CN112893729A

CN112893729A - 一种枝杈类锻件锻造方法

Info

Publication number: CN112893729A
Application number: CN202110053377.3A
Authority: CN
Inventors: 成一博; 张冉阳; 赵刚要; 郭正华; 刘大海; 金郴柏; 何龙
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2021-06-04

Abstract

本发明公开一种枝杈类锻件锻造方法，包括以下步骤：1、先测出锻件主体体积再测出锻件枝杈体积；2、设定预锻件主体体积等于锻件主体体积、预锻件主体直径等于锻件主体直径，计算出预锻件主体高度；3、设定预锻件枝杈高度等于预锻件主体高度，预锻件枝杈形状与锻件枝杈形状保持一致，设置控制平面，调整控制平面，使得预锻件枝杈体积等于锻件枝杈体积，获得预锻件形状；4、将毛坯件锻造成预锻件；将预锻件锻造成终锻件；本发明将枝杈类锻件划分为预锻件主体和预锻件枝杈，并先进行预锻件主体的设计，再在此基础上进行预锻件枝杈的设计，能够将预锻件主体体积和预锻件枝杈体积进行合理分配，降低成形难度，减少成形缺陷，提高锻件性能。

Description

一种枝杈类锻件锻造方法

技术领域

本发明涉及金属精密塑性成形领域，特别是涉及一种枝杈类锻件锻造方法。

背景技术

金属压力加工为金属塑性体积成形中较为常用的成形方法，主要为锻造工艺，锻造成形根据不同分类方法可分为不同成形种类。模锻是指在传统设备上利用模具使毛坯成形而获得锻件的锻造方法，此方法成形金属锻件时，锻件尺寸精度高，加工余量小，生产效率高。

模锻成形按照其成形方法可分为开式模锻和闭式模锻，开式模锻为传统锻造成形方法，成形后在锻件周围会产生飞边，需要进行切边以获得精确尺寸，而切边后将导致金属压力加工所获得金属流线被切断，造成锻件抗疲劳抗腐蚀性能下降。为克服这个缺陷，精密锻件成形主要采用闭式模锻，对金属体积要求较为严格，尤其是复杂枝杈件成形时，枝杈端部金属填充难度大，流动控制差，难以一次成形，故可分为预成形、终成形两步进行成形。能够在一定程度上提高锻造成形的效果，减少成形缺陷。

针对不同锻件设置预成形件时，体积分配方法不同，且不同锻件成形难点不同，难以形成统一成形方法。对枝杈类锻件尤其是复杂枝杈类锻件成形时，目前还没有合适的体积分配方案，在锻造成形过程中，存在金属填不满、成形难度大，成形缺陷大，锻件性能差等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种枝杈类锻件锻造方法，以解决上述现有技术存在的问题。主要在于预锻件体积分配方法，分配时将预锻件划分为预锻件主体和预锻件枝杈，并先进行预锻件主体的设计，再在此基础上进行预锻件枝杈的设计，能够将预锻件主体体积和预锻件枝杈体积进行合理分配，降低成形难度，减少成形缺陷，提高锻件性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种枝杈类锻件锻造方法，包括以下步骤：

(1)对锻件体积进行分割测量，先测出锻件主体体积再测出锻件枝杈体积；

(2)设定预锻件主体体积等于所述锻件主体体积，并设定预锻件主体直径等于锻件主体直径，计算出预锻件主体高度；

(3)设定预锻件枝杈高度等于所述预锻件主体高度，预锻件枝杈形状与锻件枝杈形状保持一致，设置预锻件的控制平面，调整所述控制平面，使得预锻件枝杈体积等于锻件枝杈体积，获得预锻件形状；所述控制平面包括主体上端面控制平面、主体下端面控制平面、枝杈上端面控制平面、枝杈下端面控制平面和枝杈外端面控制平面；

