鋁合金圓環坯件制坯方法及反擠壓模的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋁合金圓環坯件制坯方法及反擠壓模，該方法包括以下步驟，半連續鑄造圓柱形鋁合金鑄錠、鑄錠剝皮、鋁鑄錠加熱、反擠壓成圓筒形坯件、沖裁筒底形成圓管形坯件后再加熱保溫至設定時間、采用馬架方式擴孔至設定直徑和壁厚、最后切斷成多個圓環形坯件。該反擠壓模用于將圓柱形鋁鑄錠在熱態下反擠壓成圓筒形坯件，包括圓形反擠壓筒、反擠壓頭，反擠壓筒由可換墊塊形成其筒底，反擠壓筒位于墊塊上方的內腔具有拔模錐度；反擠壓頭由擠壓端頭和擠壓桿形成組合結構。本發明的有益效果是，制坯方法可有效減少材料消耗約30％以上，反擠壓模具結構簡單、使用壽命長。
【專利說明】鋁合金圓環坯件制坯方法及反擠壓模
【技術領域】
[0001]本發明涉及到一種鋁合金坯件的制坯方法及裝置，特別是一種鋁合金圓環坯件制坯方法及反擠壓模。
【背景技術】
[0002]較大尺寸的鋁合金滾輪加工需要專門制備坯件，這種坯件目前主要通過鍛造方式獲得。輕軌導向輪為環形結構零件，其坯件外徑約為Φ650πιπι，內徑約為Φ520πιπι，該零件的坯件目前同樣通過模具鍛造制備獲得。現有鍛造技術制得的圓環形鍛坯，為確保模具的使用壽命，在坯件內孔壁的高度方向必然留有一定厚度的連皮，然后通過沖孔方式將連皮沖裁掉才能獲得一圓環形坯件，沖裁掉的部分形成廢料，雖然可以回收利用，但也只能作為廢料回收。對于大直徑的環形坯件，其浪費程度極大，顯著加大零件的制造成本。采用模鍛方式制坯的前述導向輪，其投料比達到1:2.5左右。為此，需要改進。
【發明內容】
[0003]本發明的第一目的就是針對現有技術的不足，提供一種鋁合金圓環坯件制坯方法，以提高材料利用率，降低零件制造成本；本發明的第二目的是提供一種制坯模具，以用于實現本發明第一目的的方法。
[0004]為實現第一目的，本發明采用如下技術方案。
[0005]一種鋁合金圓環坯件制坯方法，包括以下步驟:
[0006]第一步，鑄鋁錠:采用鑄造設備半連續鑄造圓柱形鋁錠；
[0007]第二步，剝皮:通過金屬切削設備剝除鋁錠表皮；
[0008]第三步，鋁錠加熱:通過加熱爐將鋁錠加熱至440?480°C ；
[0009]第四步，反擠壓:通過液壓機和反擠壓模具將鋁錠反擠壓成圓筒形坯件至設定長度；
[0010]第五步，沖裁筒底:通過液壓機或沖壓設備和沖裁模切除圓筒形坯件的桶底形成圓管形坯件；
[0011]第六步，加熱保溫:通過加熱爐將圓管形坯件加熱至440?480°C，并保溫設定時間；
[0012]第七步，擴孔:利用鍛壓設備和馬架對圓管形坯件擴孔至設定直徑和壁厚；
[0013]第八步，切斷:利用金屬切削設備對圓管形坯件切割成多個圓環形坯件；
[0014]第九步，熱處理:對圓環形鋁合金坯件按要求進行熱處理。
[0015]采用前述技術方案的本方法，鑄造鋁錠通過剝皮，加熱后在熱狀態下進行反擠壓成圓筒形坯件，然后通過切筒底和馬架擴孔方式形成設定直徑和壁厚的圓管形坯件，再通過切斷的方式切割成多個圓環形坯件。因此，反擠壓方式形成的圓筒形坯件為多個圓環形坯件的連件，多個圓環形坯件的連件只有一個作為廢料筒底，因此，可大幅度減少單個圓環形坯件的廢料分攤量，可大幅度降低原材料消耗，提高材料利用率；同時，依次擠壓多個圓環坯件，可有效提高制坯效率，減少模具使用次數，從多方面降低零件制造成本。
[0016]優選的，在所述第三步的鋁錠加熱步驟中，所述加熱爐為帶空氣循環的箱式電爐。以使加熱爐內鋁鑄錠受熱均勻，確保反擠壓變形順利。
[0017]優選的，在所述第三步的鋁錠加熱步驟中，所述加熱溫度為460?470°C。確保反擠壓變形順利。
[0018]優選的，在所述第四步的反擠壓步驟中，所述液壓機為四柱液壓機。以使反擠壓變形均勻，反擠壓后筒形坯件的筒壁高度一致性好，確保形成環形坯件的數量及材料利用率。
