一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形裝置及方法與流程

2024-03-29 10:20:05 1

本發明涉及一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形裝置及方法，特別涉及材料加工工程金屬塑性成形領域用於H型斷面的迴轉體盤件成形。
背景技術：
：H型薄壁盤件主要應用於各類齒輪坯、車輪等，在航空、航天、能源、交通等諸多工業領域應用十分廣泛。此類盤件的成形具有較高技術難度，容易出現局部充不滿、摺疊、流線異常、變形不均勻等金屬流動缺陷；目前我國大噸位鍛壓設備缺乏，使得大型H型薄壁盤件的製造與應用受到了較大制約。技術實現要素：針對上述問題，本發明的目的是提供一種高效、低成本的H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形裝置及方法。實現本發明的技術方案如下：一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形裝置，包括水平布置的下模，以及處於下模上方呈傾斜布置的上模，所述上模的軸心線與下模的軸心線之間形成夾角γ，下模的上表面形成向下模本體凹陷的模腔，上模的下表面設置有與模腔相對應的模頭；所述上模、下模圍繞自身的軸心線自轉，所述上模沿著下模軸心線的方向與下模形成靠近合模或形成遠離分模；當上模與下模靠近合模時，上模下方的模頭與處於模腔中的預製坯料上表面的局部形成接觸。上模模頭、衝頭與下模模腔形成局部軸向閉式型腔，對預製坯進行連續局部軸向閉式增量成形。優選地，所述上模的軸心線與下模的軸心線之間形成夾角γ為3°—12°。夾角γ對H型薄壁盤件的成形載荷有至關重要的作用，γ越大，上下模與預製坯之間形成的局部接觸面積越小，所需的成形載荷越小。優選地，所述上模的下表面中部設置有頂在預製坯料上表面中部形成定位的衝頭。成形過程中衝頭先與預製坯中部接觸，實現定心作用。模頭與預製坯接觸後，金屬向預製坯芯部與邊部兩側流動填充型腔，衝頭能保證型腔自由端的成形精度。優選地，所述衝頭的直徑為預製坯料的1/8—1/5，高度為預製坯料高度的1/2。衝頭的結構設計能有效避免H型薄壁輪緣處出現摺疊。優選地，所述下模的中部設置有將模腔中盤件頂出的T型頂杆。一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形方法，包括如下步驟：S1，將合金棒料按照預製盤體的厚度來進行分段鋸成圓柱坯料；S2，對圓柱坯料進行加熱升溫到鍛造溫度，並通過墩粗製得具有定位臺階的預製坯料；S3，在下模的模腔表面塗抹上潤滑劑；S4，將預製坯料裝配到下模的模腔中，預製坯料上的定位臺階卡在下模模腔中的凸起部，以將預製坯料形成直徑方向限位在下模的模腔中；S5，下模開始帶動模腔中的預製坯料以下模的軸心線進行旋轉，下模的旋轉速度為30—100rad/min，上模以與下模相同的線速度旋轉和1—10mm/s的下降速度向下模進行靠近合模，上模下降過程中，上模下方的模頭與處於模腔中的預製坯料上表面的局部形成接觸，對預製坯料的上表面進行成形加工；即:上模下降與下模形成局部軸向閉式型腔；待模頭與預製坯料上表面局部接觸後，上模、下模和預製坯在滾動摩擦作用下進行同步旋轉，從而對預製坯實現連續局部增量成形；S6，成形結束後，上模上升復位，將成形的預製坯料從模腔中取出，再通過精加工，獲得迴轉體盤件成品。優選地，所述圓柱棒料的鍛造溫度為900—1200℃，保溫時間1—3h。採用了上述技術方案，連續局部增量成形指在成形過程中工具在工件加工表面作用，接觸區不斷發生變化，當接觸區域覆蓋工件整個變形區域時即完成一個加載卸載過程，多個過程循環疊加便可達到工件整體成形的目的。成形時，上模與盤件之間接觸面積是整體投影面積的1/n(n＝8—20)倍，成形載荷也是傳統工藝的1/n。本發明中H型薄壁盤件的成形載荷是傳統鍛造的1/8—1/20倍。連續局部增量成形使H型薄壁盤件在成形過程中金屬徑向及弦向流動易於軸向，使得金屬在三個方向均具有較大變形，所製得的H型薄壁盤件三方向強度高且韌性好。本發明所取得的有益效果是：與現有技術相比，本發明採用連續增量變形，使壓機所承受的載荷大大減小，使用1600—4500噸鍛壓設備能生產外徑400—1500mm的大型H型薄壁盤件；能有效防止H型薄壁輪緣處出現摺疊；在擴大鍛造溫度範圍的同時能實現H型薄壁盤件的精確成形，節約成本，提高生產效率。本發明採用連續局部增量成形方法可以實現小噸位液壓機生產高質量大型H型薄壁盤件，為鍛造行業帶來新的生機。附圖說明圖1為本發明的結構示意圖；附圖中，1為上模，2為模頭，3為衝頭，4為軸向閉式型腔，5為型腔自由端，6為H型盤件，7為下模，8為頂杆。