專利名稱：40Cr鋼機體座類零件多向模鍛工藝方法及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及機械零件的模鍛成型工藝方法及模具，特別涉及用于生產40Cr鋼機 體座類零件的多向模鍛生產工藝及模具，屬于金屬材料塑性成形技術領域。
背景技術：
40Cr鋼是一種低淬透性調質鋼，也是國內應用最廣泛的合金調質鋼，但是 40Cr鋼的機加性能不太好。目前，國內軍工系統對于40Cr鋼機匣體類零件，傳統的方法 是采用模鍛錘上開式模鍛工藝生產，其工藝流程為下料一加熱一鍛造一切邊。其工藝存在 的主要問題是，飛邊過厚，金屬損耗大，鍛件公差大，后續的機械加工余量大，材料的利用率 低，另外由于錘模鍛速度高，常因速度敏感性強而引起鍛 件表面裂紋。韓家學、王勇圍“45 和40Cr鋼曲柄鍛造余熱調制工藝”(參見金屬熱處理，2009 (4)，75 77頁)提出對40Cr 圓鋼經中頻感應加熱精密鍛造成形后進行余熱恒溫調質處理，能顯著提高40Cr鋼曲柄的 淬透性和其他力學性能，組織和硬度分布均勻；但精密鍛造成形變形抗力大，模具的工作狀 態惡劣，導致模具受用壽命低。袁美齡、薛克敏、曾坐玲等“接套體多向模鍛金屬流動規律的 數值模擬研究”(參見金屬加工，2009 (3), 47 49頁)采用三向模鍛成形接套體，對接套體 多向模鍛金屬流動進行了數值模擬，證實接套體多向擠壓金屬流動方式比較復雜，是鐓粗、 反擠和徑向擠壓的復合過程；其給出的工藝及模具存在以下特點下腔利用反擠壓成形可 使型腔充填飽滿，但下沖頭的擠壓力較大且兼備零件的頂出功能，會導致模具壽命低。董傳 勇、薛克敏、趙茂俞等“接套體多向模鍛工藝及模具設計”(參見金屬加工，2009 (23)，53 55頁)提出了采用多向精鍛工藝加工30CrM3A接套體類鍛件的技術方案，設計了包括一料 一件和一料兩件的多向精鍛成型工藝方案以及多向精鍛模具。通過受力分析確定一料兩件 的工藝方案。其優點是解決了偏載力問題，并使頂出機構得到了優化，鍛件出模更加平穩、 可靠，生產效率得到大幅提高，但因為一料兩件，成形完后需要附加一步切斷工序，材料利 用率降低約4%。賈建磊、李萍、薛克敏等“機體座熱擠壓工藝分析及模具設計”(參見金屬加 工，2009 (19)，60 61頁)提出了采用熱擠壓工藝加工30CrMnMoTiA機體座類鍛件的技術 方案，設計了包括制坯、壓扁和熱擠壓成形的工藝方案以及可分凹模結構的熱擠壓模具，通 過受力分析確定一模兩件的工藝方案；其優點是解決了偏載力問題，而且減少了后續機加 工工時，提高了材料的利用率，降低了生產成本，但因為制坯后仍需先壓扁，無法做到一步 成形，因此生產率仍有待提高。夏巨諶、胡國安等研究了 7A04鋁合金機匣體類零件多向模 鍛模具及多向模鍛工藝(參見中國專利文件CN 101214526和CN 201217051Y)等，然而沒有 人通過采用多向模鍛工藝對40Cr鋼機體座類進行多向模鍛的研究。
發明內容
本發明提供一種40Cr鋼機體座類零件的多向模鍛工藝，并提供實現多向模鍛工 藝的多向模鍛模具，目的在于有效地克服現有開式模鍛工藝和等溫模鍛工藝中存在的上述 問題。
本發明的一種40Cr鋼機體座類零件多向模鍛工藝方法，其特征在于包括如下步 驟
(1)根據工藝要求，選用合適形狀的 40Cr鋼材料進行下料，得到長度合適的毛坯
件；
(2)在加熱裝置中將毛坯件加熱至1000°C 1180°C ；
(3 )將毛坯件移入多向模鍛模具的模膛內，毛坯靠模膛內對應于熱鍛件大頭一端放置， 對毛坯件模鍛成形；所述多向模鍛模具模膛的溫度為200°C 280°C ；得到無飛邊的機體座 鍛件。一種用于上述模鍛工藝的多向模鍛模具，其特征在于包括上半凹模、下半凹模， 右側凸模、左側凸模、左側凸模滑塊、右側凸模滑塊、起支撐作用的模架以及在脫模時將鍛 件頂出的頂出機構；
