一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法及模具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法及其采用的模具，該方法為：在模具（熱態(tài)）上進(jìn)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(tài)）上對其進(jìn)行壓縮冷變形工藝，以消除初始鍛件中因淬火產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，再進(jìn)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(xiàn)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(chǎn)出滿足材料使用要求的高質(zhì)量的胎模鍛件和模鍛件，而且節(jié)省了制備多套模具的費用，具有降低采購成本并提高后續(xù)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(yīng)力的方法及模具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機械設(shè)計及加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法及模具。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空產(chǎn)業(yè)的深入發(fā)展，作為國家戰(zhàn)略發(fā)展和人們生活的需要，飛機正逐步發(fā)揮著愈來愈重要的功用，各領(lǐng)域的需求量越來越大，國產(chǎn)化變得異常迫切。由于現(xiàn)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(yīng)商供應(yīng)的零部件質(zhì)量要求大大提高，譬如使用環(huán)境因素決定的材料所需的耐應(yīng)力腐蝕性能和抗疲勞性能，同時，考慮到采購成本和后續(xù)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(chǎn)品毛坯采購類型的首選，這也必將是未來航空材料的發(fā)展 方向。
[0003]由于現(xiàn)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(nèi)應(yīng)力，以獲得具有優(yōu)良加工性能和使用性能的產(chǎn)品。但是，國內(nèi)尚無為模鍛件消除殘余內(nèi)應(yīng)力的技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)。
[0004]因此，如何為模鍛件消除殘余內(nèi)應(yīng)力，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)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(nèi)應(yīng)力，不僅可以生產(chǎn)出滿足材料使用要求的高質(zhì)量的胎模鍛件和模鍛件，而且降低了制造成本。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法，包括:
[0008]步驟A:在模具(熱態(tài))上進(jìn)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(tài))上對所述初始鍛件進(jìn)行壓縮冷變形工藝，以消除所述初始鍛件中的殘余應(yīng)力，得到終鍛件。
[0011]優(yōu)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(dāng)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(yīng)時的外輪廓尺寸，加上經(jīng)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(yīng)時的外輪廓尺寸。
[0014]優(yōu)選地，在上述方法中，當(dāng)零部件中設(shè)置有凹槽和/或內(nèi)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(nèi)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(nèi)孔進(jìn)行切削加工，得到所述終鍛件的所述凹槽和/或所述內(nèi)孔。
[0016]優(yōu)選地，在上述方法的步驟C中，采用全厚度方向?qū)λ龀跏煎懠恼w或局部進(jìn)行壓縮冷變形工藝，產(chǎn)生1%_5%的變形量。
[0017]優(yōu)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(yīng)力的方法中采用的模具。
[0019]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供制造模鍛件并消除殘余應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)出滿足材料使用要求的高質(zhì)量的胎模鍛件和模鍛件，而且節(jié)省了制備多套模具的費用，具有降低生產(chǎn)成本并提高后續(xù)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(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本發(fā)明實施例提供的零部件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例提供的模鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例提供的模鍛件處于熱脹效應(yīng)時得到的基礎(chǔ)熱件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為對圖3中基礎(chǔ)熱件的內(nèi)孔經(jīng)過修調(diào)處理后得到的修調(diào)熱件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明實施例提供的未經(jīng)加厚處理的熱件經(jīng)壓縮冷變形后局部余量不足的不意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明實施例提供的對熱件進(jìn)行加厚處理的示意圖；
[0027]圖7為本發(fā)明實施例提供的采用模具對初始鍛件進(jìn)行壓縮冷變形的工作示意圖；
[0028]圖8為本發(fā)明實施例提供的三維模擬仿真設(shè)計流程圖；
[0029]圖9為本發(fā)明實施例提供的生產(chǎn)流程圖。
【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明公開了一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)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(nèi)應(yīng)力，不僅可以生產(chǎn)出滿足材料使用要求的高質(zhì)量的胎模鍛件和模鍛件，而且降低了模具成本。
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。[0032]以一個弧形且?guī)?nèi)孔的模鍛件為例進(jìn)行說明。在制作或修調(diào)模具前，首先需要設(shè)計出與模具對應(yīng)的鍛件尺寸，該鍛件相關(guān)的三維模擬仿真設(shè)計圖請參閱圖1-圖4:圖1為零部件的結(jié)構(gòu)示意圖，零部件的形狀是根據(jù)使用需求設(shè)計的一個實體狀態(tài)；圖2為模鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖，模鍛件(或精密模鍛件)是在零部件的基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)和工藝設(shè)計需要添加加工余量(可變量)后生成的一個實體狀態(tài)；圖3為模鍛件處于熱脹效應(yīng)時得到的基礎(chǔ)熱件的結(jié)構(gòu)示意圖，基礎(chǔ)熱件是在鍛件的基礎(chǔ)上增加熱漲效應(yīng)后生成的一個實體狀態(tài)。在此需要說明的是，現(xiàn)有技術(shù)中的模具尺寸一般按上述基礎(chǔ)熱件制作，而本發(fā)明旨在令熱成型和后續(xù)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(chǔ)熱件圖的尺寸制作，而必須修調(diào)至終鍛件的尺寸。請參閱圖4所示的對基礎(chǔ)熱件的內(nèi)孔修調(diào)處理后得到的修調(diào)熱件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，修調(diào)熱件的內(nèi)孔尺寸等于終鍛件的內(nèi)孔尺寸，由于該修調(diào)熱件冷卻后內(nèi)孔尺寸會變小，故在進(jìn)行冷變形之前，需要將修調(diào)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(nèi)孔尺寸，之后再對其進(jìn)行壓縮冷變形。
