齿部内凹部分的最小半径，Y为预制坯内腔的锥度，S为预制坯外壁的锥度；bH为预制坯齿部宽度，！？^为预制坯齿部内凹部分拐角处圆角半径，α H为预制坯相邻两齿部中心线间的角度的1/2，为预制坯齿部侧面斜坡的锥度。预锻上模1的作用是横向镦粗毛坯3，使金属横向流向9个齿部，即预锻上模内腔和预锻下模内腔，纵向挤压毛坯3，使金属沿预锻上模1和预锻下模凸台21流动。参见图3a_b，预锻上模1由预锻上模V形底座18、预锻上模凸台19构成。预锻上模V形底座18为台阶结构，h3±s为台阶距底座底部的距离；预锻上模凸台19为圆锥体，(Cl1 ±s-d2±s)/2为圆锥体底端距底座底部边沿的距离。预锻上模各部位尺寸满足的公式(单位，mm)如下h1±ts= a2 ；h2 上模=(0. 4 0. 5) (ai+2k)；h3 上模= ;Cl1 上模=(^+21^;d2 上模=d3_2k;δ 上模=δ ；y 上模=y ；b 上模=b+2k;ri 上模=ri+k;r2 上模=d2+k;r3 上模=r3+k;α 上模=α ；R 上模=R预；其中，Ii1 为预锻上模内腔深度，h2 为预锻上模凸台高度，h3 为预锻上模内腔台阶高度，为9个预锻上模齿部的最大半径，为预锻上模V形底座台阶外边沿半径，r3±s为9个预锻上模齿部的最小半径，Cl1 为预锻上模V形底座的最小直径，d2±s为预锻上模凸台的最大直径，Y ±ts为预锻上模凸台的锥度，δ 为预锻上模V形底座外壁锥度，为相邻两预锻上模齿部间的距离，为9个预锻上模齿部拐角处圆角半径，α上模为相邻预锻上模齿部中心夹角的1/2, 为加工零件的高度，％为加工零件齿部到侧端面的长度，％为加工零件台阶到侧端面的长度，b为加工零件齿部宽度，Rh为预制坯齿部内凹部分拐角处圆角半径，α为加工零件相邻两齿部中心夹角的1/2，Cl1为加工零件一级台阶的直径，d2为加工零件二级台阶的直径，d3为加工零件内孔直径，Γι为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径，k为加工零件的单边加工余量；角度单位为度，长度单位均为毫米。预锻下模2的主要作用是提供毛坯发生镦粗挤压和形成齿部的模腔，根据预制坯的形状，预锻下模内腔的拐角处以圆角过渡，以减小金属流动过程中的阻力。参见图如-b，预锻下模2由9个预锻下模齿部17、预锻下模V形底座20和预锻下模凸台21构成。预锻下模V形底座20为台阶结构，台阶高度为h3TS ；台阶上沿预锻下模 V形底座20边沿均布9个预锻下模齿部17 ；预锻下模凸台21为圆锥体，圆锥体底端距底座底部边沿的距离为(dlTS-d2TS)/2。预锻下模各部位尺寸设计公式(单位，mm)如下Ii1 下模=B1-Ei2-!:;h2 下模=ai+2k-h2 上模-h 预；1 下模=a1~a2-a4~t ；Cl1 下模=d4+2k;d2 下模=d3_2k;α 下模=α ；δ 下模=δ ；β 下模=β ；Y 下模=Y ；Rrts= Rs ；b 下模=b+2k;巧下模=:^+!^;r2 下模=r2+k;r3 下模=ri+k;r4 下模=r3+k;其中，Ii1 TS为预锻下模内腔深度，h2 TS为预锻下模凸台高度，h3飞模为预锻下模内腔台阶高度，^TS为预锻下模V形底座台阶外边沿的半径，r2TS为预锻下模内腔对应β〒《角度斜坡的最大半径，r3TS为9个预锻下模齿部的最大半径，r4TS为9个预锻下模齿部的最小半径，Cl1 TS为预锻下模V形底座的最小直径，d2TS为预锻下模凸台的最大直径，β下模为预锻下模V形底座台阶处斜坡的斜度，γ TS为预锻下模凸台的锥度，δ TS为预锻下模V型底座外壁的锥度，bTS为相邻两预锻下模齿部间的距离，Rts为9个预锻下模齿部拐角处圆角半径，α TS为相邻两预锻下模齿部中心偏角的1/2, 为加工零件的高度，％为加工零件齿部到侧端面的长度，h2±s为预锻上模凸台高度，hH为预制坯连皮厚度，t为预制坯飞边厚度，b为加工零件齿部宽度，R为加工零件齿部内凹部分拐角处圆角半径，α为加工零件相邻两齿部中心偏角的1/2，β为加工零件齿部侧面斜坡的锥度，d4为加工零件台阶的直径， d3为加工零件内孔直径，Γι为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r2为加工零件齿部侧面 β锥度斜坡的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径，r4为加工零件齿部的最大半径，k为加工零件的单边加工余量；角度单位为度，长度单位均为毫米。