專利名稱：40Cr鋼機(jī)匣體類零件多項(xiàng)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技術(shù)領(lǐng)域的模具，特別涉及用于生產(chǎn)機(jī)械40Cr 鋼機(jī)匣體類零件的多項(xiàng)模鍛模具。
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(jī)加性能不太好。目前，國內(nèi)軍工系統(tǒng)對于40Cr鋼機(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(jī)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(qiáng)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(jìn)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(jī)匣體多項(xiàng)精鍛工藝研究” (參見中國機(jī)械工程，2009 (4),869 872頁)提出了采用多項(xiàng)精鍛工藝加工7A04機(jī)匣體 類鍛件的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)了包括輥鍛制坯、多項(xiàng)精鍛預(yù)成型和多項(xiàng)精鍛終成形的工藝方案 以及可分凹模結(jié)構(gòu)的多項(xiàng)精鍛模具。采用熱力耦合有限元方法對鍛件成形過程進(jìn)行了數(shù)值 模擬，并在模擬結(jié)果基礎(chǔ)上，確定機(jī)匣體鍛件需兩工步多項(xiàng)精鍛成形的工藝。其優(yōu)點(diǎn)是鍛件 尺寸容易得到保證，但制坯需要輥鍛工藝，并且項(xiàng)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(jī)匣體類零件多項(xiàng)模鍛模具及多項(xiàng)模鍛工藝(中國專利文獻(xiàn)CN 101214526和CN 201217051Y)等，然而沒有人通過采用多項(xiàng)模鍛工藝對40Cr鋼機(jī)匣體類進(jìn) 行多項(xiàng)模鍛的研究。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種40Cr鋼機(jī)匣體類零件的多項(xiàng)模 鍛工藝方法，并提供實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)模鍛工藝的多項(xiàng)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。本實(shí)用新型的一種40Cr鋼機(jī)匣體類零件多項(xiàng)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(shí)將鍛件頂出的頂出機(jī)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；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)凸模構(gòu)成模膛，所述 模膛與預(yù)先設(shè)計(jì)好的機(jī)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(dòng)上半凹模上下移動(dòng)；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)凸模滑塊上；左側(cè)凸模滑塊、右側(cè)凸?；瑝K分別帶動(dòng)左側(cè)凸模、右側(cè)凸模橫向移動(dòng)。進(jìn)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(jī)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。本實(shí)用新型可有效的克服現(xiàn)有兩種模鍛模具存在的問題。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)，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，處于模膛中的鍛件均處于強(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優(yōu)點(diǎn)是本實(shí)用新型的多項(xiàng)模鍛在一次加熱后完成，且不需切邊工序； 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，加上在多項(xiàng)模鍛液 壓機(jī)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(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，比開式模鍛的 材料利用率提高30%以上。本實(shí)用新型將模具設(shè)計(jì)成多項(xiàng)分模結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)一次多項(xiàng)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。本實(shí)用新型的多項(xiàng)模鍛模具可一次成形，無需輥鍛制坯及預(yù)鍛。

圖1本實(shí)用新型多項(xiàng)模鍛模具示意圖；圖2本實(shí)用新型上半凹模仰視圖；圖3本實(shí)用新型上半凹模左視圖；圖4本實(shí)用新型左側(cè)凸模仰視圖；圖5本實(shí)用新型左側(cè)凸模正視圖圖6某型號機(jī)匣體鍛件成品三維示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1 圖5所示，本實(shí)用新型多項(xiàng)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(shí)將鍛件頂出的頂出機(jī)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(jī)的主滑塊連接，鍛模壓力機(jī)的主滑塊通過上模座5帶動(dòng)上半凹模 4上下移動(dòng)；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)凸模滑塊8在鍛模壓力機(jī)的側(cè)向動(dòng)作 機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下橫向(側(cè)向)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)左側(cè)凸模7移動(dòng)，實(shí)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)凸模滑塊8連接，左側(cè)凸模滑塊8
4后面再設(shè)置左側(cè)凸?；瑝K墊板9，使左側(cè)凸模7運(yùn)動(dòng)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(jī)的側(cè)向動(dòng)作機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下橫向(側(cè)向)移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng) 右側(cè)凸模19移動(dòng)，實(shí)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)凸模滑塊墊板 27，使左側(cè)凸模7運(yùn)動(dòng)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(jì)好的機(jī)匣體熱鍛件形狀和尺寸相同，所述機(jī)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(shí)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(jī)構(gòu)，在脫模時(shí)將鍛件頂出，可以采用現(xiàn)有技術(shù)的相關(guān)機(jī)構(gòu)；本實(shí)用 新型提供的一種具體頂出機(jī)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(jī)的頂伸裝置連接，在壓力機(jī)的頂伸裝置帶下往上移動(dòng)，帶動(dòng)頂出器 17、頂出器墊板14、上頂桿2往上移動(dòng)，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(shí)起到導(dǎo)向和定位作用。工作時(shí)，本實(shí)用新型的多項(xiàng)模鍛模具固定于壓力機(jī)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。本實(shí)用新型的工作過程(1)根據(jù)工藝要求，選用合適形狀的40Cr鋼材料進(jìn) 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)將毛坯件移入本實(shí)用新 型的多項(xiàng)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(jī)匣體鍛件。圖6為采用本實(shí)用新型模具模鍛得到的某型號機(jī)匣體鍛件成品三維示意圖，圖中 鍛件大頭端22，小頭端23。實(shí)施例1 某型號機(jī)匣體鍛件的多項(xiàng)模鍛過程為將加熱至1100°C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(jī)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(dòng)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?；瑝K向兩邊移動(dòng)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(jī)構(gòu)從下半凹模模膛20中將鍛件頂出， 所得鍛件如圖6所示。整個(gè)多項(xiàng)模鍛過程均為自動(dòng)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(shí)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(shí)施例1相同。
權(quán)利要求1.一種40Cr鋼機(jī)匣體類零件多項(xiàng)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(shí)將鍛件頂出的頂出機(jī)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(jì)好的機(jī)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(dòng)上半凹模(4)上下移動(dòng)； 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(dòng)左側(cè)凸模(7)、右側(cè)凸模(19)橫向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多項(xiàng)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Γ 3°的拔模斜面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多項(xiàng)模鍛模具，其特征在于所述的的頂出機(jī)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。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的多項(xiàng)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)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了40Cr鋼機(jī)匣體類零件的多項(xiàng)模鍛模具，包括左、右側(cè)凸模、上、下半凹模、左右側(cè)凸模、以及由上、下模座組成的模架、以及在脫模時(shí)將鍛件頂出的頂出機(jī)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；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)凸模構(gòu)成模膛，所述模膛與預(yù)先設(shè)計(jì)好的機(jī)匣體熱鍛件形狀和尺寸相同。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，顯著提高模具壽命，提高鍛件表面質(zhì)量，材料利用率大，能一次成形、無需預(yù)鍛。
文檔編號B21K1/26GK201862725SQ20102063381
公開日2011年6月15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)