一种变截面钛合金框类锻件模锻加工方法与流程

本发明属于模锻工艺技术，具体是一种大型近圆形的非规则变截面钛合金框类(即框型结构)锻件的模锻加工方法。

背景技术：

大型近圆形的非规则变截面钛合金框类锻件是航空器(飞机)上的重要承力构件，例如作为大型筋板件的隔框、壁板等，其锻造工艺及成形质量一直是行业关注的技术焦点。

此类锻件的锻造成形一般是按照“制坯+预锻+终锻”的工艺过程模锻实现的。在现有的模锻加工技术中，制坯工序段和/或预锻工序段对对应的制坯件和/或预锻件的锻造加工仅是通过传统的常规模腔进行扩框而实现的。

然而，此类锻件的成形过程是将等截面、等半径的镦饼通过各工序段的锻造加工以形成变截面、变半径扩展的、非规则的近圆形框型结构，在等截面、等半径镦饼向变截面、变半径的扩框成形-即制坯件(等截面、等半径的镦饼经锻造转换为变截面、变半径的制坯件)、预锻件(等截面、等半径的镦饼经锻造转换为变截面、变半径的制坯件，再由变截面、变半径的制坯件经锻造转换为更大扩框结构变化的预锻件)等成形过程中，镦饼存在着沿圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的半径距离长短变化，从而在模锻加工过程必然存在相对的易成形部位和难成形部位。现有的模锻加工技术加工下的制坯件和/或预锻件分料不均，导致厚大部位和离中心较远部位(即锻件上的难成形部位)的成形不足，给后工序段的加工带来一系列技术难题，包括后工序段的定位不准、折叠、过程控制一致性差等诸多技术问题，加工技术难度增大，效率降低，质量不易保证。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：针对上述大型近圆形的变截面钛合金框类锻件的特殊性和现有模锻加工技术的不足，提供一种在模锻加工过程中能够有效地由等截面、等半径向变截面、变半径扩框成形时相对均匀分料，保障难成形部位高效、高质量成形的变截面钛合金框类锻件模锻加工方法。

本发明的技术目的通过下述技术方案实现：一种变截面钛合金框类锻件模锻加工方法，所述变截面钛合金框类锻件为近圆形的框型结构，所述模锻加工方法是在制坯模和/或预锻模的下模模腔内设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，所述制坯模和/或所述预锻模上的分流腔用作对应的制坯件和/或预锻件在模锻加工过程中由等截面、等半径向变截面、变半径扩框成形时的分料。

作为优选方案之一，所述制坯模的下模模腔内的分流腔与所述预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置。

作为优选方案之一，所述制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于所述下模模腔内的镦饼边缘处，所述制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：

v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.1～1.3；

式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积；

v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积；

v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。

作为优选方案之一，所述制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，所述分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以不低于100mm半径的圆角过渡；和/或，所述预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，所述分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以不低于100mm半径的圆角过渡。

作为优选方案之一，所述制坯模的上模模腔内设置有在垂直方向上对应于下模模腔内的分流腔的内凹结构分流腔；和/或，所述预锻模的上模模腔内设置有在垂直方向上对应于下模模腔内的分流腔的内凹结构分流腔。

作为优选方案之一，所述制坯模的下模模腔内设置有多段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这些定位凸台处在放置于所述下模模腔内的镦饼外侧，这些定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大10～30mm，所述镦饼放置于这些定位凸台所构成圆的中心区域处。进一步的，所述制坯模的下模模腔内的定位凸台高度不低于20mm、宽度不低于30mm，所述定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，所述定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。

作为优选方案之一，所述设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，是根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区。

作为优选方案之一，所述设计锻件为航空器上的承力构件，所述设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例为1：0.95～1：0.9～0.95：0.5～0.6。进一步的，所述设计锻件在制坯工序段的连皮与框之间的斜度为45～60°、内圆角半径不低于100mm，所述设计锻件在预锻工序段的连皮与框之间的斜度为45°、内圆角半径为制坯工序段的一半。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明通过在制坯模和/或预锻模的下模模腔内设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，能够使规则的等截面、等半径镦饼在锻造过程中向非规则的异型变截面、变半径扩框-即制坯件和/或预锻件成形时有效进行引导分料，以调节制坯件和/或预锻件在成形过程中的金属材料流动速度和方向，使设计锻件上的难成形部位与易成形部位趋于同时、高质量成形，起到降低成形压力、避免锻造中的金属材料在难成部位形成汇流而导致折叠等缺陷发生的作用，保障设计锻件的难成形部位高效率、高质量成形；

