闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法与流程

本发明涉及一种锻件脱模方法，特别是涉及了一种闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法。

背景技术：

在等温锻、热模锻等闭式模锻金属材料成形工艺中，金属材料在模具中受外力作用产生流动充满模具型腔成形为锻件，而金属在流动过程中与模具型腔表面产生摩擦，并且形成新的表面，如果润滑不佳锻件常常和模具紧紧地粘在一起，锻件脱模时需要脱模装置才能把锻件从模具型腔中顶出。现有技术中，对于形状不规则的大型异形结构锻件如大型飞机结构件，在进行闭式模锻后采用的脱模装置的顶杆是由刚性材料制造的，锻件脱模过程中需要采用至少3根以上的刚性顶杆顶出锻件。

脱模时，当某一根顶杆的顶出力大于锻件在这一根顶杆的部位与模具型腔的摩擦阻力时，锻件的该部位将首先发生松动并产生一定位移，由于顶杆是刚性的，顶杆与锻件之间将产生一定间隙，此时这一根顶杆对锻件的顶出力将瞬间消失变为零；同时，脱模装置并未停止运行，并在不断施加力顶出锻件，新施加的力及刚刚那一根顶杆消失的顶出力将瞬间加载到其它一根或几根顶杆上，造成其它一根或几根顶杆的受力是非连续、脉冲式增加的，并逐根出现与刚刚那一根顶杆相类似的情况，此过程将随机出现和不断进行，直到最后一根顶杆把锻件顶松动；而此时脱模装置施力顶出过程仍在进行，所有顶杆将产生位移，很快，其中某一根顶杆将会重新与锻件接触，锻件与这一根顶杆接触的部位将再次受到顶出力的作用，而此时该部位的摩擦阻力已远远小于未松动前的摩擦阻力，一增一减造成顶出力与摩擦阻力的严重反差和不匹配，顶杆将再次与锻件扩大分离，其它与锻件重新接触的顶杆也会逐根出现与这根顶杆类似的情况，照此过程反复下去直到锻件被顶出模具型腔。

由此可知，采用刚性顶杆顶出锻件时，随着顶出力的不断增加，某些部位会先松动、脱离后重新再受力，后松动的部位会受到间隙或脉冲式叠加力的作用，造成锻件整体受力不均衡；而且重新受力后的锻件部位的顶出力与摩擦阻力不能很好地匹配，再受模具型腔深度、接触面积大小、润滑程度、材料强度等因素的影响，使锻件脱模过程不平稳，容易造成锻件变形、翘曲、局部压塌，甚至撕裂等现象发生。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法，通过在所采用的脱模装置的顶杆上端增设具有弹性的柔性段并且每根顶杆的柔性段达到弹性极限时的压缩量相等，使锻件脱模过程变得较为平稳，不易受损。

为解决上述技术问题，本发明所述闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法，该方法采用的脱模装置包括至少3根顶杆和底座，所述模锻的下锻模中设有通孔，所述顶杆的下端固定在所述底座上并且其上端穿过下锻模的通孔与模具型腔内的大型异形结构锻件的不同底面接触，所述下锻模通孔的数量与顶杆的数量相等，所述顶杆由上端具有弹性的柔性段和下端具有刚性的刚性段构成，采用所述脱模装置进行脱模的步骤如下：

第一步，先取出盖在所述大型异形结构锻件上的上锻模，所述大型异形结构锻件未松动仍留在下锻模内；

第二步，启动所述脱模装置，所述底座向上平行运行对每根顶杆施加推力，每根顶杆沿着下锻模的每个通孔向上顶大型异形结构锻件的底部，每根顶杆的柔性段首先被压缩到弹性极限并且压缩量相等；

第三步，所述底座持续不停地对每根顶杆施加推力，当某一根顶杆的顶出力大于大型异形结构锻件在这一根顶杆的部位与下锻模模具型腔的摩擦阻力时，大型异形结构锻件的该部位首先发生松动并产生一定位移，而与该部位接触的这根顶杆始终顶着锻件不会脱离，其它一根或几根顶杆逐渐出现与刚刚那一根顶杆相同的情况，此过程随机出现和不断进行；

第四步，所述底座持续不停地对每根顶杆施加推力，当所有顶杆的总顶出力大于大型异形结构锻件的总摩擦阻力时，大型异形结构锻件整体发生松动并与下锻模模具型腔表面的接触面积逐渐减小，大型异形结构锻件在整体受力较为均匀的情况下被平稳顶出下锻模的模具型腔；

