本發(fā)明屬于鍛造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種長軸類變截面鍛件的模鍛工藝方法。

背景技術(shù)：

長軸類變截面鍛件通常具有中間形狀簡單如圓形、橢圓形、方形等，兩端形狀復(fù)雜的特點。在工作中長軸類變截面零件通常需要承受壓縮、拉伸、彎曲等交變載荷，因此對鍛件的質(zhì)量提出了較高的要求。常用的長軸類變截面鍛件如連桿、曲拐、曲軸等但不限于此。

對于長軸類變截面鍛件因形狀復(fù)雜目前通常采用自由鍛+機加工的工藝、以最大橫截面為分模面的模鍛工藝進行生產(chǎn)。這兩種方法或多或少都存在一些缺陷或使用范圍的限制：(1)采用自由鍛+機加工的方法降低了對設(shè)備噸位的要求，但材料利用率很低且在機加工過程中會切斷金屬流線從而降低了連桿的綜合機械性能；(2)采用以最大橫截面為分模面的模鍛工藝進行生產(chǎn)。分模面是指分開模具取出產(chǎn)品的可分離的接觸表面。通過長軸類變截面鍛件的截面具有無數(shù)個，其中包含了一個最大的橫截面。長軸類變截面鍛件通常具有較為復(fù)雜的形狀，在生產(chǎn)中一般選擇鍛件的最大橫截面為分模面，其目的是為了從模具中取出工件。這種以最大橫截面為分模面的傳統(tǒng)工藝，因鍛造橫截面面積相對較大致使模鍛所需載荷很高因此需要配套有較大噸位的壓機，且需要開坯工序增加了生產(chǎn)成本。若以非最大橫截面為分模面時就存在模鍛結(jié)束后，鍛件難以從模具中取出的問題，即以非最大橫截面為分模面用傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)。

以圖1所示的大型船用連桿的加工工藝為例說明。該船用連桿結(jié)構(gòu)可分為三部分：上端是連桿小頭為一具有圓柱內(nèi)表面的圓球式結(jié)構(gòu)1-1，用于與活塞銷相連接；下端是連桿大頭為一具有圓柱內(nèi)表面的方形塊狀結(jié)構(gòu)1-3，用于與曲軸相連接；中間是連桿桿身為一圓柱結(jié)構(gòu)1-2，連接于連桿大頭與小頭之間。連桿將活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)化為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。另外承受的活塞銷傳來的氣體作用力及其本身擺動和活塞組往復(fù)慣性力的作用，這些力的大小和方向都是周期性變化的。因此連桿受到壓縮、拉伸等交變載荷作用，這就要求連桿必須有足夠的疲勞強度和結(jié)構(gòu)剛度。該連桿全長3.2m，最厚處0.7m，重量在5噸以上。該連桿加工工藝如下：

(1)采用自由鍛+機加工的方式生產(chǎn)。自由鍛工藝無法加工出精確的連桿形狀，因此需要增加下料量到9噸，為后續(xù)的機加工提供足夠的余量，材料利用率僅55％。在自由鍛過程中需要反復(fù)加熱、鐓粗拔長，提高了鍛件的生產(chǎn)成本。并且由于連桿形狀的不規(guī)則性，具體結(jié)構(gòu)仍需要后續(xù)機加工來實現(xiàn)。而后續(xù)機加工會切斷自由鍛形成的金屬流線因而降低了鍛件的整體性能。另外連桿承受變載荷作用，其對鍛件的疲勞強度有較高的要求，因此采用采用自由鍛+機加工的方式生產(chǎn)的被切斷了金屬流線的連桿鍛件甚至無法滿足對使用性能的要求。

(2)采用模鍛工藝進行生產(chǎn)，傳統(tǒng)的方法是以最大橫截面為分模面即圖2(a)中的A－A橫截面如圖2(b)，其具體裝配關(guān)系見圖3)。結(jié)合圖1可以看到A－A橫截面相對其它橫截面是最大的，因此模鍛結(jié)束時，鍛件本身就存在一個拔模角可以直接從上下模組成的模腔中取出來。圖3是以最大橫截面A－A橫截面為分模面的模鍛示意圖，共包括3個部分上模3-1，坯料3-2，下模3-3。從圖3中可以看到采用以最大橫截面為分模面時，上下模形狀相同其內(nèi)凹部分基本與鍛件形狀相同。在模鍛結(jié)束時，上下模的結(jié)合面與鍛件的最大橫截面A－A橫截面相重合。