2.本发明优选制坯模的下模模腔内和预锻模的下模模腔内分别成形分流腔结构，这样更有利于保障设计锻件的难成形部位高效率、高质量成形；在此基础上，使制坯模的下模模腔内的分流腔与预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置，有利于制坯模锻造出的制坯件在预锻模内能够实现快速、准确、平稳的定位，避免预锻件在成形摆料时发生偏移、转动等定位不准的现象(这些现象会引起预锻件的局部成形不足、折叠、啃料等缺陷发生，不利于保障成形质量)；

3.本发明制坯模的下模模腔内的分流腔成形结构，能够使制坯件在锻造成形过程中能够可靠地将多余金属材料引导分料至设计锻件的难成形部位处，以可靠地满足于设计锻件的难成形部位成形需求；

4.本发明制坯模/预锻模的下模模腔内的分流腔成形结构，有利于锻造好的制坯件/预锻件轻松、方便的取出；制坯模/预锻模的下模模腔内的分流腔与制坯件/预锻件的设计连皮和框之间的圆角过渡结构，能够有效降低锻造中的金属材料流入分流腔的阻力，从而有利于分流腔处和分流腔外侧处的难成形部位的成形，此外，分流腔在制坯件/预锻件上所成形出的分料凸台，能够与制坯件/预锻件的设计连皮和框之间的结构形成平缓自然过渡，避免成形时出现三向汇流而导致的折叠缺陷发生；

5.本发明制坯模/预锻模的上模模腔内设置的对应于下模模腔内分流腔的分流腔结构，能够起到与下模模腔内的分流腔相同的作用，从而配合对应下模模腔内的分流腔以更高效率、更高质量成形设计锻件的难成形部位；

6.本发明制坯模的下模模腔内设置的定位凸台结构，具有便于对镦饼进行定位的作用，以避免因摆放偏斜而引起的局部成形不足问题，同时与分流腔配合而对锻造中的金属材料进行分流，增加金属材料向易成形区流动的阻力，促进金属材料向分流腔内流动；这些定位凸台在下模模腔内所构成圆的内径与镦饼底部外径之间的配合关系，给自由锻获得的成形尺寸和精度不高的镦饼在制坯模内锻造时留出足够余量，避免镦饼直径过大时而无法摆放定位的问题发生；此外，定位凸台的尺寸要求，有利于飞边量均匀控制，从而使设计锻件上的易成形部位和难成形部位能够可靠地趋于同时成形，定位凸台的内、外侧斜度配合关系既利于镦饼定位，又能够在锻造时使金属材料流过凸台后平稳的流向外侧分流腔；

7.本发明的扩框尺寸比例要求，能够有效地控制火次变形量，从而有效地避免火次变形量过大(火次变形量过大会使设计锻件发生内部或表面开裂，以及组织、性能不均匀等缺陷，亦会导致成形力过大而超过设备极限)；

8.本发明的设计锻件在制坯工序段/预锻工序段的连皮与框之间的斜度、以及内圆角半径要求，使制坯件/预锻件在锻造成形时的连皮与框平缓过渡，不易出现流线紊乱(穿流或涡流)、折叠等缺陷；预锻工序段的要求值比制坯工序段的小，有利于制坯件在预锻模内的摆料、以及预锻件锻造成形，避免出现啃伤和折叠等缺陷。

附图说明

图1是本发明所要加工成形的设计锻件的结构示意图。

图2是图1所示设计锻件上的易成形部位、难成形部位的分区示意图。

图3是本发明所用的制坯模的一种结构示意图。

图4是镦饼放入图3所示制坯模内的一种结构示意图。

图5是本发明所用的预锻模的一种结构示意图。

图6是制坯件放入图5所示预锻模内的一种结构示意图。

图7是本发明在加工过程中的制坯件的等效应变分布和成形情况图。

图8是本发明在加工过程中的预锻件的等效应变分布和成形情况图。

图9是本发明在加工过程中的预锻件的材料流动速度和方向分布图。

图10是本发明在加工过程中的预锻件的表面膨胀系数(折叠风险)分布图。

具体实施方式

本发明属于模锻工艺技术，具体是一种近圆形的非规则变截面钛合金框类(即框型结构)锻件的模锻加工方法，参见图1所示，本发明所述的变截面钛合金框类锻件(为了方便描述，以下简称“设计锻件”)为近圆形的框型结构，该近圆形的框型结构为航空器(飞机)上的重要承力构件，例如作为大型筋板件的隔框、壁板等。

