CN113714446A - 一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法，装置包括上模和下模；下模内设置型腔，上模上设置与型腔配合的凸台，凸台的底端面为圆锥面，圆锥面与水平面的夹角为4～12°；方法包括：加热胚料，预热上模和下模；将坯料放入下模的凹槽部中进行定位；下模旋转，上模施压，当压至指定行程时，上模停止下压，下模继续旋转对圆盘锻件进行整形；锻造结束后进行空冷和热处理；本发明采用闭式摆辗技术，采用轴向一方面能解决载荷过大的问题，减小对设备及成本的要求，降低成形温度，提高成形精度和细化晶粒，另一方面因为其受力和本身需要的置于凹槽部中的定位台可以避免中心开裂情况，还能一定程度提高组织一致性，达到性能各向同性。

Description

一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法

技术领域

本发明涉及零件成型技术领域，特别是涉及一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法。

背景技术

目前，金属圆板件主要使用开式模锻成形，但是由于金属圆板的直径较大，同时直径与厚度的比值也较大，对锻造设备的吨位提出了较高的要求，而且容易产生一些成型问题，如坯料与上模表面接触导致温降过快，大径厚比的金属薄圆板件容易开裂，圆盘边缘容易翘曲回弹；另外现阶段工艺成形出的金属圆板件的性能出现各向异性，易产生薄弱区域，不利于成品服役过程。

公开号为111496172A的专利“一种薄壁金属圆盘的双辊摆辗成形方法”，主要是依靠双锥辊的公转以及由坯料带动的自转和下凹模向上的进给运动对经加热镦粗成形的半成品成形，在进给运动停止后，双锥辊仍公转2～3圈后停止，可以用于成形直径/厚度比大的金属圆盘；公开号为108080543A的专利“一种多辊摆辗金属圆盘和金属圆环的成形方法”，采用多辊摆辗设备，将已经经过加热、镦粗和局部加压累积变形的半成品坯料，放入凹模型腔中，变形过程中多辊滑块向下运动，下模做旋转运动，带动坯料以及多辊滑块进行自转，能实现大直径厚度比的金属圆盘、圆环件，最大直径可达10m以上，厚度可达100mm以下，直径/厚度比可大于100。针对直径在500mm左右的薄壁圆盘件，利用开式模锻工艺由于接触面积的原因导致所需载荷吨位较大，而双辊或多辊辗压工艺的坯料与模具接触面积虽然减小，但是由于其成形模式易于造成中心减薄开裂的情况。

公开号为111496172A的专利“一种薄壁金属圆盘的双辊摆辗成形方法”，其采用双锥辊对坯料的加压与旋转，使坯料中心的受力状态为拉应力，中心区的表面质量易受影响，而且当坯料变形至厚度较薄时，中心拉应力区容易超过变形抗力，造成中心开裂；双锥辊的设计，当随着下模带动坯料的旋转，当两个锥辊所辗压过的区域开始重合时，容易因为每转进给量的不合理而造成折叠等表面缺陷。而多辊工艺受到成形件尺寸的限制，其对于坯料的原始尺寸有较多要求，而且多辊设备的造价成本高，多辊模具之间接缝处坯料流动不易控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，采用轴向闭式摆辗技术一方面能解决载荷过大的问题，减小对设备及成本的要求，降低成形温度，提高成形精度和细化晶粒，另一方面因为其受力和本身需要的置于凹槽部中的定位台可以避免中心开裂情况，还能一定程度提高组织一致性，达到性能各向同性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置，包括上模和下模，所述上模的顶部与竖向载荷施压装置连接，所述上模由所述竖向载荷施压装置驱动实现竖向位移并对所述下模内的胚料进行施压，下模的底部设置旋转机构，所述下模由所述旋转机构带动旋转；所述下模内设置有金属圆板件成型的型腔，所述型腔的底部设置有定位胚料的凹槽部，所述上模的底部设置与所述型腔配合的凸台，所述凸台的底端面为圆锥面，所述凸台底端面的锥面与水平面的夹角为4～12°。

优选地，所述上模与所述下模的材质为5CrNiMo工具钢。

基于上述大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置，本发明还提供了一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形的方法，包括以下步骤：

1)加热胚料，预热上模和下模；

2)将坯料放入下模的凹槽部中进行定位；

3)坯料与上模和下模的相对位置固定好后，上模开始向下进给，下模进行旋转，下模的压下速度为5mm/s～8mm/s，下模的转速为30～60RPM，变形量为30％～80％，当压至指定行程时，上模停止下压，下模继续旋转5～8s对圆盘锻件进行整形；