终锻上模5的主要作用是压紧预制坯，保证在挤压时金属流向上模和下模未充满金属处。参见图fe-b，终锻上模5为通孔结构，这样可以使挤压冲头6在通孔内自由运动。 通孔为V型台阶结构，台阶距分模面距离h' 1±ts-h' 为终锻上模V形底座内腔的高度h' 与终锻上模V形底座台阶高度h' 之差。终锻上模各部位尺寸满足的公式(单 1AA, mm)如下d' i 上摸=(I1 上摸；d' 2 上摸=d2 上模+e;h' ！上摸=Ii1 上摸；h' 2 上模=h2 上摸；6 ‘上摸=6上模；a ‘上摸=a上模；r'丄上摸=巧上摸；r' 2 上摸=r2 上摸；r' 3 上摸=r3 上摸;b'上摸=b上摸；R'上摸=R上摸；其中，d' 为终锻上模V形底座内腔的最小直径，d' 为终锻上模通孔的直 径，h' 为终锻上模V形底座内腔的高度，h' 为终锻上模V形底座台阶高度，S ‘
为终锻上模V形底座内腔锥度，a ‘ 为两相邻终锻上模齿部偏角的1/2，r' 为终 锻上模齿部的最大半径，r' 2上模为终锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r' 3上模为终锻上 模齿部的最小半径，b' ± 为相邻两终锻上模齿部间的距离，R' ± 为9个终锻上模齿部拐 角处圆角半径，h1±s为预锻上模内腔深度，h2±s为预锻上模凸台高度，为9个预锻上模 齿部的最大半径，r2±s为预锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r3±s9个为预锻上模齿部 的最小半径，6 为预锻上模V型底座内腔锥度，为相邻两预锻上模齿部间的距离，R± 模为9个预锻上模齿部拐角处圆角半径，a 为相邻两预锻上模齿部中心夹角的1/2，e为 冲压冲头与终锻上模之间的间隙；角度单位为度，长度单位均为毫米。挤压冲头6的作用是挤压预制坯连皮出金属，使金属流动填满终锻型腔未填满金 属处。參见图6，挤压冲头前部为圆锥体结构，后部为圆柱体结构，全部和后部的中间连 接处为圆角过渡。挤压冲头6各部分尺寸设计公式(単位，mm)如下Ii1 冲=Ii2 上摸；1^,= (1.5-2.0) ;Y1=Y;d冲=d2 上摸；其中，Ii1 #为挤压冲头圆锥部分高度，为挤压冲头高度，Y'为挤压冲头的圆锥 角度，为挤压冲头圆柱部分直径，h2±s为预锻上模凸台高度，ai为加工零件的高度，Y为 预制坯内腔的锥度；角度单位为度，长度单位均为毫米。采用有限元模拟软件对本发明制动盘盘毂锻造成形模具和锻造流程进行验证，具 体为采用Deform模拟软件对制动盘盘毂锻造流程中，金属在预锻上模和预锻下模内腔的 分流进行模拟验证，保证预锻型腔填充适量金属的同吋，终锻时金属同时到达终锻上模型
腔的顶端和预锻下模型腔的底端，从而验证了当预制坯的关键系数为h预/a1+2k = 1/5~ 1/4吋，所选用的冲压机的吨位可达到最小，实际过程中，尽力降低冲压机的吨位，其中，为预制坯连皮厚度，B1为加工零件高度，k为加工零件单边加工余量；通过模拟得到如图9所示的有限元模拟得到的挤压力随时间变化曲线，进而根据预制坯满足的公式，结合解析法得到预锻模具满足的尺寸公式，此关键系数是预锻成形后预制坯连皮厚度1^与预锻模腔总高度的比值；所述预锻模腔总高度为预锻上模内腔高度h1±s、预锻下模内腔高度IllTS和预制坯飞边厚度t之和。采用本发明模具得到终锻件与加工零件的形态比较示意图，如图8所示。本发明模具在锻造预制坯的过程中，采用预锻上模的V型圆锥体结构和预锻下模的V型圆锥体结构镦粗毛坯，同时预锻上模V形底座内腔外壁和预锻下模的V形底座内腔外壁阻碍毛坯金属的横向流动；在预制坯终锻过程中，采用挤压冲头挤压预制坯连皮，直至金属填满型腔；最后采用冲孔冲头冲掉连皮，取下终锻上模和终端下模，冲孔冲头为圆柱体结构，圆柱体的直径为终锻上模通孔的最小直径。实施例本实施例为采用本发明锻造零件为200公里/小时至350公里/小时高速列车制动盘盘毂，坯料材质为40CrA，零件重18. 218Kg，坯料加热温度为1200°C，模具材质为 55CrNi。设计锻后加工余量为5mm。本实施例中通关键参数为最优化的预制坯连皮厚度32 40mm。