一种复合塑性成形的模具的制作方法

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种齿弧热模锻和热冲压复合塑性成形工艺及其热锻模和热冲压模。

背景技术：

以在模锻锤设备上模锻齿弧为例，现有模锻工艺过程主要有2种：一种是坯料加热→模锻(弯曲和终锻)→切边(在3150kn或6300kn切边压力机上切边)，优缺点是：工艺过程较简单，但模锻成形困难，变形力过大，效率低(弯曲和终锻总打击次数至少为13～15锤次/件)，锻模使用寿命不足3000件/套，所需模块尺寸大，所需模锻锤设备吨位为50kn、70kn(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)，不能在设备吨位相对较小的30kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)上模锻成形；另一种是坯料加热→模锻(弯曲、预锻和终锻)→切边(在3150kn或6300kn切边压力机上切边)，优缺点是：模锻成形容易，变形力较小，效率较低(弯曲、预锻和终锻总打击次数至少为10～12锤次/件)，锻模使用寿命不足8000件/套，所需模块尺寸更大，所需模锻锤设备吨位为70kn、100kn(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)，更不能在设备吨位相对较小的30kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)上模锻成形。

从以上可以看出：现有齿弧热模锻成形的缺点特别明显，尤其是变形力大、应选择较大设备吨位的50kn、70kn或70kn、100kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)以及模锻效率低和锻模使用寿命较低，能否在设备吨位相对较小的30kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)上实现模锻成形、同时又有效降低变形力、提高模锻效率和锻模使用寿命则更具有挑战性意义。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种热锻模和热冲压模，该热锻模和热冲压模是分别针对齿弧第一次热模锻成形和第二次热冲压成形而设计的，有效解决了在现有吨位相对较小的30kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)条件下打击能量不足、变形力大以及模锻效率低和锻模使用寿命低等难题，最终可获得形状与尺寸一致性好的齿弧模锻件。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种复合塑性成形的模具，其包括热锻模和热冲压模；热锻模用于齿弧热模锻和热冲压复合塑性成形工艺中的热模锻成形，获得未全部达到最终形状与尺寸要求的齿弧半成品模锻件；热冲压模用于齿弧热模锻和热冲压复合塑性成形工艺中的热冲压成形，最终彻底达到齿弧模锻件的形状与尺寸要求。

其中：所述热锻模包括纵向型锁扣1、成形制坯模膛2、压扁制坯平台3、终锻模膛4和t型倒置压肩模膛5；所述纵向型锁扣1纵向排列，位于热锻模的左侧和右侧；所述成形制坯模膛2纵向排列，位于左侧纵向型锁扣1之上；所述压扁制坯平台3纵向排列，位于左侧纵向型锁扣1与终锻模膛4之间的中左侧；所述终锻模膛4纵向排列，位于中左侧的压扁制坯平台3与右侧纵向型锁扣1之间的中右侧；t型倒置压肩模膛5纵向排列，位于右侧纵向型锁扣1之上。

其中：所述的纵向型锁扣1用于控制锻模的导向，同时还兼用于容纳成形制坯模膛和t型倒置压肩模膛；所述的成形制坯模膛2用于成形制坯，制坯后的形状和尺寸与成形制坯热模锻件图的形状与尺寸相对应，上模模膛容积大于相对应终锻模膛容积的10％，下模模膛容积大于相对应终锻模膛容积的5％。

其中：所述的压扁制坯平台3用于压扁制坯，为上下平面结构，其上平面为上模左侧飞边槽仓部上平面、下平面为下模左侧飞边槽底平面，左右有效宽度为上模左侧飞边槽仓部的加长宽度为80mm，压扁厚度与成形制坯的窄端平均宽度相匹配；所述的终锻模膛4用于齿弧半成品热模锻成形，其形状和尺寸与齿弧半成品热模锻件图的形状与尺寸相对应。

其中：所述的t型倒置压肩模膛5用于在最终热冲压成形之前的t型倒置压肩，压肩后的形状和尺寸与压肩热模锻件图的形状与尺寸相对应；压肩斜度为0°，压肩过渡圆角半径为r8mm。

其中：所述热冲压模包括凸模6和凹模7；所述的凸模6位于热冲压模的上部，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件上部最终成形；凹模7位于凸模6的下部，用于容纳冲压弯曲后的齿弧半成品模锻件。

其中：所述的凸模6包括凸模凹腔6a和压肩凸台6b，通过上部燕尾被固定在3150kn切边压力机上工作平台上，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件上部最终成形；凸模6选材为热模具钢5crmnmo，热处理硬度为41～47hrc。

