本發(fā)明屬于鍛造成形技術(shù)方法領(lǐng)域，具體的說是涉及一種單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的精密成形工藝。

背景技術(shù)：

大尺寸扁平零件大都是重大運(yùn)輸、機(jī)械、制造裝備的關(guān)鍵零件。常見的制造方法是采用大噸位設(shè)備自由鍛成形，產(chǎn)品的尺寸精度難以保證，必須通過后續(xù)的機(jī)械加工才能得到高質(zhì)量的產(chǎn)品。然而，對(duì)于具有復(fù)雜形狀特征的大尺寸扁平類零件，例如高鐵制動(dòng)盤，如采用自由鍛方法生產(chǎn)出毛坯鍛件，再進(jìn)行機(jī)械加工，機(jī)加工耗時(shí)較多，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致鍛造流線的切斷，降低了產(chǎn)品的力學(xué)性能和物理性能。

鍛造成形的制動(dòng)盤常溫和高溫機(jī)械性能好，韌性好，抗熱裂性能高，耐磨性和耐熱疲勞性能也都很好。鍛鋼制動(dòng)盤和粉末冶金閘片配對(duì)的摩擦副是目前世界各國高速列車普遍采用的制動(dòng)形式。但是由于其質(zhì)量要求極高，制造難度較大。目前，我國動(dòng)車組所需的鋼質(zhì)鍛造制動(dòng)盤幾乎全部進(jìn)口，制約了我國高鐵行業(yè)的發(fā)展。

制動(dòng)盤的鍛造成形難點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面。一是盤體上的散熱筋很多，在鍛造成形時(shí)充填困難。二是由于盤面尺寸較大，所需設(shè)備噸位要求較高。同時(shí)，為了保證散熱筋的充填完整，對(duì)鍛造力的需求還會(huì)進(jìn)一步提高。采用提高成形溫度可以降低充填難度和所需設(shè)備噸位，但制動(dòng)盤鍛件的組織和性能會(huì)降低。

國內(nèi)目前大部分企業(yè)的鍛造生產(chǎn)設(shè)備摩擦壓力機(jī)噸位不超過100000KN，難以保證單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的模鍛成形。為此，如何在現(xiàn)有設(shè)備條件下，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的成形工藝保障該類鍛件的質(zhì)量和精度就成為函需解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)具有復(fù)雜特征的大尺寸扁平零件成形難題，提出了一種單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的精密成形工藝，其解決了該類零件成形設(shè)備需求高、復(fù)雜特征充填不完整和產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等難題，實(shí)現(xiàn)了單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的精密成形。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明是一種單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的精密成形工藝，所述工藝包括如下步驟：

（1）下料：根據(jù)待加工產(chǎn)品的型號(hào)，通過剪切或鋸切獲得所需坯料；

（2）加熱：對(duì)上述坯料加熱至1180±20℃；

（3）鐓粗：采用壓力機(jī)將加熱后的坯料鐓粗成圓餅形；

（4）沖孔：在壓力機(jī)上用沖頭將圓餅形坯料沖出中心孔；

（5）擴(kuò)孔：在擴(kuò)孔機(jī)上將帶中心孔的圓餅形坯料擴(kuò)大成所需尺寸的環(huán)形坯料；

（6）分部位模鍛成形：將單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件按照一定角度劃分為多個(gè)部分，根據(jù)上述劃分設(shè)計(jì)模具，將環(huán)形坯料二次加熱至1100±20℃，放置于所設(shè)計(jì)的模具上，依次對(duì)每一部分進(jìn)行模鍛成形，各相鄰部分之間有部分重疊；

（7）整形：采用整體模具對(duì)分部位模鍛成形之后的鍛件進(jìn)行整形，提高鍛件的整體質(zhì)量；

（8）切邊：在壓力機(jī)上將環(huán)形鍛件內(nèi)孔飛邊和外圓飛邊切除得到單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件；

（9）熱處理：采用淬火、回火的工藝對(duì)單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件進(jìn)行熱處理；

（10）機(jī)械加工：采用數(shù)控加工設(shè)備將熱處理后的單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件加工至所需尺寸。

優(yōu)選的：步驟（2）加熱為感應(yīng)加熱。

優(yōu)選的：所述步驟（6）環(huán)形坯料加熱采用感應(yīng)加熱。

優(yōu)選的：所述步驟（7）整形在另一臺(tái)設(shè)備上獨(dú)立進(jìn)行或在分模鍛成形模具上加裝墊板進(jìn)行。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述步驟（6）分部位模鍛成形的過程如下：將環(huán)形坯料放置于完整的下模上，所述下模與單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件熱鍛件復(fù)雜特征面的形狀相同，將單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件按照一定角度劃分為多個(gè)部分，上模按照每一部分零件不帶復(fù)雜特征的平面設(shè)計(jì)，所述上模下行，在所述下模的聯(lián)合作用下對(duì)單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件第一部分模鍛成形；所述上模上行，所述下模轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，讓單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的第二部分位于所述上模正下方，所述上模下行，與所述下模聯(lián)合完成單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件第二部分模鍛成形，重復(fù)上述過程直至單面復(fù)雜大尺寸扁平零件所有劃分部分都模鍛完成。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：在步驟（6）中所述壓制完成的單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件上放一塊整形平墊板，上模下行，墊板在所述上模的壓力下對(duì)鍛件進(jìn)行微量變形，完成步驟（7）整形。

