[发明专利]一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构及其设计方法

说明书

本发明涉及锻造模具技术领域，尤其涉及一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构及其设计方法，其在锻模型腔内设置有紧密接合的三层覆层，三层覆层从外至内依次为表层、中层、底层，表层的外表面与锻造型腔相同，三层覆层的内表面为锻造型腔的仿形曲面，三层覆层的硬度和弹性模量从外之内依次降低，通过上述技术方案，覆层（尤其是表层）的硬度更高，从而提高了模腔表面的耐疲劳度；其次，多层覆层的结构使得依靠中层和底层提高模具吸收锻造冲击力的能力，从而提高模具的使用寿命，减小其多次使用后的变形量，设计方法考虑了不同锻造过程对覆层的影响，可以容易地确定每层覆层的厚度，从而得到覆层的具体结构，该结构具有更长的使用寿命。

技术领域

本发明涉及锻造模具技术领域，特别是涉及一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构及其设计方法。

背景技术

锻造是机械产品生产的常用技术之一，锻造使用的模具是产品成型的关键，由于锻造时重复对模具的强力锻打，一定时间后，模具型腔会出现不同程度的几何尺寸扩大，甚至在某些部位产生裂纹，需要对其进行修复。为了提高锻模的使用寿命，现有技术中在制作模具和修复模具时，采用增材焊接的方式在模腔内使用特种金属或进行表面处理，从而增加其耐疲劳性。

现有技术中模腔内一般只使用一种材料，主要为了增加耐疲劳度，但是如何吸收锻造时巨大的冲击力，使得锻模在反复多次使用后不易发生变形，从而保证锻造精度，是现有技术不能解决的。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，而提供一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构及其设计方法，其通过多层与模腔仿形的覆层结构，吸收锻造冲击力，提高模具的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构，锻模型腔内设置有紧密接合的三层覆层，三层覆层从外至内依次为表层、中层、底层，表层的外表面与锻造型腔相同，三层覆层的内表面为锻造型腔的仿形曲面，三层覆层的硬度和弹性模量从外之内依次降低。

优选的，所述三层覆层为金属覆层，三种不同的金属分别为通过焊接形成的三个不同厚度的覆层。

优选的，表层采用高硬度焊材，硬度HRC47-52，中层采用中等硬度焊材，硬度HRC42-47，底层采用低硬度焊材，硬度HRC37-42。

优选的，表层的厚度为三层覆层总厚度的20%，中层的厚度为三层覆层总厚度的30%，底层的厚度为三层覆层总厚度的50%。

本发明还提供锻模模腔表面曲面仿形多层覆层结构的设计方法，该方法为：建立空间坐标系，进行有限元分析模拟锻造过程，得到锻造过程中模锻力F(t)随时间变化的曲线，锻造过程中，t₁时刻金属开始变形到t₂时刻金属基本充满型腔为第一阶段，t₂时刻至t₃时刻金属完全充满型腔为第二阶段，t₃时刻至t₄锻造结束为第三阶段，模腔表面曲面为Σ₁：z₁=f₁(x,y)，Σ₁上任一点M(x,y,z)；