[发明专利]一种超大高径比棒料的连续锥形镦粗模具及镦粗方法

说明书

本发明公开了一种超大高径比棒料的连续锥形镦粗模具及镦粗方法，1)根据棒料的直径和锻件的体积，得到棒料的高度；2)选择凸模和凹模的成形壁面的锥度，根据成形壁面的锥角、棒料的高度和每次的镦粗比，确定镦粗次数、凸模和凹模的层数以及每层凸模模块的高度和每层凹模模块的高度；3)将棒料、凹模和凸模加热后，进行第一次镦粗成形；4)第一次镦粗完成后，将最小平均外径的凸模模块和最小平均内径的凹模模块拆卸掉，进行第二次镦粗；以此类推，直至镦粗件的高径比小于不失稳镦粗的最大高径比。该模具将凹模设计成内壁带有一定锥度的多个分层模块，通过凹模的斜壁对坯料的失稳进行约束，使其不产生折叠现象。

技术领域

本发明涉及一种超大高径比棒料连续锥形模具镦粗工艺及其模具结构，特别涉及一种利用锥形模具对超大高径比、镦粗易失稳折叠的棒料进行无折叠镦粗和提高变形均匀性的工艺技术。

背景技术

随着国民经济的不断发展，在关键装备和工程领域，对大型锻件需求越来越多，但这些领域内的锻件成形制造相对复杂和困难。这类锻件所用原材料体积较大，特别是对于航空、航天、军事设备领域的锻件，例如大型盘类和复杂叶轮类锻件，对其力学性能和组织性能要求高，锻件对原始坯料的质量要求也十分苛刻，某些重要锻件所采用的原始棒料需要进行A级探伤检测，且要求原始棒料直径不可超过A级探伤检测的最大直径。这样，对于较大型锻件，一方面所需要的原始坯料体积较大，但另一方面坯料直径又受到探伤检测最大直径的限制，造成原始棒料的高径比很大，甚至超大，例如高径比高达6及以上。对于大部分盘形锻件和复杂叶轮件，其体积分布均为扁平类，在制坯过程中必须将超大高径比的初始棒料镦粗成高径比较小的制坯件或预锻件。但是，超大高径比的原始棒料在镦粗时，极易产生失稳和折叠现象。因此，在锻件成形过程中，超大高径比棒料的镦粗制坯就成为一个十分重要的成形工序，如何保证超大高径比棒料在镦粗过程中不产生失稳和折叠是制坯工序的难点，也是整个锻件成形过程中需要解决的问题。

正常平砧镦粗的棒料高径比一般不超过2～3，当高径比超过3时，在镦粗过程中便会出现失稳和折叠现象。尽管对于小直径大高径比的棒料，可以采用电镦方式进行镦粗，但对于较大直径棒料，其电镦模具、加热方式和步进送料控制都很复杂，成本也高，且镦粗件形状和变形均匀性也不够理想，甚至难以实施。对大高径比棒料进行预制坯，还可采用带有浮动凹模的双向挤压模具结构，通过双向挤压的方式，虽然可以获得所需高径比的预制坯，但预制坯的变形均匀性不理想，局部变形相当剧烈，且浮动式模具结构的设计也相对较复杂。

梁秀春曾在《山西机械》上发表一篇名为“一种镦粗大高径比锻件的方法”的论文，以汽车后桥半轴成形为例介绍了一种镦粗大高径比棒料头部的工艺方法，但其模具结构对大高径比的棒料进行了约束，只是进行局部变形镦粗，虽然可以获得端部直径较大的预制坯，但是其变形均匀性不甚理想，局部变形量也较大，对于变形敏感材料的成形加工，会对后续变形过程造成不利影响，影响终锻件质量。

西南铝业(集团)有限责任公司在2009年公开了一种名为“自由锻高径比超极限镦粗法及镦粗砧”(公开号：CN 101491822)的专利技术。该技术介绍了一种高径比达3.3的铝合金材料在自由锻过程中，首先利用内凹的上、下镦粗砧对原始棒料进行镦粗，直至内凹空腔被填满；然后将下内凹砧换作平砧再进行镦粗，直至下部弧形端面被镦平；进一步将上内凹砧换作平砧进行镦粗，直至上部弧形端面被镦平和达到所要求的锻坯高度。此锻造技术虽可以在自由锻设备上对铝合金进行有效的镦粗制坯，但该技术所适用的棒料高径比只有3.3，对于高径比更大的棒料，其成形效果难以保证，且上下镦粗砧的加工制造也较复杂。