一种超高强合金钢的压型方法与流程

本发明涉及一种超高强合金钢的压型工艺。

背景技术

局部厚壁的盲孔构件一般采用正挤压镦型的成形方法(如图1a)，该方法凸模为整体结构，在凸模与坯料开始接触后，头部金属向上流动的速度比底部金属向下流动的速度快，当凸模的下行位置达到凹模台阶位置，坯料厚壁部分金属将向上流动，脱离凹模台阶，随着凸模继续下行，当坯料厚壁部分金属与凸模的台阶面接触后，厚壁部分金属又开始向下回流，容易在与凹模接触的台阶部位产生折叠等缺陷，并且挤压完成后将坯料从凸模细长杆中卸下十分困难。

如果采用反挤压镦型的成形方法(如图1b)，则反挤压过程中当凸模的下行位置达到凹模台阶位置，坯料厚壁部分金属将向上流动，脱离凹模台阶，同样不能符合构件形状要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种超高强合金钢的压型工艺。

一种超高强合金钢的压型方法，包括以下步骤：超高强合金初始坯料的准备；使用模具将坯料压型成形；

其中所述模具包括上模和下模；

上模包括凸模一，凸模一的带螺纹的杆部与凸模座的内螺纹孔连接成一体，凸模座的锥部与上固定板的内锥孔配合安装，凸模座的大端面与上垫板的下端面接触，上垫板的上端面与上模板的下端面接触，凸模二内通孔与凸模一的外圆间隙配合，凸模二的上表面和上固定板的下表面安装有对称的吊环，采用吊链将凸模二与上固定板连接；

下模包括下模板，其上表面放置下垫板，顶杆的带螺纹的杆部与顶块的内螺纹孔连接成一体，然后将顶杆放入下垫板的中心孔，并穿过下模板的中心孔；下套筒放置在下垫板的台阶表面，环形板穿过下套筒的内孔并放置在下垫板的上表面，环形板的外表面与下套筒的内表面间隙配合，支撑筒一穿过下套筒的内孔并放置在下垫板的上表面，支撑筒一的外表面与下套筒和环形板的内表面间隙配合，下压圈放置在下套筒的上表面，并将对称分布的下垫块穿过下压圈的定位通孔和下套筒的定位盲孔，实现下压圈与下套筒的环向定位，支撑筒二穿过下压圈的内孔并放置在支撑筒一的台阶表面上并形成间隙配合，上套筒的下表面的定位盲孔与下垫块的上表面接触并环向配合，上套筒的内表面与支撑筒二的法兰外圆间隙配合，上套筒和下套筒通过螺栓固定连接；凹模二的内表面与预应力圈二的外表面过盈配合安装，并整体穿过上套筒的内孔放置在支撑筒二的上表面；预应力圈一的内表面与凹模一的外表面过盈配合安装，并整体穿过上套筒的内孔放置在凹模二的上表面，盖板放置在凹模一的上表面，上垫块放置在上套筒的上表面的定位盲孔内，上压圈放置在上垫块的上表面，对称分布的拉杆穿过上压圈与下压圈的内孔，在拉杆的上下两端通过螺母将上压圈与下压圈和拉杆连接紧固，最后将过渡杆穿过凹模一、凹模二、支撑筒二的内孔并放置在顶块的上表面；

压型的过程是，首先将坯料放置在下模的型腔内部，凸模二通过吊链下降穿过上压圈的内孔后放置在盖板上表面；然后在旋转机构的转动下，快速带动凸模二沿中心轴线旋转60°，从而使凸模二的法兰凸台位于上压圈法兰凸台的正下方；接着凸模一随上模下行与坯料接触并使坯料发生塑性变形，同时凸模二限制金属向上流动的距离，迫使金属向下流动充满型腔，当凸模一到达设计的位移后，坯料变形完成；然后凸模一随上模向上回程，在凸模二的作用下将坯料从凸模一中脱落；接着在旋转机构的转动下，带动凸模二继续沿中心轴线旋转60°，从而使凸模二的法兰凸台位于上压圈法兰孔的正下方，随着上模向上继续回程，通过吊链连接凸模二和上固定板，使凸模二离开下模；接着顶杆向上运动通过过渡杆将坯料顶出下模型腔，从而完成取料。

