一种大壁厚法兰锻件的自由锻成形方法及其模具与流程

1.本发明属于法兰锻件自由锻成形技术领域，特别涉及一种大壁厚法兰锻件的自由锻成形方法及其模具。


背景技术：

2.随着国内外航空航天工业、建筑工业以及交通运输业的飞速发展，铝合金法兰锻件的需求越来越旺盛。而随着铝合金法兰锻造成形技术越来越成熟，铝合金法兰锻件的设计越来越多样化。现今，铝合金法兰锻件的主要成形方法包括异形环轧成形和胎模锻成形。
3.而对于壁厚/高度比值较大的异形环状法兰锻件（即壁厚扁环类型），无法进行异形环轧制。因此，针对这类异形环状法兰锻件通常只能采用传统的矩形环轧制成形或者胎模锻成形。但是采用传统的矩形环轧制成形，在成形后需要再机加去除工艺余料，不仅导致机械加工余量大，材料利用率低，而且机加周期长，导致加工效率低。而采用胎模锻成形所需的胎模模具尺寸大，锻造设备吨位太大，从而导致受设备锻造能力局限性大，生产成本过高。因此，如何在保证生产成本低，材料利用率高的前提下实现大壁厚铝合金法兰锻件成形成为行业内亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种大壁厚法兰锻件的自由锻成形方法及其模具，减少了机械加工余量，提高了材料利用率，同时降低了对设备锻造能力的要求，进一步减少了生产加工成本。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，具体步骤如下：s1：将棒材进行制坯预处理，得到矩形环坯；s2：将步骤s1制得的矩形环坯加热至锻压温度，并将锻压模具预热至200-300℃；s3：将矩形环坯套装在所述锻压模具的下模外周，随后控制锻压机带动条形上模下移，进入步骤s4进行局部锻压；s4：控制条形上模以预设的锻压参数对矩形环坯进行局部锻压，随后控制矩形环坯与下模绕中心轴线同步自转π/n，n＞0，再控制条形上模继续以相同的锻压参数对矩形环坯进行局部锻压，以此重复上述步骤，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成自转一周；s5：根据预设的锻压参数，重复步骤s4进行局部锻压，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成第2圈自转一周。
6.优选地，所述s1中的矩形环坯的具体制坯步骤如下：s1-1：将棒材入炉升温至改锻温度，经保温后出炉；s1-2：对棒材进行三向墩拔改锻，且控制始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃；s1-3：将改锻后的棒材进行镦粗冲孔，从而得到环形坯料；s1-4: 将带孔环形坯料进行扩孔处理后，在辗环机上预轧至矩形截面的矩形环
坯。
7.优选地，所述锻压参数包括下压速率和下压行程，其中，所述s4和s5中条形上模的下压速率为15-20mm/s。
8.优选地，一火次完成整个局部锻压过程成形目标法兰锻件，且在控制整个局部锻压过程中，确保始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃。
9.优选地，所述条形上模的成形腔与下模配合形成侧面开口的成形腔体。
10.优选地，所述下模与矩形环坯同轴安装在通用可旋转砧座上，由通用可旋转砧座带动下模与矩形环坯同轴同步自旋转。
11.一种锻压模具，包括条形上模和下模，其中，所述条形上模为长条形结构，且所述条形上模内设有成形腔，用于与下模配合，所述成形腔根据目标环形锻件的上表面设计，所述下模为环形柱结构，且下模外周面与根据目标环形锻件的内表面设计。
12.优选地，所述下模外壁面的成形段设计为成形斜面。
13.优选地，所述成形斜面与矩形环坯的内壁面的夹角为3-10
°
。
14.优选地，所述条形上模的成形腔为台阶成形腔，且与矩形环坯外周侧面接触的台阶面的倾斜角度为3-10
°
。
15.有益效果：本发明公开了一种大壁厚法兰锻件的自由锻成形方法及其模具，具有如下优点：（1）本发明中利用自由锻压机及锻压模具对矩形环坯进行局部旋转锻压，在坯料旋转两周后实现锻件的逐步成形，通过减少锻压面积，增加锻压次数，降低了对锻压设备吨位的需求，从而大大降低了生产成本，减少了加工余量，提高了材料的利用率。
16.（2）本发明利用自由锻的特点，基于开口式的成形腔对锻压模具进行了改进，不仅减少了锻压模具尺寸，而且相比于现有胎模的封闭式成形腔体，上模仅需采用条形结构，即可满足成形要求，不仅大大减少了模具用料，降低了模具成本，而且可以减少锻压接触面积，提高锻压力。
