CN109226625B - 一种等温成形模具温度均匀性的控制方法 - Google Patents

一种等温成形模具温度均匀性的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，属于等温精密成形技术领域，通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性；具体的，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大，能够显著降低模具内外侧的温度差，保证模具温度场的均匀性，使模具各处膨胀量尽量均匀，因而提高了模具模膛在加热状态下的尺寸均匀性，提高了锻件的尺寸精度。实施例结果表明，本发明提供的模具温度均匀性的控制方法，加热孔呈非均匀排布较原始均匀排布而言，模具温度场更加均匀。

Description

一种等温成形模具温度均匀性的控制方法
技术领域
本发明涉及等温精密成形技术领域，尤其涉及一种等温成形模具温度均匀性的控制方法。
背景技术
随着航空航天工业的发展，一些长轴类锻件广泛应用于航空航天领域。由于这类锻件广泛采用钛合金或镁合金，受材料塑性的限制难以采用冷成形工艺生产，因此等温精密锻造方法得到广泛应用。
等温精密锻造是将模具加热到与坯料相同的温度，通过减少锻造过程中的温度波动，从而使得锻件尺寸相对稳定的锻造方法。目前相对经济的大型等温成形模具加热方式是向模具的加热孔中***加热棒对模具进行加热，加热孔呈均匀排布，使模具达到坯料锻造变形的适宜温度。
但是由于长轴类的高度较低，一般上下模具中的导柱与导套孔均为通孔，为避免导柱导套孔与加热孔干涉，通常将加热孔均匀排布于锻件模膛底部，而在上下模具的两侧边缘部位不设置加热孔，这样就导致两侧加热棒相对于模块中部的传热区域更大，会使得模具两侧区域温度明显低于模具中心，导致大尺寸锻件锻造时模具受热膨胀的影响而出现模具心部高于边缘，使得上下模具难以完全打靠，锻件的尺寸精度下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，通过调整加热孔的排布以使模具温度保持相对均匀的分布，避免由于等温锻造过程中模具温度不均使得锻件尺寸精度下降。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，所述模具包括上模和下模，通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性；
原始加热孔的排布形式为：以和模具底面平行的方式平行排布，上模和下模分别排布n排，且每排内相邻两个加热孔等间距排列；对上模和下模的原始加热孔中m排加热孔的排布进行调整，对上模和下模的调整方式一致，具体地，每排的调整规律为：
由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大；其中，m≤n。
优选的，所述n＝2，m＝1时，靠近模具底面的一排加热孔呈原始排布。
优选的，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差为(0.01～0.05)*A，A为模具长度；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为(-0.01～-0.05)*H，H为上模或下模的高度。
优选的，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差为7.5～37.5mm；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为-3～-15mm。
优选的，所述模具适用的锻件为长轴类锻件。
优选的，所述锻件的长度和高度之比在15以上，所述锻件的宽度和高度之比在3以上。
本发明提供了一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，所述模具包括上模和下模，通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性；原始加热孔的排布形式为：以和模具底面平行的方式平行排布，上模和下模分别排布n排，且每排内相邻两个加热孔等间距排列；对上模和下模的原始加热孔中m排加热孔的排布进行调整，对上模和下模的调整方式一致，具体地，每排的调整规律为：由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大；其中，m≤n。本发明通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性，具体的，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大，能够显著降低模具内外侧的温度差，保证模具温度场的均匀性，使模具各处膨胀量尽量均匀，因而提高了模具模膛在加热状态下的尺寸均匀性，提高了锻件的尺寸精度。实施例结果表明，本发明提供的模具温度均匀性的控制方法，加热孔调整后的排布较原始均匀排布而言，模具温度场更加均匀。
附图说明