本發(fā)明的有益效果是：

（1）采用分部位成形，復(fù)雜特征處所需成形力足夠，成形精度高；

（2）分部位模鍛成形，所需模鍛力比整體式模鍛低很多，設(shè)備噸位需求降低，適應(yīng)更多企業(yè)生產(chǎn)；

（3）分部位模鍛成形與擺輾成形相比，無需增添擺輾所需專用設(shè)備，避免了目前國產(chǎn)大型擺輾機(jī)的缺乏和擺輾模具壽命低等問題；

（4）整形方式簡單，易操作，不需額外的模具和設(shè)備；

（5）制造工藝簡單，設(shè)備能耗低，降低了生產(chǎn)成本；

（6）適用于單面帶復(fù)雜形狀、另一面為平面的大尺寸扁平鍛件的生產(chǎn)。

本發(fā)明工藝簡單、合理，操作方便，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制動(dòng)盤零件結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明制動(dòng)盤鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明步驟（6）中分部位模鍛分部位劃分示意圖；

圖4是本發(fā)明步驟（6）分部位模鍛模具示意圖。

圖5 是本發(fā)明步驟（6）分部位模鍛變形示意圖。

圖6 是本發(fā)明步驟（7）整形模具示意圖。

具體實(shí)施方式

為了加深對(duì)本發(fā)明的理解，下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，該實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍構(gòu)成限定。

如圖1-6所示，本發(fā)明是一種單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的精密成形工藝，所述工藝包括如下步驟：

（1）下料：根據(jù)待加工產(chǎn)品的型號(hào)，通過剪切或鋸切獲得所需坯料；

（2）加熱：對(duì)上述坯料感應(yīng)加熱，加熱至1180±20℃；

（3）鐓粗：采用壓力機(jī)將加熱后的坯料鐓粗成圓餅形；

（4）沖孔：在壓力機(jī)上用沖頭將圓餅形坯料沖出中心孔；

（5）擴(kuò)孔：在擴(kuò)孔機(jī)上將帶中心孔的圓餅形坯料擴(kuò)大成所需尺寸的環(huán)形坯料；

（6）分部位模鍛成形：將單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件按照一定角度劃分為多個(gè)部分，根據(jù)上述劃分設(shè)計(jì)模具，將環(huán)形坯料二次加熱至1100±20℃，放置于所設(shè)計(jì)的模具上，依次對(duì)每一部分進(jìn)行模鍛成形，各相鄰部分之間有部分重疊；

（7）整形：采用整體模具對(duì)分部位模鍛成形之后的鍛件進(jìn)行整形，提高鍛件的整體質(zhì)量，所述步驟（7）整形在另一臺(tái)設(shè)備上獨(dú)立進(jìn)行或在分模鍛成形模具上加裝墊板進(jìn)行；

（8）切邊：在壓力機(jī)上將環(huán)形鍛件內(nèi)孔飛邊和外圓飛邊切除得到單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件；

（9）熱處理：采用淬火、回火的工藝對(duì)單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件進(jìn)行熱處理；

（10）機(jī)械加工：采用數(shù)控加工設(shè)備將熱處理后的單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件加工至所需尺寸。

所述步驟（6）分部位模鍛成形的過程如下：將環(huán)形坯料放置于完整的下模上，所述下模與單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件熱鍛件復(fù)雜特征面的形狀相同，將單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件按照一定角度劃分為多個(gè)部分，上模按照每一部分零件不帶復(fù)雜特征的平面設(shè)計(jì)，所述上模下行，在所述下模的聯(lián)合作用下對(duì)單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件第一部分模鍛成形；所述上模上行，所述下模轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，讓單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件的第二部分位于所述上模正下方，所述上模下行，與所述下模聯(lián)合完成單面復(fù)雜的大尺寸扁平零件第二部分模鍛成形，重復(fù)上述過程直至單面復(fù)雜大尺寸扁平零件所有劃分部分都模鍛完成，在步驟（6）中所述壓制完成的單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件上放一塊整形平墊板，上模下行，墊板在所述上模的壓力下對(duì)鍛件進(jìn)行微量變形，完成步驟（7）整形；在步驟（6）分部位模鍛成形時(shí)，如果設(shè)備壓力不足或者鍛件精度較差，可增加劃分?jǐn)?shù)量。使得復(fù)雜特征充填完整的總體上模壓下量也可以分為多次進(jìn)行。但應(yīng)在材料的鍛造溫度范圍之內(nèi)進(jìn)行。