进而通过结合解析法得到预锻上模的主要尺寸预锻上模V型底座内腔深度93mm，预锻上模V型底座内腔外壁的锥度3° 5°，预锻上模凸台高度64 80mm，预锻上模凸台锥度5° 7° ； 通过解析法得到预锻下模的主要尺寸预锻下模V型底座内腔深度57mm，预锻下模V型底座内腔外壁的锥度3° 5°，预锻下模凸台高度40 54mm，预锻下模凸台锥度5° 7° ； 终锻上模V型底座内腔深度93mm，终锻上模V型底座内腔外壁的锥度3° 5°，终锻上模通孔直径192mm。采用上述的模具，对200公里/小时至350公里/小时高速列车制动盘盘毂进行制备，预锻时上模镦粗挤压毛坯直至飞边厚度为5mm，得到预制坯。将预制坯回炉加热制1200°C，出炉后放在预锻下模上，用终锻上模压紧飞边，这样可以保证金属只发生纵向流动。用挤压冲头挤压预制坯，直至金属填满模具型腔，挤压冲头与终锻上模留有2mm的间隙，保证金属充满型腔后，不会产生很大的挤压力。把预锻下模换成终锻下模，用冲孔冲头冲掉挤压件的连皮。得到的高速列车制动盘盘毂相比现有的技术，能够大大减少盘毂毛坯锻件的加工余量，减小后续冷加工的难度，缩短盘毂产品的生产周期，经试验验证，采用本发明的设计方法，盘毂的缺陷少，高质量较高。
权利要求1.一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，包括预锻上模、预锻下模、终锻上模、终锻下模和挤压冲头；其中预锻上模和预锻下模闭合后形成封闭腔体；终端上模和终锻下模闭合后形成中间为通孔的腔体；用于挤压预制坯的冲头前部为锥形结构，后部为圆柱形结构，前部与后部间为圆角过渡，在使用时，挤压冲头可穿过终端上模通孔挤压预制坯。
2.按照权利要求1所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，用于镦粗毛坯使金属填充齿部的预锻上模内腔为带台阶的锥形结构；预锻上模由预锻上模V形底座、位于预锻上模V形底座中间的预锻上模凸台构成，预锻上模V形底座为台阶结构，预锻上模凸台为圆锥体结构。
3.按照权利要求1所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，预锻下模由9个预锻下模齿部、预锻下模V形底座和位于预锻下模V形底座中间位置的预锻下模凸台构成， 预锻下模凸台为圆锥体，当使用预锻下模与预锻上模用于挤压毛坯时，预锻下模凸台与预锻上模凸台相对应；预锻下模V形底座为台阶结构，台阶上沿预锻下模V形底座边沿均布9 个预锻下模齿部，预锻下模齿部的端部为圆角过渡；由9个预锻下模齿部、预锻下模V形底座和预锻下模凸台围成构成预锻下模内腔，预锻下模内腔内外壁为锥形，预锻下模内腔的拐角处均以圆角过渡，以减小金属流动过程中的阻力；预锻下模内腔与预锻上模内腔形成的腔体为加工零件的形状。
4.按照权利要求1所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，用于压紧预制坯的终锻上模内腔为带台阶结构的V型通孔，终锻上模与预锻下模配合使用时，终锻上模内腔的V型通孔与预锻下模凸台位置相对应。
5.按照权利要求1所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，终锻下模为9个终锻下模齿部、终锻下模V形底座组成，终锻下模V形底座中间为通孔结构；终锻下模V形底座为台阶结构；台阶上沿终锻下模V形底座边沿均布9个终锻下模齿部，终锻下模齿部的端部为圆角过渡；终锻下模内腔内外壁为锥形，预锻下模内腔的拐角处均以圆角过渡，以减小金属流动过程中的阻力。
6.按照权利要求2所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，预锻上模的尺寸满足公式
