长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法及成型用模具与流程

本发明涉及长轴类锻件的成型技术领域，特别地，涉及一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法及成型用模具。

背景技术：

带轴肩的大型长轴类锻件在航空发动机中应用较多，此类锻件往往是发动机中的关键锻件，在工作过程中需要承受较大的扭矩，因此对其力学性能要求较高。如附图1所示为桨轴的锻件示意图，由于锻件整体尺寸较大，并且轴肩和长轴的尺寸差别也较大，在自由锻成型过程中，轴肩与长轴的交接处容易出现折叠、凹陷等缺陷。在实际的锻造成型过程中，由于轴肩成型时需要较大的成形载荷，坯料会发生在模具中滑动的现象，在锻件产品上留下滑动的痕迹，并且锻件的轴肩处会产生填充不饱的现象。由于这些缺陷的存在，导致锻件的生产效率低、材料利用率低、机械加工余量大；另外锻件在后续的机械加工过程中容易产生轴肩与长轴交接处金属流线被切断的问题，使锻件的综合性能降低，使用寿命也降低。

技术实现要素：

本发明提供了一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法及成型用模具，以解决上述锻件锻造成型过程中存在的轴肩处填充不饱、锻件产品上留下滑动痕迹以及轴肩与长轴交接处折叠、凹陷的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法，包括以下步骤：将坯料放置在下膜的型腔内，上模在外力作用下向下运动与下膜闭合并压紧；冲击机构作用于坯料的头部形成轴肩，完成锻造成型；上模与下膜的型腔表面均匀设有用于防止坯料在冲击机构作用下滑动的凹坑。

进一步地，上模与下膜在使用前分别对型腔表面进行喷丸处理以形成凹坑。

进一步地，喷丸层的厚度即凹坑的深度为0.1～0.15mm。

进一步地，喷丸覆盖率为200％～250％，喷丸强度为F60A～F80A。

进一步地，喷丸处理中选用硬度HRC为50～65的铸钢丸或者陶瓷丸。

进一步地，喷丸处理中弹丸的粒度为30～50目。

进一步地，喷丸处理中喷射方向与水平方向的夹角为45°～135°。

进一步地，喷丸处理时，先以F60A～F80A的强度喷丸，再以F20A～F30A的强度喷丸。

根据本发明的另一方面，还提供了一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型用模具，上述模具包括上模和下膜，上模与下膜的型腔表面分别均匀设有上述凹坑。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法，在上模与下膜的型腔表面均匀设有凹坑，增加了模具与坯料之间的摩擦力，防止坯料在冲击机构的作用下滑动，从而解决了卧式锻造成型过程中因坯料与模具之间的滑动导致的锻件产品轴肩处填充不满及尺寸超差、锻件产品上留下滑动痕迹的问题，同时也避免了轴肩与长轴的交接处产生的折叠、凹陷等缺陷，从而提高上述锻件的生产效率，减少机械加工余量，使锻件的综合性能升高、使用寿命延长。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是桨轴锻件结构示意图；

图2是本发明优选实施例的长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型示意图；

图3是本发明优选实施例的长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型用模具示意图；

图4是本发明优选实施例的长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型用模具型腔表面的效果图。

附图标记说明：

10、坯料；11、轴肩；12、长轴；20、上模；21、下模；22、凹坑区域；30、冲击机构。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图2，本发明的优选实施例提供了一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法，包括以下步骤：将坯料10放置在下模21的型腔内，上模20在外力作用下向下运动与下模21闭合并压紧；冲击机构30作用于坯料10的头部形成轴肩11，完成锻造成型；上模20与下模21的型腔表面均匀设有用于防止坯料10在冲击机构30作用下移动的凹坑。

长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型方法包括坯料10放入下模21的型腔；在设备的带动下，上模20向下运动，与下模21闭合并压紧；冲击机构30向前运动使坯料10头部成型。在成型过程中，上模20与下模21需要较大的压紧力来保证夹紧坯料10，但大型长轴类锻件成型需要较大的成型载荷，导致坯料10在成型过程中滑动。对于长轴类带轴肩锻件产品本身来讲，轴肩11与长轴12的交接处本来就容易出现折叠、凹陷等缺陷，加之成型过程中坯料10在模具中的滑动，更加容易产生锻件轴肩11填充不饱、折叠、凹陷等问题，另外在锻件产品上留下滑动的痕迹，进而导致锻件产品报废。

上述成型方法，在上模20与下模21的型腔表面均匀设有凹坑，增加了模具与坯料10之间的摩擦力，防止坯料10在冲击机构30的作用下滑动，从而解决了卧式锻造成型过程中因坯料10与模具之间的滑动导致的锻件产品轴肩11处填充不满及尺寸超差、锻件产品上留下滑动痕迹的问题，同时也避免了轴肩11与长轴12的交接处产生的折叠、凹陷等缺陷，从而提高上述锻件的生产效率，减少机械加工余量，使锻件的综合性能升高、使用寿命延长。