(4)将毛坯件锻造成预锻件；

(5)将预锻件锻造成终锻件。

优选地，在三维软件中对锻件体积进行测量，获得毛坯件体积，并进行下料；

优选地，获得所述毛坯件体积时根据金属压力加工体积不变原理，并考虑金属烧损量。

优选地，步骤(2)中锻件主体为圆柱形，锻件枝杈至少为两个，且至少两个所述锻件枝杈的体积或形状不同。

优选地，所述锻件枝杈的体积或形状不同时，分别测出锻件枝杈体积。

优选地，步骤(3)中所述枝杈下端面控制平面等同于所述主体下端面控制平面，调整所述控制平面时，调整所述枝杈上端面控制平面和所述枝杈外端面控制平面。

优选地，步骤(3)中对获得的预锻件进行倒角。

优选地，锻件枝杈设置有圆角时，根据所述圆角调整预锻件枝杈的倒角尺寸。

优选地，进行倒角后，再次对所述控制平面进行微调，保证预锻件体积与所述锻件体积相等。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)本发明将预锻件划分为预锻件主体和预锻件枝杈，在锻造成形的过程中，枝杈端部金属填充难度大、流动控制差，也就是说，主体与枝杈的流动性存在差异，本发明考虑到上述差异，在设计预锻件时，先进行预锻件主体的设计，再在此基础上进行预锻件枝杈的设计，能够将预锻件主体体积和预锻件枝杈体积进行合理分配，降低成形难度，减少成形缺陷，提高锻件性能；

(2)本发明在确定好预锻件主体的尺寸后，将预锻件枝杈形状与锻件枝杈形状保持一致，并设置预锻件枝杈的控制平面，通过调整控制平面，使得预锻件枝杈体积等于锻件枝杈体积，从而最终获得预锻件形状，调整控制平面可以利用三维软件的功能进行，操作简便，测量精度高，最终能够确保锻件的成形质量和精度；

(3)本发明根据枝杈类锻件金属流动的特点，选择了枝杈上端面控制平面和枝杈外端面控制平面作为可以调整的控制平面，使得预锻件枝杈的下端面和侧端面尽量和锻件保持一致，仅通过调整预锻件枝杈外端面和上端面对预锻件枝杈长度和高度进行调整，从而能够在锻造成形过程中，更便于枝杈金属的流动，能够充满模腔，保证锻件成形精度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为枝杈类锻件类型示意图；

图2为毛坯件示意图；

图3为预锻件示意图；

图4为预锻件各控制平面示意图；

图5为预锻件另一方向的各控制平面示意图；

图6为终锻件示意图；

图7为终锻件另一方向示意图；

其中，1、锻件主体；2、锻件枝杈；10、主体上端面控制平面；20、主体下端面控制平面；30、枝杈上端面控制平面；40、枝杈下端面控制平面；50、枝杈外端面控制平面；100、毛坯件；200、预锻件；201、预锻件主体；202、预锻件枝杈；221、预锻件第一枝杈；222、预锻件第二枝杈；223、预锻件第三枝杈；224、预锻件第四枝杈；300、终锻件；301、终锻件主体；302、终锻件枝杈；321、终锻件第一枝杈；322、终锻件第二枝杈；323、终锻件第三枝杈；324、终锻件第四枝杈。

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。

本发明的目的是提供一种枝杈类锻件锻造方法，以解决现有技术存在的问题。主要在于预锻件体积分配方法，分配时将预锻件划分为预锻件主体和预锻件枝杈，并先进行预锻件主体的设计，再在此基础上进行预锻件枝杈的设计，能够将预锻件主体体积和预锻件枝杈体积进行合理分配，降低成形难度，减少成形缺陷，提高锻件性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供一种枝杈类锻件锻造方法，如图1-7所示，在锻造时，分为毛坯件100、预锻件200和终锻件300，即先进行预锻件200的加工，再利用预锻件200锻造加工成终锻件300，而在预锻件200设计时，需要对预锻件主体201和预锻件枝杈202的体积进行合理分配，枝杈类锻件包括主体和连接在主体上的枝杈，在锻造成形的过程中，枝杈端部金属填充难度大、流动控制差，也就是说，主体与枝杈的流动性存在差异，可以将主体和枝杈进行区分；本发明在对预锻件200的体积进行分配时，考虑到预锻件主体201与预锻件枝杈202的流动性存在的差异，并且根据锻件主体结构相对于锻件枝杈结构较为简单的特点，可以先确定预锻件主体体积，在此基础上再确定预锻件枝杈体积，从而能够将预锻件主体体积和预锻件枝杈体积进行合理分配，能够降低成形难度，减少成形缺陷，提高锻件性能。

