專利名稱：7a04鋁合金機(jī)匣體類零件多向模鍛模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于金屬材料塑性成形模具，特別涉及用于生產(chǎn)槍械 7A04鋁合金機(jī)匣體類零件的多向模鍛模具。
背景技術(shù)：
7A04鋁合金比強(qiáng)度和比剛度高，但塑性差，塑性變形流動(dòng)阻力大， 且速度敏感性強(qiáng)。目前，國內(nèi)軍工系統(tǒng)對于7A04鋁合金機(jī)匣體類零件， 傳統(tǒng)的方法是采用模鍛錘上開式模鍛工藝生產(chǎn)，其工藝流程為下料+加 熱+制坯^預(yù)鍛^加熱+終鍛^切邊。其工藝存在的主要問題是，飛邊 金屬損耗大，機(jī)加工余量和鍛件公差大，材料利用率僅為41.4%，因錘模 鍛速度高(5000 6000mm/s)，常因速度敏感性強(qiáng)而引起鍛件表面裂紋。 劉川林、曹洋、黃美平等"機(jī)匣等溫成形工藝數(shù)值模擬"(制造技術(shù)與實(shí) 踐，2004 (4)， 35 38)采用DEFORM3D軟件對機(jī)匣等溫成形工藝進(jìn)行 了數(shù)值模擬，模擬結(jié)果表明可以采用等溫模鍛工藝來成形LC4 (7A04) 鋁合金機(jī)匣鍛件，最大成形力為4700KN,模鍛時(shí)假設(shè)上模壓下速度為 6mm/s，而不是實(shí)際的等溫模鍛成形速度。徐鐵漢"7A04鋁合金機(jī)匣工 藝研究與應(yīng)用"(制造技術(shù)與實(shí)踐，2005 (5)， 31~34)敘述了 7A04鋁合 金機(jī)匣等溫成形工藝的研究與應(yīng)用情況，7A04鋁合金鍛造溫度為420°C， 采用垂直分模剖分式鑲塊模具結(jié)構(gòu)，模具加熱溫度為40(TC,在5000KN 油壓機(jī)上模鍛成形；還說明了采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的普通鍛件重1.45Kg， 用料2.415Kg，而等溫成形鍛件重l.OOKg，用料1.65 1.75Kg，其材料利 用率為58.8%。但該文未說明等溫成形的實(shí)際成形速度。劉潤廣、劉芳、 道淳志等，在"7075鋁合金防扭臂下接頭等溫體積成形工藝的研究"(鍛壓技術(shù)，1999， 24 (5): 6 9)提出的等溫模鍛成形工藝用于等溫鍛造的 壓力機(jī)的變形速度為0.05~0.5 mm/s，生產(chǎn)效率極低?，F(xiàn)有的等溫模鍛成 形工藝是將模具和毛坯(經(jīng)過制坯的毛坯)保持在恒定的高溫(t=420°C) 時(shí)模鍛成形，其優(yōu)點(diǎn)是可一次成形出形狀復(fù)雜的鍛件，所需模鍛力小， 鍛件材料利用率比普通模鍛大為提高，但因用于等溫鍛造的壓力機(jī)的變 形速度為0.05 0.5 mm/s生產(chǎn)效率極低，且模具一直處于高溫狀態(tài)(40(TC )導(dǎo)致使用壽命低。迄今為止，除夏巨諶、胡國安等人發(fā)表的"機(jī)匣體多向模鍛熱力耦 合數(shù)值模擬"(鍛壓技術(shù)，2007， 32 (3): 12~15)涉及本實(shí)用新型技術(shù) 外，未見國內(nèi)外有相同技術(shù)的研究與應(yīng)用報(bào)道；"機(jī)匣體多向模鍛熱力耦 合數(shù)值模擬"工藝采用一次模鍛成形，只適合于加工形狀簡單、變形均 勻的機(jī)匣體類零件。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種7A04鋁合金機(jī)匣體類零件多向模鍛模具，目的 在于有效克服現(xiàn)有開式模鍛工藝和等溫模鍛工藝中多向模鍛模具存在的 問題。