一种单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形工艺的制作方法

本发明属于锻造成形技术方法领域，具体的说是涉及一种单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形工艺。

背景技术：

大尺寸扁平零件大都是重大运输、机械、制造装备的关键零件。常见的制造方法是采用大吨位设备自由锻成形，产品的尺寸精度难以保证，必须通过后续的机械加工才能得到高质量的产品。然而，对于具有复杂形状特征的大尺寸扁平类零件，例如高铁制动盘，如采用自由锻方法生产出毛坯锻件，再进行机械加工，机加工耗时较多，同时也会导致锻造流线的切断，降低了产品的力学性能和物理性能。

锻造成形的制动盘常温和高温机械性能好，韧性好，抗热裂性能高，耐磨性和耐热疲劳性能也都很好。锻钢制动盘和粉末冶金闸片配对的摩擦副是目前世界各国高速列车普遍采用的制动形式。但是由于其质量要求极高，制造难度较大。目前，我国动车组所需的钢质锻造制动盘几乎全部进口，制约了我国高铁行业的发展。

制动盘的锻造成形难点主要体现在两方面。一是盘体上的散热筋很多，在锻造成形时充填困难。二是由于盘面尺寸较大，所需设备吨位要求较高。同时，为了保证散热筋的充填完整，对锻造力的需求还会进一步提高。采用提高成形温度可以降低充填难度和所需设备吨位，但制动盘锻件的组织和性能会降低。

国内目前大部分企业的锻造生产设备摩擦压力机吨位不超过100000KN，难以保证单面复杂的大尺寸扁平零件的模锻成形。为此，如何在现有设备条件下，设计一个合理的成形工艺保障该类锻件的质量和精度就成为函需解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明针对具有复杂特征的大尺寸扁平零件成形难题，提出了一种单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形工艺，其解决了该类零件成形设备需求高、复杂特征充填不完整和产品质量不稳定等难题，实现了单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形工艺，所述工艺包括如下步骤：

（1）下料：根据待加工产品的型号，通过剪切或锯切获得所需坯料；

（2）加热：对上述坯料加热至1180±20℃；

（3）镦粗：采用压力机将加热后的坯料镦粗成圆饼形；

（4）冲孔：在压力机上用冲头将圆饼形坯料冲出中心孔；

（5）扩孔：在扩孔机上将带中心孔的圆饼形坯料扩大成所需尺寸的环形坯料；

（6）分部位模锻成形：将单面复杂的大尺寸扁平零件按照一定角度划分为多个部分，根据上述划分设计模具，将环形坯料二次加热至1100±20℃，放置于所设计的模具上，依次对每一部分进行模锻成形，各相邻部分之间有部分重叠；

（7）整形：采用整体模具对分部位模锻成形之后的锻件进行整形，提高锻件的整体质量；

（8）切边：在压力机上将环形锻件内孔飞边和外圆飞边切除得到单面复杂的大尺寸扁平锻件；

（9）热处理：采用淬火、回火的工艺对单面复杂的大尺寸扁平锻件进行热处理；

（10）机械加工：采用数控加工设备将热处理后的单面复杂的大尺寸扁平锻件加工至所需尺寸。

优选的：步骤（2）加热为感应加热。

优选的：所述步骤（6）环形坯料加热采用感应加热。

优选的：所述步骤（7）整形在另一台设备上独立进行或在分模锻成形模具上加装垫板进行。

本发明的进一步改进在于：所述步骤（6）分部位模锻成形的过程如下：将环形坯料放置于完整的下模上，所述下模与单面复杂的大尺寸扁平零件热锻件复杂特征面的形状相同，将单面复杂的大尺寸扁平零件按照一定角度划分为多个部分，上模按照每一部分零件不带复杂特征的平面设计，所述上模下行，在所述下模的联合作用下对单面复杂的大尺寸扁平零件第一部分模锻成形；所述上模上行，所述下模转动相应角度，让单面复杂的大尺寸扁平零件的第二部分位于所述上模正下方，所述上模下行，与所述下模联合完成单面复杂的大尺寸扁平零件第二部分模锻成形，重复上述过程直至单面复杂大尺寸扁平零件所有划分部分都模锻完成。