包括以下步骤：

(1)锻件体积测量：根据需求设计出锻件的各项参数，并获得锻件的实体样品或者虚拟图形，然后对锻件体积进行分割测量，如图1所示，锻件包括锻件主体1和锻件枝杈2，锻件枝杈2的数量可以为一个、两个或多个；测量时，分别测出锻件主体体积和锻件枝杈体积，其中，当锻件为实体样品时，可以是通过一定的机械加工手段加工而成的实体样品，也可以是采用3D打印技术打印出的实体样品，在进行体积测量时，则可以应用常规的测量工具(如直尺、卡尺、千分尺等工具)进行测量计算，也可以应用三维坐标仪等设备进行测量计算；当锻件为虚拟图形时，可以是通过三维软件绘制得到的虚拟图形，在进行体积测量时，则可以在三维软件内直接利用其自带的测量工具进行测算；

(2)主体体积分配：对于枝杈类锻件，锻件主体1和锻件枝杈2在外观形状上存在较为显著的区别，一般情况下，锻件主体1的结构相较于锻件枝杈2更简单，并且界限容易确定，比如，锻件主体1为圆柱形时，可以直接根据锻件枝杈2之间的锻件主体1的外壁确定锻件主体1的轮廓界限，从而能够轻松确定锻件主体体积，在此基础上，根据确定的界限可以轻松的确定锻件枝杈体积；而由于锻件枝杈2的结构较为复杂，如果先确定锻件枝杈体积，则由于锻件枝杈2和锻件主体1之间的界限无法确定，而无法确定锻件枝杈体积，进一步的也更无法确定锻件主体体积；

设定预锻件主体体积为V₂、直径为D₂、高度为H₂，已经在步骤(1)中测得或经过计算得到的锻件主体体积为V₃、直径为D₃、高度为H₃，设定预锻件主体体积V₂等于锻件主体体积V₃，即V₂＝V₃，并设定预锻件主体直径D₂等于锻件主体直径D₃，即D₂＝D₃，此时，能够计算出预锻件主体高度H₂，进而得到预锻件主体201的尺寸和外形参数；需要说明的是，由于锻件上下可能会有凸台、凹槽，故H₃较大，而设置预锻件200的目的主要是为了便于非对称枝杈体积分配，因此，预锻件主体201可直接设置为圆柱；

(3)枝杈体积分配：在确定好预锻件主体201的外形尺寸后，根据预锻件枝杈体积与锻件枝杈体积相等的原理，则能够确定预锻件枝杈202的外形尺寸，而由于各个锻件枝杈2的形状或体积不同，成形过程中金属流速不同，不同的锻件枝杈2填充速度、填充程度有所不同，因此需要对体积不等的预锻件枝杈201进行体积分配；

首先，设定预锻件枝杈高度等于预锻件主体高度，预锻件枝杈形状与锻件枝杈形状保持一致，此处所说的形状应当理解为大体上的外观轮廓形状，如图6-7所示出的终锻件300的终锻件枝杈302，其终锻件第一枝杈321、终锻件第二枝杈322和终锻件第三枝杈323端部的圆角可以暂不做考虑，将其整体抽象为图3所示出的预锻件200的预锻件枝杈202的形状(分别对应预锻件第一枝杈221、预锻件第二枝杈222和预锻件第三枝杈223)；然后，设置预锻件枝杈202的控制平面，调整控制平面，使得预锻件枝杈体积等于锻件枝杈体积，获得预锻件形状，其中，如图4-5所示，控制平面包括主体上端面控制平面10、主体下端面控制平面20、枝杈上端面控制平面30、枝杈下端面控制平面40和枝杈外端面控制平面50，也就是说，通过调整上述的各个控制平面来实现对枝杈体积的调整；在具体的操作过程中，如果是实体样品，则对相应的平面进行增材或减材加工，使得控制平面发生改变，此时，枝杈体积也相应的发生改变，再通过步骤(1)中的测量方法再次对枝杈体积进行测量，得到调整后的体积，如果体积等于锻件枝杈体积，则可以停止调整，如果大于锻件枝杈体积，则需要继续减材，如果小于锻件枝杈体积，则需要进行增材；如果是虚拟图形，则上述控制平面的调整可以在三维软件中进行，具体的，对前序设定好的控制平面进行修改后，后序枝杈体积也随之调整，再具体的，以CATIA软件为例，进行操作后，特征树中会按照操作顺序排序，如改变特征树中前序设定的平面操作，则后序基于此平面的体积操作随之改变，以此调整枝杈体积，并可以在软件中直接得到枝杈体积的数值，再与锻件枝杈体积进行比较，如果体积等于锻件枝杈体积，则可以停止调整，如果大于锻件枝杈体积，则需要朝着减小体积的方向调整，如果小于锻件枝杈体积，则需要朝着增大体积的方向调整；经过上述步骤后，最终获得预锻件枝杈202的形状和尺寸参数；

