一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及模具的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及其采用的模具，該方法為：在模具（熱態）上進行熱成型工藝，得到熱件，且在熱成型過程中模具的凹凸模之間保留大于零的模間距；熱件冷卻后得到初始鍛件；初始鍛件淬火處理后，在模具（冷態）上對其進行壓縮冷變形工藝，以消除初始鍛件中因淬火產生的殘余內應力，再進行人工時效，得到終鍛件。上述方法中，由于在熱成型過程中凹凸模之間保留大于零的模間距，從而實現了利用同一模具即可完成熱成型及冷變形工藝的目的，不僅可以生產出滿足材料使用要求的高質量的胎模鍛件和模鍛件，而且節省了制備多套模具的費用，具有降低采購成本并提高后續零件機加工效率等有益效果。
【專利說明】一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及模具
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械設計及加工【技術領域】，特別涉及一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及模具。
【背景技術】
[0002]隨著航空產業的深入發展，作為國家戰略發展和人們生活的需要，飛機正逐步發揮著愈來愈重要的功用，各領域的需求量越來越大，國產化變得異常迫切。由于現役飛機的使用強度較以前大大提高，對機體材料綜合性能的要求逐步提升，飛機制造商對機體零部件供應商供應的零部件質量要求大大提高，譬如使用環境因素決定的材料所需的耐應力腐蝕性能和抗疲勞性能，同時，考慮到采購成本和后續處理效率(譬如零件機加工)等因素，機體制造商必將模鍛件及精密模鍛件作為所需產品毛坯采購類型的首選，這也必將是未來航空材料的發展 方向。
[0003]由于現階段航空材用鋁合金模鍛件主要采用7XXX系高新合金，鑒于該系合金自身的特性，制造過程需要消除殘余內應力，以獲得具有優良加工性能和使用性能的產品。但是，國內尚無為模鍛件消除殘余內應力的技術應用于生產。
[0004]因此，如何為模鍛件消除殘余內應力，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0005]有鑒于此，本發明提供了一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及模具，可以利用同一模具控制熱成型及冷變形消除模鍛件殘余內應力，不僅可以生產出滿足材料使用要求的高質量的胎模鍛件和模鍛件，而且降低了制造成本。
[0006]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0007]—種制造模鍛件并消除殘余應力的方法，包括:
[0008]步驟A:在模具(熱態)上進行熱成型工藝，得到熱件，在熱成型過程中所述模具的凹凸模之間保留大于零的模間距；
[0009]步驟B:所述熱件冷卻后得到初始鍛件；
[0010]步驟C:在所述模具(冷態)上對所述初始鍛件進行壓縮冷變形工藝，以消除所述初始鍛件中的殘余應力，得到終鍛件。
[0011]優選地，在上述方法中，所述模具中，凹模的外輪廓尺寸等于所述熱件的外輪廓尺寸，
[0012]當零部件為弧形零部件時，所述零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸，加上經過加厚處理時添加的尺寸，最終得到的外輪廓尺寸為所述熱件的外輪廓尺寸；
[0013]否則，所述熱件的外輪廓尺寸為所述零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸。
[0014]優選地，在上述方法中，當零部件中設置有凹槽和/或內孔時，所述模具中，凸模的外輪廓尺寸等于所述終鍛件中所述凹槽和/或所述內孔的外輪廓尺寸，并且，
[0015]步驟C之前還包括步驟B1:對所述初始鍛件中的凹槽和/或內孔進行切削加工，得到所述終鍛件的所述凹槽和/或所述內孔。
[0016]優選地，在上述方法的步驟C中，采用全厚度方向對所述初始鍛件的整體或局部進行壓縮冷變形工藝，產生1%_5%的變形量。
[0017]優選地，在上述方法中，所述零部件為鋁合金件。
[0018]一種模具，所述模具為上文中所述的制造模鍛件并消除殘余應力的方法中采用的模具。