所述的凸模二的外部为带有三个对称分布的法兰凸台，上压圈的内孔形状与凸模二带法兰凸台的外形一致，在凸模二法兰凸台上放置三个滚动扇环，当滚动扇环的上下表面分别与上压圈法兰凸台、凸模二接触后，在滚动扇环的滚珠作用下减小接触摩擦。

其中f实测为凸模二承受的变形抗力，s接触为上压圈与三个对称分布的滚动扇环接触面积总和，为上压圈和凸模二承受的拉压许用应力。

其中d杆为拉杆19的直径，f实测为凸模二承受的变形抗力，η为拉杆的预紧系数，为拉杆承受的拉压许用应力，n为对称分布的拉杆的数量。

超高强合金初始坯料的准备温度为850℃～1150℃。

超高强合金压型成形的速度为10mm/s～40mm/s。

本发明提出了超高强合金钢的压型方法，其凸模由凸模一和凸模二组成，这种分体结构的能够降低凸模的变形抗力，增加凸模一的稳定性，不产生折叠，同时通过凸模二使坯料脱离凸模一完成卸料，保证局部厚壁的盲孔构件的成形精度。

说明书附图

图1a为传统正挤压镦型的压型前和压型后的结构示意图；

图1b为传统反挤压镦型的压型前和压型后的结构示意图；

图2a为压型模具压型前的结构示意图；

图2b为压型模具合模后的结构示意图；

图2c为压型模具压型后的结构示意图；

图3a为上压圈结构示意图；

图3b为图3a的剖视图；

图4a为凸模二和滚动扇环结构示意图；

图4b为图4a的剖视图；

图5a为凸模二向下合模示意图；

图5b为图5a的剖视图；

图6a为凸模二合模后的旋转示意图；

图6b为图6a的剖视图；

图7a为初始坯料结构尺寸；

图7b为压型完成后的坯料尺寸。

其中，1-上模板；2-上垫板；3-上固定板；4-凸模座；5-凸模一；6-上套筒；7-预应力圈一；8-凹模一；9-下套筒；10-支撑筒一；11-环形板；12-下垫板；13-下模板；14-顶杆；15-吊环；16-凸模二；17-上压圈；18-上垫块；19-拉杆；20-凹模二；21-预应力圈二；22-下压圈；23-下垫块；24-支撑筒二；25-过渡杆；26-顶块；27-盖板；28-滚动扇环。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式进行说明。

如图2a中的初始坯料，其大端外径为φ384mm，大端外径为φ256mm，内孔直径为φ184mm，坯料总高为629mm(如图7a)。压型完成后的锻件尺寸如图7b。

其压型过程中凸模二16承受的变形抗力f实测为1100吨，上压圈17和凸模二16承受的拉压许用应力为120mpa，则通过计算得到上压圈17与三个对称分布的滚动扇环28接触面积总和至少为91666.67mm²，则与单个滚动扇环28的接触面积至少为30555.56mm²。为此设计滚动扇环28的内径为φ640mm、外径为φ860mm，则其单个接触面积为43196.956mm²，满足设计要求。

同时设计拉杆19的预紧系数η＝1，拉杆19承受的拉压许用应力[p杆]为200mpa，假设数量n为6根，则根据计算得到拉杆的直径至少为108mm。为此设计拉杆19的直径为116mm，数量为6根，满足设计要求。

设计的模具结构如图2a，其上模包括凸模一5，凸模一5的带螺纹的杆部与凸模座4的内螺纹孔连接成一体，凸模座4的锥部与上固定板3的内锥孔配合安装，凸模座4的大端面与上垫板2的下端面接触，上垫板2的上端面与上模板1的下端面接触，凸模二16内通孔与凸模一5的外圆间隙配合，凸模二16的上表面和上固定板3的下表面安装有对称的吊环15，采用吊链将凸模二16与上固定板3连接。

