CN112846064B - 一种铝合金法兰盘锻件分料控制的等温成形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种铝合金法兰盘锻件分料控制的等温成形方法及装置。所述方法包括：根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材；将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料；对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料；将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件；将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。本发明实施例可以有效解决法兰盘锻件成形过程中极易出现的流线紊乱缺陷，折叠缺陷和型腔充填等问题。

Description

一种铝合金法兰盘锻件分料控制的等温成形方法及装置

技术领域

本发明涉及锻造技术领域，特别是一种铝合金法兰盘锻件分料控制的等温 成形方法及装置。

背景技术

铝合金法兰盘锻件作为关键结构部件，在工业上应用广泛。因此，对于锻 件设计要求比较高，不仅要求锻件具有较高的尺寸和形状精度，外表面的机械 加工量较小，而且还要求锻件具有很高的理化性能和力学性能，锻件流线沿其 几何外形分布，不允许有流线紊乱、涡流及穿流现象。因此这类关键构件必须 采用模锻工艺研制和生产，模锻工艺是生产此类锻件的关键性技术。

目前常见的铝合金法兰盘为2A50铝合金法兰盘，法兰盘外形呈圆环状， 高57.6mm，内壁直径266mm，外壁最大直径337.4mm，并以一定的角度在 外侧带有三个大小不完全相同的凸耳，几何形状和结构较为复杂。成形此类法 兰盘锻件，坯料采取板料无法获得沿几何外形分布的金属流线，必须采用挤压 棒料。若采用棒料，变形程度非常大，容易产生折叠缺陷，金属在模锻时会发 生长程流动，锻件的三个凸耳成形较为困难。若采用传统成形方法和工艺方案， 将坯料放入下模型腔底部，金属受到上模压应力，金属流动为反挤变形为主， 径向流动少，导致径向方向分布的凸耳容易充不满，常规热模锻方法分料不合理导致最终模锻型腔充填不满，最终锻件尺寸不符合要求，难以获得符合要求 的锻件。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铝合金法兰 盘锻件分料控制的等温成形方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种铝合金法兰盘锻件分料 控制的等温成形方法，包括：

根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材；

将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料；

对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料；

将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对 所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件；

将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进行等温锻造 处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

可选地，在所述根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料 棒材之前，还包括：

根据所需制备的锻件外形，设计并制备所述等温锻造模具。

可选地，所述对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料，包括：

将所述镦粗坯料扩孔为外径为330mm、内径为280mm、高度为75mm的 扩孔坯料。

可选地，所述将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部 凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件，包括：

将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处；

在底部使用金属往下部型腔充填充满；

采用镦粗变形径向流动的方式，使所述金属向底部型腔和凸耳方向流动， 以对所述扩孔坯料进行预锻处理，生成法兰盘预锻件。

可选地，所述将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件 进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件，包括：

将所述等温锻造模具的上下模闭合；

在所述金属向下流动充满型腔底部之后，对得到的锻件经碱洗，并加工去 除飞边，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种铝合金法兰盘锻件分 料控制的等温成形方法，包括：

原始坯料计算模块，用于根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需 原始坯料棒材；

镦粗坯料获取模块，用于将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗 坯料；

扩孔坯料生成模块，用于对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料；

预锻件生成模块，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的 下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件；

法兰盘锻件获取模块，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述 法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

可选地，还包括：

等温模具制备模块，用于根据所需制备的锻件外形，设计并制备所述等温 锻造模具。

可选地，所述扩孔坯料生成模块包括：

扩孔坯料获取单元，用于将所述镦粗坯料扩孔为外径为330mm、内径为 280mm、高度为75mm的扩孔坯料。

可选地，所述预锻件生成模块包括：

扩孔坯料放置单元，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具 的下模上部凸耳处；

金属填充单元，用于在底部使用金属往下部型腔充填充满；

预锻件生成单元，用于采用镦粗变形径向流动的方式，使所述金属向底部 型腔和凸耳方向流动，以对所述扩孔坯料进行预锻处理，生成法兰盘预锻件。

可选地，所述法兰盘锻件获取模块包括：

上下模闭合单元，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合；

法兰盘锻件获取单元，用于在所述金属向下流动充满型腔底部之后，对得 到的锻件经碱洗，并加工去除飞边，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明实施例通过改进传统模锻方式，实现精准分料控制金属流动。预锻 时坯料不按传统变形直接放入型腔底部，而是设计为将镦粗扩孔制坯后的坯料 放置在下模上部凸耳处，底部靠后续金属往下部型腔充填充满，上模下压时使 坯料由传统反挤变形轴向流动为主，改变为镦粗变形径向流动为主，金属向底 部型腔和凸耳方向两向流动，使凸耳顺利充填，且不影响锻件流线情况。终锻 上下模闭合时，上下模底部设计留出1.5mm左右间隙，使金属易于向下流动充 满型腔底部并产生底部少量飞边。本发明可以有效解决此类锻件成形过程中极 易出现的流线紊乱缺陷，折叠缺陷和型腔充填等问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种铝合金法兰盘分料控制的等温成形方法的 步骤流程图；