[0019]從上述技術方案可以看出，本發明提供制造模鍛件并消除殘余應力的方法中，由于在熱成型過程中凹凸模之間保留大于零的模間距，從而實現了利用同一模具即可完成熱成型及冷變形工藝的目的，不僅可以生產出滿足材料使用要求的高質量的胎模鍛件和模鍛件，而且節省了制備多套模具的費用，具有降低生產成本并提高后續零件機加工效率等有益效果。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發明實施例提供的零部件的結構示意圖；
[0022]圖2為本發明實施例提供的模鍛件的結構示意圖；
[0023]圖3為本發明實施例提供的模鍛件處于熱脹效應時得到的基礎熱件的結構示意圖；
[0024]圖4為對圖3中基礎熱件的內孔經過修調處理后得到的修調熱件的結構示意圖；
[0025]圖5為本發明實施例提供的未經加厚處理的熱件經壓縮冷變形后局部余量不足的不意圖；
[0026]圖6為本發明實施例提供的對熱件進行加厚處理的示意圖；
[0027]圖7為本發明實施例提供的采用模具對初始鍛件進行壓縮冷變形的工作示意圖；
[0028]圖8為本發明實施例提供的三維模擬仿真設計流程圖；
[0029]圖9為本發明實施例提供的生產流程圖。
【具體實施方式】
[0030]本發明公開了一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法及模具，可以利用同一模具控制熱成型及冷變形以消除模鍛件殘余內應力，不僅可以生產出滿足材料使用要求的高質量的胎模鍛件和模鍛件，而且降低了模具成本。
[0031]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。[0032]以一個弧形且帶內孔的模鍛件為例進行說明。在制作或修調模具前，首先需要設計出與模具對應的鍛件尺寸，該鍛件相關的三維模擬仿真設計圖請參閱圖1-圖4:圖1為零部件的結構示意圖，零部件的形狀是根據使用需求設計的一個實體狀態；圖2為模鍛件的結構示意圖，模鍛件(或精密模鍛件)是在零部件的基礎上根據生產設備狀態和工藝設計需要添加加工余量(可變量)后生成的一個實體狀態；圖3為模鍛件處于熱脹效應時得到的基礎熱件的結構示意圖，基礎熱件是在鍛件的基礎上增加熱漲效應后生成的一個實體狀態。在此需要說明的是，現有技術中的模具尺寸一般按上述基礎熱件制作，而本發明旨在令熱成型和后續的冷變形操作使用同一套工模具，所以凸模的尺寸部分不能按照上述基礎熱件圖的尺寸制作，而必須修調至終鍛件的尺寸。請參閱圖4所示的對基礎熱件的內孔修調處理后得到的修調熱件的結構示意圖，其中，修調熱件的內孔尺寸等于終鍛件的內孔尺寸，由于該修調熱件冷卻后內孔尺寸會變小，故在進行冷變形之前，需要將修調部分41 (即多肉部分)以機加工切屑的方式剝離，得到終鍛件的內孔尺寸，之后再對其進行壓縮冷變形。
[0033]在實際的生產制造過程中，弧形熱件經過冷縮效應后弧度會發生改變，導致用熱成型模具冷壓縮鍛件后，局部余量不能保證鍛件的設計余量(其設計余量不足部分請參見圖5中的A區域)，因此，本發明在進行模具設計時，凹模型腔對應的熱件尺寸需要做加厚處理(其加厚部分請參見圖5中的Al區域)，之后再通過經過加厚處理的修調熱件得出模具的尺寸。請參閱圖5和圖6，圖5為未經加厚處理的熱件經壓縮冷變形后局部余量不足的示意圖，圖6為對熱件進行加厚處理的示意圖。
[0034]上述設計過程為“零部件一模鍛件一基礎熱件一修調熱件一鍛模一鍛件一特殊處理一熱處理一成品鍛件”，其中修調熱件為基礎熱件根據鍛件的尺寸進行修調(縮小內孔尺寸和/或加厚處理)得到，請參閱圖8所示的三維模擬仿真設計流程圖。本發明提供的模具中，凹凸模的具體尺寸分別按照上述設計過程最終得到的鍛件尺寸進行設計。
[0035]對應地，本發明提供的生產流程具體為“熔鑄一制坯(鍛造/軋制)一(預鍛)一模鍛一特殊處理(機械加工)一淬火一冷變形(全厚度方向整體壓縮)一精整矯形一人工時效一理化檢測”，請參閱圖9所示的生產流程圖。
[0036]綜上，本發明實施例提供的制造模鍛件并消除殘余應力的方法，主要包括以下步驟:首先，在模具上進行熱成型工藝，得到熱件，在熱成型過程中，模具的凹凸模之間保留大于零的模間距，該模間距用于保證熱件經過冷縮效應后得到的初始鍛件依舊可以在該模具中進行壓縮冷變形工藝；之后，熱件冷卻，得到初始鍛件；初始鍛件淬火處理后，對初始鍛件進行壓縮冷變形工藝，以消除初始鍛件中因淬火產生的殘余內應力，再進行人工時效后，得到終鍛件，并且，該壓縮冷變形工藝與上述熱成型工藝在同一模具中進行，其中，在進行熱成型工藝時該模具為熱態，在進行冷變形工藝時該模具為冷態。
[0037]在優選實施例中，對初始鍛件進行壓縮冷變形工藝時，采用全厚度方向對初始鍛件的整體或局部進行壓縮冷變形工藝，產生1%_5%的變形量，以消除鍛件內部的殘余應力，使鍛件內應力達到平衡狀態，改善鍛件后續機加工過程中因應力釋放不均造成最終零件產生變形無法使用的狀況。同時，模具的尺寸保證了最終鍛件的尺寸，起到了矯形的效果。請參閱圖7所示的采用模具對初始鍛件進行壓縮冷變形的工作示意圖。