[0019]優選的，在所述第六步的加熱保溫步驟中，所述加熱爐為帶空氣循環的箱式電爐。以使加熱爐內鋁鑄錠受熱均勻；所述加熱溫度為460?470°C;所述保溫時間為3小時以上。以確保坯件具有良好的加工塑性，降低加工難度，提高加工效率，降低加工成本。
[0020]為實現第二目的，本發明采用如下技術方案。
[0021]一種鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，包括圓形反擠壓筒、反擠壓頭，所述反擠壓筒由可拆換的墊塊形成其筒底，該墊塊下端面與反擠壓筒下端面位于同一平面內，反擠壓筒位于墊塊上方的內腔具有傾斜角度為α的拔模錐度；所述反擠壓頭由擠壓端頭構成反擠壓工作部，反擠壓端頭可拆換地連接有擠壓桿上，擠壓桿外徑小于反擠壓端頭外徑，該擠壓桿構成反擠壓頭的連接部。
[0022]采用前述技術方案的本裝置，使用前，反擠壓筒固定在液壓機下工作臺上，反擠壓頭的工作部通過連接部固定連接在液壓機的壓頭或上工作臺上，并將反擠壓筒與反擠壓端頭調整至同軸線的狀態。使用時，首先將剝皮及加熱后的圓柱形鋁錠置入反擠壓筒內，通過液壓機的壓頭或上工作臺的運動帶動反擠壓端頭向反擠壓筒的筒底擠壓鋁錠，鋁錠在反擠壓端頭及反擠壓筒的共同作用下，沿反擠壓端頭與反擠壓筒之間的間隙向反擠壓端頭擠壓運動的相反方向延伸，從而獲得前述發明方法中所需的鋁合金圓筒形坯件。本擠壓模具的反擠壓端頭和墊塊分別使反擠壓筒和反擠壓頭形成組合結構，在使用過程中，受擠壓力和溫度條件影響，反擠壓端頭和墊塊損壞后可單獨更換，可有效擠壓頭整體更換，或反擠壓筒的整體返修與更換；同時，擠壓桿的材料可選擇耐熱性、耐磨性和紅硬性遠低于反擠壓端頭的材料，從而可降低模具的材料費用，以此降低批件制造成本。
[0023]優選的，所述擠壓桿的下端設有同軸線的圓孔；所述反擠壓端頭由端頭頭部和端頭軸桿形成一體結構，該端頭軸桿間隙配合在所述圓孔內，該端頭桿部與擠壓桿之間連接有矩形鎖緊銷，該矩形鎖緊銷用于防止反擠壓端頭從擠壓桿下端脫落，該端頭頭部由所述擠壓桿的下端面傳遞擠壓力。反擠壓端頭與擠壓桿通過矩形鎖緊銷連接，且在擠壓時，擠壓桿直接將擠壓力傳遞到反擠壓端頭的端頭頭部上，矩形鎖緊銷和反擠壓端頭的端頭軸桿均處于不受力的狀態，因此，不會出現受力變形的情形，便于反擠壓端頭拆換，同時，鎖緊銷呈矩形結構，可通過將其小截面方向設在擠壓桿的橫向，以使擠壓桿在橫截面方向具有足夠大的實體截面，確保使用壽命長。
[0024]進一步優選的，所述反擠壓端頭由端頭頭部呈圓錐狀，其錐體大端形成擠壓工作部，端頭頭部錐體小端直徑大于或等于擠壓桿直徑。利于反擠壓完成后反擠壓頭順利脫出筒形還件。
[0025]進一步優選的，所述鎖緊銷的下側面兩端形成有凸楞。以使反擠壓頭工作時不從配合的矩形孔內滑出，確保使用安全。[0026]優選的，所述反擠壓筒的傾斜角度α為0.3?0.5° ;所述墊塊的上端面與外周面之間保留有棱角。以防止墊塊上端面附近的外周區域與反擠壓筒形成圓滑的間隙，阻止鋁材被擠入，便于坯件脫模，同時，減少坯件外周的加工余量，降低材料消耗。
[0027]本發明的有益效果是，制坯方法可有效減少材料消耗，在用于輕軌導向輪制坯時，將坯件制作成6?8件的連件，投料比可降至1:1.6，即可有效降低原材料消耗30%以上；反擠壓模具結構簡單、使用壽命長，用于鋁合金環形坯件的制坯反擠壓時，可有效降低制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1是本發明制坯方法的流程圖。
[0029]圖2是本發明反擠壓模具的結構示意圖。
[0030]圖3是本發明圖2中的A部放大圖。
