金屬塑性擠鍛成型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括準備擠鍛成型設備的步驟、上料和擠孔的步驟、成型的步驟和出料的步驟，在封閉型腔中采用擠孔、避讓、擠鍛的方式，使工件坯料分兩次塑性變形得到成型工件。本發(fā)明具有所需擠鍛力小、成型容易、能耗低、工作效率高、對設備零部件的要求和動力系統(tǒng)的要求低、可降低擠鍛成型難度、提高成型工件內部性能和質量等優(yōu)點。
【專利說明】金屬塑性擠鍛成型方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬擠鍛成型【技術領域】，具體涉及一種金屬塑性擠鍛成型方法。

【背景技術】
[0002]金屬擠鍛成型技術是利用金屬塑性成形原理進行壓力加工的一種方法，將經(jīng)過預處理的金屬工件坯料放入模具中，然后在金屬工件坯料上施加壓力使金屬工件坯料產(chǎn)生變形并充滿模具型腔，從而獲得所需要的零件。金屬擠鍛成型技術是一種少切削或無切削加工的先進工藝技術，有利于提高制品的質量，可改善制品內部微觀組織和性能，還具有節(jié)約材料、能耗低、應用范圍廣、生產(chǎn)靈活性大、工藝流程簡單和設備投資少的特點。
[0003]目前，國內外熱擠鍛成型技術和熱擠鍛成型裝備還存在很多技術問題，制約了該技術的發(fā)展。
[0004]現(xiàn)有擠鍛頭和主缸活塞桿的連接一般采用螺紋連接，在螺紋強度范圍內，擠鍛頭將液壓能量直接作用在工件坯料表面，從而使工件坯料變形。擠鍛頭與工件坯料接觸一次擠鍛成型，由于受力面積較大，必須要有很大的壓力才能使工件坯料產(chǎn)生塑性變形，擠鍛難度大、需要的擠鍛力也較大，這對液壓系統(tǒng)和模具的性能提出了更高的要求，設備成本和能耗也大大提高；而如果采用多次形變成型，需要多臺設備的多次擠鍛才能滿足零部件的精密度等要求，致使現(xiàn)有成型設備及能量供給系統(tǒng)復雜，設備的體積龐大、投資大、成本高；另夕卜，由于工件坯料經(jīng)一次性連續(xù)塑性變形達到所需要的形狀，在擠鍛過程中金屬內部晶相組織流動性大，這也會影響成型工件的內部結構性能，降低成型工件的質量。
[0005]此外，目前的金屬擠鍛成型設備均是采用開放式的擠鍛方式，即模具的型腔是由擠鍛頭和開放式的模腔配合形成，工件坯料在完全成型前擠鍛頭與模腔之間處于未封閉狀態(tài)，在擠鍛的過程中，工件坯料容易產(chǎn)生彎曲變形，導致不能完全進入模腔，進而產(chǎn)生次品，還會降低模具的使用壽命，甚至會損壞模具。并且，目前的金屬擠鍛成型設備不能在工件坯料上一次擠鍛成型通孔，當要得到帶孔的工件時，需要在擠鍛成型后再次加工，存在工序復雜、生產(chǎn)效率低、成本高等缺點。


【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種所需擠鍛力小、成型容易、能耗低、工作效率高、對設備零部件的要求和動力系統(tǒng)的要求低、可降低擠鍛成型難度、提高成型工件內部性能和質量的金屬塑性擠鍛成型方法。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案:
一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括以下步驟:
(1)準備擠鍛成型設備，所述擠鍛成型設備具有可打開和封閉的型腔以及與所述型腔連通的第一擠鍛通道；
(2)打開所述型腔，將工件坯料置入型腔或第一擠鍛通道后封閉型腔，采用擠壓端面尺寸小于第一擠鍛通道的截面尺寸的第一擠孔件插入所述第一擠鍛通道在工件坯料上擠孔，工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形；
(3)第一擠孔件擠到設定深度后反向退出所擠出的孔，采用擠鍛頭插入所述第一擠鍛通道對工件坯料進行擠鍛，工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形并充滿整個封閉的型腔，得到成型工件；
(4)打開型腔，將成型工件取出。
[0008]上述成型方法中，所述步驟(2 )中，將工件坯料插入第一擠鍛通道內形成定位，型腔封閉后，由第一擠孔件在擠孔的過程中將工件坯料擠入所述型腔中。