图2为本发明实施例提供的一种铝合金法兰盘分料控制的等温成形装置的 结构示意图。

具体实施方式

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清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

参照图1，示出了本发明实施例提供的一种铝合金法兰盘锻件分料控制的 等温成形方法的步骤流程图，如图1所示，该方法具体可以包括如下步骤：

步骤101：根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材。

在本发明实施例中，为了提高材料利用率，使锻件外形尽可能与零件相同。 铝合金法兰盘锻件的机械加工余量各部位为2mm。拔模斜度为5°，底部保留 2mm连皮。锻件圆角半径R取5mm，热锻件的收缩率为1.8％。综合考虑以 上因素及成型特点设计出2A50铝合金法兰盘热锻件三维图。

等温锻造模具的分模面选在水平投影尺寸最大的面上，凸耳在下模的上部， 上下模均设计6-8个加热孔，采用电阻加热。电阻加热制造简单，在模具中易 更换。利用加热管加热2小时可以达到预断温度420°，效率高，成本低。为 便于保温，模具上下模和四周皆用硅酸铝石棉板包扎。

使用商业有限元软件Deform 3D进行有限元数值模拟和理论分析，研究锻 件成形规律以及缺陷形成机理和控制方法，制定法兰盘锻件等温成形方案。精 确计算法兰盘锻件所需原始坯料，经计算原始坯料棒材为

在根据数值模拟结果，计算得到铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材之后， 执行步骤102。

步骤102：将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料。

将来料

2A50铝合金挤压棒材进行镦粗，坯料420℃保 温时间180分钟，模具平砧模加热至400℃-450℃，在液压机上进行镦粗工序， 镦粗至坯料高度为90mm。

在将原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料之后，执行步骤103。

步骤103：对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料。

对于这类形状复杂，组织性能要求高的法兰盘锻件，设计合理的模膛坯料 至关重要。考虑到法兰盘锻件外形呈圆环状，且外侧带有三个大小不完全相同 凸耳的形状特点，既要主动精确控制坯料变形程度和流线分布，又要考虑复杂 变形区金属流动情况。结合有限元模拟分析，将镦粗工序后得到的坯料进行扩 孔，扩孔至外径330mm，内径280mm，高度为75mm。通过扩孔控制分料， 这样有助于金属向四周流动，减小变形抗力，使法兰盘锻件底部和凸耳易于充 满。

在对镦粗坯料进行扩孔处理生成扩孔坯料之后，执行步骤104。

步骤104：将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸 耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件。

铝合金的外摩擦系数较大，一次等温模压是变形量较大，新生面太多，模 具型腔表面也会粘着很多铝屑，出现粘模情况，最终造成起模困难。同时一次 等温模压成形，极易在锻件表面上形成折叠等缺陷。因此法兰盘锻件在等温成 形过程中采用预锻和终锻两次成形。

对于一般的法兰盘类锻件，传统方法模锻成形时一般将坯料放入下模型腔 底部进行反挤成形。但是对于这种凸耳较长且形状不同的复杂法兰盘锻件，由 于坯料在底部直接受到到上模的压应力，金属会优先向上流动，径向流动较少， 导致径向方向分布的凸耳容易充不满。即使后期多余金属将凸耳充满也会出现 流线紊乱现象，从而影响锻件的疲劳特性。

为了使凸耳顺利充填，且不影响锻件流线情况，设计出预锻分料方案，将 镦粗和扩孔后得到的外径330mm，内径265mm，高70mm的2A50圆环状坯 料进行加热保温90分钟后，将坯料放在下模上部凸耳处，底部靠后续金属往 下部型腔充填充满。这样设计上模下压时，上模下压时使坯料由传统反挤变形 轴向流动为主，改变为镦粗变形径向流动为主，金属向底部型腔和凸耳方向两 向流动，使凸耳顺利充填，且不影响锻件流线情况。上下模与坯料同时加热， 上下模温度区间为(400℃-450℃)，坯料温度约为420℃左右。模具间隙留出 4mm，此时吨位约为1300吨，将得到的锻件进行碱洗，修伤，清除飞边。

在将扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对扩 孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件之后，执行步骤105。

步骤105：将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进 行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