图1为原始加热孔的排布示意图；
其中，1-上模，2-石棉保温层，3-下模，4-石棉垫板，5-水冷垫板，6-中心轴线，7-模具两侧外边缘线；
图2为本发明的加热孔调整后的排布示意图；
图3为实施例1和对比例1等温成形模具表面中心轴线温度比较图。
具体实施方式
本发明提供了一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，所述模具包括上模和下模，通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性；
原始加热孔的排布形式为：以和模具底面平行的方式平行排布，上模和下模分别排布n排，且每排内相邻两个加热孔等间距排列；对上模和下模的原始加热孔中m排加热孔的排布进行调整，对上模和下模的调整方式一致，具体地，每排的调整规律为：
由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大；其中，m≤n。
在本发明中，所述原始加热孔的排布形式为：以和模具底面平行的方式平行排布，上模和下模分别排布n排，且每排内相邻两个加热孔等间距排列。在本发明中，所述加热孔具体排布于上模和下模模膛底部。本发明对n的取值没有特殊限定，在本发明的具体实施例中，所述n优选为2。在本发明中，所述原始加热孔的排布形式优选为加热孔均匀排布时的排布形式，具体的排布排数、相邻加热孔的间距、加热孔的数量，本领域技术人员根据模具长度和高度通过熟知的计算方式可以得到。在本发明中，所述相邻加热孔的间距指的是相邻加热孔孔心的间距。
在原始加热孔排布的基础上，本发明对所述等温成形模具的上模和下模的原始加热孔中m排加热孔的排布进行调整。在本发明中，对上模和下模的加热孔的调整方式一致；以对上模或者下模为例，对加热孔的调整方式进行说明：具体地，每排的调整规律为：由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大。
在本发明中，所述中心轴线指的是模具长度的垂直平分线，所述模具两侧外边缘线指的是与中心轴线平行的、模具两个侧面的外边缘线。
在本发明中，所述m≤n，在本发明的具体实施例中，优选m＝1，n＝2，即原始加热孔排布呈2排排布，仅对其中的一排加热孔的排布进行调整。当m＝1，n＝2时，本发明优选靠近模具底面的一排加热孔呈原始排布，即本发明优选对远离模具底面的一排加热孔的排布进行调整。在本发明中，本发明对所述上模和下模的形状没有特殊要求，以本领域技术人员所熟知的长轴类锻件锻造用模具即可。
当m＝1，n＝2时，本发明优选由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差为(0.01～0.05)*A，其中，A为模具长度；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为(0.01～0.05)*H，其中，H为上模或下模的高度。在本发明具体的实施例中，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差优选为7.5～37.5mm；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差优选为-(3～15)mm。
为了便于本领域技术人员更清楚地了解本发明的技术方案，现举例说明。如图1所示，图1为原始加热孔的排布示意图，也即传统等温成形模具均匀加热孔排布示意图，其中：1为上模，2为石棉保温层，3为下模，4为石棉垫板，5为水冷垫板，6为中心轴线，7为模具两侧外边缘线。
图1显示，加热孔在下模和上模分别呈两排排布，即n＝2，且每排内相邻两个加热孔等间距排列。具体的，靠近模具底面的一排加热孔孔数为3，每相邻两个加热孔的孔间距为b，b＝0.2A；远离模具底面的一排加热孔孔数为6，每相邻两个加热孔的孔间距为a1＝a2＝a3＝0.1A。
图2为本发明调整后的加热孔排布示意图，其中：1为上模，2为石棉保温层，3为下模，4为石棉垫板，5为水冷垫板，6为中心轴线，7为模具两侧外边缘线。由图2可以看出，本发明靠近模具底面的一排加热孔呈原始状态排布，本发明仅对远离模具底面的一排加热孔的排布进行了调整，具体调整的方式为：由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小，表现为a1＞a2＞a3，具体的，a1＝0.12A，a2＝0.11A，a3＝0.08A，相邻两个加热孔间距的差分别为a1-a2＝0.01A、a2-a3＝0.03A；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大，表现为加热孔距离靠近模具底面的一排加热孔的距离顺次增大，即h1＜h2＜h3，具体的，h1＝0.27H，h2＝0.31H，h3＝0.35H，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为分别为h1-h2＝-0.04H、h2-h3＝-0.04H。图1和图2中的A和H是一致的，A表示模具长度，H表示上模或下模的高度。