水平對稱的上半凹模與下半凹模具有凸形截面，為水平對稱分模結構；右側凸模、左側 凸模具有凸形截面，位于模具縱向對稱線的左右兩邊，為垂直分模結構；上半凹模與下半凹 模對應右側凸模、左側凸模部位具有用于成形鍛件兩側凸臺的型槽；上半凹模、下半凹模， 右側凸模、左側凸模之間構成模膛，所述模膛的形狀及尺寸與預先設計的機體座熱鍛件形 狀及尺寸相同；
上半凹模與模架的上模座連接，上模座帶動上半凹模上下移動；下半凹模設置在模架 的下模座上；
右側凸模、左側凸模分別與右側凸模滑塊、左側凸模滑塊連接，右側凸模滑塊、左側凸 模滑塊分別帶動右側凸模、左側凸模移動，實現合模或分模；
進一步的特征是所述上半凹模對應于右側凸模和/或左側凸模前后兩端均設有3 5°的拔模斜面，下半凹模對應于右側凸模和/或左側凸模前后兩端均設有1 3°的拔模 斜面。所述的頂出機構，由頂出桿、頂料板及鑲塊構成，頂出桿的上端與頂料板的下端接 觸，鑲塊設置在頂料板上，其下端與頂料板接觸，上端是成型面；頂出桿設置在模架的下模 座和下半凹模的頂出孔內。所述上半凹模和下半凹模均對應設置有導正銷。上半凹模與上模座之間、下半凹模與下模座之間有定位承力鍵。本發明可有效的克服現有兩種模鍛工藝存在的問題。將凹模設計成上半凹模與下 半凹模水平對稱分模結構，左、右側凸模分布在上、下兩半凹模模塊縱向對稱線的兩邊，模 膛對稱分布，多向模鍛是，鍛件均處于強烈的三向壓應力狀態，本發明與模鍛錘上開式模鍛 相比，其不同之處與優點是本實用新型多向模鍛在一次加熱后完成，且不需切邊工序；變 形金屬處于強烈的三向壓應力狀態，因而其塑性成形性能大為提高，加上在多向模鍛液壓 機上模鍛，其成形速度比錘上模鍛成形速度低得多，不存在速度過高而出現的速度敏感性 強導致表面產生裂紋的現象發生；鍛件無飛邊金屬損耗，且余量和公差小，鍛件材料利用率 比開式模鍛提高30%以上。本發明工藝流程合理，工藝參數與性能穩定；模具結構簡單，制造、安裝和使用方 便，工作可靠；毛坯經中頻加熱至1000°C 1180°C，鍛壓時通過鐓擠變形，鍛件處于三向壓 力狀態下成形，顯著提高了 40Cr鋼的塑性成形性能；將模具設計成多向分模結構并實現一次多向模鍛成形，可大大減少模鍛成形和鍛件頂出過程中鍛件同模膛表面的接觸摩擦阻
力，進一步提高鍛件表面質量，并顯著提高模具使用壽命。 所述多向模鍛模具可一次成形，無需輥鍛制坯及預鍛。
圖1某型號機體座毛坯示意圖； 圖2某型號機體座鍛件成品三維示意圖 圖3本發明多向模鍛模具示意圖； 圖4本發明上半凹模仰視圖； 圖5本發明上半凹模左視圖； 圖6本發明左側凸模仰視圖； 圖7本發明左側凸模正視具體實施例方式本發明的方法其步驟為(1)根據工藝要求，選用合適形狀的40Cr鋼材料進 行下料，得到長度合適的毛坯件；
(2)在加熱裝置中將毛坯件加熱至1000°C 1180°C ；通常采用中頻感應加熱的方 式進行加熱；可選用的溫度為 1020 0C、1050 0C、1060 °C、1080 °C、1100 °C、1120 °C、1150 °C、 1160°C、1170°C等；
(3 )將毛坯件移入多向模鍛模具的模膛內，毛坯靠模膛內對應于熱鍛件大頭一端放置， 對毛坯件模鍛一次成形；所述多向模鍛模具模膛的溫度為200°C 280°C ；得到無飛邊的 機體座鍛件；多向模鍛模具模膛的溫度可以是210°C、220°C、230°C、240°C、245°C、250°C、 255 °C、260°C、265 °C、270°C、275 °C 等。圖1為某型號機體座毛坯示意圖，是圓柱狀；根據工藝要求，選用合適形狀的40Cr 鋼材料進行下料，得到長度合適的毛坯件，一般是選擇合適直徑的圓柱狀棒料，其下料長度 按照工藝要求。圖2為某型號機體座鍛件成品三維示意圖。