[0033]在實際的生產(chǎn)制造過程中，弧形熱件經(jīng)過冷縮效應(yīng)后弧度會發(fā)生改變，導(dǎo)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(shè)計余量(其設(shè)計余量不足部分請參見圖5中的A區(qū)域)，因此，本發(fā)明在進(jìn)行模具設(shè)計時，凹模型腔對應(yīng)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(qū)域)，之后再通過經(jīng)過加厚處理的修調(diào)熱件得出模具的尺寸。請參閱圖5和圖6，圖5為未經(jīng)加厚處理的熱件經(jīng)壓縮冷變形后局部余量不足的示意圖，圖6為對熱件進(jìn)行加厚處理的示意圖。
[0034]上述設(shè)計過程為“零部件一模鍛件一基礎(chǔ)熱件一修調(diào)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(diào)熱件為基礎(chǔ)熱件根據(jù)鍛件的尺寸進(jìn)行修調(diào)(縮小內(nèi)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(shè)計流程圖。本發(fā)明提供的模具中，凹凸模的具體尺寸分別按照上述設(shè)計過程最終得到的鍛件尺寸進(jìn)行設(shè)計。
[0035]對應(yīng)地，本發(fā)明提供的生產(chǎn)流程具體為“熔鑄一制坯(鍛造/軋制)一(預(yù)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(chǎn)流程圖。
[0036]綜上，本發(fā)明實施例提供的制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法，主要包括以下步驟:首先，在模具上進(jìn)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(jīng)過冷縮效應(yīng)后得到的初始鍛件依舊可以在該模具中進(jìn)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(jìn)行壓縮冷變形工藝，以消除初始鍛件中因淬火產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，再進(jìn)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(jìn)行，其中，在進(jìn)行熱成型工藝時該模具為熱態(tài)，在進(jìn)行冷變形工藝時該模具為冷態(tài)。
[0037]在優(yōu)選實施例中，對初始鍛件進(jìn)行壓縮冷變形工藝時，采用全厚度方向?qū)Τ跏煎懠恼w或局部進(jìn)行壓縮冷變形工藝，產(chǎn)生1%_5%的變形量，以消除鍛件內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使鍛件內(nèi)應(yīng)力達(dá)到平衡狀態(tài)，改善鍛件后續(xù)機加工過程中因應(yīng)力釋放不均造成最終零件產(chǎn)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(jìn)行壓縮冷變形的工作示意圖。
[0038]本領(lǐng)域技術(shù)人員容易獲知的是，由于熱漲效應(yīng)和冷縮效應(yīng)，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(jìn)行，即經(jīng)過熱成型的熱件冷卻后需要轉(zhuǎn)移到另一套模具上進(jìn)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(chǎn)品進(jìn)行殘余內(nèi)應(yīng)力的消除。與之相比，本發(fā)明實施例提供的制造模鍛件并消除殘余應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)出滿足材料使用要求的高質(zhì)量的胎模鍛件和模鍛件，而且節(jié)省了制備多套模具的費用，具有降低制造成本并提高后續(xù)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(dāng)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(yīng)時的外輪廓尺寸，再加上經(jīng)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(yīng)的熱件的外輪廓尺寸；否則，與凹模對應(yīng)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(yīng)時的外輪廓尺寸。
[0040]本領(lǐng)域技術(shù)人員易知的是，當(dāng)零部件為弧形零部件時，由于冷縮效應(yīng)引起弧度改變，如果沒有經(jīng)過加厚處理，則容易導(dǎo)致用熱成型模具對初始鍛件進(jìn)行壓縮冷變形后，終鍛件局部余量不能 保證需求的設(shè)計余量(如圖6所示)。因此，本發(fā)明在根據(jù)零部件尺寸對模具尺寸進(jìn)行設(shè)計時，對熱件進(jìn)行了局部或整體部位的加厚處理，以保證終鍛件發(fā)生冷縮效應(yīng)后仍能保證設(shè)計余量的需求。
[0041]在具體實施例中，當(dāng)零部件中設(shè)置有凹槽和/或內(nèi)孔時，模具中凸模的外輪廓尺寸等于終鍛件中凹槽和/或內(nèi)孔的外輪廓尺寸，此時，在對初始鍛件進(jìn)行壓縮冷變形工藝之前，需要對初始鍛件中的凹槽和內(nèi)孔進(jìn)行切削加工，以切除多肉部分，得到終鍛件的凹槽和/或內(nèi)孔。
[0042]本發(fā)明提供的上述方法可以適用于鋁合金件的生產(chǎn)制造，但是并不局限于此，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以將其適用于其它材質(zhì)零部件的生產(chǎn)制造，對此，本發(fā)明并不做具體限定。
[0043]綜上，本發(fā)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(yīng)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(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)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(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)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(quán)利要求】
1.一種制造模鍛件并消除殘余應(yīng)力的方法，其特征在于，包括: 步驟A:在模具上進(jìn)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(jìn)行壓縮冷變形工藝，以消除所述初始鍛件中的殘余應(yīng)力，得到終鍛件。
2.根據(jù)權(quán)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(dāng)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(yīng)時的外輪廓尺寸，加上經(jīng)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(yīng)時的外輪廓尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)零部件中設(shè)置有凹槽和/或內(nèi)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(nèi)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(nèi)孔進(jìn)行切削加工，得到所述終鍛件的所述凹槽和/或所述內(nèi)孔。
4.根據(jù)權(quán)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?qū)λ龀跏煎懠恼w或局部進(jìn)行壓縮冷變形工藝，產(chǎn)生1%_5%的變形量。
5.根據(jù)權(quán)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(quán)利要求1-5任一項所述的制造模鍛件并消除殘余應(yīng)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(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】李威威, 闕基容, 曾慶華 申請人:西南鋁業(yè)（集團）有限責(zé)任公司