附图说明
17.图1为实施例1的目标环锻件的结构示意图；图2为实施例1的锻压模具成形示意图；图3为实施例1的锻压模具的俯视图；图4为图3中a-a的截面示意图；图5为图3中b-b的截面示意图；图6为胎模锻的结构示意图；图7为胎模锻成形示意图；图中：条形上模1、成形腔1-1、连接端1-2、下模2、成形斜面2-1、矩形环坯3、通用可旋转砧座4、上胎模5、下胎模6、环坯7、芯杆8。
具体实施方式
18.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不
用于限定本发明。
实施例1
19.某7075铝合金法兰锻件的外形及尺寸如图1所示。针对如图1所示的目标环形锻件，设计的锻压模具，如图2-5所示。锻压模具包括条形上模1和下模2，其中，条形上模1为长条形结构，且条形上模1内设有成形腔1-1，成形腔1-1根据目标环形锻件的上表面设计，下模2为环形柱结构，且下模2外周面与根据目标环形锻件的内表面设计。本实施例1中，下模2外壁面的成形段设计为成形斜面2-1，且成形斜面2-1与矩形环坯3的内壁面的夹角为7
°
，便于取出成形后的法兰锻件。本实施例1中，条形上模1的成形腔1-1为台阶成形腔，且与矩形环坯3外周侧面接触的台阶面的倾斜角度为7
°
，便于取出成形后的法兰锻件。条形上模1的顶部中心处具有用于压力机连接的连接端1-2。
20.采用3.15mn压力机作为锻造设备，基于上述锻压模具，如图1所示的大壁厚铝合金法兰锻件的自由锻成形方法的具体步骤如下：步骤1:将铝合金棒材入炉升温至430℃，保温后出炉；步骤2:采用压力机对棒材进行三向墩拔改锻，且控制始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃；步骤3:将改锻后的棒材进行镦粗冲孔，从而得到环形坯料；步骤4:将带孔环形坯料进行扩孔处理后，在辗环机上预轧至矩形截面的矩形环坯，此时，矩形环坯最终尺寸为φ910
×
φ606
×
175。
21.步骤5：将步骤4制得的矩形环坯3加热至430℃，并将锻压模具预热至200-300℃；步骤6：如图2所示，将矩形环坯套装在下模外周，下模与矩形环坯同轴安装在通用可旋转砧座上，由通用可旋转砧座带动下模与矩形环坯同轴同步自旋转；随后控制锻压机带动条形上模下移，使得矩形环坯上表面与条形上模接触，如图3和4所示，此时，条形上模的成形腔与下模配合形成侧面开口的成形腔体，进入步骤7进行局部锻压；步骤7：控制条形上模以预设的锻压参数对矩形环坯进行局部锻压，随后控制矩形环坯与下模绕中心轴线自转π/9，再控制条形上模继续以相同的锻压参数对矩形环坯进行局部锻压，以此重复上述步骤，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成自转一周，其中，条形上模1的下压速率为20mm/s，且每次条形上模1的下压行程均相同为60mm,此时条形上模1对矩形环坯3进行局部压边；步骤8：根据预设的锻压参数，重复步骤s4进行局部锻压，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成第2圈自转，本实施例1中，条形上模1的下压速率为20mm/s，条形上模1下压至目标锻件的最终高度尺寸。
22.本实施例1中，一火次完成整个局部锻压过程成形目标法兰锻件，且在控制整个局部锻压过程中，确保始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃。
23.传统的胎模成形加工方法根据如图1所示的目标环锻件设计如图6所示的胎模模具，具体的胎模锻成形方法如下：步骤1：锻造时将芯杆8放入下胎模6内；步骤2：将环坯7放在下胎模6上，
步骤3：将上胎模5放在环坯7上，准备压入；步骤4：将上胎模5压入到上表面与下胎模6上表面平齐，如图7所示。
24.如图7所示，在传统的胎模成形加工方法中，胎模成形腔为封闭式成形腔体，这导致上胎膜需要与下胎模配合设计成圆形胎模，且基于成形方式的不同，胎模模具的径向尺寸也要大于本法发明的锻压模具径向尺寸，因此，传统胎模成形所需模具用料远远大于本发明的锻压模具。而且基于胎模成形原理，制造相同的法兰环锻件需要的锻造设备吨位远大于本发明对锻造设备吨位的要求。