實(shí)施例一

本發(fā)明的一種典型的單面復(fù)雜大尺寸扁平零件——高速列車制動(dòng)盤零件，其上表面帶有大量均勻分布的散熱筋，下表面為一平面，在整體模鍛成形時(shí)，由于設(shè)備力能所限，散熱筋處最難充滿，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決該技術(shù)難題，采用了本發(fā)明所述分部位模鍛成形+整形方法，具體過程如下：

1．根據(jù)圖1所示的零件圖進(jìn)行鍛件圖的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)所得的鍛件圖如圖2所示；

2．根據(jù)鍛件圖，通過鋸床下料獲得直徑為200mm，高度為440mm的圓鋼坯料；

3．采用感應(yīng)加熱爐將下料得到的圓棒料加熱至1180℃；

4．用電液錘將加熱后的坯料鐓粗成100mm高的圓餅形，用沖頭將圓餅形坯料沖出直徑為100mm的中心孔；

5．在擴(kuò)孔機(jī)上將帶孔的圓餅形坯料擴(kuò)大成所需尺寸的環(huán)形坯料，其內(nèi)徑尺寸稍大于鍛件的內(nèi)徑尺寸，其外徑尺寸稍小于鍛件的外徑尺寸；

6．將環(huán)形坯料采用感應(yīng)加熱爐進(jìn)行二次加熱，加熱溫度為1100℃；

7．將制動(dòng)盤劃分為5個(gè)分部位成形部分，每一部分為整個(gè)制動(dòng)盤的1/4，相鄰兩部分之間有18°的金屬重疊，如圖3所示，剖面線部位即為兩次壓下重疊部位；

8．分部位模鍛成形所用模具如圖4所示，將環(huán)形坯料3放置于完整的下模2上，下模2與制動(dòng)盤熱鍛件散熱筋面的形狀相同，上模1按照每一部分制動(dòng)盤不帶散熱筋的平面設(shè)計(jì)。上模1下行，在下模2的聯(lián)合作用下對(duì)制動(dòng)盤第1部分模鍛成形；為避免環(huán)形坯料3的局部受壓而導(dǎo)致不受壓的部分翹起，采用壓板4限制其翹起量，第一部分成形模擬結(jié)果如圖5所示，中間散熱筋充填完滿，兩邊稍有欠缺，可在后續(xù)部位模鍛成形后獲得良好效果；

9．上模1上行，下模2帶動(dòng)鍛件轉(zhuǎn)動(dòng)72°，讓制動(dòng)盤的第2部分位于上模1正下方，上模1下行，與下模2聯(lián)合完成制動(dòng)盤第2部分模鍛成形。重復(fù)上述過程直至制動(dòng)盤所劃分的5部分都模鍛完成，為保證每一部位模鍛成形時(shí)其邊緣能充填完整，各相鄰部分之間有整個(gè)制動(dòng)盤的1/20重疊，如圖3打剖面線部位，在后續(xù)成形中可以對(duì)前部位未充滿之處再次模鍛施壓；

10.分部位模鍛成形結(jié)束后，在壓制完成的制動(dòng)盤鍛件上放一塊平墊板5，如圖6所示，上模1下行，墊板5在上模1的壓力下對(duì)鍛件進(jìn)行微量變形，完成整形；

11.用頂出器將鍛件頂出，在機(jī)械壓力機(jī)上將環(huán)形鍛件內(nèi)孔飛邊和外圓飛邊切除；

12.對(duì)切邊后的制動(dòng)盤鍛件進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，合格的鍛件采用淬火、回火的工藝進(jìn)行熱處理，采用數(shù)控加工設(shè)備將熱處理后的制動(dòng)盤加工至所需尺寸。

本發(fā)明解決了單面帶復(fù)雜形狀特征的大尺寸扁平零件成形困難、精度低、設(shè)備需求高等難題。本發(fā)明工藝包括下料、加熱、鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔、分部位模鍛成形、整形、切邊、熱處理、機(jī)械加工。所述的分部位模鍛成形是將單面復(fù)雜的大尺寸扁平鍛件按照一定角度劃分為多個(gè)部分，依次對(duì)每一部分進(jìn)行模鍛成形。所述的整形是采用整體模具對(duì)分部位模鍛成形之后的鍛件進(jìn)行整形，提高鍛件的整體質(zhì)量。本發(fā)明不僅材料變形阻力小、易成形，而且可以利用企業(yè)現(xiàn)有小噸位設(shè)備成形大型零件；適用于單面帶復(fù)雜形狀的大尺寸扁平零件的模鍛批量生產(chǎn)，尤其適用于高鐵、城軌等制動(dòng)盤類鍛件的大批量生產(chǎn)。