本发明通过调整加热孔的排布来调整模具温度的均匀性，具体的，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大，能够显著降低模具内外侧的温度差，保证模具温度场的均匀性，使模具各处膨胀量尽量均匀，因而提高了模具模膛在加热状态下的尺寸均匀性，提高了锻件的尺寸精度。
在本发明中，所述模具适用的锻件优选为长轴类锻件；所述锻件的长度和高度之比优选在15以上，进一步优选为15～20；所述锻件的宽度和高度之比优选在3以上，进一步优选为3～5。
下面结合实施例对本发明提供的模具温度均匀性的控制方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
如图2所示，模具长度A为750mm，上模和下模的高度H均为300mm，靠近模具底面的一排加热孔呈原始排布，相邻加热孔的间距相等，均为b，b＝0.2A＝150mm；在加热孔原始均匀排布的基础上进行调整后，远离模具底面的那一排加热孔，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小，表现为a1＞a2＞a3，具体的，a1＝0.12A＝90mm，a2＝0.11A＝82.5mm，a3＝0.08A＝60mm，相邻两个加热孔间距的差分别为a1-a2＝0.01A＝7.5mm、a2-a3＝0.03A＝22.5mm；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大，表现为加热孔距离靠近模具底面的一排加热孔的距离顺次增大，即h1＜h2＜h3，具体的，h1＝0.27H＝81mm，h2＝0.31H＝93mm，h3＝0.35H＝105mm，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为分别为h1-h2＝-0.04H＝-12mm、h2-h3＝-0.04H＝-12mm。
对比例1
与实施例1不同的是，加热孔呈均匀排列，即呈原始排布方式，如图1所示，加热孔在上模和下模分别呈两排排布，靠近模具底面的一排加热孔，相邻两加热孔的孔间距相等为b，b＝0.2A＝150mm；远离模具底面的一排加热孔，相邻两加热孔的孔间距也相等，沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两加热孔的孔间距a1＝a2＝a3＝0.1A＝75mm；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离靠近模具底面的一排加热孔的距离相等，均为h，h＝0.31H＝93mm。
对实施例1和对比例1的锻造温度场进行监控，结果如图3所示，图3为实施例1和对比例1等温成形模具表面中心轴线温度比较图。从图3可以看出，实施例1(加热孔调整后)的温度均匀性要明显优于对比例1(加热孔呈原始均匀排列)的温度均匀性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种等温成形模具温度均匀性的控制方法，所述模具包括上模和下模，其特征在于，通过调整加热孔的排布来调整温度的均匀性；
原始加热孔的排布形式为：以和模具底面平行的方式平行排布，上模和下模中的加热孔分别排布n排，且每排内相邻两个加热孔等间距排列；对上模和下模的原始加热孔中m排加热孔的排布进行调整，对上模和下模的调整方式一致，具体地，每排的调整规律为：
由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔的间距顺次减小；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，加热孔距离模具底面的垂直距离顺次增大；其中，m≤n。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述n＝2，m＝1时，靠近模具底面的一排加热孔呈原始排布。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差为(0.01～0.05)*A，A为模具长度；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为(-0.01～-0.05)*H，H为上模或下模的高度。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，由中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻两个加热孔间距的差为7.5～37.5mm；沿中心轴线至模具两侧外边缘线的长度方向上，相邻加热孔距离模具底面的垂直距离的差为-3～-15mm。
5.根据权利要求1～4任一项所述的控制方法，其特征在于，所述模具适用的锻件为长轴类锻件。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述锻件的长度和高度之比在15以上，所述锻件的宽度和高度之比在3以上。
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