其中：所述的凸模凹腔6a底部弯曲直径比所对应的压肩热模锻件大1.0mm，凹腔深度比所对应的弯曲热模件高度大1.5mm，以弥补热弯曲后的回弹量；凹腔宽度比所对应的半成品热锻件厚度大6mm，凹腔底部定位倾斜角度与所对应的压肩热模锻件图相同，凹腔底部工作部分表面粗糙度为ra＝1.6μm，左、右侧皆为竖直平面；

所述的压肩凸台6b底部的压肩斜度与所对应的压肩热模锻件图的模锻斜度相同，底部弯曲直径与所对应的压肩热模锻件相同，底端部过渡圆角半径比弯曲热模件图所对应的圆角半径小3mm，左、右侧皆为竖直平面。

其中：所述的凹模7包括定位凹腔7a、弯曲凹腔7b和卸料凹腔7c，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件下部最终成形和容纳齿弧成品模锻件，通过夹紧螺栓被固定在3150kn切边压力机的下工作平台上；凹模7选材为热模具钢5crmnmo，热处理硬度为41～47hrc。

其中：所述的定位凹腔7a用于齿弧半成品热模锻件在弯曲前的两端部定位，前端深度和后端深度与所对应的压肩热模锻件图厚度相同，定位凹腔7a底部斜度与所对应的半成品热锻模件图的斜度相同；所述的弯曲凹腔7b用于热冲压弯曲成形和容纳齿弧成品模锻件，底部弯曲圆角半径比弯曲热模件图所对应的圆角半径大1.0mm，底部倾斜角度为7°，表面粗糙度为ra＝1.6μm；所述的卸料凹腔7c用于卸除齿弧成品热模锻件，宽度比弯曲后的热锻模件宽度单边大30mm，卸料凹腔7c的深度比弯曲凹腔7b小30mm。

(三)有益效果

(1)本发明的一种复合塑性成形的模具，充分发扬了热锻模和热冲压模的优点，有效解决了在现有吨位相对较小的30kn模锻锤(或与之吨位相当的其它类型模锻设备)条件下打击能量不足、变形力大以及模锻效率低和锻模使用寿命低等难题，可获得形状与尺寸一致性好的齿弧模锻件。

(2)本发明的一种复合塑性成形的模具，热锻模结构简单、紧凑，可靠性高，变形力小(终锻重击次数少为3～4锤次/件)，提高锻模使用寿命至少3.8～10倍(使用寿命至少3万件/套)；热冲压模结构简单、紧凑，操作简单、安全，可靠性高，热冲压力小(热冲压次数为1次/件)，效率高，使用寿命更高(使用寿命至少7万件/套)。

(3)本发明的一种复合塑性成形的模具，也可为其它类似形状与尺寸模锻件成形提供了有力的参考依据。

附图说明

图1a为本发明中涉及的实施例齿弧模锻件主视图示意图；

图1b为图1a的a-a剖视图；

图2a为本发明的齿弧半成品热锻模(含上模和下模)装配图主视图示意图；

图2b为图2a的俯视图(拆除图2a中的上模)示意图；

图中，1-纵向型锁扣、2-成形制坯模膛、3-压扁制坯平台、4-终锻模膛、5-t型倒置压肩模膛；

图3a为本发明中涉及的齿弧半成品热模锻件成形制坯主视图示意图；

图3b为图3a的俯视图示意图；

图4a为本发明中涉及的齿弧半成品热锻件主视图示意图；

图4b为图4a的俯视图；

图5a为本发明中涉及的齿弧半成品热模锻件压肩成形主视图示意图；

图5b为图5a的俯视图示意图；

图6a为本发明的热冲压模(含凸模(6)和凹模(7))装配图主视图示意图；

图6b为图6a的俯视图示意图；

图6c为图6b的k向视图示意图；

图7a为本发明的热冲压模装配图中凸模(6)的主视图示意图；

图7b为图7a的k向图；

图7c为图7b的p向视图；

图8a为本发明的热冲压模装配图中凹模(7)的主视图示意图；

图8b为图8a的俯视图；

图8c为图8b的k向视图；

图中，6a-凸模凹腔、6b-压肩凸台、7a-定位凹腔、7b-弯曲凹腔、7c-卸料凹腔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的一种复合塑性成形的模具是分别针对齿弧热模锻和热冲压复合塑性成形工艺的第一次热模锻成形和第二次最终热冲压成形而设计的。