以最大橫截面為分模面模鍛其工藝過程具體包括以下步驟：下料－加熱－自由鍛制坯－模鍛－切邊－沖孔－后續(xù)表面加工。從圖3中可以看出坯料需要先通過自由鍛鍛制成坯。其中模鍛具體過程：將上模與動梁固定，將下模與壓機工作平臺固定，將加熱到預(yù)定溫度的自由鍛坯放在下模的模腔位置，上下模合腔為加工后的工件形狀；上模在壓機動梁的帶動下下壓坯料至上下模合模，上模在壓機動梁帶動下向上移開，將鍛件從下模模腔中取出完成脫模，再經(jīng)后續(xù)機加工。

采用以最大橫截面為分模面模鍛時，具有模具制造簡單、鍛件容易脫模的優(yōu)點。但該工藝也存在兩大缺點：1、模鍛的坯料需要經(jīng)過自由鍛制坯在一定程度上增加了成本。2、更重要的一點，在同樣的鍛造應(yīng)力下，鍛造所需的總載荷將隨橫截面面積的增大而增大。對于該連桿當(dāng)選取以最大橫截面為分模面進行模鍛生產(chǎn)時其所需載荷將達到10萬噸以上，目前尚無噸位在10萬噸以上的壓機。但同時因為鍛造面積較大也使得鍛造所需載荷在10萬噸以上。該鍛造力過大使得以最大橫截面的模鍛方法難以實現(xiàn)。因此以最大橫截面為分模面的模鍛工藝適用于小型鍛件，而不適用于大型鍛件。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服以往技術(shù)的不足，提供一種基于組合模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛方法，本發(fā)明方法可生產(chǎn)高質(zhì)量長軸類變截面鍛件，且對設(shè)備噸位要求相對較低，特別適用于大型鍛件的模鍛生產(chǎn)工藝。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提出的基于組合模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛方法，其特征在于，采用上下模和由多個邊模組成的可拆卸組合式模具，以長軸類變截面鍛件中心長度方向為軸線，選擇過該軸線的除最大橫截面之外的任意橫截面作為模鍛的分模面,并以板材作為模鍛坯料；將上下模置于板材坯料的分模面上下側(cè)，再將該組合式模具固定在板材周圍，進行一火次模鍛成形后，移開該組合式模具，取出工件。

根據(jù)上述的基于組合模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

A、將下模與壓機工作平臺頂出桿固定，將可拆卸組合式模具與壓機工作平臺墊板固定，將上模與動梁固定；

B、將加熱到預(yù)定溫度的板材坯料以裝入模腔并使上下模處于工件非最大橫截面的上下兩側(cè)；

C、上模在動梁帶動下向下下壓板材完成模鍛行程；

D、模鍛結(jié)束后上模在動梁帶動下向上移開，利用壓機工作平臺頂出桿將下模、鍛件及可拆卸組合式模具同時從模腔中頂出，并將組合式模具移開實現(xiàn)；

E、進行后續(xù)鍛件表面機加工，達到連桿對尺寸的要求，完成模鍛工藝。

本發(fā)明的特點及有益效果：

選取非最大橫截面為分模面有效降低了模鍛載荷；采用模鍛工藝減少了后續(xù)機加工量，提高了材料利用率；采用板材作為模鍛坯料，減少了制坯工序；可一火次成形，提高了生產(chǎn)效率此外，且對設(shè)備噸位要求相對較低，本工藝后續(xù)機加工量小，不破壞金屬流線提高了鍛件的綜合機械性能。特別適用于大型高質(zhì)量長軸類變截面鍛件的模鍛生產(chǎn)工藝。

附圖說明

圖1是大型船用連桿三維圖；

圖2是大型船用連桿主視圖及剖面圖，以顯示傳統(tǒng)工藝采用的最大橫截面為分模面；

圖3是大型船用連桿采用傳統(tǒng)以最大橫截面為分模面的模鍛工藝示意圖。

圖4是大型船用連桿側(cè)視圖及剖面圖，以顯示本發(fā)明工藝采用的最小橫截面為分模面；

圖5是采用本發(fā)明的基于組合式模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛工藝方法的實施例，用于生產(chǎn)大型船用連桿的模鍛示意圖。

