一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺的制作方法

本发明涉及锻件加工技术领域，更具体地说，涉及一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺。

背景技术：

锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，锻压（锻造与冲压）的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

轮毂单元法兰盘是汽车轮毂单元的关键部件，在汽车行驶状态下，承受着多变的冲击载荷，因此在锻造成型时需要更高的机械强度支持高负荷的运转，然而目前此类高质量的法兰轮毂均是国外进口，成本高，价格贵，而国内的锻造普遍采用传统的整体自由锻造工艺结合机械加工工艺进行生产，锻件加工余量大，材料利用率很低，造成机械加工工作量增多、设备工作负荷增大、材料浪费极大，一方面增加了锻后热处理的工序成本；另一方面降低了锻件的力学性能，性能热处理的工序压力增大，由于法兰轮毂的特殊性，其制造工艺复杂，成形难度较大，废料难以一次去除，需要通过锻后的机加工工艺进行去除，无形中进一步提高成本，同时锻件更加容易变形，影响成品质量。

技术实现要素：

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺，它可以实现在锻造工艺中对锻件的减重部位和安装孔部位，通过在现有的精锻模具内安装分次冲孔机构，基于热应力原理和锻件的塑性变形规律，可以使得锻件直接在锻造过程中进行一次成型，防止锻件局部变形，且废料一次去除，避免锻造后的机加工工艺带来的加工难度和繁琐操作，成本得以进一步降低，同时还可以避免非加工面冲孔毛刺的出现，使得整体机械加工工作量减少，辅以全程精准的温度控制，不仅可以得到法兰轮毂锻件的形状，不易出现尺寸偏差，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能，进而提升法兰轮毂锻件的使用性能和寿命。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺，包括以下步骤：

s1、下料：根据图纸计算锻料尺寸，将锻料通过自动切削切削成胚料；

s2、退火：将胚料送入加热炉中缓慢加热至温度为720-760℃，保温1.5-2h后，迅速转移到温度为680-700℃的加热炉中，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体，出炉空冷，锻前加热的目的是为了提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，均匀材料组织和成分，改善材料性能或为之后的热处理做组织准备；

s3、去氧化皮：将加热过的坯料通过锻件毛坯去皮机清理加热后红热坯料表面粘附的氧化皮，防止氧化皮在模腔堆积，以利于下一步产品毛坯的预成形，减少锻件产品毛坯表面缺陷产生；

s4、镦粗：将胚料放置在镦粗模具上通过冲床镦粗；

s5、粗锻：将镦粗后的胚料放置在粗锻模具型腔中进行粗锻，实现锻件上盲孔的预成型，得到与锻件成品轮廓相似的粗胚；

s6、精锻：将粗锻后的胚料放置在精锻同步模具的型腔中通过分次冲孔机构进行精锻，实现锻件上盲孔和安装孔的成型，得到锻件毛坯；

s7、预热处理：在精锻前对分次冲孔机构进行预热，且预热温度应高于锻件温度50-100℃；

s8、切边：将尚有余温的毛胚切边形成目标锻件；

s9、热处理：第一步，正火；第二步，保温；第三步、变介质冷却；第四步，回火；第五步，常规空冷，热处理目的在于细化锻造过程中所造成的粗大晶粒，消除加工硬化和残余应力，降低硬度，改善切削加工性能，防止在锻件内部产生白点，保证获得所需的金属组织和机械性能；

s10、表面处理：将热处理后的锻件进行抛丸和磷皂化处理；

s11、探伤检测：通过超声波探伤确定锻件无裂纹和缺陷。

进一步的，所述步骤s1中下料重量为理论重量的1.02-1.05倍，通过工艺上的优化，在满足下料前提的基础上，最大程度的节约原材料，降低锻造成本。

进一步的，所述步骤s2中的退火加热速度为100-150℃/h，均匀且缓慢的退火处理可以更加均匀锻件材料的组织和成分，提高其塑性，方便后续锻造处理。

进一步的，所述步骤s6中精锻同步模具包括下模座，所述下模座上端固定连接有下模，所述下模上端可拆卸连接有上模，所述下模和上模之间的型腔内放置有锻件，所述锻件的盲孔位置上下两端分别设置有上冲头和下冲头，所述上模内还设置有分次冲孔机构，所述分次冲孔机构包括与锻件上端面相匹配的环形压头，所述环形压头上端固定连接有一对第一顶杆，所述环形压头上开凿有与安装孔数量一致的活动孔，所述活动孔内滑动连接有贯穿冲头，所述贯穿冲头上端固定连接有第二顶杆，通过分次冲孔机构可以同时完成锻件上减重部位和安装孔部位的一次成型，无需后续的机加工处理，减少处理难度和工序，降低成本。

