專利名稱：40Cr鋼機匣體類零件多向模鍛工藝方法及模具的制作方法
40Cr鋼機匣體類零件多向模鍛工藝方法及模具技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于金屬材料塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于生產(chǎn)機械40Cr鋼機匣體 類零件的多向模鍛生產(chǎn)工藝及模具。
背景技術(shù)：
40Cr鋼是一種低淬透性調(diào)質(zhì)鋼，也是國內(nèi)應(yīng)用最廣泛的合金調(diào)質(zhì)鋼，但是40Cr鋼 的機加性能不太好。目前，國內(nèi)軍工系統(tǒng)對于40Cr鋼機匣體類零件，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(xù)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(xué)、王勇圍等“45和40Cr 鋼曲柄鍛造余熱調(diào)制工藝”(參見金屬熱處理，2009 (4),75 77頁)提出對40Cr圓鋼經(jīng)中 頻感應(yīng)加熱精密鍛造成形后進行余熱恒溫調(diào)質(zhì)處理，能顯著提高40Cr鋼曲柄的淬透性和 其他力學(xué)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(tài)惡劣， 導(dǎo)致模具受用壽命低。鄧?yán)?、夏巨諶、王新云等“機匣體多向精鍛工藝研究”(參見中國機械 工程，2009 (4),869 872頁)提出了采用多向精鍛工藝加工7A04機匣體類鍛件的技術(shù)方 案，設(shè)計了包括輥鍛制坯、多向精鍛預(yù)成型和多向精鍛終成形的工藝方案以及可分凹模結(jié) 構(gòu)的多向精鍛模具。采用熱力耦合有限元方法對鍛件成形過程進行了數(shù)值模擬，并在模擬 結(jié)果基礎(chǔ)上，確定機匣體鍛件需兩工步多向精鍛成形的工藝。其優(yōu)點是鍛件尺寸容易得到 保證，但制坯需要輥鍛工藝，并且多向模鍛工藝需兩工步，效率不高。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(中國專利文獻CN 101214526 和CN 201217051Y)等，然而沒有人通過采用多向模鍛工藝對40Cr鋼機匣體類進行多向模 鍛的研究。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種40Cr鋼機匣體類零件的多向模鍛工 藝方法，并提供實現(xiàn)多向模鍛工藝的多向模鍛模具，目的在于有效地克服現(xiàn)有開式模鍛工 藝和等溫模鍛工藝存在的問題。
本發(fā)明的一種40Cr鋼機匣體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(jù)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(nèi)，毛坯靠模膛內(nèi)對應(yīng)于熱鍛件大頭一端放置， 對毛坯件模鍛一次成形。
一種用于前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、下半 凹模、左側(cè)凸模、右側(cè)凸模、支撐模架以及在脫模時將鍛件頂出的頂出機構(gòu)，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(jié)構(gòu)；左側(cè)凸模與右側(cè)凸模具有凸形截 面，為垂直對稱結(jié)構(gòu)；上半凹模、下半凹模與左側(cè)凸模和右側(cè)凸模對應(yīng)部位設(shè)置有型槽，該型槽用于成形鍛件兩側(cè)凸臺；上半凹模、下半凹模、左側(cè)凸模和右側(cè)凸模所構(gòu)成的模膛與預(yù) 先設(shè)計好的機匣體熱鍛件形狀和尺寸相同；上半凹模與支撐模架的上模座連接，上模座帶動上半凹模上下移動；下半凹模設(shè)置在 支撐模架的下模座上；左側(cè)凸模連接在左側(cè)凸?；瑝K上，右側(cè)凸模連接在右側(cè)凸?；瑝K上；左側(cè)凸?；瑝K、右 側(cè)凸?；瑝K分別帶動左側(cè)凸模、右側(cè)凸模橫向移動。