下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明，其中，实施例1结合说明书附图-即图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释，其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。

在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。

实施例1

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：0.97：0.93：0.55；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约50°、内圆角半径设计为约100mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为50mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，具体参见图2所示，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区(即图中的ⅰ区部位)，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区(即图中的ⅲ区部位)，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区(即图中的ⅱ区部位)；

-在制坯模和预锻模的下模模腔内分别设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在制坯模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔，同样的，在预锻模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔；制坯模的下模模腔内的分流腔与预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置，即它们在上下方向的投影中是能够重合的(仅指制坯模和预锻模上的分流腔投影重合，并非指制坯模的下模模腔和预锻模的下模模腔能够投影重合)，见图3、图4、图5和图6所示。为了提高模锻加工的效率和质量，在制坯模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，制坯模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，制坯模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已；同样的，在预锻模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，预锻模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，预锻模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的镦饼边缘处，制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.2；式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积，v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积，v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。此外，制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔体积，相较于制坯模的下模模腔内的分流腔体积而言，在其外周轮廓不变的前提下，将深度在一定程度上减小-例如约为制坯模上的分流腔深度的2/3等等。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内设置有三段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这三段定位凸台处在放置于下模模腔内的镦饼外侧-即处在镦饼的腰鼓型区域外侧，这三段定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大约20mm，镦饼放置于这三段定位凸台所构成圆的中心区域处，放置到位的镦饼外周与定位凸台所构成圆呈同心圆环状。要求制坯模的下模模腔内的各段定位凸台的高度约为20mm、宽度约为30mm，各段定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，各段定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。前述定位凸台的数量非特定，其可以是其它数量，例如四段、五段、六段等，无论几段，这些定位凸台处在设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位处，错开设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，也即错开分流腔的成形位置。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，制坯模上的分流腔用作制坯件在模锻加工过程中由等截面、等半径的镦饼向变截面、变半径扩框-制坯件成形时的分料。同样的，预锻模上的分流腔用作预锻件在模锻加工过程中使由等截面、等半径的镦饼扩框而来的制坯件向更大幅度的变截面、变半径扩框-预锻件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造，见图7、图8、图9和图10所示。

实施例2

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：0.98：0.94：0.6；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约55°、内圆角半径设计为约104mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为52mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区；

-在制坯模和预锻模的下模模腔内分别设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在制坯模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔，同样的，在预锻模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔；制坯模的下模模腔内的分流腔与预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置，即它们在上下方向的投影中是能够重合的(仅指制坯模和预锻模上的分流腔投影重合，并非指制坯模的下模模腔和预锻模的下模模腔能够投影重合)。为了提高模锻加工的效率和质量，在制坯模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，制坯模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，制坯模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已；同样的，在预锻模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，预锻模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，预锻模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的镦饼边缘处，制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.3；式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积，v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积，v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。此外，制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以约为105mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔体积，相较于制坯模的下模模腔内的分流腔体积而言，在其外周轮廓不变的前提下，将深度在一定程度上减小-例如约为制坯模上的分流腔深度的1/2等等。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内设置有三段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这三段定位凸台处在放置于下模模腔内的镦饼外侧-即处在镦饼的腰鼓型区域外侧，这三段定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大约25mm，镦饼放置于这三段定位凸台所构成圆的中心区域处，放置到位的镦饼外周与定位凸台所构成圆呈同心圆环状。要求制坯模的下模模腔内的各段定位凸台的高度约为25mm、宽度约为32mm，各段定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，各段定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。前述定位凸台的数量非特定，其可以是其它数量，例如四段、五段、六段等，无论几段，这些定位凸台处在设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位处，错开设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，也即错开分流腔的成形位置。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以约为105mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，制坯模上的分流腔用作制坯件在模锻加工过程中由等截面、等半径的镦饼向变截面、变半径扩框-制坯件成形时的分料。同样的，预锻模上的分流腔用作预锻件在模锻加工过程中使由等截面、等半径的镦饼扩框而来的制坯件向更大幅度的变截面、变半径扩框-预锻件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造。

实施例3

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：0.96：0.92：0.52；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约45°、内圆角半径设计为约100mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为50mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区；