本发明的进一步改进在于：在步骤（6）中所述压制完成的单面复杂的大尺寸扁平锻件上放一块整形平垫板，上模下行，垫板在所述上模的压力下对锻件进行微量变形，完成步骤（7）整形。

本发明的有益效果是：

（1）采用分部位成形，复杂特征处所需成形力足够，成形精度高；

（2）分部位模锻成形，所需模锻力比整体式模锻低很多，设备吨位需求降低，适应更多企业生产；

（3）分部位模锻成形与摆辗成形相比，无需增添摆辗所需专用设备，避免了目前国产大型摆辗机的缺乏和摆辗模具寿命低等问题；

（4）整形方式简单，易操作，不需额外的模具和设备；

（5）制造工艺简单，设备能耗低，降低了生产成本；

（6）适用于单面带复杂形状、另一面为平面的大尺寸扁平锻件的生产。

本发明工艺简单、合理，操作方便，降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

图1是本发明制动盘零件结构示意图。

图2是本发明制动盘锻件的结构示意图。

图3是本发明步骤（6）中分部位模锻分部位划分示意图；

图4是本发明步骤（6）分部位模锻模具示意图。

图5 是本发明步骤（6）分部位模锻变形示意图。

图6 是本发明步骤（7）整形模具示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1-6所示，本发明是一种单面复杂的大尺寸扁平零件的精密成形工艺，所述工艺包括如下步骤：

（1）下料：根据待加工产品的型号，通过剪切或锯切获得所需坯料；

（2）加热：对上述坯料感应加热，加热至1180±20℃；

（3）镦粗：采用压力机将加热后的坯料镦粗成圆饼形；

（4）冲孔：在压力机上用冲头将圆饼形坯料冲出中心孔；

（5）扩孔：在扩孔机上将带中心孔的圆饼形坯料扩大成所需尺寸的环形坯料；

（6）分部位模锻成形：将单面复杂的大尺寸扁平零件按照一定角度划分为多个部分，根据上述划分设计模具，将环形坯料二次加热至1100±20℃，放置于所设计的模具上，依次对每一部分进行模锻成形，各相邻部分之间有部分重叠；

（7）整形：采用整体模具对分部位模锻成形之后的锻件进行整形，提高锻件的整体质量，所述步骤（7）整形在另一台设备上独立进行或在分模锻成形模具上加装垫板进行；

（8）切边：在压力机上将环形锻件内孔飞边和外圆飞边切除得到单面复杂的大尺寸扁平锻件；

（9）热处理：采用淬火、回火的工艺对单面复杂的大尺寸扁平锻件进行热处理；

（10）机械加工：采用数控加工设备将热处理后的单面复杂的大尺寸扁平锻件加工至所需尺寸。

所述步骤（6）分部位模锻成形的过程如下：将环形坯料放置于完整的下模上，所述下模与单面复杂的大尺寸扁平零件热锻件复杂特征面的形状相同，将单面复杂的大尺寸扁平零件按照一定角度划分为多个部分，上模按照每一部分零件不带复杂特征的平面设计，所述上模下行，在所述下模的联合作用下对单面复杂的大尺寸扁平零件第一部分模锻成形；所述上模上行，所述下模转动相应角度，让单面复杂的大尺寸扁平零件的第二部分位于所述上模正下方，所述上模下行，与所述下模联合完成单面复杂的大尺寸扁平零件第二部分模锻成形，重复上述过程直至单面复杂大尺寸扁平零件所有划分部分都模锻完成，在步骤（6）中所述压制完成的单面复杂的大尺寸扁平锻件上放一块整形平垫板，上模下行，垫板在所述上模的压力下对锻件进行微量变形，完成步骤（7）整形；在步骤（6）分部位模锻成形时，如果设备压力不足或者锻件精度较差，可增加划分数量。使得复杂特征充填完整的总体上模压下量也可以分为多次进行。但应在材料的锻造温度范围之内进行。

