一种镍基合金复杂锻件精密切边模具及其加工方法与流程

本发明属于金属锻造技术领域，涉及一种镍基合金复杂锻件精密切边模具及加工方法。特别适合于在普通压力机上实现对镍基高温合金复杂形状锻件在切边过程中的高尺寸精度、高模具使用寿命、低成本的加工技术要求。

背景技术：

近年来，随着我国航空航天制造领域的快速发展，以镍基合金为代表的高温合金锻件需求在不断上升，发展精密锻造技术以实现产品生产的高精度、高性能、低成本是行业追求的目标。然而，传统锻件的切边模具形式及加工方法对锻件的尺寸精度影响很大，主要体现在：模具为无导柱导套设置，模具的上模部分直接固定在设备的滑块上，锻件切边精度主要靠设备的运行精度来保证。然而，普通压力机成形过程中运行精度较低，这直接导致凸凹模刃口配合间隙较大且难以保证均匀，模具刃口磨损严重、甚至崩刃；复杂形状锻件切边过程受力不均，锻件存在一定程度的变形。镍基合金的热变形温度高、抗力大，研究新型切边模具结构形式及加工方法对实现复杂形状镍基合金锻件的精密切边、提高模具的使用寿命具有十分重要的现实意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题和缺陷，提供一种新的镍基合金复杂锻件精密切边模具设计形式及加工方法，可以最大限度的减少设备及人为操作因素所导致的锻件切边过程尺寸精度低，切边变形，模具磨损、断裂及难修复的问题，具有模具结构及加工方法简单、锻件切边精度及质量高、模具易修复寿命长、节省生产周期及成本等优点。

为达到上述目的，本发明解决技术问题所采用的技术方案是：

一种镍基合金复杂锻件精密切边模具，包括上模部分、下模部分以及导柱部分，所述上模部分包括从上到下依次连接的模柄、上模板及凸模；所述下模部分包括：凹模、脱料定位块、限位螺钉及下模板，其中，所述脱料定位块装配在凹模内部，并且可在限位螺钉的约束下沿凹模内部空间上、下往复运动；所述导柱部分包括导柱、导套、复位弹簧及挡板，其中，导套固定连接在上模板上，导套与导柱之间通过滚珠进行导向，复位弹簧设置在导柱上用以在压力机回程时顶起整个上模部分，所述挡板设置于导柱上端面，用以防止导柱与导套脱开。

所述凹模上对应凸模的正下方设有凹槽，凹槽内设有脱料定位块，所述脱料定位块的两侧与滑槽的槽壁滑动配合，脱料定位块底部通过带弹簧的限位螺钉与下模部分连接。

所述的凹模为两瓣式剖分结构，两瓣式剖分结构凹模的四周设有限位挡块，并且凹模与限位挡块之间设有特定间隙。

所述托料定位块与凹模刃口之间间隙均匀，保持单边间隙为0.05mm±0.02mm；凸模与凹模刃口之间间隙均匀，保持单边间隙为0.05mm±0.02mm。

所述上模板和凸模之间连接有上垫板，所述下模板与凹模之间连接有下垫板，其中，上模板的上端面上固定连接所述模柄，下端面上通过紧固螺栓连接所述上垫板，凹模与下垫板通过螺栓固定连接在下模板上，所述限位螺钉上的弹簧压入托料定位块与下垫板之间的凹槽中，所述限位螺钉从下方穿过下垫板并旋紧在托料定位块上。

所述凸模和凹模的材质均为H13热作模具钢，硬度为HRC52～56；导柱、导套材质均为20钢，硬度为HRC55～60；模具其它部件的材质为45钢，硬度为HRC30～36。

一种使用所述的镍基合金复杂锻件精密切边模具进行切边加工方法，包括以下步骤：

(1)将模具的下模部分固定在压力机的工作台上，上模部分无需固定在压力机滑块上，采用铅块试模，调整压力机滑块的下死点，使凸模刃口部分整体进入凹模刃口1～2个切边料厚深度；

(2)模具凸、凹模的刃口及模腔部分在工作前需预热至200～250℃，并采用二硫化钼加石墨乳的混合物润滑；

(3)锻件加热至850℃～900℃并保温2分钟以后，将锻件从加热炉中取出，迅速放置在模具的托料定位块上，操控压力机的滑块下行并接触到模柄以后，压力机将工作力及工作行程施加于整个上模部分，当凸模与脱料定位块的型腔压紧锻件并整体进入凹模刃口以下时，锻件飞边部分与主体被切断分离；

(4)操控滑块回程，导柱上的复位弹簧将整个上模部分顶起，此时，限位螺钉上的弹簧弹力恢复将已压入凹模刃口当中的托料定位块顶出，即可取出锻件，切边过程结束。

本发明的镍基合金复杂锻件精密切边模具及加工方法的优点和有益效果是：

1.本发明的模具结构简单，由于上模部分无需固定，简化了模具在设备上的安装定位时间，有效提高了模具的装拆效率；大截面的模柄显著减小了接触过程中的应力与冲击，保证了刚性部件不易损坏。

2.本发明采用了全行程不脱开的紧密滚珠导向配合形式，减少了设备精度不足及人为操作等因素对切边过程的不利影响，导向精度显著提高，有效提高了锻件的切边精度及切口质量，减少了模具的过早磨损，延长了模具使用寿命。