[0009]上述成型方法中，所述步驟(2)中，在所述工件坯料置入型腔或第一擠鍛通道前，對工件坯料進行加熱直至溫度達到800°C?1400°C。
[0010]上述成型方法中，所述步驟(3)中，第一擠孔件穿設于所述擠鍛頭中共同形成擠鍛端面；所述擠鍛端面的尺寸與第一擠鍛通道的截面尺寸一致。
[0011 ] 上述成型方法中，所述步驟(3 )中，擠鍛頭擠鍛工件坯料時使工件坯料回填充滿第一擠孔件擠出的孔，所述工件的擠鍛成型過程在0.2?0.3秒鐘內完成。
[0012]上述成型方法中，所述擠鍛成型設備還具有第二擠孔件以及與所述型腔連通的第二擠鍛通道，所述第二擠孔件的截面尺寸與所述第二擠鍛通道的截面尺寸一致；在所述步驟(2)和步驟(3)中，采用所述第二擠孔件插入第二擠鍛通道在工件坯料上擠工藝孔。
[0013]上述成型方法中，所述第二擠鍛通道與第一擠鍛通道同軸且相對設置，所述第二擠孔件設有工藝擠孔頭，其在工件坯料上是擠出工藝沉孔或擠出工藝通孔，得到具有工藝沉孔或工藝通孔的成型工件。
[0014]上述成型方法中，所述擠出工藝沉孔的具體操作包括，第一擠孔件和第二擠孔件相向運動在工件坯料上同步擠孔，第二擠孔件擠到設定深度時停止運動，工件成型后第二擠孔件返回退出型腔。
[0015]上述成型方法中，所述擠出工藝通孔的具體操作包括，第一擠孔件和第二擠孔件相向運動在工件坯料上同步擠孔，第一擠孔件擠到設定深度時反向退出，第二擠孔件繼續(xù)擠壓并貫穿進入第一擠孔件擠出的孔中，直至擠到設定深度時停止運動，工件成型后第二擠孔件返回退出型腔。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明的金屬塑性擠鍛成型方法，采用封閉型腔對工件坯料形成包裹，然后對工件坯料進行封閉式擠鍛，避免了開放式擠鍛容易導致工件坯料不能完全進入模腔的問題，提高了合格率，保障了模具的使用壽命。在擠鍛過程中，先在工件坯料上擠孔，使工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形，再使擠孔頭退出后采用擠鍛頭對工件坯料進行封閉式擠鍛，使工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形，工件坯料變形充滿整個型腔并回填將擠出的孔也充滿。該擠孔、避讓、擠鍛的方式，使工件坯料分兩次塑性變形得到成型工件，一方面，改變了擠鍛變形過程，工件坯料每次變形所需的擠鍛力較小，降低了擠鍛難度，對設備的性能要求也降低；另一方面，擠出的孔起到分流材料的作用，可改善金屬的流動狀態(tài)和工件坯料的充填性，提高了成型工件的內部結構性能；該成型方法具有能耗低、工作效率高、對設備零部件的要求和動力系統(tǒng)的要求也低，大大降低了擠鍛成型的難度等優(yōu)點。該成型方法尤其適用于金屬的熱擠鍛成型，能夠擠鍛形面復雜的零件，如盤形正齒輪、雙凸通孔正齒輪、齒輪軸、階梯軸、通孔圓環(huán)、各種法蘭、大規(guī)格緊固件和各種回旋體零件等。采用本發(fā)明對上述產(chǎn)品加工時，前述擠鍛過程充分改善了其坯料流動方式，降低了流動載荷，改善了制品內部微觀組織和性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明金屬塑性擠鍛成型方法實施例1中擠鍛成型設備的結構示意圖。
[0018]圖2為本發(fā)明金屬塑性擠鍛成型方法實施例2中擠鍛成型設備的結構示意圖。
[0019]圖3為本發(fā)明金屬塑性擠鍛成型方法實施例3中擠鍛成型設備的結構示意圖。
[0020]圖例說明:
1、型腔；2、第一擠鍛通道；3、上模；4、下模；5、第一擠孔件；6、擠鍛頭；7、第二擠孔件；
8、第二擠鍛通道。

【具體實施方式】
[0021]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0022]實施例1:
一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括以下步驟:
(1)準備擠鍛成型設備(如圖1所示)的步驟，該擠鍛成型設備具有可打開和封閉的型腔I以及與型腔I連通的第一擠鍛通道2 ;該可打開和封閉的型腔I由擠鍛成型設備的上模3和下模4形成，該第一擠鍛通道2設于上模3上；