具體實施方式

以下所述實施例詳細(xì)說明了本發(fā)明

實施例

本實施例為采用本發(fā)明所述的基于組合模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛方法生產(chǎn)一種大型船用連桿，連桿具體形狀見圖1，為大型船用發(fā)動機連桿。該船用連桿結(jié)構(gòu)可分為三部分：上端是連桿小頭為一具有圓柱內(nèi)表面的圓球式結(jié)構(gòu)1-1，用于與活塞銷相連接；下端是連桿大頭為一具有圓柱內(nèi)表面的方形塊狀結(jié)構(gòu)1-3，用于與曲軸相連接；中間是連桿桿身為一圓柱結(jié)構(gòu)1-2，連接于連桿大頭與小頭之間。該連桿全長3.2m，最厚處0.7m，重量在5噸以上。本連桿的非最大橫截面有無數(shù)個，本實施例選擇最小的橫截面即圖4中B-B截面為模鍛分模面。具體裝配關(guān)系見圖5，包括上模(5-2-1)、下模(5-2-2)、板材坯料(5-3-1)以及8個邊模組成的可拆卸組合式模具(5-1-1～5-1-8)。其中上模的下表面及下模的上表面是與連桿鍛件的側(cè)表面相配合，下表面形狀與鍛件側(cè)表面基本一致(即工件的最小橫截面的分模面)。組合模具中的邊模5-1-1～5-1-3是主要受力部件，其開狀較簡單基本為圓柱或長方體，并為其它的邊模5-1-4～5-1-8提供定位及受力支撐。組合模具的邊模5-1-4～5-1-8的形狀則有圓有方較為復(fù)雜，其與連桿的大頭及小頭相配合，目的是在模鍛中將坯料擠壓成為連桿大小頭對應(yīng)的形狀，而將其制成8個邊模組成可拆卸組合式模具則是為了模鍛后的取模方便。

本實施例的模鍛方法具體步驟如下：

A.將下模(5-2-2)與壓機工作平臺頂出桿固定，將組合模具中邊模塊(5-1-1～5-1-3)與壓機工作平臺墊板固定，將上模(5-2-1)與動梁固定，依次安裝其余模塊(5-1-4～5-1-8)并鎖緊，此時下模以及組合模具部分共同組成了放置坯料的模腔，即圖5中坯料5-3-1所在的位置；

B.將加熱到預(yù)定溫度的熱軋鋼板坯料裝入模腔，使上下模處于工件非最大橫截面的上下兩側(cè)如圖5所示；

C.上模在動梁帶動下下壓坯料使坯料變形并充滿模腔完成模鍛行程；

D.模鍛結(jié)束后上模在動梁的帶動下向上移開，利用壓機工作平臺頂出桿將下模、連桿鍛件及組合式可活動模塊(5-1-4～5-1-8)同時從模腔中向上頂出，之后將可活動模塊(5-1-4～5-1-8)先后移開使其與鍛件脫離以實現(xiàn)脫模；

E.進行后續(xù)連桿表面加工，達到連桿對尺寸的要求，完成模鍛工藝。

采用本發(fā)明的基于組合模具的以非最大橫截面為分模面的模鍛工藝方法生產(chǎn)該大型船用連桿時，在所有非最大橫截面中選取最小橫截面即圖3中橫截面B-B為分模面。對于該連桿件，當(dāng)采用最大橫截面圖2中A-A橫截面為分模面時其鍛造面積為2.5m2，當(dāng)以最小橫截面即圖3中橫截面B-B為分模面時其鍛造面積僅為0.9m2。在同樣的鍛造應(yīng)力下，因鍛造橫截面面積的減小可降低鍛造所需載荷。另外在連桿的四個端部分別設(shè)置的飛邊槽可在一定程度上改善坯料的流動模式并降低模鍛載荷，使模鍛所需總載荷降至5萬噸左右。當(dāng)采用以最小橫截面為分模面模鍛生產(chǎn)時，會產(chǎn)生一個新的問題：因連桿兩端的圓弧形結(jié)構(gòu)使得鍛件難以脫模。為此本發(fā)明采用的模具為組合結(jié)構(gòu)，模塊(5-1-1～5-1-8)在生產(chǎn)時固定為一體。在模鍛結(jié)束后，利用壓機工作平臺頂出桿將下模、鍛件及模塊(5-1-4～5-1-8)同時從模腔中頂出此時這些可拆卸模塊則沒有了對工件其它部分的約束可以自由脫離模具，這樣就實現(xiàn)了鍛件的脫模。另外采用本發(fā)明工藝生產(chǎn)連桿的坯料為板材其來源廣泛且成本更低。可一火次成形，既提高了生產(chǎn)效率也降低了生產(chǎn)成本。另外因采用模鍛工藝進行生產(chǎn)，后續(xù)加工量很小在將材料利用率提高到80％以上的同時不會破壞模鍛形成的金屬流線提高了鍛件的機械性能。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明的進一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護范圍。