一种薄壁筒形锻件锻造用组合模具的制作方法

1.本实用新型属于筒形锻件锻造加工技术领域，涉及一种薄壁筒形锻件锻造用组合模具。


背景技术：

2.薄壁筒形锻件，在锻造加工过程中，由于薄壁特点，锻造过程，坯料温降较快，变形抗力加剧，难于成型，坯料变形再结晶不充分，组织均匀性难以控制。传统筒形锻件设计连皮位于底部，采用自由锻饼坯，饼坯组织均匀性相对不好，模锻采用反挤压成型，成型火次多，生产周期长且产出锻件组织均匀性较差，严重影响产品交付配套。


技术实现要素：

3.实用新型目的：提供一种薄壁筒形锻件锻造用组合模具，以提升力学性能。
4.本实用新型的技术方案是：
5.一种薄壁筒形锻件锻造用组合模具，包括：终锻模具和预锻模具，其中，
6.终锻模具，包括上终锻模、下终锻模和第一顶出块，第一顶出块设置在下终锻模底部，上终锻模、下终锻模及第一顶出块合模后型腔对应终锻件的形状，上终锻模冲头与第一顶出块之间的间隙对应锻件的连皮部分，l1＝h1/3～h1/2， h1为终锻件高度，l1为连皮水平中心线所处的高度，第一顶出块上设置有直径为a2的凸台，凸台高度h2，第一顶出块外径为d1，上模冲头外径为b1，下模型腔下端内径为c3，下模型腔上端内径为c1，
7.预锻模具包括上预锻模、下预锻模以及第二顶出块，第二顶出块设置在下预锻模底部，分模面处于预制坯料高度的1/3～1/2部位，预锻模具型腔对应预锻件，预锻件型腔高度h3，分模面距离预锻件型腔下端面的高度为l3，分模面外径c2，分模面处型腔内壁圆弧过渡，第二顶出块上端面设置有直径a3高度h3的凸台，上预锻模型腔底面直径b2，下预锻模型腔底面设置有内径为d2环形凹槽，环形凹槽内侧面与下端面之间的过渡圆弧为r2，其中，h1＞h3、 b2＝b1、c3＞c2、d1＞d2、c1-b1＜c2-b2、r1＜r2，a2＝a3、h2＝h3。
8.进一步地，终锻模具连皮部分的厚度l2为30～60mm。
9.进一步地，上终锻模冲头外壁出模斜度f
°
，下终锻模型腔内壁向上具有出模斜度g
°
，连皮部分上水平线交接处具有向上的出模斜度e
°
，出模斜度之间存在关系f＞e，且g＞e。
10.进一步地，上终锻模冲头下端面与上连皮水平线之间具有倾斜角度h＝7～ 10
°
，连皮部分下水平线与筒下腔出模面弧形过渡，过渡圆角r1。
11.进一步地，预锻件型腔上下出模斜度均有15～20
°
。
12.进一步地，预锻模具分模面与型腔上端面尺寸差不小于模锻件最大壁厚，预锻模具型腔的两个端面外圆棱角应设计成大圆弧，大圆弧“r4”和“r3”应设计为 r20～60。
13.本实用新型的有益效果是：本实用新型通过对薄壁筒形锻件的设计改进降低成型难度，在制坯工序合理设计坯料尺寸结构，保证终锻筒形锻件各部位的充分变形，达到细化
晶粒与提高组织均匀性的作用，使力学性能同时得到进一步提升，满足锻件验收技术要求。
附图说明
14.图1是终锻模具结构示意图；
15.图2是对料段下料机加时的结构示意图；
16.图3是预锻模具结构示意图。
17.其中，上终锻模1、下终锻模2、第一顶出块3，连皮中心线4、连皮上水平线5、连皮下水平线6、上预锻模7、下预锻模8、第二顶出块9。
具体实施方式
18.传统的锻件设计基本决定了成型工艺难度大，组织均匀性控制无法保障。薄壁筒形锻件，在锻造加工过程中，由于薄壁特点，锻造过程，坯料温降较快，变形抗力加剧，难于成型，坯料变形再结晶不充分，组织均匀性难以控制。传统筒形锻件设计连皮位于底部，采用自由锻饼坯，饼坯组织均匀性相对不好，模锻采用反挤压成型，成型火次多，生产周期长且产出锻件组织均匀性较差，严重影响产品交付配套。本实用新型通过对薄壁筒形锻件的设计改进降低成型难度，在制坯工序合理设计坯料尺寸结构，保证终锻筒形锻件各部位的充分变形，达到细化晶粒与提高组织均匀性的作用，使力学性能同时得到进一步提升，满足锻件验收技术要求。