(1)第一次热模锻成形：需要依靠热锻模来实现(参见图2a和图2b所示)，通过将圆钢坯料加热工艺规定的始锻温度、在锻模压扁制坯平台上压扁制坯、在成形制坯模膛中成形制坯、在终锻模膛中终锻成形、在切边模中切边5个工步，即可获得如图2所示的还没有全部达到最终形状与尺寸要求的齿弧半成品模锻件。

所述第一次热模锻成形是依靠锻模来实现的，热锻模(参见图2a和图2b所示)是由纵向型锁扣1、成形制坯模膛2、压扁制坯平台3、终锻模膛4和t型倒置压肩模膛5五个主要组成部分。所述纵向型锁扣1纵向排列，位于热锻模的左侧和右侧；所述成形制坯模膛2纵向排列，位于左侧纵向型锁扣1之上；所述压扁制坯平台3纵向排列，位于左侧纵向型锁扣1与终锻模膛4之间的中左侧；所述终锻模膛4纵向排列，位于中左侧的压扁制坯平台3与右侧纵向型锁扣1之间的中右侧；t型倒置压肩模膛5纵向排列，位于右侧纵向型锁扣1之上。

热锻模结构简单、紧凑，可靠性高，变形力小(终锻重击次数少为3～4锤次/件)，使用寿命高(使用寿命至少3万件/套)。

所述的纵向型锁扣1用于控制锻模的导向，同时还兼用于容纳成形制坯模膛和t型倒置压肩模膛，锻模结构简单、紧凑又强度足够。

所述的成形制坯模膛2用于成形制坯，制坯后的形状和尺寸与成形制坯热模锻件图的形状与尺寸相对应(参见图4a和图4b所示)，上模模膛容积大于相对应终锻模膛容积的10％，下模模膛容积大于相对应终锻模膛容积的5％。

所述的压扁制坯平台3用于压扁制坯，为上下平面结构，其上平面为上模左侧飞边槽仓部上平面、下平面为下模左侧飞边槽底平面，左右有效宽度为上模左侧飞边槽仓部的加长宽度为80mm，压扁厚度与成形制坯的窄端平均宽度相匹配。

所述的终锻模膛4用于齿弧半成品热模锻成形，其形状和尺寸与齿弧半成品热模锻件图的形状与尺寸相对应(参见图3a和图3b所示)。

所述的t型倒置压肩模膛5用于在最终热冲压成形之前的t型倒置压肩，压肩后的形状和尺寸与压肩热模锻件图的形状与尺寸相对应(参见图5a和图5b所示)；将压肩斜度由7°变为0°，以有利于增大t型倒置压肩模膛5与压肩热模锻件的接触面积和增大热冲压弯曲垂直冲压力；将压肩过渡圆角半径由r12mm变为r8mm，以有利于在最终热冲压成形增加冲压弯曲的垂直接触面积而便于弯曲成形。

本发明的热锻模工作步骤如下：第一步，安装固定步骤：将热锻模安装固定在30kn模锻锤设备上，并将热锻模预热到150℃～350℃；第二步，压扁制坯步骤：将在加热炉中加热到始锻温度以后的圆钢坯料置于热锻模拔长与压扁制坯平台3上压扁制坯成形(打击次数1锤次/件)；第三步，成形制坯步骤：再将压扁制坯后的压扁坯料纵向置于成形制坯模膛2中进行成形制坯(打击次数1锤次/件)；第四步，终锻步骤：再将成形制坯后的成形坯料向右旋转90°纵向置于终锻模膛4中进行终锻成形(打击次数3～4锤次/件)；第五步，切边步骤：最后将终锻成形后带飞边的齿弧半成品模锻件置于切边模中，在3150kn切边压力机一次行程中即可切边成形，以获得如图2所示的齿弧半成品模锻件。

(2)第二次最终热冲压成形：需要依靠热冲压模来实现(参见图6a、图6b和图6c所示)，通过将齿弧半成品模锻件加热到始锻温度、再将齿弧半成品模锻件返回热锻模的终锻模膛4中热校直(通过热校直将消除齿弧半成品模锻件再次加热时产生的弯曲与变形)、在热锻模t型倒置压肩模膛5中t型倒置压肩、在冲压弯曲模中冲压弯曲成形4个工步，即可彻底达到如图1所示的齿弧模锻件形状与尺寸的要求。

所述第二次最终热冲压成形是依靠热冲压模来实现的(参见图6a、图6b和图6c所示)，热冲压模是由凸模6和凹模7两个主要部分组成。所述的凸模6位于热冲压模的上部，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件上部最终成形；凹模7位于凸模6的下部，用于容纳冲压弯曲后的齿弧半成品模锻件。