如圖3 圖7所示，本發明多向模鍛模具包括上半凹模2、下半凹模6，右側凸模 11、左側凸模12、左側凸模固定板4、左側凸模滑塊5、右側凸模固定板16、右側凸模滑塊17、 模架以及在脫模時將鍛件頂出的頂出機構，所述模架由上模座1、下模座7組成，上半凹模2 連接在上模座1上，下半凹模6連接在下模座7上，上模座1、下模座7分別用于固定和支撐 上半凹模2以及下半凹模6。水平對稱的上半凹模2與下半凹模6具有凸形截面，為水平對稱分模結構；所述右 側凸模11、左側凸模12均具有凸形截面，位于模具縱向對稱線的左右兩邊，為垂直分模結 構；上半凹模2、下半凹模6與右側凸模11、左側凸模12具有用于成形鍛件兩側凸臺的型 槽；上半凹模2、下半凹模6與右側凸模11之間，或上半凹模2、下半凹模6與左側凸模12 之間，或上半凹模2、下半凹模6與右側凸模11、左側凸模12之間形成模膛13，該模膛13與 預先設計好的機體座熱鍛件形狀和尺寸完全相同，毛坯在模膛13內受到多項作用力模鍛 成型。左側凸模12與右側凸模11具有臺肩，合模時靠臺肩限位，保證位置精度。
所述上半凹模2與模架的上模座1連接，上模座1與帶動上半凹模2上下移動；下 半凹模6設置在模架的下模座7上；
所述上半凹模2對應于右側凸模11和/或左側凸模12前后兩端均設有3 5°的拔 模斜面14 (拔模斜度為3 5° )，下半凹模6對應于右側凸模11和/或左側凸模12前后 兩端均設有1 3°的拔模斜面，方便零件拔模。本發明的頂出機構，在脫模時將鍛件頂出，可以選用現有技術的頂出機構。本發明 提供一種具體的頂出機構，由頂出桿9、頂料板8及鑲塊10構成，頂出桿9的上端與頂料板 8的下端接觸，鑲塊10設置在頂料板8上，其下端與頂料板8接觸，上端與鍛件接觸，上端面 是成型面，參與部分成型；頂出桿9設置在下模座和下半凹模6的頂出孔內，其下端與模鍛 壓力機的頂伸裝置連接，在壓力機的頂伸裝置帶下往上移動，帶動頂料板8及鑲塊10往上 移動，將模膛13內的鍛件頂出，方便脫模。右側凸模11、左側凸模12分別與右側凸模滑塊17、左側凸模滑塊5連接，右側凸 模滑塊17、左側凸模滑塊5分別與鍛模壓力機的側向動作機構連接，在鍛模壓力機的側向 動作機構帶動下橫向(側向)移動時，帶動右側凸模11、左側凸模12移動， 實現合模或分模。 圖中，右側凸模11可以先與右側凸模固定板16連接，在通過右側凸模固定板16與右側凸 模滑塊17連接，左側凸模12可以先與左側凸模固定板4連接，在通過左側凸模固定板4與 左側凸模滑塊5連接。所述上半凹模2和下半凹模6均對應設置有導正銷3，在上半凹模2和下半凹模6 合模時起到導向和定位作用。所述上半凹模2與上模座1之間、下半凹模6與下模座7之間有定位承力鍵18。圖3、4所示，本發明的模具，在一副模具內有兩個工位，即有兩個模膛13，相對應 地，左邊的模膛13就只有左側凸模12(通常在雙工位左邊的模膛13上難以設置右側凸模)， 右邊的模膛13就只有右側凸模11 (通常難以設置左側凸模)，如果是單工位的模具，在模膛 13的左右兩邊，都設置有左側凸模12和右側凸模11，同時向模膛13內的毛坯件施加壓力， 使其模鍛成型。工作時，本發明的多向模鍛模具固定于壓力機上，上模座1與壓力機的主滑塊連 接，上半凹模2與模架的上模座1連接，上模座1在壓力機的主滑塊帶動下上下移動時，帶 動上半凹模2下上下移動；下半凹模6設置在模架的下模座7上，下模座7與工作臺墊板連 接；工作臺墊板設置有頂出孔，用于置入頂出桿9。實施例1
某型號機體座鍛件的多向模鍛過程為將加熱至1100°c的40Cr鋼毛坯，放入下半凹模 6的模膛13內，毛坯靠模膛內側放置，上模座1及上半凹模2隨壓力機主滑塊下行到將毛坯 壓扁并與下半凹模合攏為止，接著側凸模11隨側凸模滑塊向中心移動伸入模膛內使毛坯 在閉式狀態鐓擠成形至側凸模臺肩與上、下半凹模左、右側接觸為止，上、下半凹模的溫度 為200°C，模鍛成形力5000KN，模鍛結束后，左、右側凸模隨左、由側凸模滑塊向兩邊移動從 模膛13中退出至原始位置，上半凹模2隨主滑塊回程，由8、9、10組成的頂出機構從下半凹 模模膛13中將鍛件頂出，所得鍛件如圖2所示。整個多向模鍛過程均為自動操作過程。導 正銷3用于上、下半凹模安裝合模定位。實施例2 將加熱至1080°C的40Cr鋼圓毛坯放入到230°C的多向鍛造模具內鍛造成形。其 余細 節與實施例1相同。