所述摩擦阻力包含所述相应顶杆所承受的大型异形结构锻件的重力和大型异形结构锻件在该顶杆的所在部位与下锻模的模具型腔表面产生的摩擦力。

作为优选方案，所述顶杆的数量为3～10根，最好为5根，直径为20mm～80mm；所述顶杆柔性段长度为30mm～100mm，所述顶杆刚性段长度和柔性段长度的比值ξ≥1。

作为所述脱模装置的第一种优选结构，所述每根顶杆通过柔性段的顶面直接与大型异形结构锻件的不同底面接触，每根顶杆的横截面积相等；

每根顶杆柔性段的弹性模量、长度及刚性段的长度满足以下条件：

每根顶杆柔性段的弹性模量相等；

每根顶杆柔性段的长度相等；

每根顶杆刚性段的长度，每根顶杆柔性段的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离同时满足：h11+h11＝h12+h12＝h13+h13＝……，式中，h11、h12、h13……分别为每根顶杆刚性段的长度；h11、h12、h13……分别为每根顶杆柔性段的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离。

作为所述脱模装置第二种优选结构，在所述顶杆柔性段和大型异形结构锻件之间设置有圆柱形镶块，每根顶杆通过柔性段顶面上的镶块直接与大型异形结构锻件的不同底面接触，每个镶块的横截面积相等，每根顶杆的横截面积相等；

每根顶杆柔性段的弹性模量和长度及刚性段的长度，以及镶块的厚度满足以下条件：

每根顶杆柔性段的弹性模量相等；

每根顶杆柔性段的长度相等；

每根顶杆刚性段的长度相等；

每个镶块的厚度，每个镶块的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离同时满足：δ1+h21＝δ2+h22＝δ3+h23＝……，式中，δ1、δ2、δ3……分别为每个镶块的厚度；h21、h22、h23……分别为每个镶块的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离。

作为所述脱模装置的第三种优选结构，所述每根顶杆通过柔性段的顶面直接与大型异形结构锻件的不同底面接触，所述各个顶杆之间的横截面积不相等，但单根顶杆的横截面积相等，不同顶杆柔性段的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面不一样；

不同顶杆的柔性段与刚性段的长度，不同顶杆柔性段的弹性模量满足以下条件：

不同顶杆柔性段的长度相等；

不同顶杆刚性段的长度，不同顶杆柔性段的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离同时满足：h31+h31＝h32+h32＝h33+h33＝……，式中，h31、h32、h33……分别为不同顶杆刚性段的长度；h31、h32、h33……分别为不同顶杆柔性段的顶面与大型异形结构锻件的不同底面的接触面到分模面的距离；

不同顶杆柔性段的弹性模量应满足：式中，e1、e2、e3……分别为不同顶杆柔性段的弹性模量；s1、s2、s3……分别为不同顶杆的横截面积。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明所述闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法，该方法采用的脱模装置其顶杆由上端具有弹性的柔性段和下端具有刚性的刚性段构成。在采用所述顶杆顶出所述锻件时，每根顶杆的柔性段首先达到弹性极限并且压缩量相等，此时顶杆理论上处于刚性状态；当某一根顶杆的顶出力大于锻件在这一根顶杆的部位与模具型腔的摩擦阻力时，锻件的该部位将首先发生松动并产生一定位移，而与该部位接触的顶杆的柔性段由于之前被弹性压缩必将随着锻件该部位的松动而弹性伸长使顶杆始终与锻件保持接触而不会产生间隙，顶出力将随压缩量的变化而减小但不会消失为零；同时，脱模装置并未停止运行，并在不断施加力顶出锻件，新施加的力及刚刚那一根顶杆减少的顶出力将逐渐加载到其它一根或几根顶杆上；同样，由于顶杆柔性段的弹性作用，其它一根或几根顶杆也会逐渐出现与刚刚那一根顶杆相同的情况而不会脱离锻件，其它一根或几根顶杆的受力不会出现非连续、脉冲式增加的情况，此过程将随机出现和不断进行；随着顶出力的增加，当顶杆的总顶出力大于锻件的总摩擦阻力时，锻件将整体发生松动，锻件与模具型腔表面的接触面积将逐渐减小，摩擦阻力也随之减小，顶出力与摩擦阻力将得到很好的匹配，使作用在锻件上的顶出力和摩擦阻力趋于平衡，锻件在整体受力较为均匀的情况下被顶出模具型腔，最终实现锻件脱模取出时各部位的平稳移动；避免了采用刚性脱模时顶杆受力是非连续、脉冲式增加和顶出力与摩擦阻力不匹配，以及锻件受力不均衡，锻件取出时容易受模具型腔深度、接触面积大小、润滑程度、材料强度等不利因素的影响，使锻件脱模过程不平稳，容易造成锻件变形、翘曲、局部压塌，甚至撕裂等现象的发生，从而使锻件脱模过程变得较为平稳和不易受损，锻件脱模过程和脱模质量得到了极大改善。

