一种自由锻成形锻造模具及方法与流程

1.本发明涉及有色金属成型技术领域，尤其涉及一种自由锻成形锻造模具及方法。


背景技术：

2.铝合金锻件的性能与前期自由锻坯料的内部组织有很大关系，自由锻工艺中为了改善内部组织和材料性能，常常要采用“镦粗”工艺。为获得较好的综合性能，锻比通常选取2.5-3，超过3则在锻造过程中极易出现失稳现象，因此通过增加锻比获得细化晶粒的效果往往很有限。如果采用多火次的镦拔操作或者采用铆锻法进行锻造，又会带来操作繁琐，生产周期长，坯料反复加热，组织不均匀、坯料易开裂等问题。


技术实现要素：

3.本发明目的：针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种自由锻成形锻造模具及方法，通过使用一种自由锻的模具在不会造成棒料失稳的情况下增加锻比，从而获得组织细化的、高性能的锻件，同时还能简化生产工部，缩短生产周期。通过此方法可以将自由锻锻比提高到5以上。
4.技术方案如下：
5.一种自由锻成形锻造模具，包括：下砧板、上砧板和模具本体；
6.所述模具本体为饼状，模具本体内部开有通孔；
7.所述模具本体放置在上砧板上，待锻造棒料放置在模具本体通孔中，所述上砧板用于对棒料进行挤压成型；
8.所述通孔底部直径等于棒料直径，通孔的母线为函数曲线。
9.进一步，所述函数曲线为：当棒料直径小于等于200时，y＝-0.019x2
10.+8.65x-662.7；当棒料直径大于200时y＝-0.019(x-(d/2-100))2
11.+8.65(x-(d/2-100))-662.7，其中d为棒料直径；，y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。
12.进一步，所述函数曲线为：当棒料直径小于等于200时，y＝441ln(x)-2022；当棒料直径大于200时，y＝441ln(x-(d/2-100))-2022，其中d为棒料直径；y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。
13.进一步，模具本体的高度与通孔底部直径比例为1:1.46。
14.进一步，所述模具包括一系列所述模具本体，一系列所述模具本体遵循相同的函数曲线，模具本体通孔底部直径分别为150mm、200mm、250mm、300mm。
15.进一步，模具本体材质为：5crnimo或5crnimov。
16.一种自由锻成形锻造方法，所述方法基于所述的模具实施，所述方法包括以下步骤：
17.步骤一：备料；
18.步骤二：对棒料进行加热并保温；
19.步骤三：将保温后的棒料放入模具中，对棒料进行镦粗，当棒料充满模具时，停止镦粗，得到回转体坯料；
20.步骤四：取出回转体坯料，对所述回转体坯料进行自由锻镦粗，达到所述高度尺寸后停止自由锻镦粗；进行滚圆校平后得到饼状锻造毛坯。
21.进一步，所述步骤一中，选取棒料，棒料直径为模具本体通孔底部直径70％～100％，棒料锻比大于等于5。
22.有益效果
23.本发明提出一种自由锻成形锻造模具及方法，经预成型后，在棒料高度减小的同时，棒料下部形成特定函数回转曲面的形变，直径自下而上逐步变粗，增加了棒料中部的强度，使棒料不易因失稳而发生弯曲，排除了折叠的风险，便于锻件后续进一步压制，从而起到增大锻比，细化组织的作用。
附图说明
24.为了更清晰地说明本发明具体实施方案，下面将对方案具体的附图加以说明。
25.图1是一种锻造模具的结构示意图；
26.图2为本发明的自由锻成型锻造方法预成型的结构示意图；
27.图3为经本发明的自由锻成型锻造方法的预锻件示意图；
28.图4为经本发明的自由锻成型锻造方法的终锻成型的结构示意图；
29.图5为经本发明的自由锻成型锻造方法的终锻件示意图；
30.附图标记如下：上砧板；2-下砧板；3-模具；4-棒料。
具体实施方式
31.为了使本发明方案的技术方案及优势更加清楚明了，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