(2)上料和擠孔的步驟，使型腔I打開，將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2后合模封閉型腔1，采用擠壓端面尺寸小于第一擠鍛通道2的截面尺寸的第一擠孔件5插入第一擠鍛通道2在工件坯料上擠孔，工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形；
(3)成型的步驟，第一擠孔件5擠到設定深度后反向退出所擠出的孔，采用截面尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致的擠鍛頭6插入第一擠鍛通道2對工件坯料進行擠鍛，工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形并充滿整個封閉的型腔I并回填充滿第一擠孔件5擠出的孔，得到成型工件；
(4)出料的步驟，打開型腔1，將成型工件取出。
[0023]上述步驟(2)中，可將工件坯料插入第一擠鍛通道2內形成定位，型腔I封閉后，再由第一擠孔件5在擠孔的過程中將工件坯料擠入型腔I中，即第一擠孔件5先將工件坯料擠入型腔I，然后在工件坯料上擠孔。
[0024]上述步驟(2)中，在將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2前，對其進行加熱直至溫度達到800°C?1400°C，使工件坯料達到熱擠鍛性能要求。
[0025]上述第一擠孔件5穿設于擠鍛頭6中共同形成擠鍛端面，即第一擠孔件5和擠鍛頭6為圓柱和套筒的配合結構，第一擠孔件5可沿擠鍛頭6滑動伸出或縮入；該擠鍛端面的尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致，進而與第一擠鍛通道2配合對工件坯料進行封閉式擠鍛。
[0026]本發(fā)明金屬塑性擠鍛成型方法，采用封閉型腔I對工件坯料形成包裹，然后對工件坯料進行封閉式擠鍛，避免了開放式擠鍛容易導致工件坯料不能完全進入模腔的問題，提高了合格率，保障了模具的使用壽命。在擠鍛過程中，先在工件坯料上擠孔，使工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形，再使擠孔頭退出后采用擠鍛頭6對工件坯料進行封閉式擠鍛，使工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形，工件坯料變形充滿整個型腔I并回填將擠出的孔也充滿。該擠孔、避讓、擠鍛的方式，使工件坯料分兩次塑性變形得到成型工件，一方面，改變了擠鍛變形過程，工件坯料每次變形所需的擠鍛力較小，降低了擠鍛難度，對設備的性能要求也降低?’另一方面，擠出的孔起到分流材料的作用，可改善金屬的流動狀態(tài)和工件坯料的充填性，提高了成型工件的內部結構性能。
[0027]本發(fā)明在勢壓站能夠提供每秒上千萬牛米的輸出功能的前提下，擠鍛件可達到每秒0.3?0.5米運動速度，坯料擠鍛過程可在0.2?0.3秒鐘內完成，迫使坯料產(chǎn)生高速的幾何形變，充滿型腔，獲得具有所需幾何形狀、尺寸及機械性能的產(chǎn)品零件。同時，由于本發(fā)明的坯料擠壓過程在0.2?0.3秒鐘內完成，大大減少了坯料和模具的熱傳導時間。坯料一般在1000?1200°C開始被擠壓，而模具表面溫升在500°C以下，封閉型腔表面壓力不超過200Mpa，因此，本發(fā)明大大降低了對模具的材料選用的要求，如40cr材質即可滿足要求，第一擠孔件5、擠鍛頭6和第二擠孔件7的材料采用一般熱模具材料即可，大大降低了模具費用。該成型方法具有能耗低、工作效率高、對設備零部件的要求和動力系統(tǒng)的要求也低，大大降低了擠鍛成型的難度等優(yōu)點。
[0028]實施例2:
一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括以下步驟:
(1)準備擠鍛成型設備(如圖2所示)的步驟，該擠鍛成型設備具有可打開和封閉的型腔I以及與型腔I連通的第一擠鍛通道2 ;該可打開和封閉的型腔I由擠鍛成型設備的上模3和下模4形成，該第一擠鍛通道2設于上模3上。擠鍛成型設備還具有第二擠孔件7以及與型腔I連通的第二擠鍛通道8，第二擠鍛通道8設于下模4中，第二擠孔件7的截面尺寸與第二擠鍛通道8的截面尺寸一致，第二擠鍛通道8與第一擠鍛通道2同軸且相對設置。第二擠孔件7設有工藝擠孔頭，工藝擠孔頭的截面形狀根據(jù)工件需要的工藝沉孔的形狀設置；
(2)上料和擠孔的步驟，使型腔I打開，將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2后合模封閉型腔1，采用擠壓端面尺寸小于第一擠鍛通道2的截面尺寸的第一擠孔件5插入第一擠鍛通道2在工件坯料上擠孔，工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形；同時，采用第二擠孔件7插入第二擠鍛通道8在工件坯料上擠工藝孔，第二擠孔件7擠到設定深度時停止運動，并保持停留在擠出的工藝孔中；
(3)成型的步驟，第一擠孔件5擠到設定深度后反向退出所擠出的孔，采用截面尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致的擠鍛頭6插入第一擠鍛通道2對工件坯料進行擠鍛，工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形并充滿整個封閉的型腔1，得到具有工藝沉孔的成型工件；
(4)出料的步驟，使第二擠孔件7返回退出型腔1，打開型腔I將成型工件取出。
[0029]上述步驟(2)中，可將工件坯料插入第一擠鍛通道2內形成定位，型腔I封閉后，再由第一擠孔件5在擠孔的過程中將工件坯料擠入型腔I中，即第一擠孔件5先將工件坯料擠入型腔I，然后在工件坯料上擠孔。
[0030]上述步驟(2)中，在將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2前，對其進行加熱直至溫度達到800°C?1400°C，使工件坯料達到熱擠鍛性能要求。
[0031]上述第一擠孔件5穿設于擠鍛頭6中共同形成擠鍛端面，即第一擠孔件5和擠鍛頭6為圓柱和套筒的配合結構，第一擠孔件5可沿擠鍛方向在擠鍛頭6中滑動伸出或縮入，第一擠孔件5伸出時可進行擠孔，縮入至與擠鍛頭6的端面平齊時可與擠鍛頭6 —起對工件坯料進行擠鍛；該擠鍛端面的尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致，進而與第一擠鍛通道2配合對工件坯料進行封閉式擠鍛。
[0032]本實施例的成型方法，除具備實施例1所具有的優(yōu)點，還可擠鍛工件坯料成型得到具有工藝沉孔的成型工件，其適用性更好。
[0033]實施例3:
一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括以下步驟:
(1)準備擠鍛成型設備(如圖3所示)的步驟，該擠鍛成型設備具有可打開和封閉的型腔I以及與型腔I連通的第一擠鍛通道2 ;該可打開和封閉的型腔I由擠鍛成型設備的上模3和下模4形成，該第一擠鍛通道2設于上模3上。擠鍛成型設備還具有第二擠孔件7以及與型腔I連通的第二擠鍛通道8，第二擠鍛通道8設于下模4中，第二擠孔件7的截面尺寸與第二擠鍛通道8的截面尺寸一致，第二擠鍛通道8與第一擠鍛通道2同軸且相對設置。第二擠孔件7設有工藝擠孔頭，工藝擠孔頭的截面形狀根據(jù)工件需要的工藝通孔的形狀設置；
(2)上料和擠孔的步驟，使型腔I打開，將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2后合模封閉型腔1，采用擠壓端面尺寸小于第一擠鍛通道2的截面尺寸的第一擠孔件5插入第一擠鍛通道2在工件坯料上擠孔，工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形；同時，第二擠孔件7與第一擠孔件5同步運動，第二擠孔件7插入第二擠鍛通道8在工件坯料上擠工藝孔。
[0034](3)成型的步驟，第一擠孔件5擠到設定深度后反向退出所擠出的孔，采用截面尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致的擠鍛頭6插入第一擠鍛通道2對工件坯料進行擠鍛，第二擠孔件7繼續(xù)擠壓并貫穿進入第一擠孔件5擠出的孔中，直至擠到設定深度時停止運動，并保持停留在擠出的工藝孔中，最終，工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形并充滿整個封閉的型腔1，得到具有工藝通孔的成型工件；優(yōu)選的，第二擠孔件7的截面尺寸與第一擠孔件5的截面尺寸一致。