本发明根据锻件的尺寸大小和形状特点采用3～10根顶杆分布设置在锻件的底部，能够确保锻件的顶出过程平稳进行。

采用上述闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模装置的三种优选结构设计，均能保证顶杆柔性段的压缩量一致，使锻件各个部位的顶出力分布均匀。特别是在第二种优选结构中，在所述顶杆柔性段和所述锻件之间设置镶块，能够防止顶杆柔性段上端面被顶坏。

在上述所有的脱模装置结构中，把所述顶杆的直径限定为20mm～80mm，所述顶杆柔性段长度限定为30mm～100mm，所述顶杆刚性段长度和柔性段长度的比值ξ≥1，不仅有利于设备加工安装和方便顶住锻件，而且能够通过刚性段提供足够的支撑力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明所述柔性脱模方法所采用的第一种脱模装置的示意图。

图2为本发明所述柔性脱模方法所采用的第二种脱模装置的示意图。

图3为本发明所述柔性脱模方法所采用的第三种脱模装置的示意图。

具体实施方式

本发明所述柔性脱模方法所采用的第一种脱模装置的示意图如图1所示，该脱模装置主要由5根顶杆20和底座30组成。大型异形结构锻件50成形后处于由上锻模11和下锻模12围成的模具型腔中，在上锻模11和下锻模12之间具有分模面60，所述下锻模12中设有5个通孔，所述5根顶杆20的下端固定在底座30上其上端穿过下锻模12的通孔与大型异形结构锻件50的不同底面接触，每根顶杆20由上端弹性材料组成的柔性段21和下端刚性材料组成的刚性段22构成，也就是说，每根顶杆20的柔性段21具有弹性，每根顶杆20的刚性段22具有刚性；每根顶杆20通过柔性段21的顶面直接与大型异形结构锻件50的不同底面接触，每根顶杆20的横截面积相等，即每根顶杆20的柔性段21和刚性段22的直径相等。

每根顶杆20柔性段21的弹性模量、长度及刚性段22的长度满足以下条件：

每根顶杆20柔性段21的弹性模量相等；

每根顶杆20柔性段21的长度相等；

每根顶杆20刚性段22的长度，每根顶杆20柔性段21的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离同时满足：h11+h11＝h12+h12＝h13+h13＝h14+h14＝h15+h15，式中，h11、h12、h13、h14、h15分别为每根顶杆20刚性段22的长度；h11、h12、h13、h14、h15分别为每根顶杆20柔性段21的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离。

本发明所述柔性脱模方法所采用的第二种脱模装置的示意图如图2所示，该脱模装置是在所述第一种脱模装置的顶杆20柔性段21和大型异形结构锻件50之间增加了圆柱形镶块40，每根顶杆20通过柔性段21顶面上的镶块40直接与大型异形结构锻件50的不同底面接触，每根顶杆20柔性段21顶面上的镶块40的横截面积相等，即每个镶块40的直径是相等的，每根顶杆20的横截面积相等，即每根顶杆20的柔性段21和刚性段22的直径相等。

每根顶杆20柔性段21的弹性模量和长度及刚性段22的长度，以及镶块40的厚度满足以下条件：

每根顶杆20柔性段21的弹性模量相等；

每根顶杆20柔性段21的长度相等；

每根顶杆20刚性段22的长度相等。

每个镶块40的厚度，每个镶块40的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离同时满足：δ1+h21＝δ2+h22＝δ3+h23＝δ4+h24＝δ5+h25，式中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5分别为每个镶块40的厚度；h21、h22、h23、h24、h25分别为每个镶块40的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离。