-在制坯模和预锻模的下模模腔内分别设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在制坯模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔，同样的，在预锻模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔；制坯模的下模模腔内的分流腔与预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置，即它们在上下方向的投影中是能够重合的(仅指制坯模和预锻模上的分流腔投影重合，并非指制坯模的下模模腔和预锻模的下模模腔能够投影重合)。为了提高模锻加工的效率和质量，在制坯模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，制坯模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，制坯模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已；同样的，在预锻模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，预锻模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，预锻模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的镦饼边缘处，制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.1；式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积，v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积，v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。此外，制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔体积，相较于制坯模的下模模腔内的分流腔体积而言，在其外周轮廓不变的前提下，将深度在一定程度上减小-例如约为制坯模上的分流腔深度的4/5等等。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内设置有三段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这三段定位凸台处在放置于下模模腔内的镦饼外侧-即处在镦饼的腰鼓型区域外侧，这三段定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大约10mm，镦饼放置于这三段定位凸台所构成圆的中心区域处，放置到位的镦饼外周与定位凸台所构成圆呈同心圆环状。要求制坯模的下模模腔内的各段定位凸台的高度约为21mm、宽度约为30mm，各段定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，各段定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。前述定位凸台的数量非特定，其可以是其它数量，例如四段、五段、六段等，无论几段，这些定位凸台处在设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位处，错开设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，也即错开分流腔的成形位置。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，制坯模上的分流腔用作制坯件在模锻加工过程中由等截面、等半径的镦饼向变截面、变半径扩框-制坯件成形时的分料。同样的，预锻模上的分流腔用作预锻件在模锻加工过程中使由等截面、等半径的镦饼扩框而来的制坯件向更大幅度的变截面、变半径扩框-预锻件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造。

实施例4

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：0.98：0.9：0.57；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约60°、内圆角半径设计为约100mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为50mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区；

-在制坯模的下模模腔内设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在制坯模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔。为了提高模锻加工的效率和质量，在制坯模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，制坯模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，制坯模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的镦饼边缘处，制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.2；式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积，v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积，v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。此外，制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内设置有三段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这三段定位凸台处在放置于下模模腔内的镦饼外侧-即处在镦饼的腰鼓型区域外侧，这三段定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大约15mm，镦饼放置于这三段定位凸台所构成圆的中心区域处，放置到位的镦饼外周与定位凸台所构成圆呈同心圆环状。要求制坯模的下模模腔内的各段定位凸台的高度约为22mm、宽度约为31mm，各段定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，各段定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。前述定位凸台的数量非特定，其可以是其它数量，例如四段、五段、六段等，无论几段，这些定位凸台处在设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位处，错开设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，也即错开分流腔的成形位置。

在上述技术措施中，制坯模上的分流腔用作制坯件在模锻加工过程中由等截面、等半径的镦饼向变截面、变半径扩框-制坯件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造。

实施例5

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：1：0.93：0.5；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约52°、内圆角半径设计为约100mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为50mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区；

-在预锻模的下模模腔内设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在预锻模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔。为了提高模锻加工的效率和质量，在预锻模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，预锻模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，预锻模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的预锻件的靠近边缘处，预锻模的下模模腔内的分流腔体积约为预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积。此外，预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，预锻模上的分流腔用作预锻件在模锻加工过程中使由等截面、等半径的镦饼扩框而来的制坯件向更大幅度的变截面、变半径扩框-预锻件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造。

实施例6

本发明的设计锻件由于呈非规则的变截面、变半径的近圆形框型结构，因而其在模锻加工过程中必然存在易成形部位和难成形部位，而难成形部位则是设计锻件锻造加工的技术难点。

本发明的模锻加工方法包括下述工艺措施：

-根据设计锻件的尺寸、结构特征，以及设备成形力大小、锻件变形量，确定出设计锻件在终锻工序段、预锻工序段、制坯工序段和坯料工序段的扩框尺寸比例约为1：0.95：0.9：0.54；

-在设计锻件的加工流程中，坯料工序段以自由锻方式将棒料镦粗成饼坯-即腰鼓型结构的镦饼，制坯工序段以模锻方式将镦饼锻造为制坯件，预锻工序段以模锻方式将制坯件锻造为预锻件，终锻工序段以模锻方式将预锻件锻造为终锻件，成品工序段以机加方式方式终锻件上的多余部位去除得成品；按此加工流程，初步确定出预锻件、制坯件、镦饼的外形轮廓尺寸；