4)锻造结束后进行空冷；

5)对圆板锻件进行热处理，采用调质处理。

优选地，步骤1)中，以5℃～8℃/min的升温速率将坯料加热至1000～1100℃，保温2h，上模、下模预热至200～400℃。

优选地，步骤2)中，胚料的高径比不超过0.5。

优选地，步骤5)中，热处理过程为，先将圆板锻件加热至800～850℃，保温1～2h，水冷，然后再加热至610～590℃，保温1～2h，最后空冷。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法，在生产直径200～600mm左右尺寸的圆盘件时，针对中心开裂，表面质量差等现象，轴向闭式摆辗技术可以用于锻造薄壁金属圆盘件，该技术所成形的制件表面质量较好，而且由于是局部加载，能够减小成形过程中的载荷要求，轴向闭式碾压技术生产的盘件能达到各向同性，即周向和径向的性能一致。摆辗设备相对于多辊摆辗设备成本投入较小，而且由于成形载荷的降低，可以适当减小其成形温度，还能达到提高成形精度，细化晶粒的效果，另一方面因为其受力和本身需要的置于凹槽部中的定位台可以避免中心开裂情况，还能一定程度提高组织一致性，达到性能各向同性。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置的结构示意图，其为上模施压前的工作状态；

图2为本发明中大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置的结构示意图，其为上模施压的工作状态；

图3为圆板锻件的结构示意图；

图中：1-上模、2-下模、3-型腔、4-凹槽部、5-凸台、6-坯料。

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大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置及方法，以解决现有技术存在的问题。

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。

本实施例提供一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置，如图1、图2所示，包括上模1和下模2，上模1的顶部与竖向载荷施压装置(图中未示出)连接，上模1由竖向载荷施压装置驱动实现竖向位移并对下模2内的胚料6进行施压，下模2的底部设置旋转机构(图中未示出)，下模2由旋转机构带动旋转；下模2内设置有金属圆板件成型的型腔3，型腔3的底部设置有定位胚料的凹槽部4，上模1的底部设置与型腔3配合的凸台5，凸台5的底端面为圆锥面，凸台5底端面的锥面与水平面的夹角为4～12°。

于本具体实施例中，上模1与下模2的材质为5CrNiMo工具钢；上模1最大直径

高度80mm，上模1倾角为6°，下模2最大直径

高度100mm，下模2的型腔3深度20mm，其中型腔3圆角为3°，拔模角6°，相应上模1设置与下模2配合的凸台5，下模2底部中心处设置一定尺寸的定位台以便成形过程中固定坯料。

在上述大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置的基础上，本实施例还提供了一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形的方法，包括以下步骤：

1)加热胚料，预热上模1和下模2；以5℃～8℃/min的升温速率将坯料加热至1000～1100℃，保温2h，上模1、下模2预热至200～400℃

2)如图1所示，将坯料6放入下模2的凹槽部4中进行定位，胚料6的高径比不超过0.5；

3)如图2所示，坯料6与上模1和下模2的相对位置固定好后，上模1开始向下进给，下模2进行旋转，下模2的压下速度为5mm/s～8mm/s，下模2的转速为30～60RPM，变形量为30％～80％，当压至指定行程时，上模1停止下压，下模2继续旋转5～8s对圆盘锻件进行整形；

4)锻造结束后进行空冷；

5)对圆板锻件(如图3所示)进行热处理，采用调质处理；热处理过程为，先将圆板锻件加热至800～850℃，保温1～2h，水冷，然后再加热至610～590℃，保温1～2h，最后空冷。

需要说明的是，本实施例中提及的竖向载荷施压装置和旋转机构，为模具常规驱动装置，对其结构和工作原理不做赘述。

本发明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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置，其特征在于：包括上模和下模，所述上模的顶部与竖向载荷施压装置连接，所述上模由所述竖向载荷施压装置驱动实现竖向位移并对所述下模内的胚料进行施压，下模的底部设置旋转机构，所述下模由所述旋转机构带动旋转；所述下模内设置有金属圆板件成型的型腔，所述型腔的底部设置有定位胚料的凹槽部，所述上模的底部设置与所述型腔配合的凸台，所述凸台的底端面为圆锥面，所述凸台底端面的锥面与水平面的夹角为4～12°。

2.根据权利要求1所述的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置，其特征在于：所述上模与所述下模的材质为5CrNiMo工具钢。

3.一种应用权利要求1中所述的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形装置进行的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)加热胚料，预热上模和下模；

2)将坯料放入下模的凹槽部中进行定位；

3)坯料与上模和下模的相对位置固定好后，上模开始向下进给，下模进行旋转，下模的压下速度为5mm/s～8mm/s，下模的转速为30～60RPM，变形量为30％～80％，当压至指定行程时，上模停止下压，下模继续旋转5～8s对圆盘锻件进行整形；

4)锻造结束后进行空冷；

5)对圆板锻件进行热处理，采用调质处理。

4.根据权利要求3所述的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形方法，其特征在于：步骤1)中，以5℃～8℃/min的升温速率将坯料加热至1000～1100℃，保温2h，上模、下模预热至200～400℃。

5.根据权利要求3所述的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形方法，其特征在于：步骤2)中，胚料的高径比不超过0.5。

6.根据权利要求3所述的大径厚比金属薄圆板轴向闭式辗压成形方法，其特征在于：步骤5)中，热处理过程为，先将圆板锻件加热至800～850℃，保温1～2h，水冷，然后再加热至610～590℃，保温1～2h，最后空冷。

Images