进一步的，所述贯穿冲头下端开凿有凹槽，所述凹槽垫设有导热硅胶层，所述导热硅胶层凹槽底壁之间固定连接有导热网，凹槽起到避让锻件上安装孔部位芯部的作用，同时减小贯穿冲头下端与锻件上端面的接触面积，以环形的小面积接触来提高冲孔压力，减少安装孔附近材料的变形，导热硅胶层起到蓄热并加热的作用，同时具有柔性变形的能力，用于对安装孔部位中心芯部进行加热，使之迅速升温与锻件其它部位产生温度差，温度差导致安装孔部位的热应力产生，既降低此处的变形抗力，同时使得贯穿冲头的冲孔更为容易，局部变形更小。

进一步的，所述凹槽与贯穿冲头外壁之间的距离为0.2-0.5mm，该距离决定了冲孔过程中的环形接触面积，过小的话导致贯穿冲头的强度不够，在冲孔过程中容易发生断裂或者变形而导致冲孔失败，过大的话导致贯穿冲头的冲孔压力下降，一方面需要提供更大的冲孔驱动力，另一方面会增大局部变形。

进一步的，所述步骤s6中先成型盲孔，后成型安装孔，采用此顺序成型的锻件尺寸和形状误差小，成品精度高。

进一步的，所述步骤s9热处理前应等待毛坯缓慢空冷至室温。

进一步的，所述步骤s9热处理具体包括以下步骤：

s91、正火：将毛坯送入加热炉中，以低于90-120℃/h的速度升温至940℃-960℃；

s92、保温：待到达温度后，保温1-2h；

s93、变介质冷却：先水冷1-2min，出水空冷30-40s，再水冷1-2min，出水空冷至室温；

s94、回火：以650-700℃的温度回火，回火时间为保温时间的1.2-1.5倍；

s95、常规空冷：空冷至室温。

通过热处理后的锻件内应力在处理过程中通过回火释放，降低了锻件前期的变形；锻坯各处表面硬度、组织均匀，机械强度高、性能强。

进一步的，所述锻件采用温锻工艺，在步骤s2退火中胚料出炉空冷至280-320℃后立即进入到下一步骤，温锻成形具有冷锻成形及热锻成形的优点。温锻成形完全继承了冷锻成形生产效率高、节约原材料、改善产品质量等优点，而且比冷锻成形抗力低、成形性好。同时，温度成形避免了热锻成形能耗大，容易产生过热、过烧、氧化、脱碳、加工余量大、产品质量不高等缺点。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案可以实现在锻造工艺中对锻件的减重部位和安装孔部位，通过在现有的精锻模具内安装分次冲孔机构，基于热应力原理和锻件的塑性变形规律，可以使得锻件直接在锻造过程中进行一次成型，防止锻件局部变形，且废料一次去除，避免锻造后的机加工工艺带来的加工难度和繁琐操作，成本得以进一步降低，同时还可以避免非加工面冲孔毛刺的出现，使得整体机械加工工作量减少，辅以全程精准的温度控制，不仅可以得到法兰轮毂锻件的形状，不易出现尺寸偏差，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能，进而提升法兰轮毂锻件的使用性能和寿命。

附图说明

图1为本发明主要的流程示意图；

图2为本发明精锻同步模具部分的结构示意图；

图3为本发明法兰轮毂锻件的结构示意图；

图4为本发明分次冲孔机构下端面的结构示意图；

图5为本发明分次冲孔机构部分的剖视图；

图6为本发明法兰轮毂锻件的横截面剖视图；

图7为本发明法兰轮毂锻件的竖截面剖视图。

图中标号说明：

1下模座、2下模、3上模、4下冲头、5上冲头、6环形压头、7第一顶杆、8第二顶杆、9贯穿冲头、10导热硅胶层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺，包括以下步骤：

s1、下料：根据图纸计算锻料尺寸，将锻料通过自动切削切削成胚料，下料重量为理论重量的1.02倍，通过工艺上的优化，在满足下料前提的基础上，最大程度的节约原材料，降低锻造成本；

s2、退火：将胚料送入加热炉中缓慢加热至温度为720℃，退火加热速度为100℃/h，均匀且缓慢的退火处理可以更加均匀锻件材料的组织和成分，提高其塑性，方便后续锻造处理，保温1.5h后，迅速转移到温度为680℃的加热炉中，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体，出炉空冷，锻前加热的目的是为了提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于变形并获得良好的锻件，同时细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷，均匀材料组织和成分，改善材料性能或为之后的热处理做组织准备；

s3、去氧化皮：将加热过的坯料通过锻件毛坯去皮机清理加热后红热坯料表面粘附的氧化皮，防止氧化皮在模腔堆积，以利于下一步产品毛坯的预成形，减少锻件产品毛坯表面缺陷产生；