19.筒形模锻件，由于传统的工艺方法未能注意对组织控制要求，预制坯尺寸结构未进行合理设计，导致筒形件变形存在上端与下端不一致情况，导致不同部位变形温度差异大，导致组织性能状态差异大。而且传统工艺在模锻用预制坯采用饼坯，饼坯生产采用自由锻方式，不同部位变形差异大，导致组织差异大，加上模锻存在变形存在较差部位最终叠加，较差组织状态遗传至筒形模锻件。解决该问题的关键是采用模锻方式制预制坯料，改善预制坯料的组织均匀性，减少变形较差的区域存在。结合变形流动情况，预制坯料外形设计在结构尺寸与筒形模锻件存在约束关联，确保预制坯在模锻过程不同部位在筒形模锻件上下端面成型同步，且通过出模斜度约束，改善坯料流动截面进一步改善变形，达到细化组织效果。
20.为了解决上述问题，本实用新型提供了一种薄壁筒形锻件锻造用组合模具。包括预锻模具和终锻模具。
21.1、根据终锻件结构确定薄壁筒形模锻件的终锻模具结构，如图1所示，终锻模具包括上终锻模1、下终锻模2、第一顶出块3，终锻件为终锻模具闭合时为h型的旋转体型腔，如图1所示，上终锻模1、下终锻模2和第一顶出块3 合模后型腔对应终锻件的形状，上终锻模1冲头与第一顶出块3之间的间隙对应锻件的连皮部分，其中，上终锻模1冲头与第一顶出块3之间的间隙对应锻件的连皮部分，连皮水平中心线4距底端为终锻件高度的1/3～1/2部位，尺寸结构特征：l1＝h1/3～h1/2，l2＝30～60mm。目的达到分料作用，在后续变形过程坯料向上下端面流动均匀。其中，h1为终锻件高度，l1为连皮水平中心线4所处的高度，l2为连皮部分的厚度。不同材料变形抗力不同，模锻成型后连皮厚度l2差异较大，造成连皮部分占据体积不同，对后续模锻分流到终锻件筒壁的料不同。其中，上终锻模1冲头外壁出模斜度f
°
，下终锻模2型腔内壁向上具有出模斜度g
°
，与连皮部分上水平线5交接处具有向上的出模斜
度e
°
，出模斜度之间存在关系f＞e，且g＞e。上终锻模1冲头下端面与连皮上水平线5之间具有倾斜角度h＝7～10
°
。有助于进一步改善坯料流动，改善组织均匀性，改善坯料流动截面，增加应力作用，有助于细化组织。上终锻模1冲头外壁出模面与连皮上水平线5倾斜面弧形过渡。连皮下水平线6与筒下腔出模面弧形过渡，过渡圆角r1。连皮下水平线6上设置有直径为a2的凸台，凸台高度h2。第一顶出块3外径为d1。上终锻模1冲头外径为b1,下终锻模2型腔下端内径为c3，下终锻模2型腔上端内径为c1。
22.2、根据终锻件结构确定预锻模具结构，如图3所示，预锻模具包括上预锻模7、下预锻模8、第二顶出块9，预锻件为预锻模具闭合时的型腔，如图3所示，分模面处于预锻件高度的1/3～1/2部位，与终锻件保持协调匹配。其中，预锻件高度h3，分模面距离预锻件型腔下端面的高度为l3。分模面外径c2。
23.3、预锻模具分模面处型腔内壁圆弧过渡。
24.4、预锻件型腔上下出模斜度均有15～20
°
。
25.5、预锻模具分模面与型腔上端面尺寸差不小于模锻件最大壁厚。
26.6、第二顶出块9上端面设置有直径a3高度h3的凸台，下预锻模8型腔底面设置有内径为d2环形凹槽，所述凸台使下端面形成两级台阶结构，便于后续模锻定位。上预锻模7型腔底面直径b2，环形凹槽内侧面与下端面之间的过渡圆弧为r2。
27.7、预锻模具型腔的两个端面外圆棱角应设计成大圆弧，“r4”和“r3”应设计为r20～60。
28.具体如图3所示，除此之外，与终锻模具结构参数形成关联，特征如下：h1＞h3、b2＝b1、c3＞c2、d1＞d2、c1-b1＜c2-b2、r1＜r2，a1＝a2＝a3、 h1＝h2＝h3。其中，a1是料段定位凹坑(如图2)的直径，h1是料段定位凹坑的深度，通过关联约束有定位作用，也有在前边分料基础上再对坯料变形流动起到导向并限制作用，进一步，确保坯料在反挤压的基础上，筒壁各部位充分变形。