32.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
33.一种自由锻成形锻造方法，通过使用一种自由锻的模具在不会造成棒料失稳的情况下增加锻比，从而获得组织细化的、高性能的锻件，同时还能简化生产工部，缩短生产周期。通过此方法可以将自由锻锻比提高到5以上。
34.本发明采用型腔为函数回转曲面的模具进行镦粗，当棒料在模具中成形完毕后，取下模具，对工件继续进行镦粗。
35.上述自由锻镦粗工装,工装上下表面为平面，内腔为回转曲面。内腔曲面母线为二次曲线或对数曲线。如图1所示。
36.当挤压棒料直径≤200时，二次曲线方程为y＝-0.019x2+8.65x-662.7；
37.当挤压棒料直径＞200时，二次曲线方程为y＝-0.019(x-(d/2-100))2+8.65(x-(d/2-100))-662.7，其中d为棒料直径；
38.y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。
39.当挤压棒料直径≤200时，对数曲线方程为y＝441ln(x)-2022；
40.当挤压棒料直径＞200时，对数曲线方程为y＝441ln(x-(d/2-100))-2022，其中d为棒料直径；
41.y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。
42.为达到防止失稳效果，模具本体的高度与通孔底部直径比例为1:1.46；
43.为达到铝合金生产模具的刚度要求和耐久性要求，模具本体材质选用5crnimo或5crnimov
44.本发明的有益效果是:1.模具对长棒料具有支撑作用，棒料不会因为切口不垂直而歪斜或倾倒，放置稳固；2.自由锻锻压时，随着棒料的压制，棒料下部优先随模具内腔形状产生形变，直径自下而上逐步变粗，增加了棒料中部的强度，使棒料不易因失稳而发生弯曲；3.模具无需定位，只需放在砧板上即可，节省了安装模具时间；4.模具很容易卸下，从而可以继续进行坯料压制，节省生产时间。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
46.为提高自由锻锻比，获得组织细化的、高性能的锻件，本发明采用以下技术方案：
47.一种自由锻成型锻造方法，包括如下步骤：
48.1)采用上述内部为函数回转曲面的模具进行镦粗，当加热好的棒料在模具中预成形完毕后结束。
49.步骤1)中，所述预成型的具体工艺为：将加热好的棒料放入模具中，压制到模具接近充满时为止。通过将棒料放入模具初步成型，棒料下部随特定函数回转曲面的模具内腔形状产生形变，直径自下而上逐步变粗，增加了棒料中部的强度，使棒料不易因失稳而发生弯曲。此时坯料高度已大大降低。锻造的工艺参数如常规工艺，在此不再赘述。
50.步骤1)中，所述加热温度为430～470℃。例如加热温度为430℃、440℃、450℃、460℃、470℃。
51.2)将步骤1)预成型后的坯料继续进行自由锻镦粗，直到要求尺寸。
52.步骤2)中，所述最终成型的具体工艺为：将预成型坯料加热后在压机上继续成型，直到高度尺寸达到所需尺寸，然后进行滚圆校平。
53.步骤2)中，所述加热温度为430～470℃。例如加热温度为430℃、440℃、450℃、460℃、470℃。
54.步骤2)中，所述预成型坯料若温度在430℃以上，则不需要加热。
55.如图2所示。模具3放在下砧板2上，棒料4放在模具3中心，上砧板1对棒料4进行压制。经本发明自由锻成型锻造方法预成型的预锻件结构如图3所示。经预成型后，坯料的高度大大降低，中间部位直径增大，有效地防止了失稳现象，避免折叠缺陷的出现。经本发明的自由锻成型锻造方法的终锻结构如图4所示，此时因已不存在失稳可能，使锻件能够继续压制到满足工艺需求的尺寸，且不会出现自由锻制坯在锻件上产生的折叠缺陷。终锻后的工件如图5所示，此时内部组织已完成细化，可按工艺需求进行进一步成型。