s4、镦粗：将胚料放置在镦粗模具上通过冲床镦粗；

s5、粗锻：将镦粗后的胚料放置在粗锻模具型腔中进行粗锻，实现锻件上盲孔的预成型，得到与锻件成品轮廓相似的粗胚；

s6、精锻：将粗锻后的胚料放置在精锻同步模具的型腔中通过分次冲孔机构进行精锻，实现锻件上盲孔和安装孔的成型，得到锻件毛坯；

s7、预热处理：在精锻前对分次冲孔机构进行预热，且预热温度应高于锻件温度50℃；

s8、切边：将尚有余温的毛胚切边形成目标锻件；

s9、热处理：等待毛坯缓慢空冷至室温，热处理具体包括以下步骤：

s91、正火：将毛坯送入加热炉中，以低于90℃/h的速度升温至940℃；

s92、保温：待到达温度后，保温1h；

s93、变介质冷却：先水冷1min，出水空冷30s，再水冷1min，出水空冷至室温；

s94、回火：以650℃的温度回火，回火时间为保温时间的1.2倍；

s95、常规空冷：空冷至室温。

通过热处理后的锻件内应力在处理过程中通过回火释放，降低了锻件前期的变形；锻坯各处表面硬度、组织均匀，机械强度高、性能强，热处理目的在于细化锻造过程中所造成的粗大晶粒，消除加工硬化和残余应力，降低硬度，改善切削加工性能，防止在锻件内部产生白点，保证获得所需的金属组织和机械性能；

s10、表面处理：将热处理后的锻件进行抛丸和磷皂化处理；

s11、探伤检测：通过超声波探伤确定锻件无裂纹和缺陷。

请参阅图3、图6和图7，得到法兰轮毂的锻件成品。

请参阅图2，步骤s6中精锻同步模具包括下模座1，下模座1上端固定连接有下模2，下模2上端可拆卸连接有上模3，下模2和上模3之间的型腔内放置有锻件，锻件的盲孔位置上下两端分别设置有上冲头5和下冲头4，上模3内还设置有分次冲孔机构，分次冲孔机构包括与锻件上端面相匹配的环形压头6，环形压头6上端固定连接有一对第一顶杆7。

请参阅图4-5，环形压头6上开凿有与安装孔数量一致的活动孔，活动孔内滑动连接有贯穿冲头9，贯穿冲头9上端固定连接有第二顶杆8，第一顶杆7和第二顶杆8分开连接有驱动机构，液压或者气压驱动均可，驱动方式与现有技术一致即可，通过分次冲孔机构可以同时完成锻件上减重部位和安装孔部位的一次成型，无需后续的机加工处理，减少处理难度和工序，降低成本，贯穿冲头9下端开凿有凹槽，凹槽垫设有导热硅胶层10，导热硅胶层10凹槽底壁之间固定连接有导热网，凹槽起到避让锻件上安装孔部位芯部的作用，同时减小贯穿冲头9下端与锻件上端面的接触面积，以环形的小面积接触来提高冲孔压力，减少安装孔附近材料的变形，导热硅胶层10起到蓄热并加热的作用，同时具有柔性变形的能力，用于对安装孔部位中心芯部进行加热，使之迅速升温与锻件其它部位产生温度差，温度差导致安装孔部位的热应力产生，既降低此处的变形抗力，同时使得贯穿冲头9的冲孔更为容易，局部变形更小，凹槽与贯穿冲头9外壁之间的距离为0.2-0.5mm，该距离决定了冲孔过程中的环形接触面积，过小的话导致贯穿冲头9的强度不够，在冲孔过程中容易发生断裂或者变形而导致冲孔失败，过大的话导致贯穿冲头9的冲孔压力下降，一方面需要提供更大的冲孔驱动力，另一方面会增大局部变形。

步骤s6中先成型盲孔，后成型安装孔，采用此顺序成型的锻件尺寸和形状误差小，成品精度高。

精锻的具体步骤为：先对导热硅胶层10进行预热，预热后下冲头4、上冲头5和环形压头6同步冲孔，锻件上端受到反挤，材料呈碗状向上凸起，锻件基本成型，减重部位和盲孔部位均成型，接着驱动第二顶杆8带动贯穿冲头9向下对锻件进行冲孔，由于锻件安装孔芯部受到导热硅胶层10的加热后与周围产生温度差，热应力就此产生，贯穿冲头9相对凹槽的凸出部正好可以顺着热应力向下冲孔，同时安装孔部位由于加热会提高此处的塑性，变形抗力减小，方便形成安装孔的同时防止变形，安装孔成型时先沿直接受力的边缘变形，安装孔芯部随之变形。