[0031]圖4是本發明圖3中的B— B剖視圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本發明作進一步的說明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。
[0033]實施例1參見圖1、圖2，一種用于輕軌導向輪的鋁合金圓環坯件制坯方法，包括以下步驟:
[0034]第一步，鑄鋁錠:采用鑄造設備連鑄機半連續鑄造直徑485mm，長度為420mm的圓柱形招徒；
[0035]第二步，剝皮:通過金屬切削加工設備剝除厚度為15mm的鋁錠表皮；
[0036]第三步，鋁錠加熱:通過帶空氣循環的箱式電爐將剝皮后的鋁錠加熱至465±5°C ；
[0037]第四步，反擠壓:將加熱后的鋁錠置于模腔直徑為500mm的反擠壓模具內，通過30000KN的四柱液壓機和反擠壓模具將鋁錠反擠壓成圓筒形坯件6，該圓筒形坯件6外徑為500mm,內徑為280mm,長度為480?510mm,筒底厚度60_左右；
[0038]第五步，沖裁筒底:在30000KN的四柱液壓機設置的沖裁工位上通過沖裁模切除圓筒形坯件6的桶底形成圓管形坯件；
[0039]第六步，加熱保溫:通過帶空氣循環的箱式電爐將圓管形坯件加熱至465±5°C，并保溫設定3小時以上；
[0040]第七步，擴孔:利用30000KN的四柱液壓機和擴孔馬架對圓管形坯件擴孔至設定外徑為655_，內徑為520_，長度與筒形坯件長度基本保持不變；
[0041]第八步，切斷:利用金屬切削設備對圓管形坯件切割成6?8個圓環形坯件；
[0042]第九步，熱處理:對圓環形鋁合金坯件按要求進行熱處理。
[0043]在本實施例中，當剝皮后鋁錠或圓管形鋁坯件加熱溫度為440?450°C時，需要在出爐后及時進行反擠壓或擴孔，防止出爐過程中過渡冷卻，同時，鍛壓設備工作壓力相對提高，能耗相對較高；當剝皮后鋁錠或圓管形鋁坯件加熱溫度為470?480°C時，特別需要控制爐溫，防止出現晶粒粗大及過燒。[0044]本實施例中，在沖裁筒底的步驟中，也可采用沖壓設備或螺旋鍛壓極大等沖裁筒形坯件的筒底；在利用馬架擴孔時，還可采用螺旋鍛壓機、空氣錘、模鍛錘等其他鍛壓設備。
[0045]利用此方法獲得的導向輪坯件材料消耗顯著下降，可節約材料費約為30%。
[0046]實施例2參見圖2、圖3、圖4, 一種招合金圓筒形還件用反擠壓模,包括圓形反擠壓筒1、反擠壓頭，所述反擠壓筒I由可換墊塊3形成其筒底，該墊塊3下端面與反擠壓筒I下端面位于同一平面內，且墊塊3的上端面與外周面之間保留有棱角；反擠壓筒I位于墊塊3上方的內腔具有傾斜角度α為0.3~0.5度的拔模錐度；反擠壓筒I外周壁中部設有環形凹槽11 ;以在環形凹槽內設置卡環，方便通過卡環方式吊裝或固定；所述反擠壓頭由擠壓端頭2構成反擠壓工作部，反擠壓端頭2可拆換地連接有擠壓桿4上，擠壓桿4外徑小于反擠壓端頭2外徑，該擠壓桿4構成反擠壓頭的連接部；具體是擠壓桿4的下端設有同軸線的圓孔41 ;反擠壓〗而頭2由〗而頭頭部和〗而頭軸桿形成一體結構，該〗而頭軸桿間隙配合在所述圓孔41內，該端頭桿部與擠壓桿4之間連接有矩形鎖緊銷5，鎖緊銷5的下側面兩端形成有凸楞51，該矩形鎖緊銷5用于防止反擠壓端頭2從擠壓桿4下端脫落，該端頭頭部由所述擠壓桿4的下端面傳遞擠壓力；并且反擠壓端頭2由端頭頭部呈圓錐狀，其錐體大端形成擠壓工作部，端頭頭部錐體小端直徑大于擠壓桿4直徑；擠壓桿4上端形成有上端盤，以通過設有臺階通孔的連接塊7與液壓機的上工作臺連接，在擠壓桿4上端盤上設有反擠壓墊板8，以增大上工作臺的受力面積，形成對上工作臺的保護，減輕或避免擠壓桿4上端盤對上工作臺的損傷。
[0047]本實施例中，反擠壓端頭2的端頭頭部錐體小端直徑也可與擠壓桿4直徑相等。