所述的热冲压模结构简单、紧凑，操作简单、安全，可靠性高，热冲压力小，效率高，使用寿命高(使用寿命至少7万件/套)。

所述的凸模6主要由凸模凹腔6a和压肩凸台6b组成的两位一体结构(参见图7a、图7b和图7c所示)，通过上部燕尾被固定在3150kn切边压力机上工作平台上，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件上部最终成形；凸模6选材为热模具钢5crmnmo，热处理硬度为41～47hrc，以降低变形、磨损等失效速度而提高使用寿命。

所述的凸模凹腔6a底部弯曲直径比所对应的压肩热模锻件大1.0mm，以弥补热弯曲后的回弹量；凹腔深度比所对应的弯曲热模件高度大1.5mm，以弥补热弯曲后的回弹量，同时也是为了在瞬间先弯曲成形变形力大的热模锻件宽底部，后弯曲变形力较大的热模锻件窄部，以有利于整体顺利弯曲成形；凹腔宽度比所对应的半成品热锻件厚度大6mm，以保证凹腔与所对应的热模锻件窄部不发生干涉的可靠性和尽可能使压肩凸台6b具有足够的厚度尺寸；凹腔底部定位倾斜角度与所对应的压肩热模锻件图相同，以增加瞬间冲压弯曲接触摩擦力而防止热模锻件的左右移动；凹腔底部工作部分表面粗糙度为ra＝1.6μm，以减小热模锻件与弯曲模膛接触摩擦力；左、右侧皆为竖直平面。

所述的压肩凸台6b底部的压肩斜度与所对应的压肩热模锻件图的模锻斜度相同，底部弯曲直径与所对应的压肩热模锻件相同，底端部过渡圆角半径比弯曲热模件图所对应的圆角半径小3mm，左、右侧皆为竖直平面。

所述的凹模7主要由定位凹腔7a、弯曲凹腔7b和卸料凹腔7c组成的三位一体结构(参见图8a、图8b和图8c所示)，用于热冲压弯曲齿弧热模锻件下部最终成形和容纳齿弧成品模锻件，通过夹紧螺栓被固定在3150kn切边压力机的下工作平台上；凹模7选材为热模具钢5crmnmo，热处理硬度为41～47hrc，以降低变形、磨损等失效速度而提高使用寿命。

所述的定位凹腔7a用于齿弧半成品热模锻件在弯曲前的两端部定位，前端深度和后端深度与所对应的压肩热模锻件图厚度相同，定位凹腔7a底部斜度与所对应的半成品热锻模件图的斜度相同；

所述的弯曲凹腔7b用于热冲压弯曲成形和容纳齿弧成品模锻件，底部弯曲圆角半径比弯曲热模件图所对应的圆角半径大1.0mm，以弥补弯曲回弹而有利于弯曲到位；底部倾斜角度为7°，以有利于齿弧半成品热模锻件的平稳放置和防止齿弧半成品模锻件的左右移动；表面粗糙度为ra＝1.6μm，以减小热模锻件与弯曲模膛的接触摩擦力。

所述的卸料凹腔7c用于卸除齿弧成品热模锻件，宽度比弯曲后的热锻模件宽度单边大30mm，卸料凹腔7c的深度比弯曲凹腔7b小30mm，既保障凹模7具有足够的使用强度，又可为夹持齿弧成品热模锻件提供足够的横向空间。

本发明的热冲压模的工作步骤如下：第一步，安装固定步骤：分别将凸模6和凹模7固定安装在3150kn切边压力机设备上的上工作平台上和下工作平台上；第二步，闭合高度调整步骤：调整凸模6和凹模7的闭合高度，以凸模6和凹模7工作闭合后的凸模6前后最低点与凹模7前后的最高点在同一平面上为基准(在热冲压弯曲2件齿弧半成品模锻件以后即可得知是否再进行微调该闭合高度)；第三步，热校直步骤：将加热到始锻温度以后的齿弧半成品模锻件纵向置于热锻模的终锻模膛4中热校直(打击次数1锤次/件)；第四步，t型倒置压肩步骤：将热校直后的齿弧半成品模锻件纵向t型倒置于热锻模的t型倒置压肩模膛5中压肩(打击次数1锤次/件)；第五步，热冲压弯曲步骤：将热校直后的齿弧半成品模锻件t型倒置于热冲压模中的凹模7上定位凹腔7a中，然后启动切边压力机工作开关，在切边压力机一次行程中即可顺利热冲压弯曲成形；第六步，取出步骤：最后将热冲压弯曲后的齿弧成品模锻件(参见图1所示)用夹钳横向夹持从卸料凹腔7c中取出。