锻件采用温锻工艺，在步骤s2退火中胚料出炉空冷至280-320℃后立即进入到下一步骤，温锻成形具有冷锻成形及热锻成形的优点。温锻成形完全继承了冷锻成形生产效率高、节约原材料、改善产品质量等优点，而且比冷锻成形抗力低、成形性好。同时，温度成形避免了热锻成形能耗大，容易产生过热、过烧、氧化、脱碳、加工余量大、产品质量不高等缺点。

实施例2：

请参阅图1，一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺，包括以下步骤：

s1、下料：根据图纸计算锻料尺寸，将锻料通过自动切削切削成胚料，下料重量为理论重量的1.04倍；

s2、退火：将胚料送入加热炉中缓慢加热至温度为740℃，退火加热速度为100-150℃/h，保温1.5h后，迅速转移到温度为690℃的加热炉中，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体，出炉空冷；

s3、去氧化皮：将加热过的坯料通过锻件毛坯去皮机清理加热后红热坯料表面粘附的氧化皮；

s4、镦粗：将胚料放置在镦粗模具上通过冲床镦粗；

s5、粗锻：将镦粗后的胚料放置在粗锻模具型腔中进行粗锻，实现锻件上盲孔的预成型，得到与锻件成品轮廓相似的粗胚；

s6、精锻：将粗锻后的胚料放置在精锻同步模具的型腔中通过分次冲孔机构进行精锻，实现锻件上盲孔和安装孔的成型，得到锻件毛坯；

s7、预热处理：在精锻前对分次冲孔机构进行预热，且预热温度应高于锻件温度80℃；

s8、切边：将尚有余温的毛胚切边形成目标锻件；

s9、热处理：等待毛坯缓慢空冷至室温，热处理具体包括以下步骤：

s91、正火：将毛坯送入加热炉中，以低于100℃/h的速度升温至950℃；

s92、保温：待到达温度后，保温1.5h；

s93、变介质冷却：先水冷1.5min，出水空冷35s，再水冷1.5min，出水空冷至室温；

s94、回火：以680℃的温度回火，回火时间为保温时间的1.4倍；

s95、常规空冷：空冷至室温。

s10、表面处理：将热处理后的锻件进行抛丸和磷皂化处理；

s11、探伤检测：通过超声波探伤确定锻件无裂纹和缺陷。

其余部分与实施例1保持一致。

实施例3：

请参阅图1，一种同步型锻件去废料减重的锻造工艺，包括以下步骤：

s1、下料：根据图纸计算锻料尺寸，将锻料通过自动切削切削成胚料，下料重量为理论重量的1.05倍；

s2、退火：将胚料送入加热炉中缓慢加热至温度为760℃，退火加热速度为150℃/h，保温2h后，迅速转移到温度为700℃的加热炉中，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体，出炉空冷；

s3、去氧化皮：将加热过的坯料通过锻件毛坯去皮机清理加热后红热坯料表面粘附的氧化皮；

s4、镦粗：将胚料放置在镦粗模具上通过冲床镦粗；

s5、粗锻：将镦粗后的胚料放置在粗锻模具型腔中进行粗锻，实现锻件上盲孔的预成型，得到与锻件成品轮廓相似的粗胚；

s6、精锻：将粗锻后的胚料放置在精锻同步模具的型腔中通过分次冲孔机构进行精锻，实现锻件上盲孔和安装孔的成型，得到锻件毛坯；

s7、预热处理：在精锻前对分次冲孔机构进行预热，且预热温度应高于锻件温度100℃；

s8、切边：将尚有余温的毛胚切边形成目标锻件；

s9、热处理：等待毛坯缓慢空冷至室温，热处理具体包括以下步骤：

s91、正火：将毛坯送入加热炉中，以低于90℃/h的速度升温至960℃；

s92、保温：待到达温度后，保温2h；

s93、变介质冷却：先水冷2min，出水空冷40s，再水冷2min，出水空冷至室温；

s94、回火：以700℃的温度回火，回火时间为保温时间的1.5倍；

s85、常规空冷：空冷至室温。

s10、表面处理：将热处理后的锻件进行抛丸和磷皂化处理；

s11、探伤检测：通过超声波探伤确定锻件无裂纹和缺陷。

其余部分与实施例1保持一致。

本发明可以实现在锻造工艺中对锻件的减重部位和安装孔部位，通过在现有的精锻模具内安装分次冲孔机构，基于热应力原理和锻件的塑性变形规律，可以使得锻件直接在锻造过程中进行一次成型，防止锻件局部变形，且废料一次去除，避免锻造后的机加工工艺带来的加工难度和繁琐操作，成本得以进一步降低，同时还可以避免非加工面冲孔毛刺的出现，使得整体机械加工工作量减少，辅以全程精准的温度控制，不仅可以得到法兰轮毂锻件的形状，不易出现尺寸偏差，而且能改善金属内部组织，提高金属的机械性能和物理性能，进而提升法兰轮毂锻件的使用性能和寿命。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。