[0048]以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種鋁合金圓環坯件制坯方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步，鑄鋁錠:采用鑄造設備半連續鑄造圓柱形鋁錠； 第二步，剝皮:通過金屬切削設備剝除鋁錠表皮； 第三步，鋁錠加熱:通過加熱爐將鋁錠加熱至440~480°C ； 第四步，反擠壓:通過液壓機和反擠壓模具將鋁錠反擠壓成圓筒形坯件至設定長度；第五步，沖裁筒底:通過液壓機或沖壓設備和沖裁模切除圓筒形坯件的桶底形成圓管形坯件； 第六步，加熱保溫:通過加熱爐將圓管形坯件加熱至440~480°C，并保溫設定時間； 第七步，擴孔:利用鍛壓設備和馬架對圓管形坯件擴孔至設定直徑和壁厚； 第八步，切斷:利用金屬切削設備對圓管形坯件切割成多個圓環形坯件； 第九步，熱處理:對圓環形鋁合金坯件按要求進行熱處理。
2.根據權利要求1所述的鋁合金圓環坯件制坯方法，其特征在于:在所述第三步的鋁錠加熱步驟中，所述加熱爐為帶空氣循環的箱式電爐。
3.根據權利要求1所述的鋁合金圓環坯件制坯方法，其特征在于:在所述第三步的鋁錠加熱步驟中，所述加熱溫度為460~470°C。
4.根據權利要求1所述的鋁合金圓環坯件制坯方法，其特征在于:在所述第四步的反擠壓步驟中，所述液壓機為四柱液壓機。
5.根據權利要求1~4中任意一項權利要求所述的鋁合金圓環坯件制坯方法，其特征在于:在所述第六步的加熱保溫步驟中，所述加熱爐為帶空氣循環的箱式電爐；所述加熱溫度為460~470°C ;所述保溫時間為3小時以上。
6.一種鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，包括圓形反擠壓筒(I)、反擠壓頭，其特征在于，所述反擠壓筒(I)由可拆換的墊塊(3)形成其筒底，該墊塊(3)下端面與反擠壓筒(I)下端面位于同一平面內，反擠壓筒(I)位于墊塊(3)上方的內腔具有傾斜角度為α的拔模錐度；所述反擠壓頭由擠壓端頭(2)構成反擠壓工作部，反擠壓端頭(2)可拆換地連接有擠壓桿(4)上，擠壓桿(4)外徑小于反擠壓端頭(2)外徑，該擠壓桿(4)構成反擠壓頭的連接部。
7.根據權利要求6所述的鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，其特征在于:所述擠壓桿(4)的下端設有同軸線的圓孔(41);所述反擠壓端頭(2)由端頭頭部和端頭軸桿形成一體結構，該端頭軸桿間隙配合在所述圓孔(41)內，該端頭桿部與擠壓桿(4)之間連接有矩形鎖緊銷(5)，該矩形鎖緊銷(5)用于防止反擠壓端頭(2)從擠壓桿(4)下端脫落，該端頭頭部由所述擠壓桿(4)的下端面傳遞擠壓力。
8.根據權利要求7所述的鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，其特征在于:所述反擠壓端頭(2)由端頭頭部呈圓錐狀，其錐體大端形成擠壓工作部，端頭頭部錐體小端直徑大于或等于擠壓桿(4)直徑。
9.根據權利要求7所述的鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，其特征在于:所述鎖緊銷(5)的下側面兩端形成有凸楞(51)。
10.根據權利要求6~9中任意一項權利要求所述的鋁合金圓筒形坯件用反擠壓模，其特征在于:所述反擠壓筒(I)的傾斜角度α為0.3~0.5° ;所述墊塊(3)的上端面與外周面之間保留有棱角。
【文檔編號】B21C25/02GK104014996SQ201410242155
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】盧怡, 陳陽洪 申請人:重慶東輕鋁合金鍛造有限公司, 重慶市科學技術研究院