本實(shí)用新型的一種7A04鋁合金機(jī)匣體類零件多向模鍛模具，包括對 稱的上、下半凹模，預(yù)鍛凸模、終鍛凸模、預(yù)鍛凸模固定板、終鍛凸模 固定板以及模架，模架由上、下模座組成，分別用于固走上半凹模以及 下半凹模，其特征在于上半凹模與下半凹模具有凸形截面，為水平對稱分模結(jié)構(gòu)；所述預(yù) 鍛凸模與終鍛凸模具有凸形截面，位于模具縱向?qū)ΨQ線的左右兩邊；上、 下半凹模對應(yīng)預(yù)鍛凸模部位沒有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型槽，上、下 半凹模對應(yīng)終鍛凸模部位具有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型槽；預(yù)鍛凸模對應(yīng)于鍛件大頭端的凸模高度比終鍛凸模的凸模高度少8 9mm，預(yù)鍛凸 模其他部位凸模高度比終鍛凸模的凸模高度多2 3mm;終鍛凸模與上、 下半凹模所構(gòu)成的終鍛模膛的形狀及尺寸與預(yù)先設(shè)計(jì)的機(jī)匣體終鍛熱鍛 件形狀及尺寸完全相同。所述的多向模鍛模具，其特征在于所述上半凹模對應(yīng)預(yù)鍛凸模和終鍛凸模前后兩端均設(shè)有3° 5°的拔 模斜面，下半凹模和下模座對應(yīng)預(yù)鍛件和終鍛件大小兩端設(shè)置有頂出孔; 所述上半凹模和下半凹模均設(shè)置有導(dǎo)正銷和導(dǎo)正孔； 上半凹模與上模座之間、下半凹模與下模座之間設(shè)置有定位承力鍵。本實(shí)用新型用于7A04鋁合金機(jī)匣體類零件多向模鍛工藝時(shí)，順序包 括下料、加熱、制坯、再加熱、多向模鍛步驟，所述多向模鍛步驟過程 為(1) 用多向模鍛模具對加熱的7A04鋁合金輥鍛毛坯多向預(yù)鍛成形， 將毛坯放入多向模鍛模具的預(yù)鍛模膛，毛坯溫度為43(TC 45(TC，所述 模具上、下半凹模的溫度為200°C 220°C;相對于預(yù)先設(shè)計(jì)的終鍛件， 所得預(yù)鍛件內(nèi)凹槽槽深在大頭端未到位，鍛件兩側(cè)凸臺未成形；(2) 再用多向模鍛模具對預(yù)鍛成形的模鍛件實(shí)現(xiàn)多向終鍛成形，將 預(yù)鍛件翻轉(zhuǎn)180。放入多向模鍛模具的終鍛模膛內(nèi)，預(yù)鍛件溫度》35(TC， 模具上、下半凹模的溫度為200°C 220°C，得到無飛邊的機(jī)匣體模鍛件。本實(shí)用新型可有效克服現(xiàn)有兩種模鍛工藝存在的問題。將凹模設(shè)計(jì) 成上半凹模與下半凹模水平對稱分模結(jié)構(gòu)，預(yù)鍛模膛與終鍛模膛分布在 上、下兩半凹模模塊縱向?qū)ΨQ線的兩邊，多向預(yù)鍛和多向終鍛時(shí)，鍛件 均處于強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，本實(shí)用新型與模鍛錘上開式模鍛相比，其不同之處與優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型預(yù)鍛和終鍛在一次加熱后完成，且不 需切邊工序；預(yù)鍛和終鍛時(shí)鍛件均為多向模鍛方式成形，變形金屬處于 強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，因而其塑性成形性能大為提高，加上在多向模 鍛液壓機(jī)上模鍛，其成形速度為30mm/S，比錘上模鍛成形速度5~6m/s (5000 6000mm/s)低得多，不存在速度過高而出現(xiàn)的速度敏感性強(qiáng)導(dǎo)致 表面產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象發(fā)生；鍛件無飛邊金屬損耗，且余量和公差小，鍛 件重量為0.98Kg，用料1.15~1.20Kg，鍛件材料利用率平均達(dá)85%，比開 式模鍛提高50%以上。本實(shí)用新型與等溫模鍛相比，其不同之處與優(yōu)點(diǎn)是等溫模鍛是在 毛坯與模具均恒定的高溫(t:42(TC )下，凸模以極為緩慢的速度(0.3mm/s) 下直接終鍛成形。本實(shí)用新型是毛坯在短時(shí)高溫(t=430°C 450°C)而模 具一般為20(TC 22(TC時(shí)以30mm/s的速度先預(yù)鍛后終鍛成形，因而其成 形速度顯著提高，進(jìn)而生產(chǎn)效率也顯著提高；模具壽命高；鍛件材料利 用率提高26%，且鍛件的抗拉強(qiáng)度(7b更高。