56.本发明的自由锻成型锻造方法，包括如下步骤：
57.1)棒料预成型，得到预锻件；
58.2)将步骤1)预成型后的预锻件进行终锻成型。
59.实施例1
60.本实施例的自由锻成型锻造方法，包括如下步骤：
61.1)将加热到470℃的直径φ180mm长度1050mm的铝合金棒料放入模具中预成型，得到预锻件并卸下模具；
62.2)将预锻件继续成型，得到最终工件。
63.实施例2
64.1)将加热到450℃的直径φ200mm长度1100mm的铝合金棒料放入模具中预成型，得到预锻件并卸下模具；
65.2)将预锻件继续成型，得到最终工件。
66.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种自由锻成形锻造模具，其特征在于：所述模具包括：下砧板、上砧板和模具本体；所述模具本体为饼状，模具本体内部开有通孔；所述模具本体放置在上砧板上，待锻造棒料放置在模具本体通孔中，所述上砧板用于对棒料进行挤压成型；所述通孔底部直径等于棒料直径，通孔的母线为函数曲线。2.根据权利要求1所述的自由锻成形锻造模具，其特征在于：所述函数曲线为：当棒料直径小于等于200时，y＝-0.019x2+8.65x-662.7；当棒料直径大于200时y＝-0.019(x-(d/2-100))2+8.65(x-(d/2-100))-662.7，其中d为棒料直径；，y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。3.根据权利要求1所述的自由锻成形锻造模具，其特征在于：所述函数曲线为：当棒料直径小于等于200时，y＝441ln(x)-2022；当棒料直径大于200时，y＝441ln(x-(d/2-100))-2022，其中d为棒料直径；y轴为通孔轴线，x轴与y轴垂直且与模具本体底面平行。4.根据权利要求2或3所述的自由锻成形锻造模具，其特征在于：模具本体的高度与通孔底部直径比例为1:1.46。5.根据权利要求4所述的自由锻成形锻造模具，其特征在于：所述模具包括一系列所述模具本体，一系列所述模具本体遵循相同的函数曲线，模具本体通孔底部直径分别为150mm、200mm、250mm、300mm。6.根据权利要求1所述的自由锻成形锻造模具，其特征在于：模具本体材质为：5crnimo或5crnimov。7.一种自由锻成形锻造方法，所述方法基于权利要求1-6中任一项所述的模具实施，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一：备料；步骤二：对棒料进行加热并保温；步骤三：将保温后的棒料放入模具中，对棒料进行镦粗，当棒料充满模具时，停止镦粗，得到回转体坯料；步骤四：取出回转体坯料，对所述回转体坯料进行自由锻镦粗，达到所述高度尺寸后停止自由锻镦粗；进行滚圆校平后得到饼状锻造毛坯。8.根据权利要求7所述的自由锻成形锻造方法，其特征在于：所述步骤一中，选取棒料，棒料直径为模具本体通孔底部直径70％～100％，棒料锻比大于等于5。

技术总结
本发明涉及有色金属成型技术领域，尤其涉及一种自由锻成形锻造模具及方法。模具包括：下砧板、上砧板和模具本体；所述模具本体为饼状，模具本体内部开有通孔；所述模具本体放置在上砧板上，待锻造棒料放置在模具本体通孔中，所述上砧板用于对棒料进行挤压成型；所述通孔底部直径等于棒料直径，通孔的母线为函数曲线。方法包括：步骤一：备料；步骤二：对棒料进行加热并保温；步骤三：将保温后的棒料放入模具中，对棒料进行镦粗，当棒料充满模具时，停止镦粗，得到回转体坯料；步骤四：取出回转体坯料，对所述回转体坯料进行自由锻镦粗，达到所述高度尺寸后停止自由锻镦粗；进行滚圆校平后得到饼状锻造毛坯。得到饼状锻造毛坯。得到饼状锻造毛坯。


技术研发人员：岳战国 刘延 陈立亮 李硕 王亚安 韦成宗 杨瑞瑞 王少晨 郭海
受保护的技术使用者：西安航空制动科技有限公司
技术研发日：2023.03.15
技术公布日：2023/7/20