终锻所用模具与预锻阶段相同，对第一遍压下得到的坯料以及模具同样进 行保温，使上下模温度区间为(400℃-450℃)，坯料温度约为420℃左右，下 压至上下模闭合。上下模闭合时，上下模底部设计留出1.5mm左右间隙，使金 属易于向下流动充满型腔底部并产生底部少量飞边，此时压机吨位约为1300 吨。将得到的锻件碱洗，清除飞边。经检查，所成形的锻件尺寸精度高、内部 组织性能好，流线沿几何外形分布，各项性能均达到了设计要求，成功地控制 了该锻件极易形成的各类缺陷。

实施例二

参照图2，示出了本发明实施例提供的一种铝合金法兰盘锻件分料控制的 等温成形装置的结构示意图，如图2所示，该装置具体可以包括如下模块：

原始坯料计算模块210，用于根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件 所需原始坯料棒材；

镦粗坯料获取模块220，用于将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的 镦粗坯料；

扩孔坯料生成模块230，用于对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯 料；

预锻件生成模块240，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模 具的下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻 件；

法兰盘锻件获取模块250，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对 所述法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

可选地，还包括：

等温模具制备模块，用于根据所需制备的锻件外形，设计并制备所述等温 锻造模具。

可选地，所述扩孔坯料生成模块包括：

扩孔坯料获取单元，用于将所述镦粗坯料扩孔为外径为330mm、内径为 280mm、高度为75mm的扩孔坯料。

可选地，所述预锻件生成模块包括：

扩孔坯料放置单元，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具 的下模上部凸耳处；

金属填充单元，用于在底部使用金属往下部型腔充填充满；

预锻件生成单元，用于采用镦粗变形径向流动的方式，使所述金属向底部 型腔和凸耳方向流动，以对所述扩孔坯料进行预锻处理，生成法兰盘预锻件。

可选地，所述法兰盘锻件获取模块包括：

上下模闭合单元，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合；

法兰盘锻件获取单元，用于在所述金属向下流动充满型腔底部之后，对得 到的锻件经碱洗，并加工去除飞边，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种铝合金法兰盘锻件分料控制的等温成形方法，其特征在于，包括：

根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材；

将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料；

对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料；

将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件；

将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件；

所述等温成形方法采用铝合金法兰盘锻件分料控制的等温成形装置进行等温成形，所述等温成形装置包括：

原始坯料计算模块，用于根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材；

镦粗坯料获取模块，用于将所述原始坯料棒材镦粗成高度为90mm的镦粗坯料；

扩孔坯料生成模块，用于对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料；

预锻件生成模块，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件；所述预锻件生成模块包括：扩孔坯料放置单元，用于将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处；金属填充单元，用于在底部使用金属往下部型腔充填充满；预锻件生成单元，用于采用镦粗变形径向流动的方式，使所述金属向底部型腔和凸耳方向流动，以对所述扩孔坯料进行预锻处理，生成法兰盘预锻件；

法兰盘锻件获取模块，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据数值模拟结果，计算铝合金法兰盘锻件所需原始坯料棒材之前，还包括：

根据所需制备的锻件外形，设计并制备所述等温锻造模具。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述镦粗坯料进行扩孔处理，生成扩孔坯料，包括：

将所述镦粗坯料扩孔为外径为330mm、内径为280mm、高度为75mm的扩孔坯料。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处，并对所述扩孔坯料进行等温预锻处理，生成法兰盘预锻件，包括：

将所述扩孔坯料放置于预先设计的等温锻造模具的下模上部凸耳处；

在底部使用金属往下部型腔充填充满；

采用镦粗变形径向流动的方式，使所述金属向底部型腔和凸耳方向流动，以对所述扩孔坯料进行预锻处理，生成法兰盘预锻件。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述等温锻造模具的上下模闭合，并对所述法兰盘预锻件进行等温锻造处理，得到最终的铝合金法兰盘锻件，包括：

将所述等温锻造模具的上下模闭合；

在所述金属向下流动充满型腔底部之后，对得到的锻件经碱洗，并加工去除飞边，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等温成形装置还包括：

等温模具制备模块，用于根据所需制备的锻件外形，设计并制备所述等温锻造模具。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扩孔坯料生成模块包括：

扩孔坯料获取单元，用于将所述镦粗坯料扩孔为外径为330mm、内径为280mm、高度为75mm的扩孔坯料。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述法兰盘锻件获取模块包括：

上下模闭合单元，用于将所述等温锻造模具的上下模闭合；

法兰盘锻件获取单元，用于在所述金属向下流动充满型腔底部之后，对得到的锻件经碱洗，并加工去除飞边，得到最终的铝合金法兰盘锻件。

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