[发明专利]40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法及模具

说明书

技术领域

本发明属于金属材料塑性成形技术领域，特别涉及用于生产机械40Cr钢机匣体类零件的多向模锻生产工艺及模具。

背景技术

40Cr钢是一种低淬透性调质钢，也是国内应用最广泛的合金调质钢，但是40Cr钢的机加性能不太好。目前，国内军工系统对于40Cr钢机匣体类零件，传统的方法是采用模锻锤上开式模锻工艺生产，其工艺流程为下料→加热→锻造→切边。其工艺存在的主要问题是，飞边过厚，金属损耗大，锻件公差大，后续的机械加工余量大，材料的利用率低，另外由于锤模锻速度高，常因速度敏感性强而引起锻件表面裂纹。韩家学、王勇围等“45和40Cr钢曲柄锻造余热调制工艺”（参见金属热处理，2009（4），75～77页）提出对40Cr圆钢经中频感应加热精密锻造成形后进行余热恒温调质处理，能显著提高40Cr钢曲柄的淬透性和其他力学性能，组织和硬度分布均匀。但精密锻造成形变形抗力大，模具的工作状态恶劣，导致模具受用寿命低。邓磊、夏巨谌、王新云等“机匣体多向精锻工艺研究”（参见中国机械工程，2009（4），869～872页）提出了采用多向精锻工艺加工7A04机匣体类锻件的技术方案，设计了包括辊锻制坯、多向精锻预成型和多向精锻终成形的工艺方案以及可分凹模结构的多向精锻模具。采用热力耦合有限元方法对锻件成形过程进行了数值模拟，并在模拟结果基础上，确定机匣体锻件需两工步多向精锻成形的工艺。其优点是锻件尺寸容易得到保证，但制坯需要辊锻工艺，并且多向模锻工艺需两工步，效率不高。夏巨谌、胡国安等研究了7A04铝合金机匣体类零件多向模锻模具及多向模锻工艺（中国专利文献CN 101214526和CN 201217051Y）等，然而没有人通过采用多向模锻工艺对40Cr钢机匣体类进行多向模锻的研究。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种40Cr钢机匣体类零件的多向模锻工艺方法，并提供实现多向模锻工艺的多向模锻模具，目的在于有效地克服现有开式模锻工艺和等温模锻工艺存在的问题。

本发明的一种40Cr钢机匣体类零件多向模锻工艺方法，其特征在于包括如下步骤：（1）根据工艺要求，选用合适形状的40Cr钢材料进行下料，得到长度合适的毛坯件；

（2）在加热装置中将毛坯件加热至1000℃～1180℃；

（3）将毛坯件移入多向模锻模具的模膛内，毛坯靠模膛内对应于热锻件大头一端放置，对毛坯件模锻一次成形。

 一种用于前述模锻工艺方法的多向模锻模具，其特征在于：包括上半凹模、下半凹模、左侧凸模、右侧凸模、支撑模架以及在脱模时将锻件顶出的顶出机构，水平对称的上半凹模与下半凹模具有凸形截面，为水平对称分模结构；左侧凸模与右侧凸模具有凸形截面，为垂直对称结构；上半凹模、下半凹模与左侧凸模和右侧凸模对应部位设置有型槽，该型槽用于成形锻件两侧凸台；上半凹模、下半凹模、左侧凸模和右侧凸模所构成的模膛与预先设计好的机匣体热锻件形状和尺寸相同；

上半凹模与支撑模架的上模座连接，上模座带动上半凹模上下移动；下半凹模设置在支撑模架的下模座上；

左侧凸模连接在左侧凸模滑块上，右侧凸模连接在右侧凸模滑块上；左侧凸模滑块、右侧凸模滑块分别带动左侧凸模、右侧凸模横向移动。

进一步的特征是：所述上半凹模对应于左侧凸模、右侧凸模的前后两端均设有3°～5°的拔模斜面，下半凹模对应于左侧凸模、右侧凸模的前后两端均设有1°～3°的拔模斜面。

所述的的顶出机构，由直接与锻件接触的上顶杆、顶出器垫板、下顶出器垫板、下顶杆及下顶出器构成，上顶杆是若干根，上顶杆的下端设置在顶出器垫板上，顶出器垫板内设置下顶出器，顶出器的下端与下顶杆的上端接触；下半凹模和下模座内都设置有顶出孔，方便上顶杆或下顶杆穿过。

所述上半凹模和下半凹模均对应设置有导正销和导正孔。

本发明可有效的克服现有两种模锻工艺存在的问题。其中，最关键的是多向模锻工艺与模具，将凹模设计成上半凹模与下半凹模水平对称分模结构，左、右侧凸模分布在上、下两半凹模模块纵向对称线的两边，模膛对称分布，锻件均处于强烈的三向压应力状态。本发明与模锻锤上开式模锻相比其优点是：本发明的多向模锻在一次加热后完成，且不需切边工序；变形金属处于强烈的三向压应力状态，因而其塑性成形性能大为提高，加上在多向模锻液压机上模锻，其成形速度比锤上模锻成形速度低得多，不存在速度过高而出现的速度敏感性强导致表面产生裂纹的现象发生；锻件无飞边金属损耗，且余量和公差小，比开式模锻的材料利用率提高30%以上。