本實(shí)用新型模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和使用方便，工作可靠；工 藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定；輥鍛毛坯加熱至43(TC 45(TC，通過 以反擠壓為變形特征的多向預(yù)鍛成形，然后通過以鐓擠變形為特征的多 向終鍛成形，兩道工序鍛件均處于強(qiáng)烈的三向壓力狀態(tài)下成形，顯著提 高了7A04鋁合金的塑性成形性能；終鍛是在較低溫度下成形，有利于改 善鍛件內(nèi)部金相組織和力學(xué)性能，并使表面更加光潔；將模具設(shè)計(jì)成多 向分模結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)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(jìn)一步提高鍛件表面質(zhì)量，并顯著提 高模具使用壽命。


圖l某型號機(jī)匣體輥鍛毛坯示意圖；圖2某型號機(jī)匣體鍛件成品三維示意圖； 圖3本實(shí)用新型多向模鍛模具示意圖； 圖4本實(shí)用新型上半凹模仰視圖； 圖5本實(shí)用新型上半凹模左視圖； 圖6本實(shí)用新型預(yù)鍛凸模仰視圖； 圖7本實(shí)用新型終鍛凸模仰視圖。
具體實(shí)施方式
圖1為某型號機(jī)匣體輥鍛毛坯示意圖。圖2為某型號機(jī)匣體鍛件成品三維示意圖，圖中終鍛件大頭端19， 終鍛件小頭端20。如圖3 圖7所示，本實(shí)用新型多向模鍛模具包括對稱的上半凹模3、 下半凹模ll，預(yù)鍛凸模6、終鍛凸模15、預(yù)鍛凸模固定板4、終鍛凸模 固定板14以及模架，模架由上模座2、下模座9組成，分別用于固定上 半凹模3以及下半凹模ll，上半凹模3與下半凹模11具有凸形截面，為水平對稱分模結(jié)構(gòu)；所 述預(yù)鍛凸模6與終鍛凸模15具有凸形截面，位于模具縱向?qū)ΨQ線的左右 兩邊；上、下半凹模對應(yīng)預(yù)鍛凸模部位沒有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型 槽，上、下半凹模對應(yīng)終鍛凸模部位具有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型槽; 預(yù)鍛凸模對應(yīng)于鍛件大頭端的凸模高度比終鍛凸模的凸模高度少8 9mm，預(yù)鍛凸模其他部位凸模高度比終鍛凸模的凸模高度多2 3mm;上、 下半凹模和預(yù)鍛凸模構(gòu)成預(yù)鍛模膛7，終鍛凸模15與上、下半凹模所構(gòu) 成的終鍛模膛12的形狀及尺寸與預(yù)先設(shè)計(jì)的機(jī)匣體終鍛熱鍛件形狀及尺 寸完全相同。所述上半凹模3對應(yīng)預(yù)鍛凸模6和終鍛凸模15前后兩端均設(shè)有3 5° 的拔模斜面21，下半凹模11和下模座9對應(yīng)預(yù)鍛件和終鍛件大小兩端設(shè)置有頂出孔；所述上半凹模和下半凹模均設(shè)置有導(dǎo)正銷16和導(dǎo)正孔18; 上半凹模與上模座之間、下半凹模與下模座之間設(shè)置有定位承力鍵17。工作時(shí)，本實(shí)用新型的多向模鍛模具固定于壓力機(jī)上，上模座2與 主滑塊1連接，下模座9與工作臺8連接，預(yù)鍛凸模固定板4與左滑塊5 連接，終鍛凸模固定板14與右滑塊13連接；工作臺8設(shè)置有頂出孔， 用于置入頂出器IO。