進一步的特征是所述上半凹模對應(yīng)于左側(cè)凸模、右側(cè)凸模的前后兩端均設(shè)有 3° 5°的拔模斜面，下半凹模對應(yīng)于左側(cè)凸模、右側(cè)凸模的前后兩端均設(shè)有1° 3°的 拔模斜面。
所述的的頂出機構(gòu)，由直接與鍛件接觸的上頂桿、頂出器墊板、下頂出器墊板、下 頂桿及下頂出器構(gòu)成，上頂桿是若干根，上頂桿的下端設(shè)置在頂出器墊板上，頂出器墊板內(nèi) 設(shè)置下頂出器，頂出器的下端與下頂桿的上端接觸；下半凹模和下模座內(nèi)都設(shè)置有頂出孔， 方便上頂桿或下頂桿穿過。
所述上半凹模和下半凹模均對應(yīng)設(shè)置有導(dǎo)正銷和導(dǎo)正孔。
本發(fā)明可有效的克服現(xiàn)有兩種模鍛工藝存在的問題。其中，最關(guān)鍵的是多向模鍛 工藝與模具，將凹模設(shè)計成上半凹模與下半凹模水平對稱分模結(jié)構(gòu)，左、右側(cè)凸模分布在 上、下兩半凹模模塊縱向?qū)ΨQ線的兩邊，模膛對稱分布，鍛件均處于強烈的三向壓應(yīng)力狀 態(tài)。本發(fā)明與模鍛錘上開式模鍛相比其優(yōu)點是本發(fā)明的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(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(xiàn) 的速度敏感性強導(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，比 開式模鍛的材料利用率提高30%以上。
本發(fā)明工藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定；模具結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和使用方 便，工作可靠；毛坯經(jīng)中頻加熱至1000°C 1180°C，通過鍛造變形，鍛件處于三向壓力狀態(tài) 下成形，顯著提高了 40Cr鋼的塑性成形性能；將模具設(shè)計成多向分模結(jié)構(gòu)并實現(xiàn)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(zhì)量，并顯著提高模具使用壽命。本發(fā)明的多向模鍛模具可一次成形，無需 輥鍛制坯及預(yù)鍛。


圖1某型號機匣體毛坯示意圖；圖2某型號機匣體鍛件成品三維示意圖 圖3本發(fā)明多向模鍛模具示意圖； 圖4本發(fā)明上半凹模仰視圖； 圖5本發(fā)明上半凹模左視圖； 圖6本發(fā)明左側(cè)凸模仰視圖； 圖7本發(fā)明左側(cè)凸模正視圖。
具體實施方式
本發(fā)明的方法其步驟為(1)根據(jù)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(yīng)加熱的方 式進行加熱；可選用的溫度為 1020°C、1050 °C、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(nèi)，毛坯靠模膛內(nèi)對應(yīng)于熱鍛件大頭一端放 置，對毛坯件模鍛一次成形，得到無飛邊的機匣體鍛件；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為某型號機匣體毛坯示意圖。所述型號機匣體毛坯是圓柱狀；根據(jù)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為某型號機匣體鍛件成品三維示意圖，圖中鍛件大頭端22，小頭端23。
如圖3 圖7所示，本發(fā)明多向模鍛模具包括上半凹模4、下半凹模18、左側(cè)凸模 7、右側(cè)凸模19、支撐模架以及在脫模時將鍛件頂出的頂出機構(gòu)，支撐模架由上模座5、下模 座12、上凹模墊板3、下凹模墊板11組成，上半凹模4通過上凹模墊板3與上模座5連接， 上模座5與鍛模壓力機的主滑塊連接，鍛模壓力機的主滑塊通過上模座5帶動上半凹模4 上下移動；下半凹模18設(shè)置在下模座12上，或通過下凹模墊板11設(shè)置在下模座12上；上 模座5、下模座12分別用于固定上半凹模以及下半凹模。