3.本发明采用了托料定位块的结构设计，锻件在切边成形前，首先被放置在托料定位块上，凸模下行并接触锻件后即与托料定位块共同对锻件实施了夹持作用，这一结构设计保证了切边过程中坯件不发生移动，提高了锻件的切边质量，并且增加限位螺钉加弹簧的设计，简化了模具的浮动压料及顶出机构，可方便的调整托料定位块的初始高度位置及弹簧的预压紧力，有效驱动托料定位块在冲切过程中的上下滑动，保证了其可靠的夹持力及顶件行为。

4.发明的凹模采用了两瓣式剖分的组合形式，当凹模刃口因长时间冲切而出现磨损并导致对应尺寸增大以后，可通过修整剖分面实现对凹模的快速维修，延长模具的使用寿命，节省模具成本。

5.本发明采用了限位挡块来平衡凹模在冲切过程中所受的水平力，凹模与限位挡块之间可塞入一定厚度的垫片，以平衡复杂锻件切边过程所产生的错移力，保证剖分式凹模在承载过程中工作位置的可靠性。

附图说明

图1为本发明模具的结构示意图；

图中，1-上模板；2-紧固螺栓；3-定位销；4-凸模；5-托料定位块；6-凹模；7-下模板；8-限位螺钉；9-下垫板；10-紧固螺栓；11-导柱；12-限位挡块；13-复位弹簧；14-上垫板；15-导套；16-挡板；17-模柄；18-剖分面；19-凹模与限位挡块之间的间隙。

图2为下模结构俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合附图，对本发明的一种镍基合金复杂锻件精密切边模具及加工方法的技术方案作进一步的详细说明。

图1为本发明的一种镍基合金复杂锻件精密切边模具，包括上模和下模，所述上模包括模柄17、上模板1、上垫板14、凸模4、导套15。所述凸模4通过定位销3和螺钉固定于上垫板14上；上垫板14再通过紧固螺栓2与上模板1固定；导套15为凸肩结构，并压装在上模板1上；模柄17通过螺栓固定在上模板1上。所述下模包括凹模6、托料定位块5、限位挡块12、限位螺钉8、导柱11、下模板7、下垫板9。所述凹模6与下垫板9通过紧固螺栓10固定在下模板7上，凹模6四周装有限位挡块12；脱料定位块5装配在凹模6内部，可在限位螺钉8的约束下上下往复运动；导柱11为带有复位弹簧13的精密滚珠导向面结构并通过凸肩结构安装在下模板7上。

上述所述的模柄17尺寸为Ф160mm×120mm，模柄17不固定于压力机滑块上，模柄17高度应大于成形过程中上模部分向下运动的总行程。

上述所述的模具为4组导柱11导向结构，导柱11与导套15为全行程不脱开的导向配合，导柱11上装有复位弹簧13，可用于压力机滑块从下死点回程时支撑并驱动整个上模部分复位。导柱11上端面处通过内六角螺栓固定有挡板16，挡板16可保证上模部分与下模部分不脱开。

所述的限位螺钉8上装有弹簧，该弹簧压入托料定位块5与下垫板9之间的凹槽中，并始终处于压缩状态；限位螺钉8从下方穿过下垫板9并旋紧在托料定位块5上。模具工作前，旋转限位螺钉8，使托料定位块5的上表面整体高出凹模刃口1～2mm。

本发明的镍基合金复杂锻件精密切边模具，根据切边后锻件的外形，考虑镍基合金材料的热膨胀系数，按凸模4、托料定位块5分别与凹模6保持单边间隙0.05mm±0.02mm，设计确定凸模4、凹模6及托料定位块5的刃口及内腔部分的尺寸。

如图2所示，凹模6为半剖分结构，如果凹模6刃口部分磨损进而无法保证切边尺寸精度，可对刃口进行重新加工并磨削相应的剖分面，待凹模6返修后再重新固定，进而可延长凹模6的使用寿命。凹模6的四周布置有限位挡块12，它们之间的初始单边间隙为0.5mm，在切边过程中，可按实际间隙值塞入相应厚度的垫片，以平衡凹模6所承受的侧向力，保持凹模6刃口间隙均匀稳定。

凸模4、凹模6的材质为H13热作模具钢，热处理硬度为HRC52～56；导柱11、导套15材质为20钢，表面经渗碳、热处理后硬度为HRC55～60；所述的其它模具部件的材质为45钢，硬度HRC30～36。

使用本发明的镍基合金复杂锻件精密切边模具所涉及的加工方法，包括以下步骤：

1、将模具的下模板7固定在压力机的工作台上，上模部分无需固定在压力机滑块上。采用铅块试模，调整压力机滑块的下死点，使凸模4刃口部分整体进入凹模6刃口1～2个切边料厚深度。

2、模具凸模4、凹模6的刃口及模腔部分在工作前需预热至200～250℃，并采用二硫化钼加石墨乳的混合物润滑。

3、锻件加热至850℃～950℃并保温2分钟以后，将锻件从加热炉中取出，迅速放置在模具的托料定位块5上。操控压力机将工作力及工作行程通过模柄17施加于整个上模部分，当凸模4与脱料定位块5的型腔共同压紧锻件并整体进入凹模6刃口以下时，锻件飞边部分与主体被切断分离。切边过程可以利用锻件的锻后预热进行，但切边温度不应低于850℃。

4、操控滑块回程，导柱11上的复位弹簧可将整个上模部分顶起，此时，限位螺钉8上的弹簧弹力恢复将已压入凹模6刃口当中的托料定位块5顶出，即可取出锻件，切边过程结束。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。