7.按照权利要求3所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，预锻下模的尺寸满足的条件为hi 下模=ai~a2~t ； K下模=ai+2k~h2上模-h预； ^3 TfS= ai_a2_a4~t ； dI 下模=d4+2k ； 4 下模=d3-2k ； α下模=α ； 5下模=5 ；β TfS= β ；R下模=R预； b下模=b+2k；rI 下模=r4+k ； Γ2 下模=r2+k ； r3下模=巧+k ； Γ4 下模=r3+k ；其中，Ii1 TS为预锻下模内腔深度，h2TS为预锻下模凸台高度，h2TS为预锻下模内腔台阶高度，^TS为预锻下模V形底座台阶外边沿的半径，r2TS为预锻下模内腔对应β TS角度斜坡的最大半径，r3TS为9个预锻下模齿部的最大半径，r4TS为9个预锻下模齿部的最小半径，Cl1 TS为预锻下模V形底座的最小直径，d2TS为预锻下模凸台的最大直径，β TS为预锻下模V形底座台阶处斜坡的斜度，γ TS为预锻下模凸台的锥度，δ TS为预锻下模V型底座外壁的锥度，bTS为相邻两预锻下模齿部间的距离，Rts为9个预锻下模齿部拐角处圆角半径，α TS为相邻两预锻下模齿部中心偏角的1/2, 为加工零件的高度，％为加工零件齿部到侧端面的长度，为预锻上模凸台高度，为预制坯连皮厚度，t为预制坯飞边厚度， b为加工零件齿部宽度，R为加工零件齿部内凹部分拐角处圆角半径，α为加工零件相邻两齿部中心偏角的1/2，β为加工零件齿部侧面斜坡的锥度，d4为加工零件台阶的直径，(13为加工零件内孔直径，巧为加工零件齿部内凹部分的最大半径，r2为加工零件齿部侧面β锥度斜坡的最大半径，r3为加工零件齿部内凹部分的最小半径，r4为加工零件齿部的最大半径，k为加工零件的单边加工余量；角度单位为度，长度单位均为毫米。
8.按照权利要求4所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，终锻上模的尺寸满足的公式为1上模=di上模； d' 2上模上模+e; h' ι上模=h上模；h' 2上模=h2上模；κ ι —— κO 上模—O上模； α ‘上模=α上模； Γ' 1上模=rI上模； r' 2上模=3^2上模； Γ' 3上模=:Γ3上模；上模=b上模； R,上模=R上模；其中，d' 1±ts为终锻上模V形底座内腔的最小直径，d' 为终锻上模通孔的直径， h' 模为终锻上模V形底座内腔的高度，h' 2上模为终锻上模V形底座台阶高度，δ ‘上模为终锻上模V形底座内腔锥度，α' ± 为两相邻终锻上模齿部偏角的1/2，r' 为终锻上模齿部的最大半径，r' 为终锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r' 为终锻上模齿部的最小半径，b' 为相邻两终锻上模齿部间的距离，R' ± 为9个终锻上模齿部拐角处圆角半径，h1±s为预锻上模内腔深度，h2±s为预锻上模凸台高度，为9个预锻上模齿部的最大半径，r2±s为预锻上模V形底座台阶外边沿的半径，r3±s9个为预锻上模齿部的最小半径，δ .为预锻上模V型底座内腔锥度，为相邻两预锻上模齿部间的距离，为 9个预锻上模齿部拐角处圆角半径，α 为相邻两预锻上模齿部中心夹角的1/2，e为冲压冲头与终锻上模之间的间隙；角度单位为度，长度单位均为毫米。
9.按照权利要求1所述的高速列车制动盘盘毂锻造模具，其特征在于，挤压冲头的尺寸满足的公式为hi冲=h2上模；112冲=(1. 5 2. Oh1 ； Y ‘ = Y ；d冲=d2上模；其中，为挤压冲头圆锥部分高度，为挤压冲头高度，r为挤压冲头的圆锥角度，为挤压冲头圆柱部分直径，h2±s为预锻上模凸台高度，ai为加工零件的高度，Y为预制坯内腔的锥度；角度单位为度，长度单位均为毫米。
专利摘要本实用新型属于锻造领域，具体地说就是一种高速列车制动盘盘毂锻造模具，包括预锻上模、预锻下模、终锻上模、终锻下模和挤压冲头；其中预锻上模和预锻下模闭合后形成封闭腔体；终端上模和终锻下模闭合后形成中间为通孔的腔体；用于挤压预制坯的冲头前部为锥形结构，后部为圆柱形结构，前部与后部间为圆角过渡，在使用时，挤压冲头可穿过终端上模通孔挤压预制坯，采用本实用新型的模具，可生产出符合铁科院机车车辆研究所标准的制动盘盘毂锻件；采用本实用新型设计的模具对预成形毛坯进行锻造，得到的制动盘盘毂成形质量良好，外形对称，流线均匀，加工余量均匀，制造高速列车制动盘盘毂能够节约原材料、缩短生产周期、减少加工余量、提高尺寸精度。
文档编号B21J13/02GK202114201SQ20112019238
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月9日 优先权日2011年6月9日
发明者孙明月, 张龙, 李殿中 申请人:中国科学院金属研究所