左側(cè)凸模7連接在左側(cè)凸?；瑝K8上，左側(cè)凸?；瑝K8在鍛模壓力機的側(cè)向動作 機構(gòu)帶動下橫向(側(cè)向)移動時，帶動左側(cè)凸模7移動，實現(xiàn)合?；蚍帜?；左側(cè)凸模7可以先 連接在左側(cè)凸模固定板6上，左側(cè)凸模固定板6再與左側(cè)凸?；瑝K8連接，左側(cè)凸?；瑝K8 后面再設(shè)置左側(cè)凸模滑塊墊板9，使左側(cè)凸模7運動更平穩(wěn)。右側(cè)凸模19連接在右側(cè)凸模 滑塊25上，右側(cè)凸?；瑝K25在鍛模壓力機的側(cè)向動作機構(gòu)帶動下橫向(側(cè)向)移動時，帶動 右側(cè)凸模19移動，實現(xiàn)合?；蚍帜?；右側(cè)凸模19可以先連接在右側(cè)凸模固定板沈上，右側(cè) 凸模固定板26再與右側(cè)凸?；瑝K25連接，右側(cè)凸?；瑝K25后面再設(shè)置右側(cè)凸?；瑝K墊板 27，使左側(cè)凸模7運動更平穩(wěn)。
水平對稱的上半凹模4與下半凹模18具有凸形截面，為水平對稱分模結(jié)構(gòu)；所述 左側(cè)凸模7與右側(cè)凸模19具有凸形截面，為垂直對稱結(jié)構(gòu)，分別位于模具縱向?qū)ΨQ線的左 右兩邊；上半凹模4、下半凹模18與左側(cè)凸模7和右側(cè)凸模19對應(yīng)部位設(shè)置有型槽，該型槽 用于成形鍛件兩側(cè)凸臺；上半凹模4、下半凹模18、左側(cè)凸模7和右側(cè)凸模19構(gòu)成模膛20， 該模膛20與預(yù)先設(shè)計好的機匣體熱鍛件形狀和尺寸相同，所述機匣體熱鍛件在模膛20內(nèi) 一次成型。左側(cè)凸模7與右側(cè)凸模19具有臺肩，合模時靠臺肩限位，保證位置精度。
所述上半凹模4對應(yīng)于左側(cè)凸模7、右側(cè)凸模19的前后兩端均設(shè)有3° 5°的拔 模斜面M(拔模斜度為3 5° )，下半凹模18對應(yīng)于左側(cè)凸模7、右側(cè)凸模19的前后兩端 均設(shè)有1° 3°的拔模斜面，方便零件拔模。所述的的頂出機構(gòu)，在脫模時將鍛件頂出，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)機構(gòu)；本發(fā)明提供 的一種具體頂出機構(gòu)，由直接與鍛件接觸的上頂桿2、頂出器墊板14、下頂出器墊板15、下頂桿16及下頂出器17構(gòu)成，上頂桿2是若干根，上頂桿2的下端設(shè)置在頂出器墊板14上， 頂出器墊板14內(nèi)設(shè)置下頂出器17，頂出器17的下端與下頂桿16的上端接觸，下頂桿16下 端與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，帶動頂出器17、頂出器墊 板14、上頂桿2往上移動，上頂桿2將模膛20內(nèi)的鍛件頂出，方便脫模。下半凹模18和下 模座12內(nèi)都設(shè)置有頂出孔，方便上頂桿2或下頂桿16穿過，對應(yīng)于鍛件的合適部位設(shè)置。
所述上半凹模4和下半凹模18均對應(yīng)設(shè)置有導(dǎo)正銷1和導(dǎo)正孔21，在上半凹模4 和下半凹模18合模時起到導(dǎo)向和定位作用。
工作時，本發(fā)明的多向模鍛模具固定于壓力機上，上模座5與主滑塊連接，下模座 12與工作臺墊板13連接；工作臺墊板設(shè)置有頂出孔，用于置入下頂桿16。
實施例1 某型號機匣體鍛件的多向模鍛過程為將加熱至1IOO0C的40Cr圓鋼毛坯，放入下半凹 模18的模膛20內(nèi)，毛坯靠模膛內(nèi)對應(yīng)于熱鍛件大頭一端22位置放置，上模座5及上半凹模 4隨壓力機主滑塊下行到將毛坯壓扁并與下半凹模18合攏為止，接著左、右側(cè)凸模7和19 隨側(cè)凸模滑塊8向中心移動伸入模膛內(nèi)使毛坯在閉式狀態(tài)鐓擠成形至側(cè)凸模臺肩與上、下 半凹模左、右側(cè)接觸為止，上、下半凹模的溫度為200°C，模鍛成形力11000KN，模鍛結(jié)束后， 左、右側(cè)凸模隨左、由側(cè)凸模滑塊向兩邊移動從模膛20中退出至原始位置，上半凹模4隨主 滑塊回程，由2、14、15、16、17組成的頂出機構(gòu)從下半凹模模膛20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(dǎo)正銷1和導(dǎo)正孔21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的模具內(nèi)鍛造成形。其余細(xì)節(jié)與實施 例1相同。
權(quán)利要求