實(shí)施例l某型號機(jī)匣體鍛件的多向模鍛過程為第一步將加熱至45(TC的 7A04鋁合金輥鍛毛坯(如圖1所示)，放入下半凹模11左邊的預(yù)鍛模膛 7內(nèi)，上模座2及上半凹模3隨壓力機(jī)主滑塊1下行到將毛坯壓扁并與下 半凹模11合攏為止，接著預(yù)鍛凸模6隨左滑塊5向右移動(dòng)伸入預(yù)鍛模膛 7內(nèi)使毛坯產(chǎn)生反擠壓變形，當(dāng)預(yù)鍛凸模6的上下臺肩與上下半凹模模塊 左側(cè)接觸為止，上、下半凹模的溫度為20(TC，預(yù)鍛成形力3000KN，預(yù) 鍛凸模6隨左滑塊5向左移動(dòng)從預(yù)鍛件及預(yù)鍛模膛7中退出回到原位， 上半凹模3隨壓力機(jī)主滑塊1向上回程，頂出器IO將預(yù)鍛件從下半凹模 的預(yù)鍛模膛7中頂出；第二步將溫度為37(TC的預(yù)鍛件翻轉(zhuǎn)180°放入 下半凹模11右邊的終鍛模膛12內(nèi)，上半凹模3隨壓力機(jī)主滑塊1下行 至與下半凹模11合攏為止，接著終鍛凸模15隨右滑塊13向左移動(dòng)伸入 終鍛模膛12內(nèi)使預(yù)鍛件在閉式狀態(tài)鐓擠成形至凸模臺肩與上下半凹模右 側(cè)接觸為止，上、下半凹模的溫度為20(TC，終鍛成形力6000KN，終鍛 凸模15隨右滑塊向右移動(dòng)從鍛件和終鍛模膛12中退出至原始位置，上 半凹模3隨主滑塊1回程，頂出器10從下半凹模終鍛模膛12中將鍛件 頂出，所得鍛件如圖2所示。第一步預(yù)鍛和第二步終鍛均為自動(dòng)操作過 程。導(dǎo)正銷16和導(dǎo)正孔18用于上、下半凹模安裝合模定位；定位承力鍵17分別用于上、下半凹模同主機(jī)滑塊和工作臺安裝定位以及預(yù)鍛與終 鍛時(shí)承受側(cè)向模鍛力。 實(shí)施例2第一步將加熱至430。C的7A04鋁合金毛坯放入22(TC的模具內(nèi)預(yù) 鍛成形；第二步將溫度降為35(TC的鋁合金預(yù)鍛件放入22(TC的模具內(nèi) 終鍛成形。其余細(xì)節(jié)與實(shí)施例1相同。
權(quán)利要求1.一種7A04鋁合金機(jī)匣體類零件多向模鍛模具，包括對稱的上、下半凹模，預(yù)鍛凸模、終鍛凸模、預(yù)鍛凸模固定板、終鍛凸模固定板以及模架，模架由上、下模座組成，分別用于固定上半凹模以及下半凹模，其特征在于上半凹模與下半凹模具有凸形截面，為水平對稱分模結(jié)構(gòu)；所述預(yù)鍛凸模與終鍛凸模具有凸形截面，位于模具縱向?qū)ΨQ線的左右兩邊；上、下半凹模對應(yīng)預(yù)鍛凸模部位沒有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型槽，上、下半凹模對應(yīng)終鍛凸模部位具有用于成形鍛件兩側(cè)凸臺的型槽；預(yù)鍛凸模對應(yīng)于鍛件大頭端的凸模高度比終鍛凸模的凸模高度少8～9mm，預(yù)鍛凸模其他部位凸模高度比終鍛凸模的凸模高度多2～3mm；終鍛凸模與上、下半凹模所構(gòu)成的終鍛模膛的形狀及尺寸與預(yù)先設(shè)計(jì)的機(jī)匣體終鍛熱鍛件形狀及尺寸完全相同。
2.如權(quán)利要求l所述的多向模鍛模具，其特征在于 所述上半凹模對應(yīng)預(yù)鍛凸模和終鍛凸模前后兩端均設(shè)有3° 5°的拔 模斜面，下半凹模和下模座對應(yīng)預(yù)鍛件和終鍛件大小兩端設(shè)置有頂出孔; 所述上半凹模和下半凹模均設(shè)置有導(dǎo)正銷和導(dǎo)正孔； 上半凹模與上模座之間、下半凹模與下模座之間設(shè)置有定位承力鍵。
專利摘要7A04鋁合金機(jī)匣體類零件的多向模鍛模具，屬于金屬材料塑性成形模具，目的在于有效克服現(xiàn)有開式模鍛工藝和等溫模鍛工藝中多向模鍛模具存在的問題。本實(shí)用新型的多向模鍛模具，包括對稱的上、下半凹模，預(yù)鍛凸模、終鍛凸模、預(yù)鍛凸模固定板、終鍛凸模固定板以及由上、下模座組成的模架。上半凹模與下半凹模具有凸形截面，水平對稱分模結(jié)構(gòu)，預(yù)鍛凸模與終鍛凸模具有凸形截面，位于模具縱向?qū)ΨQ線的左右兩邊。本實(shí)用新型模具結(jié)構(gòu)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，提高鍛件表面質(zhì)量，顯著提高模具壽命。
文檔編號B21J13/02GK201217051SQ20082006711
公開日2009年4月8日 申請日期2008年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月12日
發(fā)明者冀東生, 夏巨諶, 王新云, 胡國安, 磊 鄧 申請人:華中科技大學(xué)