權利要求
1.一種40Cr鋼機體座類零件多向模鍛工藝方法，其特征在于包括如下步驟根據工藝要求，選用合適形狀的40Cr鋼材料進行下料，得到長度合適的毛坯件；(2)在加熱裝置中將毛坯件加熱至1000°C 1180°C ；(3 )將毛坯件移入多向模鍛模具的模膛內，毛坯靠模膛內對應于熱鍛件大頭一端放置， 對毛坯件模鍛成形；所述多向模鍛模具模膛的溫度為200°C 280°C ；得到無飛邊的機體座 鍛件。
2.一種用于權利要求1所述模鍛工藝方法的多向模鍛模具，其特征在于包括上半凹模(2)、下半凹模(6)，右側凸模(11)、左側凸模(12)、左側凸模滑塊(5)、右 側凸模滑塊(17)、起支撐作用的模架以及在脫模時將鍛件頂出的頂出機構；水平對稱的上半凹模(2)與下半凹模(6)具有凸形截面，為水平對稱分模結構；所述 左、右對稱的右側凸模(11)、左側凸模(12)具有凸形截面，位于模具縱向對稱線的左右兩 邊，為垂直分模結構；上半凹模(2)與下半凹模(6)對應右側凸模(11)、左側凸模(12)部位 具有用于成形鍛件兩側凸臺的型槽；上半凹模(2)、下半凹模(6)，右側凸模(11)、左側凸模 (12)之間構成模膛(13)，模膛(13)的形狀及尺寸與預先設計的機體座熱鍛件形狀及尺寸 相同；上半凹模(2)與模架的上模座(1)連接，上模座(1)帶動上半凹模(2)上下移動；下半 凹模(6)設置在模架的下模座(7)上；右側凸模(11)、左側凸模(12)分別與右側凸模滑塊(17)、左側凸模滑塊(5)連接，右側 凸模滑塊(17)、左側凸模滑塊(5)分別帶動右側凸模(11)、左側凸模(12)移動，實現合模或 分模。
3.根據權利要求2所述的多向模鍛模具，其特征在于所述上半凹模(2)對應于右側凸 模(11)和/或左側凸模(12)前后兩端均設有3 5°的拔模斜面(14)，下半凹模(6)對應 于右側凸模(11)和/或左側凸模(12)前后兩端均設有1 3°的拔模斜面。
4.根據權利要求2或3所述的多向模鍛模具，其特征在于所述的頂出機構，由頂出桿 (9)、頂料板(8)及鑲塊(10)構成，頂出桿(9)的上端與頂料板(8)的下端接觸，鑲塊(10)設 置在頂料板(8)上，其下端與頂料板(8)接觸，上端是成型面；頂出桿(9)設置在模架的下模 座和下半凹模(6)的頂出孔內。
5.根據權利要求4所述的多向模鍛模具，其特征在于所述上半凹模(2)和下半凹模 (6)均對應設置有導正銷(3)。
6.根據權利要求4所述的多向模鍛模具，其特征在于上半凹模與上模座之間、下半凹 模與下模座之間有定位承力鍵(18)。
全文摘要
40Cr鋼機體座類零件的多向模鍛工藝及模具，屬于金屬材料塑性成形技術領域，目的在于有效地避免現有開式模鍛工藝和等溫模鍛工藝存在的問題。本發明多向模鍛工藝，包括下料、加熱、多向模鍛步驟，多向模鍛過程為(1)下棒料經中頻感應加熱至1000℃～1180℃；(2)用多向模鍛模具對加熱毛坯一次成形。本發明的多向模鍛模具，包括對稱的左、右側凸模，上半凹模、下半凹模、側凸模固定板以及由上、下模座組成的模架。本發明工藝流程合理，工藝參數與性能穩定；模具結構簡單，制造、安裝和使用方便，工作可靠；可大大減少鍛件同模膛的摩擦阻力，顯著提高模具壽命，提高鍛件表面質量，材料利用率大，并且實現了一次成形，無需預鍛。
文檔編號B21J5/02GK102049456SQ20101056615
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者周志明, 唐麗文, 姚照云, 曹敏敏, 羅榮, 胡 治, 胡洋, 范青松 申請人:重慶理工大學