25.本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于，具体步骤如下：s1：将棒材进行制坯预处理，得到矩形环坯（3）；s2：将步骤s1制得的矩形环坯（3）加热至锻压温度，并将锻压模具预热至200-300℃；s3：将矩形环坯（3）套装在所述锻压模具的下模（2）外周，随后控制锻压机带动条形上模（1）下移，进入步骤s4进行局部锻压；s4：控制条形上模（1）以预设的锻压参数对矩形环坯（3）进行局部锻压，随后控制矩形环坯（3）与下模（2）绕中心轴线同步自转π/n，n＞0，再控制条形上模（1）继续以相同的锻压参数对矩形环坯（3）进行局部锻压，以此重复上述步骤，直至矩形环坯（3）与下模（2）绕中心轴线完成自转一周；s5：根据预设的锻压参数，重复步骤s4进行局部锻压，直至矩形环坯（3）与下模（2）绕中心轴线完成第2圈自转一周。2.根据权利要求1所述的大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于：所述s1中的矩形环坯（3）的具体制坯步骤如下：s1-1：将棒材入炉升温至改锻温度，经保温后出炉；s1-2：对棒材进行三向墩拔改锻，且控制始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃；s1-3：将改锻后的棒材进行镦粗冲孔，从而得到环形坯料；s1-4: 将带孔环形坯料进行扩孔处理后，在辗环机上预轧至矩形截面的矩形环坯（3）。3.根据权利要求1所述的大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于：所述锻压参数包括下压速率和下压行程，其中，所述s4和s5中条形上模（1）的下压速率为15-20mm/s。4.根据权利要求1所述的大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于：一火次完成整个局部锻压过程成形目标法兰锻件，且在控制整个局部锻压过程中，确保始锻温度≥400℃，终锻温度≥360℃。5.根据权利要求1所述的大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于：所述条形上模（1）的成形腔（1-1）与下模（2）配合形成侧面开口的成形腔体。6.根据权利要求1所述的大壁厚法兰锻件的自由锻造成形方法，其特征在于：所述下模（2）与矩形环坯（3）同轴安装在通用可旋转砧座（4）上，由通用可旋转砧座（4）带动下模（2）与矩形环坯（3）同轴同步自旋转。7.一种锻压模具，其特征在于，包括条形上模（1）和下模（2），其中，所述条形上模（1）为长条形结构，且所述条形上模（1）内设有成形腔（1-1），用于与下模（2）配合，所述成形腔（1-1）根据目标环形锻件的上表面设计，所述下模（2）为环形柱结构，且下模（2）外周面与根据目标环形锻件的内表面设计。8.根据权利要求1所述的锻压模具，其特征在于，所述下模（2）外壁面的成形段设计为成形斜面（2-1）。9.根据权利要求8所述的锻压模具，其特征在于，所述成形斜面（2-1）与矩形环坯（3）的内壁面的夹角为3-10
°
。10.根据权利要求1所述的锻压模具，其特征在于，所述条形上模（1）的成形腔（1-1）为台阶成形腔，且与矩形环坯（3）外周侧面接触的台阶面的倾斜角度为3-10
°
。

技术总结
本发明公开了一种大壁厚法兰锻件的自由锻成形方法及其模具，包括S1：将棒材进行制坯预处理，得到矩形环坯；S2：将矩形环坯加热至锻压温度，并将锻压模具预热；S3：将矩形环坯安装在锻压模具上进行局部锻压；S4：控制条形上模对矩形环坯进行局部锻压，随后控制矩形环坯与下模绕中心轴线同步自转π/n，n＞0，再控制条形上模继续以相同的锻压参数对矩形环坯进行局部锻压，以此重复上述步骤，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成自转一周；S5：重复步骤S4进行局部锻压，直至矩形环坯与下模绕中心轴线完成第2圈自转一周。本发明减少了机械加工余量，提高了材料利用率，同时降低了对设备锻造能力的要求，进一步减少了生产加工成本。进一步减少了生产加工成本。进一步减少了生产加工成本。


技术研发人员：卢艳 江荣忠 万剑平 王雪 刘其源 苏荣智 陈伟 艾志斌 朱志军 于杰 李国恩 罗森林 万燕
受保护的技术使用者：无锡派鑫航空科技有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/10/7