-将制坯件的连皮与框之间的斜度设计为约48°、内圆角半径设计为约100mm；将预锻件的连皮与框之间的斜度设计为45°、内圆角半径设计为制坯工序段的一半-即约为50mm；

-对设计锻件进行分区，确定出易成形部位、过渡部位和难成形部位，根据设计锻件在模锻加工过程中沿着圆周的截面结构变化、以及近圆形框与等半径镦饼之间的距离长短变化，将截面结构变化小、距离变化短的部位划分为易成形区，将截面变化大、距离变化长的部位划分为难成形区，将易成形区与难成形区之间的部位划分为过渡区；

-在制坯模和预锻模的下模模腔内分别设置对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位的内凹结构分流腔，换言之，在制坯模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔，同样的，在预锻模的下模模腔内，对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位而设置内凹结构的分流腔；制坯模的下模模腔内的分流腔与预锻模的下模模腔内的分流腔保持相同位置，即它们在上下方向的投影中是能够重合的(仅指制坯模和预锻模上的分流腔投影重合，并非指制坯模的下模模腔和预锻模的下模模腔能够投影重合)。为了提高模锻加工的效率和质量，在制坯模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，制坯模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，制坯模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已；同样的，在预锻模的上模模腔内亦设置有内凹结构的分流腔，预锻模的上模模腔内的分流腔应当在垂直方向上正对于下方的下模模腔内的分流腔，当然，预锻模的上模模腔内的分流腔结构形态和下模模腔内的分流腔结构形态一致，二者只是在上下方位上存在镜像变化而已。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内的分流腔处在放置于下模模腔内的镦饼边缘处，制坯模的下模模腔内的分流腔体积大于预锻件上的等弧度难成形部位相对于等弧度易成形部位多出的体积，满足如下关系式：v分流腔：(v难成形区-v易成形区)＝1.3；式中，v分流腔为制坯模的下模模腔内的分流腔的体积，v难成形区为预锻件上的等弧度难成形部位的体积，v易成形区为预锻件上的等弧度易成形部位的体积。此外，制坯模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与制坯件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔体积，相较于制坯模的下模模腔内的分流腔体积而言，在其外周轮廓不变的前提下，将深度在一定程度上减小-例如约为制坯模上的分流腔深度的2/3等等。

在上述技术措施中，制坯模的下模模腔内设置有三段弧形状的、对应于设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位的定位凸台，这三段定位凸台处在放置于下模模腔内的镦饼外侧-即处在镦饼的腰鼓型区域外侧，这三段定位凸台所构成圆的内径比镦饼的底部外径大约18mm，镦饼放置于这三段定位凸台所构成圆的中心区域处，放置到位的镦饼外周与定位凸台所构成圆呈同心圆环状。要求制坯模的下模模腔内的各段定位凸台的高度约为20mm、宽度约为30mm，各段定位凸台的内侧拔模斜度大于外侧斜度，各段定位凸台的外侧斜度不低于制坯件在该对应部位处的设计连皮和框之间的斜度。前述定位凸台的数量非特定，其可以是其它数量，例如四段、五段、六段等，无论几段，这些定位凸台处在设计锻件在模锻加工过程中所存在的易成形部位处，错开设计锻件在模锻加工过程中所存在的难成形部位，也即错开分流腔的成形位置。

在上述技术措施中，预锻模的下模模腔内的分流腔为底部倒圆的圆锥体结构，该分流腔与预锻件的设计连皮和框之间以约为100mm半径的圆角过渡。

在上述技术措施中，制坯模上的分流腔用作制坯件在模锻加工过程中由等截面、等半径的镦饼向变截面、变半径扩框-制坯件成形时的分料。同样的，预锻模上的分流腔用作预锻件在模锻加工过程中使由等截面、等半径的镦饼扩框而来的制坯件向更大幅度的变截面、变半径扩框-预锻件成形时的分料。

基于上述各技术措施，从满足于定位准确、锻件成形充分、变形量和温度场符合工艺窗口、成形力符合设备条件的设计标准中，对设计的镦饼、制坯件、预锻件、终锻件进行全流程数值模拟分析；经反复的模拟优化，不断简化出制坯件、预锻件、终锻件的确定形状，并确定出镦饼、制坯件、预锻件、终锻件的结构设计和预锻火次；最终，利用自由锻设备完成镦饼的锻造，利用模锻压机完成制坯件、预锻件、终锻件的锻造。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。