本发明所述柔性脱模方法所采用的第三种脱模装置的示意图如图3所示，所述每根顶杆20通过柔性段21的顶面直接与大型异形结构锻件50的不同底面接触，该脱模装置与所述第一种脱模装置的不同之处在于，不同顶杆20之间的横截面积不相等，即不同顶杆20的直径不相等，但单根顶杆20的横截面积相等，即单根顶杆20的柔性段21和刚性段22的直径相等。不同顶杆20柔性段21的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面不一样，因此需要选择不同的弹性材料来制作不同顶杆20的柔性段21。

不同顶杆20的柔性段21与刚性段22的长度，不同顶杆20柔性段21的弹性模量满足以下条件：

不同顶杆20柔性段21的长度相等；

不同顶杆20刚性段22的长度，不同顶杆20柔性段21的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离同时满足：h31+h31＝h32+h32＝h33+h33＝h34+h34＝h35+h35，式中，h31、h32、h33、h34、h35分别为不同顶杆20刚性段22的长度；h31、h32、h33、h34、h35分别为不同顶杆20柔性段21的顶面与大型异形结构锻件50的不同底面的接触面到分模面60的距离。

不同顶杆20柔性段21的弹性模量应满足：e1：e2：e3：e4：式中，e1、e2、e3、e4、e5分别为不同顶杆20柔性段21的弹性模量；s1、s2、s3、s4、s5分别为不同顶杆20的横截面积。

在上述所有的脱模装置结构中，在采用每根顶杆20顶出大型异形结构锻件50时，每根顶杆20的柔性段21达到弹性极限时的压缩量相等，即：

△1＝△2＝△3＝△4＝△5，式中，△1、△2、△3、△4、△5分别为每根顶杆20柔性段21达到弹性极限时的压缩量。

在上述所有的脱模装置结构中，根据锻件的尺寸大小和形状特点，所述顶杆20可以适当增加或减少，一般情况下顶杆20的数量由3～10根组成，对应地，所述下锻模12的通孔数量与顶杆20的数量相等，本发明优选采用5根顶杆20。

在上述所有的脱模装置结构中，每根顶杆20刚性段22长度和柔性段21长度的比值ξ≥1，为保证脱模的稳定性，每根顶杆20柔性段21长度取30mm～100mm比较恰当，顶杆20的直径取20mm～80mm时，有利于加工安装和方便顶住大型异形结构锻件50。

本发明所述闭式模锻大型异形结构锻件的柔性脱模方法采用上述脱模装置进行脱模的步骤如下：

步骤一：先取出上锻模11，由于受大型异形结构锻件50本身自重和下锻模12粘模的影响，大型异形结构锻件50留在下锻模12内，丝纹不动。

步骤二：启动所述脱模装置，底座30向上平行运行对每根顶杆20施加推力，每根顶杆20沿着下锻模12的每个通孔向上顶大型异形结构锻件50的底部，每根顶杆20的柔性段21首先被压缩到弹性极限并且压缩量相等。

步骤三：所述底座30持续不停地对每根顶杆20施加推力，当某一根顶杆20的顶出力大于大型异形结构锻件50在这一根顶杆20的部位与下锻模12模具型腔的摩擦阻力时，大型异形结构锻件50的该部位首先发生松动并产生一定位移，而与该部位接触的这根顶杆20始终顶着锻件不会脱离，该顶杆20的顶出力随其柔性段21压缩量的变化而减小；底座30新施加的力及刚刚那一根顶杆20减少的顶出力随后逐渐加载到其它一根或几根顶杆20上；其它一根或几根顶杆20逐渐出现与刚刚那一根顶杆20相同的情况，此过程随机出现和不断进行；

步骤四：所述底座30持续不停地对每根顶杆20施加推力，当所有顶杆20的总顶出力大于大型异形结构锻件50的总摩擦阻力时，大型异形结构锻件50整体发生松动，大型异形结构锻件50与下锻模12模具型腔表面的接触面积逐渐减小，摩擦阻力也随之减小，作用在大型异形结构锻件50上的顶出力和摩擦阻力相互匹配并趋于平衡，大型异形结构锻件50在整体受力较为均匀的情况下被平稳顶出下锻模12的模具型腔。

所述摩擦阻力包含所述相应顶杆20所承受的大型异形结构锻件50的重力和大型异形结构锻件50在该顶杆20的所在部位与下锻模12的模具型腔表面产生的摩擦力。