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。如圖1所示，一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形裝置，包括水平布置的下模7，以及處於下模上方呈傾斜布置的上模1，上模的軸心線與下模的軸心線之間形成夾角γ，下模的上表面形成向下模本體凹陷的軸向閉式型腔4，上模的下表面設置有與模腔相對應的模頭2；上模、下模圍繞自身的軸心線自轉，上模沿著下模軸心線的方向與下模形成靠近合模或形成遠離分模；當上模與下模靠近合模時，上模下方的模頭與處於模腔中的預製坯料上表面的局部形成接觸。這裡上模的旋轉及升降，以及下模的旋轉，可以採用目前鍛壓行業中常用的升降與旋轉結構來實現，從而在此不多贅述。上模的軸心線與下模的軸心線之間形成夾角γ為3°或4°或5°或6°或7°或8°或9°或10°或11°或12°，具體根據需要來設定。為了在成形過程中，更好的進行定位以提升成形盤體的精度，上模的下表面中部固定設置有頂在預製坯料上表面中部形成定位的衝頭3；衝頭的直徑為預製坯料的1/8—1/5，高度為預製坯料高度的1/2。下模的中部設置有將模腔中盤件頂出的T型頂杆8，便於在成形後，將模腔中的H型盤件6頂出。一種H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形方法，包括如下步驟：S1，將合金棒料按照預製盤體的厚度來進行分段鋸成圓柱坯料。S2，對圓柱坯料進行加熱升溫到鍛造溫度，並通過墩粗製得具有定位臺階的預製坯料；圓柱棒料的鍛造溫度為900℃或1000℃或1050℃或1100℃或1150℃或1200℃，保溫時間1h或2h或3h。S3，在下模的模腔表面塗抹上潤滑劑，潤滑劑可採用目前常用鍛壓潤滑劑來實現。S4，將預製坯料裝配到下模的模腔中，預製坯料上的定位臺階卡在下模模腔中的凹陷部，以將預製坯料形成直徑方向限位在下模的模腔中；S5，下模開始帶動模腔中的預製坯料以下模的軸心線進行旋轉，下模的旋轉速度為30—100rad/min，上模以與下模相同的線速度旋轉和1—10mm/s的下降速度向下模進行靠近合模，上模下降過程中，上模下方的模頭與處於模腔中的預製坯料上表面的局部形成接觸，對預製坯料的上表面進行成形加工；S6，成形結束後，上模上升復位，將成形的預製坯料從模腔中取出，再通過精加工，獲得迴轉體盤件成品。下面結合具體實施加工數據對本發明進行描述：我公司實施本發明方案是在國內現有的1600噸液壓機設備上，採用連續局部增量成形方式，成功製備了直徑為400mm、高度80mm，輪緣厚度30mm的H型薄壁盤件，其中心有內徑80mm的通孔。盤件材料為20CrMnTi，目前已實現了批量生產。該H型薄壁盤件具體工藝如下：1)上模軸心線與下模軸心線存在一個8°錐角，使上模與預製坯表面局部接觸；上模和下模模腔，在上下模合模時構成的型腔與放餘量後的盤件表面一致，上模中部設有φ80mm，高40mm的衝頭，能更好的起到定心作用；上模和下模都能繞自身軸線旋轉。2)將20CrMnTi合金棒料按等體積原則分段據成φ160mm×240mm的圓柱坯料；3)將圓柱坯料毛坯加熱到1000℃，保溫2h後，放入預製模具中墩粗製得具有定位凸臺的預製坯；4)連續局部增量成形模具的型腔表面塗抹潤滑劑，再將預製坯轉運至模具型腔，啟動電機使下模開始旋轉，待下模速度旋轉達到30—40rad/min後，上模以與下模相同的線速度旋轉和5—8mm/s的速度壓下，上模接觸預製坯後與下模、預製坯同步旋轉並繼續壓下直至成形，最後頂出鍛坯。5)成形後的鍛坯通過精加工，得到迴轉體盤件成品。此H型薄壁盤件的成形精度高、成形質量好、性能優異、成形載荷小；成形載荷在700—750t，為傳統鍛造工藝載荷的1/10左右，性能見表1所示，本專利採用連續局部增量成形裝置及方法所製得的H型薄壁盤件在三方向上的性能優異且均一，並且有效解決了小噸位液壓機生產高質量、高精度H型薄壁盤件的技術難題。表1φ400mmH型薄壁盤件室溫性能取向Rm(MPa)RP0.2(MPa)Ak(J)軸向1212112862徑向1206114259弦向1216113256另外,採用DEFORM-3D對傳統工藝(自由鍛、模鍛)和本專利所述H型薄壁盤件低載荷連續局部增量成形工藝進行有限元數值模擬方法仿真，其結果詳見表2。再次，此類盤件由於傳統成形工藝的限制，金屬易於軸向流動，導致三方向性能不均，弦向與徑向強度低於軸向10％左右。表2兩種成形工藝結果對比當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp