專利名稱：大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說就是一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法，它適用于大型滾輪或齒輪鍛件的工藝設(shè)計和制造過程。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代工業(yè)設(shè)備的發(fā)展趨于大型化，大型設(shè)備零部件的加工工藝日益引起制造業(yè)的重視。大型滾輪直徑可達數(shù)米，重量達數(shù)噸，是部分特種車輛、輪船的重要部件。傳統(tǒng)上尺寸較小的滾輪鍛件一般采用整體模鍛方法一次成型，由于模鍛所需壓力很大，對于直徑達1米的滾輪，通常需要萬噸壓機才能夠充分成型，這大大提高了生產(chǎn)成本，因此整體模鍛方法很難應(yīng)用于大型滾輪的成型過程中。一些企業(yè)采用將坯料鍛造成圓環(huán)狀，然后通過機械加工加工出輪緣之間的U形凹槽的方法。這種方法增加了鍛件的加工余量，降低了材料利用率，延長了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期， 造成了極大的浪費。此外，這種方法在機械加工的過程將切斷鍛件固有的纖維流線，影響產(chǎn)品的組織性能。還有企業(yè)采用將兩個輪緣分別進行鍛造，之后焊接為一體的方法。這樣制造出的滾輪可靠性遠不如直接鍛造成型的滾輪，在使用過程中沿焊縫附近開裂可能性很大。大型齒輪是制造冶金、礦山、采煤、石油和水泥等行業(yè)大型機電設(shè)備的重要傳動部件，廣泛應(yīng)用于大型裝備制造業(yè)。齒輪鍛件的外形和鍛造方法與滾輪鍛件基本一致，區(qū)別在于如果制造齒輪，在對鍛件進行機械加工時需要將鍛件外緣加工出一圈輪齒，而如果制造滾輪則不需要此過程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法，該工藝操作簡便，能夠使用較小壓力的壓機使?jié)L輪或齒輪成型，保證滾輪或齒輪鍛件的質(zhì)量。采用該裝置及操作方法鍛造得到的滾輪或齒輪鍛件加工余量均勻，各部分尺寸均能滿足零件要求。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，該成形裝置具有下砧，下砧設(shè)有內(nèi)柱、外環(huán)形壁、有U形凸起的底座，內(nèi)柱位于底座的中心，外環(huán)形壁位于底座的外周，底座上設(shè)有U形凸起，U形凸起位于內(nèi)柱和外環(huán)形壁之間，U形凸起與坯料上的U形凹槽相對應(yīng)。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，該成形裝置還具有360°環(huán)形上砧，環(huán)形坯料置于下砧內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧的軸線重合，360°環(huán)形上砧套在內(nèi)柱上，環(huán)形坯料上表面與360°環(huán)形上砧相接觸，環(huán)形坯料下表面與下砧內(nèi)的U形凸起相接觸。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，該成形裝置還具有120°環(huán)形上砧，環(huán)形坯料置于下砧內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧的軸線重合，120°環(huán)形上砧套在內(nèi)柱上，環(huán)形坯料上表面與120°環(huán)形上砧相接觸，環(huán)形坯料下表面與下砧內(nèi)的U形凸起相接觸。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，下砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為
Rit= R1 零_ O 30)Ii2下=Ii2零+ (20 30)R3 下=R3 零 420 30)R4 下=R4 零+ 00 30)Ii1 下=2max(h2 零，h3 零)Hi1 零+(12 下 + (40 60)Ii2 下=Ii2 零零 + (20 30)Ii3 下=Ii3 零-Ii1 零 + (20 30)Cl1 下=150 250d2T=150 250rlT= r1#_(20 30)其中，滾輪或齒輪零件的尺寸代號含義如下R1 #代表中心孔的半徑，IW代表內(nèi)輪緣外表面的半徑，Rg代表外輪緣內(nèi)表面的半徑，R4#代表零件整體半徑，hi#代表兩輪緣間U形凹槽處零件的厚度，代表外輪緣高度，
代表內(nèi)輪緣高度，代表兩輪緣間U形凹槽的圓角半徑，max(h2#, h3#)代表取112,和 Ii3 #兩者中的較大值；下砧的尺寸代號含義如下Rit代表下砧內(nèi)柱的半徑，&〒代表下砧底座上U形凸起內(nèi)表面的半徑，I 3T代表下砧底座上U形凸起外表面的半徑，R4t代表下砧外環(huán)形壁內(nèi)壁的半徑，Ii1 τ代表下砧整體的高度，li2T代表下砧底座上U形凸起外側(cè)的高度，h3T代表下砧底座上U形凸起內(nèi)側(cè)的高度， Cl1 τ代表下砧外環(huán)形壁的厚度，d2T代表下砧底座的厚度，τ代表下砧底座上U形凸起上表面圓角的半徑。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，下砧U形凸起的高度應(yīng)大于零件中U形凹槽的深度。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，360°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm) 為R1 上=Ii2零+30)Ii2 上=R3零 30)Ii1 上=!!!已叉！；！^零-!^零，h3零_h1#) + (200 300)r1±= r1#_(20 30)其中，R1上代表360°環(huán)形上砧中心孔的半徑，&上代表360°環(huán)形上砧的半徑，h1± 代表360°環(huán)形上砧的厚度，巧上代表360°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，max(h2#-h1#, h3 零-Ii1 #)代表取Ii2零-Ii1零和Ii3零-Ii1零兩者中的較大值。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，120°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm) 為R3 上=Ii2 零+30)R4上=R3零 30)h2±= !!!已叉！；！^零-!^零，h3零-h1#) + (200 300)巧上=r1#_(20 30)α 上=120°
其中，代表120°環(huán)形上砧中心孔的半徑，R4±代表120°環(huán)形上砧的半徑，h2± 代表120°環(huán)形上砧的厚度，r2±代表120°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，α ±代表120°環(huán)形上砧兩側(cè)表面的角度，max(h2 零-Ii1零，h3零-比零 )代表取Ii2 # Λ零和Ii3 #-Ii1零兩者中的較大值。一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，包括如下步驟(1)將鋼錠加熱到指定溫度，然后使用上平砧和下平砧將鋼錠拔長為圓柱體形狀的坯料；( 將坯料放置在鐓粗盤上，使用鐓粗帽將坯料鐓粗到指定高度，然后將坯料放置在漏盤上，在坯料中心使用空心沖子沖孔；C3)將環(huán)形坯料放在下砧內(nèi)，使環(huán)形坯料軸線與下砧軸線重合，使用360°環(huán)形上砧下壓，壓下量為總壓下量的40% 70%;(4)使用120° 環(huán)形上砧分三次分別下壓坯料至步驟C3)完成后剩余壓下量的55% 65%，每次下壓完成后將120°環(huán)形上砧繞軸線旋轉(zhuǎn)120°再進行下一次下壓，使三次下壓完成后坯料上形成一個完整的環(huán)狀U形凹槽；( 將坯料重新加熱后翻轉(zhuǎn)，使用120°環(huán)形上砧分三次分別下壓坯料至步驟C3)完成后剩余壓下量的35% 45%，每次下壓完成后，將上砧繞軸線旋轉(zhuǎn) 120°再進行下一次下壓。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，步驟(5)中第一次下壓應(yīng)壓在步驟中最后一次下壓的對稱位置，步驟(5)中第二次下壓應(yīng)壓在步驟中第二次下壓的對稱位置，步驟(5)中第三次下壓應(yīng)壓在步驟中第一次下壓的對稱位置。所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，步驟(5)中的壓下量小于步驟 (4)中的壓下量，步驟(5)中的壓下量為步驟C3)完成后剩余壓下量的55% 65%，步驟 (4)中的壓下量為步驟C3)完成后剩余壓下量的35% 45%，以使上下面U形凹槽的深度一致，保證上下輪緣的對稱性。本發(fā)明中，大型滾輪或齒輪鍛件的規(guī)格尺寸為外徑> 500mm的滾輪或齒輪鍛件。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明確定了一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法，經(jīng)模擬驗證，采用該方法生產(chǎn)滾輪或齒輪鍛件，所需壓機壓力小于采用整體模鍛方法的1/4，能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。與將坯料鍛造成圓環(huán)狀再加工出U形凹槽的方法相比，可以減少滾輪或齒輪鍛件的加工余量，提高材料利用率20%以上，大大降低了生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。2、本發(fā)明建立的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法適用于生產(chǎn)各種型號的大型滾輪、齒輪。生產(chǎn)新型號滾輪或齒輪鍛件時，根據(jù)鍛件圖紙即可設(shè)計出成形裝置和鍛造工藝，可大大減少設(shè)計時間，降低研制費用。


圖la-f為滾輪或齒輪鍛件鍛造流程示意圖，其中圖Ia為鋼錠形態(tài)示意圖。圖Ib為鋼錠拔長過程示意圖。圖Ic為坯料鐓粗過程示意圖。圖Id為坯料沖孔過程示意圖。圖Ie為使用360°環(huán)形上砧下壓過程示意圖。
圖If-I和圖lf-2為使用120°環(huán)形上砧分三次分別下壓的過程，圖lf_l為俯視圖，圖lf-2為沿軸線的P-P剖面圖。圖2為滾輪零件沿軸線的剖面圖。圖3為下砧沿軸線的剖面圖。圖4(a)_(b)為360°環(huán)形上砧的形狀示意圖。其中，圖4(a)為俯視圖；圖4(b)為沿軸線的M-M剖面圖。圖5(a)_(b)為120°環(huán)形上砧的形狀示意圖。其中，圖5(a)為俯視圖；圖5(b)為主視圖。圖6a為通過有限元模擬得到的實施例中步驟(3) (5)所需的壓力狀況。圖6b為成型后的鍛件(雙點劃線輪廓)與滾輪零件(黑色線輪廓)的比較。圖6c為通過有限元模擬得到的對比例所需的壓力狀況。圖中，1-鋼錠；2-坯料；3-上平砧；4-下平砧；5-鐓粗帽；6-鐓粗盤；7-漏盤； 8-沖子；9-360°環(huán)形上砧；10-下砧；11-120°環(huán)形上砧；12-內(nèi)柱；13-外環(huán)形壁；14-底座；15-U形凸起。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例詳述本發(fā)明，本發(fā)明中除角度以外，其他長度單位均為毫米。如圖1-5所示，本發(fā)明大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置具有上平砧3、下平砧4、鐓粗帽5、鐓粗盤6、漏盤7、沖子8、360°環(huán)形上砧9、120°環(huán)形上砧11、下砧10，具體結(jié)構(gòu)如下如圖lf-Ι、圖lf-2和圖3所示，下砧10設(shè)有內(nèi)柱12、外環(huán)形壁13、有U形凸起15 的底座14，內(nèi)柱12位于底座14的中心，外環(huán)形壁13位于底座14的外周，底座14上設(shè)有U 形凸起15，U形凸起15位于內(nèi)柱12和外環(huán)形壁13之間，U形凸起15與坯料2上的U形凹槽相對應(yīng)。下砧10的作用在于使坯料2上下同時變形，同時形成輪緣結(jié)構(gòu)。U形凸起15的高度應(yīng)大于零件圖中U形凹槽的深度，這樣可以保證鍛造完成后輪緣有足夠的高度，輪緣處充分成型，滿足零件加工的要求，同時減小坯料與下砧的接觸面積，減少鍛造所需壓力。如圖3所示，根據(jù)零件加工圖紙設(shè)計得到的下砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為Rit= R1 零_ O 30)Ii2 下=Ii2 零 + (20 30)R3 下=R3 零 _ OO 30)R4 下=R4 零 + OO 30)Ii1 下=2max(h2 零，h3 零)Hi1 零+(12 下 + (40 60)Ii2 ^ = Ii2 零零 + (20 30)Ii3 下=Ii3 零零 + (20 30)Cl1 下=150 250d2T=150 250rlT= r1#_(20 30)其中，滾輪零件的尺寸代號含義如下R1 #代表中心孔的半徑，代表內(nèi)輪緣外表面的半徑，民,代表外輪緣內(nèi)表面的半徑，R4#代表零件整體半徑，hi#代表兩輪緣間U形凹槽處零件的厚度，代表外輪緣高度， 代表內(nèi)輪緣高度，代表兩輪緣間U形凹槽的圓角半徑，max(h2#, h3#)代表取112,和 Ii3 #兩者中的較大值。下砧的尺寸代號含義如下Rit代表下砧內(nèi)柱的半徑，&〒代表下砧底座上U形凸起內(nèi)表面的半徑，I 3T代表下砧底座上U形凸起外表面的半徑，R4t代表下砧外環(huán)形壁內(nèi)壁的半徑，Ii1 τ代表下砧整體的高度，li2T代表下砧底座上U形凸起外側(cè)的高度，h3T代表下砧底座上U形凸起內(nèi)側(cè)的高度， Cl1 τ代表下砧外環(huán)形壁的厚度，d2T代表下砧底座的厚度，τ代表下砧底座上U形凸起上表面圓角的半徑。如圖Ie和圖4(a)-(b)所示，環(huán)形坯料2置于下砧10內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧10 的軸線重合，360°環(huán)形上砧9套在內(nèi)柱12上，環(huán)形坯料2上表面與360°環(huán)形上砧9相接觸，環(huán)形坯料2下表面與下砧10內(nèi)的U形凸起15相接觸。360°環(huán)形上砧9用于將坯料2 鍛壓至壓下量為總壓下量的40% 70%，這樣坯料與下砧外環(huán)形壁13就會有較大接觸面積，在后續(xù)使用120°環(huán)形上砧鍛壓時，將有足夠的摩擦力以防止另一端翹起，以保證坯料的平整度。根據(jù)零件加工圖紙設(shè)計得到的360°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為R1 上=Ii2零+30)Ii2 上=R3零 30)Ii1 上=!!!已叉！；！^零-!^零，h3零-h1#) + (200 300)巧上=r1#_(20 30)其中，R1上代表360°環(huán)形上砧中心孔的半徑，&上代表360°環(huán)形上砧的半徑，h1± 代表360°環(huán)形上砧的厚度，巧上代表360°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，max(h2#-h1#, h3 零-Ii1 #)代表取Ii2零-Ii1零和Ii3零-Ii1零兩者中的較大值。如圖If-I和圖5 (a)-(b)所示，環(huán)形坯料2置于下砧10內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧 10的軸線重合，120°環(huán)形上砧11套在內(nèi)柱12上，環(huán)形坯料2上表面與120°環(huán)形上砧11 相接觸，環(huán)形坯料2下表面與下砧10內(nèi)的U形凸起15相接觸。120°環(huán)形上砧用于在坯料兩輪緣間通過三次下壓壓出一個360° U形凹槽，使用120°環(huán)形上砧可以使坯料局部變形，大大減少鍛造所需壓力。根據(jù)零件加工圖紙設(shè)計得到的120°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為R3 上=Ii2 零+30)R4 上=R3 零 30)h2±= !!!已叉?。?！^零-!^零，h3零-h1#) + (200 300)巧上=r1#_(20 30)α 上=120°其中，民上代表120°環(huán)形上砧中心孔的半徑，R4上代表120°環(huán)形上砧的半徑，h2± 代表120°環(huán)形上砧的厚度，r2±代表120°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，α ±代表120°環(huán)形上砧兩側(cè)表面的角度，max(h2 零-Ii1零，h3零-比零 )代表取Ii2 # Λ零和Ii3 #-Ii1零兩者中的較大值。大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，整個鍛壓過程共五火(1)如附圖Iab所示，將鋼錠1加熱到指定溫度，然后使用上平砧3和下平砧4將鋼錠1拔長為圓柱體形狀的坯料2 ； (2)如附圖lc-d所示，將坯料2放置在鐓粗盤6上，使用鐓粗帽5將坯料2鐓粗到指定高度，然后將坯料2放置在漏盤7上，在坯料2中心使用上平砧3作用于空心沖子8 沖孔，形成環(huán)形坯料；C3)如附圖Ie所示，將環(huán)形坯料2放在下砧10內(nèi)，使環(huán)形坯料軸線與下砧10的軸線重合，此時將坯料上表面，即與360°環(huán)形上砧9相接觸的面定義為A面，下表面即與下砧10相接觸的面定義為B面。使用360°環(huán)形上砧9下壓，壓下量為總壓下量的40% 70%，這樣坯料2與下砧10的外環(huán)形壁就會有較大接觸面積，在后續(xù)使用120° 環(huán)形上砧鍛壓時就會有足夠的摩擦力以防止另一端翹起，保證坯料的平整度；(4)如附圖 If-I和附圖lf-2所示，使A面向上，使用120°環(huán)形上砧11分三次分別下壓坯料2至步驟C3)完成后剩余壓下量的55% 65%。如圖中所示第一次將120°環(huán)形上砧11放在位置1進行下壓，之后將其繞軸線旋轉(zhuǎn)120°至位置2處進行第二次下壓，再將其繞軸線旋轉(zhuǎn) 120°至位置3處進行第三次下壓，使三次下壓完成后坯料2上形成一個完整的環(huán)狀U形凹槽；( 將坯料加熱后翻轉(zhuǎn)，使B面向上，放在下砧10內(nèi)，使環(huán)形坯料軸線與下砧10的軸線重合。使用120°環(huán)形上砧11分三次分別下壓坯料至步驟C3)完成后剩余壓下量的35% 45% (此時完成剩余壓下量)，每次下壓完成后將120°環(huán)形上砧11繞軸線旋轉(zhuǎn)120°再進行下一次下壓，使三次下壓完成后在坯料2上形成一個完整的環(huán)狀U形凹槽。步驟(5)中第一次下壓應(yīng)壓在步驟(4)中最后一次下壓處，即位置3的對稱位置，步驟(5)中第二次下壓應(yīng)壓在步驟(4)中第二次下壓處，即位置2的對稱位置，步驟(5)中第三次下壓應(yīng)壓在步驟中第一次下壓處，即位置1的對稱位置。由于使用120°環(huán)形上砧導致坯料局部變形，步驟(4)結(jié)束后坯料上表面輪緣高度將高于下表面，通過控制步驟( 的壓下量以使坯料上下面U形凹槽的深度一致，保證上下輪緣的對稱性。在步驟(5)中同樣存在局部變形因素，因此步驟(5)中的壓下量應(yīng)小于步驟⑷中的壓下量。實施例本實施例的鍛造零件為某型號滾輪鍛件，滾輪直徑為1200mm，中心孔直徑為沈5讓，材質(zhì)為42CrMo，鍛件重約2噸，坯料加熱溫度為1200°C，整個鍛造過程在3200噸水壓機上進行。步驟C3)進行前，坯料2尺寸為中心孔直徑175mm，外直徑550mm，高310mm。 步驟C3)使用360°環(huán)形上砧下壓的壓下量為110mm，下壓完成后上砧與下砧U形凸起表面的間距為200mm，完成后坯料與下砧充分接觸，可以防止在使用120°環(huán)形上砧下壓時坯料另一端翹起。步驟(4)使用120°環(huán)形上砧分三次下壓的壓下量均為40mm，下壓完成后上砧與下砧U形凸起表面的間距為160mm。步驟(5)使用120°環(huán)形上砧分三次下壓的壓下量均為30mm，下壓完成后上砧與下砧U形凸起表面的間距為130mm。對步驟(3) (5)的過程進行有限元模擬，圖6a為模擬得到的各步驟所需壓力狀況，第1個峰值為步驟(3)完成時所需壓力，第2、3、4個峰值為步驟(4)中每一次下壓完成時所需壓力，第5、6、7個峰值為步驟(5)中每一次下壓完成時所需壓力。由圖中可見，3200噸水壓機完全滿足鍛造工藝的要求。與將坯料鍛造成圓環(huán)狀再加工出U形凹槽的方法所需坯料體積相比較，使用本實施例中的方法可節(jié)約用料20%，對于U形凹槽更深的滾輪零件，節(jié)約用料的比例會更高。圖 6b為成型后的鍛件(雙點劃線輪廓)與滾輪零件(黑色輪廓線)的比較，由圖可見工藝完成后，鍛件充型完整，整個鍛件加工余量均勻，各部分尺寸均滿足零件加工要求。對比例
本對比例使用傳統(tǒng)整體模鍛方法鍛造，其它條件與實施例均相同。圖6c為模擬得到的壓力狀況，由圖可見所需壓機壓力為60000噸，遠遠大于實施例所需壓機壓力3200噸， 即使在鍛造過程中增加火次，所需壓力也將大于10000噸，這證明采用本發(fā)明中的方法，可以使用較小壓機鍛造大型滾輪，能夠有效節(jié)約生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟效益。本發(fā)明裝置和使用方法同樣適用于齒輪鍛件成形，齒輪鍛件的外形和鍛造方法與滾輪鍛件基本一致，區(qū)別在于如果制造齒輪，在對鍛件進行機械加工時需要將鍛件外緣加工出一圈輪齒，而如果制造滾輪則不需要此過程。結(jié)果表明，本發(fā)明建立的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法適用于生產(chǎn)直徑較大，難以使用傳統(tǒng)模鍛工藝生產(chǎn)的大型滾輪或齒輪鍛件。采用本方法生產(chǎn)大型滾輪或齒輪鍛件，能夠大大減小鍛造所需壓力，很好地控制鍛件的外形尺寸，減少滾輪或齒輪鍛件的加工余量，提高材料利用率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。
權(quán)利要求
1.一種大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，該成形裝置具有下砧，下砧設(shè)有內(nèi)柱、外環(huán)形壁、有U形凸起的底座，內(nèi)柱位于底座的中心，外環(huán)形壁位于底座的外周，底座上設(shè)有U形凸起，U形凸起位于內(nèi)柱和外環(huán)形壁之間，U形凸起與坯料上的U形凹槽相對應(yīng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，該成形裝置還具有360°環(huán)形上砧，環(huán)形坯料置于下砧內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧的軸線重合，360°環(huán)形上砧套在內(nèi)柱上，環(huán)形坯料上表面與360°環(huán)形上砧相接觸，環(huán)形坯料下表面與下砧內(nèi)的U形凸起相接觸。
3.按照權(quán)利要求1所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，該成形裝置還具有120°環(huán)形上砧，環(huán)形坯料置于下砧內(nèi)，環(huán)形坯料軸線與下砧的軸線重合，120°環(huán)形上砧套在內(nèi)柱上，環(huán)形坯料上表面與120°環(huán)形上砧相接觸，環(huán)形坯料下表面與下砧內(nèi)的U形凸起相接觸。
4.按照權(quán)利要求1所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，下砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為隊下=隊零-OO 30) &下=&零 + (20 30) 民下=R3零— CO 30) 禮下=R4零+ 00 30)Ii1 下=2max(h2 零，h3 零)_h1#+d2 下+ (40 60)1 下=+ 30)h3 下=Ii3 零 _h1# + (20 30)Cl1 下=150 2504下=150 250rlT= r1#-(20 30)其中，滾輪或齒輪零件的尺寸代號含義如下代表中心孔的半徑，IW代表內(nèi)輪緣外表面的半徑，Rg代表外輪緣內(nèi)表面的半徑， R4#代表零件整體半徑，Ii1 #代表兩輪緣間U形凹槽處零件的厚度，h2#代表外輪緣高度， 代表內(nèi)輪緣高度，巧·代表兩輪緣間U形凹槽的圓角半徑，max(h2#, h3#)代表取和hg 兩者中的較大值；下砧的尺寸代號含義如下Rit代表下砧內(nèi)柱的半徑，&〒代表下砧底座上U形凸起內(nèi)表面的半徑，I 3T代表下砧底座上U形凸起外表面的半徑，R4t代表下砧外環(huán)形壁內(nèi)壁的半徑，Ii1 τ代表下砧整體的高度， li2T代表下砧底座上U形凸起外側(cè)的高度，h3T代表下砧底座上U形凸起內(nèi)側(cè)的高度，Cl1 τ代表下砧外環(huán)形壁的厚度，d2T代表下砧底座的厚度，rlT代表下砧底座上U形凸起上表面圓角的半徑。
5.按照權(quán)利要求4所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，下砧U形凸起的高度大于零件中U形凹槽的深度。
6.按照權(quán)利要求2所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，360°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為R1 上=R2零 + 00 30)&上=R3零-OO 30)Ii1 上=max(h2零h3零_h1#) + (200 300)巧上=Tim-(20 30)其中，R1上代表360°環(huán)形上砧中心孔的半徑，&上代表360°環(huán)形上砧的半徑，Ii1上代表 360°環(huán)形上砧的厚度，巧上代表360°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，max(h2#-h1#, Ii3零-Ill 零)代表取Ii2^h1零和Ii3^h1零兩者中的較大值。
7.按照權(quán)利要求3所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置，其特征在于，120°環(huán)形上砧尺寸設(shè)計公式(單位，mm)為R3 上=&零 + 00 30)R4 上=R3 零-OO 30)Ii2上=max(h2零h3零_h1#) + (200 300)r2 上=r1#-(20 30)α 上=120°其中，R3±代表120°環(huán)形上砧中心孔的半徑，R4±代表120°環(huán)形上砧的半徑，h2±代表 120°環(huán)形上砧的厚度，r2±代表120°環(huán)形上砧下表面圓角的半徑，α上代表120°環(huán)形上砧兩側(cè)表面的角度，max (h2零-Ii1零，t!3零-Ill零)代表取Il2零-Ill零和Il3零-Ill零兩者中的較大值。
8.—種權(quán)利要求1所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將鋼錠加熱到指定溫度，然后使用上平砧和下平砧將鋼錠拔長為圓柱體形狀的坯料；( 將坯料放置在鐓粗盤上，使用鐓粗帽將坯料鐓粗到指定高度，然后將坯料放置在漏盤上，在坯料中心使用空心沖子沖孔；C3)將環(huán)形坯料放在下砧內(nèi)，使環(huán)形坯料軸線與下砧軸線重合，使用360°環(huán)形上砧下壓，壓下量為總壓下量的40% 70%;(4)使用120°環(huán)形上砧分三次分別下壓坯料至步驟C3)完成后剩余壓下量的55% 65%，每次下壓完成后將 120°環(huán)形上砧繞軸線旋轉(zhuǎn)120°再進行下一次下壓，使三次下壓完成后坯料上形成一個完整的環(huán)狀U形凹槽；( 將坯料重新加熱后翻轉(zhuǎn)，使用120°環(huán)形上砧分三次分別下壓坯料至步驟C3)完成后剩余壓下量的35% 45%，每次下壓完成后，將上砧繞軸線旋轉(zhuǎn)120°再進行下一次下壓。
9.按照權(quán)利要求8所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，其特征在于，步驟(5)中第一次下壓應(yīng)壓在步驟中最后一次下壓的對稱位置，步驟(5)中第二次下壓應(yīng)壓在步驟中第二次下壓的對稱位置，步驟(5)中第三次下壓應(yīng)壓在步驟中第一次下壓的對稱位置。
10.按照權(quán)利要求8所述的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置的使用方法，其特征在于，步驟(5)中的壓下量小于步驟中的壓下量，步驟(5)中的壓下量為步驟C3)完成后剩余壓下量的55% 65%，步驟(4)中的壓下量為步驟C3)完成后剩余壓下量的35% 45%， 以使上下面U形凹槽的深度一致，保證上下輪緣的對稱性。
全文摘要
本發(fā)明屬于鍛造領(lǐng)域，具體地說就是一種滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法，它適用于各種型號大型滾輪或齒輪鍛件成形的工藝設(shè)計和制造過程。本發(fā)明設(shè)計了360°環(huán)形上砧、120°環(huán)形上砧以及有內(nèi)柱、外環(huán)形壁和U形凸起的底座結(jié)構(gòu)的下砧，根據(jù)零件圖紙，應(yīng)用本發(fā)明中給出的尺寸設(shè)計公式，即可設(shè)計出與該零件相對應(yīng)的模具及各種模具的配合使用方法。本發(fā)明建立的大型滾輪或齒輪鍛件成形裝置及使用方法適用于生產(chǎn)直徑較大，難以使用傳統(tǒng)模鍛工藝生產(chǎn)的大型滾輪或齒輪鍛件。采用本方法生產(chǎn)大型滾輪或齒輪鍛件，能夠大大減小鍛造所需壓力，很好地控制鍛件的外形尺寸，減少滾輪或齒輪鍛件的加工余量，提高材料利用率，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。
文檔編號B21J13/06GK102172767SQ20101060430
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者孫明月, 徐斌, 李殿中 申請人:中國科學院金屬研究所