优选地，参照图3与图4，上模20与下模21在使用前分别对型腔表面进行喷丸处理以形成凹坑。本优选实施例采用喷丸处理的方式，模具的温度在200℃左右，可适用喷丸处理，在上模20与下模21的型腔表面形成细微凹坑，凹坑均匀分布在型腔区域的表面，提高了模具型腔表面的粗糙度，从而使坯料10与模具之间的摩擦力大大增加，成型过程中防止坯料10在型腔内的滑动，能够很好地解决锻件产品轴肩11处填充不满及尺寸超差、锻件产品上留下滑动痕迹的问题。另外，通过喷丸处理模具型腔表面，还可以释放模具型腔表面因机械加工和淬火处理后存在的残余应力，使模具型腔表面产生强化，从而提高模具的耐磨性和使用寿命。

应用上述成型方法生产出来的锻件具有流线顺畅、更加精密、更高质量的特点，同时材料利用率和生产效率也大大提高。

上述成型方法中，也可以通过挖凹坑的方式来增大模具表面的粗糙度，虽然也同样有增加摩擦的效果，但是不能释放模具型腔表面的残余应力，模具寿命无法延长，且无法保证凹坑均匀，还容易对锻件的生产造成影响。

优选地，喷丸层的厚度即凹坑的深度为0.1～0.15mm。上述喷丸处理时对喷丸层的厚度做了进一步限定，因为考虑到大型长轴类带轴肩锻件与模具型腔表面需要的摩擦力较大，才能够保证锻件在冲击机构30作用时不会在型腔内滑动，根据摩擦力f＝μN(μ为摩擦系数，N为设备的压力)能够计算出μ的数值，从而得到喷丸层的最佳厚度值。采用上述喷丸层厚度能够增大摩擦，实现锻件不在型腔内滑动，从而避免锻件轴肩11填充不饱以及留下滑动痕迹的问题。

优选地，喷丸覆盖率为200％～250％，喷丸强度为F60A～F80A。喷丸覆盖率是表面弹丸凹坑占据的面积与受喷面积的比值。喷丸覆盖率与喷丸强度之间需要实现一个平衡，弹丸的粒度越大，冲击能量较大，则喷丸强度也越大，但喷丸的覆盖率降低。采用上述喷丸覆盖率与喷丸强度，使模具的型腔表面产生均匀分布的细密的细微凹坑，增加了锻件与模具型腔表面的摩擦力，能够有效地避免锻造成型过程中锻件在模腔内的滑动。

优选地，喷丸处理中选用硬度HRC为50～65的铸钢丸或者陶瓷丸。本优选实施例中，模具材料为5CrMnMo，型腔表面的硬度HRC为45～50。上述锻件的卧式锻造成型方法中根据模具型腔表面的硬度优选上述硬度的铸钢丸或者陶瓷丸，使喷丸处理后的型腔表面达到预期的效果。

优选地，喷丸处理中弹丸的粒度为30～50目。根据上述喷丸覆盖率与喷丸强度，优选较大粒度的弹丸，但弹丸的尺寸选择还与模具型腔的形状相关，根据各方面的考虑，优选粒度30～50目，能够很好地满足喷丸处理的要求。

优选地，喷丸处理中喷射方向与水平方向的夹角为45°～135°。上述采用的喷丸处理的喷射角度能够保证型腔表面的高覆盖率，并且需要多次喷丸才能实现。

优选地，喷丸处理时，先以F60A～F80A的强度喷丸，再以F20A～F30A的强度喷丸。上述采用的喷丸处理方式先高强度喷丸后进行低强度喷丸，能够使型腔表面的凹坑均匀细密，且提高喷丸效率。

本实施例中，上模20与下模21的型腔表面上至少部分区域经喷丸处理形成凹坑区域22，优选地，型腔表面上沿轴向方向上凹坑区域22间隔设置，参见图3，型腔表面与长轴12对应的第一端、第二端区域均经喷丸处理，第一端与第二端之间至少设有一段未喷丸处理的环形区域，未喷丸处理的环形区域是用来定料的，环形区域不与坯料10接触，能够使第一端与第二端区域更好地压紧坯料10，进一步防止坯料10在冲击机构30的作用下滑动。

根据本发明的另一方面，还提供了一种长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型用模具，上述模具包括上模20和下模21，上模20与下模21的型腔表面分别均匀设有上述凹坑。上述长轴类带轴肩锻件的卧式锻造成型用模具，根据坯料10在模具型腔内滑动的问题，在型腔表面设置凹坑，以增大坯料10与型腔表面之间的摩擦，解决坯料10滑动的问题，从而解决锻件填充不饱、留下滑动痕迹以及凹陷等缺陷，提高锻件产品的良率，提高锻造成型的生产效率，同时延长使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。