(4)可以按照预锻件200的形状和尺寸参数制作相应的模具，利用该模具进行模锻，将毛坯件100锻造成预锻件200，如图2所示，毛坯件100可以下料成圆柱型；

(5)按照设计的形状和尺寸参数，制作锻件的模具，利用该模具将预锻件200锻造成终锻件300。

为了降低工艺的难度，并提高数据的准确性，可以将获得锻件体积的过程在三维软件中进行，在三维软件中对虚拟图形锻件的锻件体积进行测算，获得锻件体积，再根据掌握的锻造经验由锻件体积获得毛坯件体积，并进行下料，下料时可以直接下料成圆柱形、方形等规则形状，规则形状方便对于体积的计算，能够进一步的保证下料体积的准确性；

具体的，在获得毛坯件体积时可以根据金属压力加工体积不变原理，也就是说，金属本身不容易被压缩，在经过各种形变后其体积基本没有变化，因此，可以直接将锻件体积等于毛坯件体积，实际上，根据锻造经验和实际的加工情况，在锻造过程中，不可避免的会有一定的烧损量，为了进一步保证或提高锻造的精度，在毛坯件100下料时就需要考虑金属烧损量，即在下料时会在锻件体积的基础上加上金属烧损量的体积，而金属烧损量的数值则会根据锻件的体积大小经过计算获得。

如图1所示，步骤(2)中枝杈类锻件，可以包括锻件主体1和锻件枝杈2，锻件枝杈2分布在主体1的外侧，每个锻件枝杈2的体积和形状等可以完全一致，也可以存在差别，其中，锻件主体1可以为圆柱形，锻件枝杈2至少为两个，可以为三个、四个或更多个，当设置有两个时，两个锻件枝杈2的形状或体积可以不同，当设置有多于两个时，可以至少有两个锻件枝杈2的形状或体积不同；由于锻件枝杈2的形状或体积不等，在锻造成形过程中金属流速不同，锻件枝杈2填充速度、填充程度也不尽相同，因此，需要对形状或体积不同的锻件枝杈2进行体积分配，换言之，在对不同形状或体积的锻件枝杈2进行体积分配后，锻造过程中能够使得锻件枝杈2的填充速度、填充程度保持一致，从而能够提高锻件的成形效果，减少成形缺陷。

如果锻件枝杈2形状不同，则需要分别测出锻件枝杈体积，在调整控制平面时分别对每个预锻件枝杈进行调整，以使得每一个预锻件枝杈体积等于相应的锻件枝杈体积。

步骤(3)中可以将枝杈下端面控制平面40设置成等同于主体下端面控制平面20，也就是说，在调整枝杈下端面控制平面40时，主体下端面控制平面20相应的进行调整，在不调整枝杈下端面控制平面40时，则主体下端面控制平面20同样保持不动，对于预锻件200而言，由于采用的是上下模具进行的锻造，预锻件200放置在下模上，预锻件枝杈202的下表面和侧面与锻件保持一致能够更佳有利于成形，因此，在调整控制平面时，则只需要调整枝杈外端面控制平面50和枝杈上端面控制平面30对预锻件枝杈长度和预锻件枝杈高度进行调整即可，而预锻件枝杈201的长度小于锻件枝杈301的长度，因此，预锻件枝杈201在锻造时会在长度方向上继续延伸，在预锻件枝杈202采取了不同的体积分配的基础上，能够保证在锻造时，不同的预锻件枝杈202保持锻造成形效果一致。

步骤(3)中可以对获得的预锻件200进行倒角，倒角可以分为边棱倒角和圆弧倒角，边棱倒角是对尖角棱边进行的倒角，圆弧倒角是根据锻件的形状在相应的位置进行的适应性的倒角，以能够更贴近锻件的形状，而更便于金属的流动成形。