下模包括下模板13，其上表面放置下垫板12，顶杆14的带螺纹的杆部与顶块26的内螺纹孔连接成一体，然后将顶杆14放入下垫板12的中心孔，并穿过下模板13的中心孔；下套筒9放置在下垫板12的台阶表面，环形板11穿过下套筒9的内孔并放置在下垫板12的上表面，环形板11的外表面与下套筒9的内表面间隙配合，支撑筒一10穿过下套筒9的内孔并放置在下垫板12的上表面，支撑筒一10的外表面与下套筒9和环形板11的内表面间隙配合，下压圈22放置在下套筒9的上表面，并将对称分布的下垫块23穿过下压圈22的定位通孔和下套筒9的定位盲孔，实现下压圈22与下套筒9的环向定位，支撑筒二24穿过下压圈22的内孔并放置在支撑筒一10的台阶表面上并形成间隙配合，上套筒6的下表面的定位盲孔与下垫块23的上表面接触并环向配合，上套筒6的内表面与支撑筒二24的法兰外圆间隙配合，上套筒6和下套筒9通过螺栓固定连接；凹模二20的内表面与预应力圈二21的外表面过盈配合安装，并整体穿过上套筒6的内孔放置在支撑筒二24的上表面；预应力圈一7的内表面与凹模一8的外表面过盈配合安装，并整体穿过上套筒6的内孔放置在凹模二20的上表面，盖板27放置在凹模一8的上表面，上垫块18放置在上套筒6的上表面的定位盲孔内，上压圈17放置在上垫块18的上表面，对称分布的拉杆19穿过上压圈17与下压圈22的内孔，在拉杆19的上下两端通过螺母将上压圈17与下压圈22和拉杆19连接紧固，最后将过渡杆25穿过凹模一8、凹模二20、支撑筒二24的内孔并放置在顶块26的上表面。

为了实现压型和卸料，设计的凸模二16(其结构如图4a和4b)的外部为带有三个对称分布的法兰凸台，上压圈17(其结构如图3a和3b)的内孔形状与凸模二16带法兰凸台的外形一致，在凸模二16法兰凸台上放置三个滚动扇环28，当滚动扇环28的上下表面分别与上压圈17法兰凸台、凸模二16接触后，在滚动扇环28的滚珠作用下减小接触摩擦。

然后将初始温度为1100℃的坯料放入图2a的下模的型腔内部，凸模二16通过吊链下降穿过上压圈17的内孔后放置在盖板27上表面(如图5a和5b)；然后在旋转机构的转动下，快速带动凸模二16沿中心轴线旋转60°，从而使凸模二16的法兰凸台位于上压圈17法兰凸台的正下方(如图6a和6b)，从而完成合模(如图2b)。

接着凸模一5随上模以30mm/s的速度下行与坯料接触并使坯料发生塑性变形，同时凸模二16限制金属向上流动的距离，迫使金属向下流动充满型腔，当凸模一5运行1722mm的位移后，坯料变形完成(如图2c)。

然后凸模一5随上模向上回程，在凸模二16的作用下将坯料从凸模一5中脱落；接着在旋转机构的转动下，带动凸模二16继续沿中心轴线旋转60°，从而使凸模二16的法兰凸台位于上压圈17法兰孔的正下方，随着上模向上继续回程，通过吊链连接凸模二16和上固定板3，使凸模二16离开下模；接着顶杆14向上运动通过过渡杆25将坯料顶出下模型腔，从而完成取料。

压型件冷却后进行检查，外形饱和，尺寸符合图7b的设计要求。

本发明可以解决压型反向作用力引起形状变化、卸料困难、折叠的问题，能够应用于局部厚壁的盲孔构件的成形。