实施例一

本发明的一种典型的单面复杂大尺寸扁平零件——高速列车制动盘零件，其上表面带有大量均匀分布的散热筋，下表面为一平面，在整体模锻成形时，由于设备力能所限，散热筋处最难充满，影响了产品质量，为了解决该技术难题，采用了本发明所述分部位模锻成形+整形方法，具体过程如下：

1．根据图1所示的零件图进行锻件图的设计，设计所得的锻件图如图2所示；

2．根据锻件图，通过锯床下料获得直径为200mm，高度为440mm的圆钢坯料；

3．采用感应加热炉将下料得到的圆棒料加热至1180℃；

4．用电液锤将加热后的坯料镦粗成100mm高的圆饼形，用冲头将圆饼形坯料冲出直径为100mm的中心孔；

5．在扩孔机上将带孔的圆饼形坯料扩大成所需尺寸的环形坯料，其内径尺寸稍大于锻件的内径尺寸，其外径尺寸稍小于锻件的外径尺寸；

6．将环形坯料采用感应加热炉进行二次加热，加热温度为1100℃；

7．将制动盘划分为5个分部位成形部分，每一部分为整个制动盘的1/4，相邻两部分之间有18°的金属重叠，如图3所示，剖面线部位即为两次压下重叠部位；

8．分部位模锻成形所用模具如图4所示，将环形坯料3放置于完整的下模2上，下模2与制动盘热锻件散热筋面的形状相同，上模1按照每一部分制动盘不带散热筋的平面设计。上模1下行，在下模2的联合作用下对制动盘第1部分模锻成形；为避免环形坯料3的局部受压而导致不受压的部分翘起，采用压板4限制其翘起量，第一部分成形模拟结果如图5所示，中间散热筋充填完满，两边稍有欠缺，可在后续部位模锻成形后获得良好效果；

9．上模1上行，下模2带动锻件转动72°，让制动盘的第2部分位于上模1正下方，上模1下行，与下模2联合完成制动盘第2部分模锻成形。重复上述过程直至制动盘所划分的5部分都模锻完成，为保证每一部位模锻成形时其边缘能充填完整，各相邻部分之间有整个制动盘的1/20重叠，如图3打剖面线部位，在后续成形中可以对前部位未充满之处再次模锻施压；

10.分部位模锻成形结束后，在压制完成的制动盘锻件上放一块平垫板5，如图6所示，上模1下行，垫板5在上模1的压力下对锻件进行微量变形，完成整形；

11.用顶出器将锻件顶出，在机械压力机上将环形锻件内孔飞边和外圆飞边切除；

12.对切边后的制动盘锻件进行质量检验，合格的锻件采用淬火、回火的工艺进行热处理，采用数控加工设备将热处理后的制动盘加工至所需尺寸。

本发明解决了单面带复杂形状特征的大尺寸扁平零件成形困难、精度低、设备需求高等难题。本发明工艺包括下料、加热、镦粗、冲孔、扩孔、分部位模锻成形、整形、切边、热处理、机械加工。所述的分部位模锻成形是将单面复杂的大尺寸扁平锻件按照一定角度划分为多个部分，依次对每一部分进行模锻成形。所述的整形是采用整体模具对分部位模锻成形之后的锻件进行整形，提高锻件的整体质量。本发明不仅材料变形阻力小、易成形，而且可以利用企业现有小吨位设备成形大型零件；适用于单面带复杂形状的大尺寸扁平零件的模锻批量生产，尤其适用于高铁、城轨等制动盘类锻件的大批量生产。