如图6-7所示，终锻件300(同锻件)中的部分终锻件枝杈302在端部设置有圆角，此时，就需要在图3所示的预锻件200的预锻件枝杈202相应的位置设置合适的倒角，圆角的尺寸大则相应的增大预锻件枝杈202的倒角尺寸，圆角的尺寸小则相应的减小预锻件枝杈202的倒角尺寸。

在进行倒角后，由于预锻件200损失了部分体积，此时需要对预锻件体积再次进行调整，也就是说，需要再次对控制平面进行微调，以保证预锻件体积与锻件体积相等，需要说明的是，针对预锻件200获得的途径不同(实体样品或虚拟图形)，倒角的加工可以是机械加工，也可以是在三维软件中进行操作，如果是采用机械加工的方式，则可以在倒角后进行增材加工(调整控制平面)，再通过步骤(1)的测量手段进行体积测算后确定预锻件体积与锻件体积相等；如果是采用在三维软件中操作的方式，则可以在倒角后，朝着体积增大的方向调整控制平面，再在三维软件中测量获得的预锻件的体积，最终获得预锻件体积与锻件体积相等的结果。

本发明以具有四个锻件枝杈2的十字类非对称枝杈件为例对本发明的方法进行介绍如下：

如图6-7所示，其中三个锻件枝杈2形状体积相等，一个锻件枝杈2体积较小，锻件枝杈上表面为平面，锻件枝杈下表面为斜面，且锻件枝杈2与锻件主体1(等同于终锻件主体301)不等高，设锻件总体积为V_总，锻件主体体积为V_主体，三个相等的锻件枝杈体积为V_大，一个较小的锻件枝杈体积为V_小；成形时，根据终锻件300设计预锻件200，使预锻件主体201、三个大预锻件枝杈202等高，预锻件主体201为圆柱件，预锻件主体直径与锻件主体直径相同，即可根据等体积(V_预主体＝V_主体)求得预锻件主体高度；在三维软件中设置控制平面，在控制平面的基础上结合锻件设计预锻件枝杈202，此时预锻件枝杈202根部应与锻件等高以避免圆角影响成形；最后调整控制平面使预锻件枝杈体积与锻件枝杈体积(V_预大＝V_大、V_预小＝V_小)相等，其中，大预锻件枝杈202包括预锻件第一枝杈221、预锻件第二枝杈222和预锻件第三枝杈223，小预锻件枝杈202包括预锻件第四枝杈224；大终锻件枝杈302包括终锻件第一枝杈321、终锻件第二枝杈322和终锻件第三枝杈323，小终锻件枝杈302包括终锻件第四枝杈324；并进行倒角后，即得到预锻件200；模锻过程中得到锻件的最终几何尺寸的工步(除少数锻件在终锻后尚需附加弯曲、扭转等工步外)为终锻，将预锻件200或毛坯件100锻成最终的锻件形状。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：包括以下步骤：

(4)将毛坯件锻造成预锻件；

(5)将预锻件锻造成终锻件。

2.根据权利要求1所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：在三维软件中对锻件体积进行测量，获得毛坯件体积，并进行下料。

3.根据权利要求2所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：获得所述毛坯件体积时根据金属压力加工体积不变原理，并考虑金属烧损量。

4.根据权利要求2所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：步骤(2)中锻件主体为圆柱形，锻件枝杈至少为两个，且至少两个所述锻件枝杈的体积或形状不同。

5.根据权利要求4所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：所述锻件枝杈的体积或形状不同时，分别测出锻件枝杈体积。

6.根据权利要求4所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：步骤(3)中所述枝杈下端面控制平面等同于所述主体下端面控制平面，调整所述控制平面时，调整所述枝杈上端面控制平面和所述枝杈外端面控制平面。

7.根据权利要求1-6任一项所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：步骤(3)中对获得的预锻件进行倒角。

8.根据权利要求7所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：锻件枝杈设置有圆角时，根据所述圆角调整预锻件枝杈的倒角尺寸。

9.根据权利要求7所述的枝杈类锻件锻造方法，其特征在于：进行倒角后，再次对所述控制平面进行微调，保证预锻件体积与所述锻件体积相等。