1.一種40Cr鋼機匣體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(jù) 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(nèi)，毛坯靠模膛內(nèi)對應(yīng)于熱鍛件大頭一端放置， 對毛坯件模鍛一次成形。
2.一種用于權(quán)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(4)、下半凹模(18)、左側(cè)凸模(7)、右側(cè)凸模(19)、支撐模架以及在脫模時將鍛件頂出的 頂出機構(gòu)，水平對稱的上半凹模(4)與下半凹模(18)具有凸形截面，為水平對稱分模結(jié)構(gòu)； 左側(cè)凸模(7)與右側(cè)凸模(19)具有凸形截面，為垂直對稱；上半凹模(4)、下半凹模(18)與 左側(cè)凸模(7)和右側(cè)凸模(19)對應(yīng)部位設(shè)置有型槽，該型槽用于成形鍛件兩側(cè)凸臺；上半 凹模(4)、下半凹模(18)、左側(cè)凸模(7)和右側(cè)凸模(19)之間構(gòu)成模膛(20)，模膛(20)與預(yù) 先設(shè)計好的機匣體熱鍛件形狀和尺寸相同；上半凹模(4)與支撐模架的上模座(5)連接，上模座(5)帶動上半凹模(4)上下移動； 下半凹模(18)設(shè)置在支撐模架的下模座(12)上；左側(cè)凸模(7)連接在左側(cè)凸?；瑝K(8)上，右側(cè)凸模(19)連接在右側(cè)凸?；瑝K(25)上； 左側(cè)凸?；瑝K(8)、右側(cè)凸?；瑝K(25)分別帶動左側(cè)凸模(7)、右側(cè)凸模(19)橫向移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多向模鍛模具，其特征在于所述上半凹模(4)對應(yīng)于 左側(cè)凸模(7)、右側(cè)凸模(19)的前后兩端均設(shè)有3° 5°的拔模斜面(24)，下半凹模(18) 對應(yīng)于左側(cè)凸模(7)、右側(cè)凸模(19)的前后兩端均設(shè)有1° 3°的拔模斜面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多向模鍛模具，其特征在于所述的的頂出機構(gòu)，由直 接與鍛件接觸的上頂桿(2)、頂出器墊板(14)、下頂出器墊板(15)、下頂桿(16)及下頂出器(17)構(gòu)成，上頂桿(2)是若干根，上頂桿(2)的下端設(shè)置在頂出器墊板(14)上，頂出器墊板 (14)內(nèi)設(shè)置下頂出器(17)，頂出器(17)的下端與下頂桿(16)的上端接觸；下半凹模(18) 和下模座(12 )內(nèi)都設(shè)置有頂出孔，方便上頂桿(2 )或下頂桿(16 )穿過。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多向模鍛模具，其特征在于所述上半凹模(4)和下半凹模(18)均對應(yīng)設(shè)置有導(dǎo)正銷(1)和導(dǎo)正孔(21)。
全文摘要
40Cr鋼機匣體類零件的多向模鍛工藝方法及模具，屬于金屬材料塑性成形技術(shù)領(lǐng)域，目的在于有效地避免現(xiàn)有開式模鍛工藝和等溫模鍛工藝存在的問題。本發(fā)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(jīng)中頻感應(yīng)加熱至1000℃～1180℃；(2)用多向模鍛模具對加熱毛坯一次成形。本發(fā)明的多向模鍛模具，包括旋轉(zhuǎn)對稱的左、右側(cè)凸模，旋轉(zhuǎn)對稱上半凹模、下半凹模、對稱的側(cè)凸模固定板以及上、下模座、上、下半凹模墊板組成的模架。本發(fā)明工藝流程合理，工藝參數(shù)與性能穩(wěn)定；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，顯著提高模具壽命，提高鍛件表面質(zhì)量，材料利用率大，并且實現(xiàn)了一次成形，無需預(yù)鍛。
文檔編號B21K1/26GK102029348SQ20101056617
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者周志明, 唐麗文, 羅榮, 胡俊德, 胡 治, 胡洋, 范青松, 雷彬彬 申請人:重慶理工大學(xué)