[0038]本領域技術人員容易獲知的是，由于熱漲效應和冷縮效應，模鍛件的熱成型和冷變形一般分別在兩套不同尺寸的模具上進行，即經過熱成型的熱件冷卻后需要轉移到另一套模具上進行冷變形工藝，從而，除了熱成型模具外，還需要額外制造一套壓縮冷變形專用模具對產品進行殘余內應力的消除。與之相比，本發明實施例提供的制造模鍛件并消除殘余應力的方法中，由于在熱成型過程中凹凸模之間保留大于零的模間距，從而實現了利用同一模具即可完成熱成型及冷變形工藝的目的，不僅可以生產出滿足材料使用要求的高質量的胎模鍛件和模鍛件，而且節省了制備多套模具的費用，具有降低制造成本并提高后續零件機加工效率等有益效果。
[0039]在上述實施例中，模具中凹模的外輪廓尺寸等于熱件的外輪廓尺寸。具體地，當零部件為弧形零部件時，零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸，再加上經過加厚處理時添加的尺寸，最終得到的外輪廓尺寸為與凹模對應的熱件的外輪廓尺寸；否則，與凹模對應的熱件的外輪廓尺寸為零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸。
[0040]本領域技術人員易知的是，當零部件為弧形零部件時，由于冷縮效應引起弧度改變，如果沒有經過加厚處理，則容易導致用熱成型模具對初始鍛件進行壓縮冷變形后，終鍛件局部余量不能 保證需求的設計余量(如圖6所示)。因此，本發明在根據零部件尺寸對模具尺寸進行設計時，對熱件進行了局部或整體部位的加厚處理，以保證終鍛件發生冷縮效應后仍能保證設計余量的需求。
[0041]在具體實施例中，當零部件中設置有凹槽和/或內孔時，模具中凸模的外輪廓尺寸等于終鍛件中凹槽和/或內孔的外輪廓尺寸，此時，在對初始鍛件進行壓縮冷變形工藝之前，需要對初始鍛件中的凹槽和內孔進行切削加工，以切除多肉部分，得到終鍛件的凹槽和/或內孔。
[0042]本發明提供的上述方法可以適用于鋁合金件的生產制造，但是并不局限于此，本領域技術人員還可以將其適用于其它材質零部件的生產制造，對此，本發明并不做具體限定。
[0043]綜上，本發明還提供了一種模具，該模具為上文中所述的制造模鍛件并消除殘余應力的方法中采用的模具。
[0044]對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。
【權利要求】
1.一種制造模鍛件并消除殘余應力的方法，其特征在于，包括: 步驟A:在模具上進行熱成型工藝，得到熱件，在熱成型過程中所述模具的凹凸模之間保留大于零的模間距； 步驟B:所述熱件冷卻后得到初始鍛件； 步驟C:在所述模具上對所述初始鍛件進行壓縮冷變形工藝，以消除所述初始鍛件中的殘余應力，得到終鍛件。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具中，凹模的外輪廓尺寸等于所述熱件的外輪廓尺寸， 當零部件為弧形零部件時，所述零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸，加上經過加厚處理時添加的尺寸，最終得到的外輪廓尺寸為所述熱件的外輪廓尺寸； 否則，所述熱件的外輪廓尺寸為所述零部件添加加工余量后處于熱脹效應時的外輪廓尺寸。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，當零部件中設置有凹槽和/或內孔時，所述模具中，凸模的外輪廓尺寸等于所述終鍛件中所述凹槽和/或所述內孔的外輪廓尺寸，并且， 步驟C之前還包括步驟B1:對所述初始鍛件中的凹槽和/或內孔進行切削加工，得到所述終鍛件的所述凹槽和/或所述內孔。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟C中，采用全厚度方向對所述初始鍛件的整體或局部進行壓縮冷變形工藝，產生1%_5%的變形量。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述零部件為鋁合金件。
6.一種模具，其特征在于，所述模具為上述權利要求1-5任一項所述的制造模鍛件并消除殘余應力的方法中采用的模具。
【文檔編號】C22F1/04GK103834884SQ201410089818
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】李威威, 闕基容, 曾慶華 申請人:西南鋁業（集團）有限責任公司