[0035](4)出料的步驟，使第二擠孔件7返回退出型腔1，打開型腔I將成型工件取出。
[0036]上述步驟(2)中，可將工件坯料插入第一擠鍛通道2內形成定位，型腔I封閉后，再由第一擠孔件5在擠孔的過程中將工件坯料擠入型腔I中，即第一擠孔件5先將工件坯料擠入型腔I，然后在工件坯料上擠孔。
[0037]上述步驟(2)中，在將工件坯料置入型腔I或第一擠鍛通道2前，對其進行加熱直至溫度達到800°C?1400°C，使工件坯料達到熱擠鍛性能要求。
[0038]上述第一擠孔件5穿設于擠鍛頭6中共同形成擠鍛端面，即第一擠孔件5和擠鍛頭6為圓柱和套筒的配合結構，第一擠孔件5可沿擠鍛方向在擠鍛頭6中滑動伸出或縮入，第一擠孔件5伸出時可進行擠孔，縮入至與擠鍛頭6的端面平齊時可與擠鍛頭6 —起對工件坯料進行擠鍛；該擠鍛端面的尺寸與第一擠鍛通道2的截面尺寸一致，進而與第一擠鍛通道2配合對工件坯料進行封閉式擠鍛。
[0039]本實施例的成型方法，除具備實施例1所具有的優(yōu)點，還可擠鍛工件坯料成型得到具有工藝通孔的成型工件，其適用性更好。
[0040]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例。對于本【技術領域】的技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術構思前提下所得到的改進和變換也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種金屬塑性擠鍛成型方法，包括以下步驟: (1)準備擠鍛成型設備，所述擠鍛成型設備具有可打開和封閉的型腔以及與所述型腔連通的第一擠鍛通道； (2)打開所述型腔，將工件坯料置入型腔或第一擠鍛通道后封閉型腔，采用擠壓端面尺寸小于第一擠鍛通道的截面尺寸的第一擠孔件插入所述第一擠鍛通道在工件坯料上擠孔，工件坯料產(chǎn)生一次塑性變形； (3)第一擠孔件擠到設定深度后反向退出所擠出的孔，采用擠鍛頭插入所述第一擠鍛通道對工件坯料進行擠鍛，工件坯料產(chǎn)生二次塑性變形并充滿整個封閉的型腔，得到成型工件； (4)打開型腔，將成型工件取出。
2.根據(jù)權利要求1所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述步驟(2)中，將工件坯料插入第一擠鍛通道內形成定位，型腔封閉后，由第一擠孔件在擠孔的過程中將工件坯料擠入所述型腔中。
3.根據(jù)權利要求1所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述步驟(2)中，在所述工件坯料置入型腔或第一擠鍛通道前，對工件坯料進行加熱直至溫度達到800 0C ?1400。。。
4.根據(jù)權利要求1所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述第一擠孔件穿設于所述擠鍛頭中共同形成擠鍛端面；所述擠鍛端面的尺寸與第一擠鍛通道的截面尺寸一致。
5.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述步驟(3)中，擠鍛頭擠鍛工件坯料時使工件坯料回填充滿第一擠孔件擠出的孔，所述工件的擠鍛成型過程在0.2?0.3秒鐘內完成。
6.根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述擠鍛成型設備還具有第二擠孔件以及與所述型腔連通的第二擠鍛通道，所述第二擠孔件的截面尺寸與所述第二擠鍛通道的截面尺寸一致；所述第二擠孔件插入第二擠鍛通道在工件坯料上擠孔。
7.根據(jù)權利要求6所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述第二擠鍛通道與第一擠鍛通道同軸且相對設置，所述第二擠孔件設有工藝擠孔頭，其在工件坯料上是擠出工藝沉孔或擠出工藝通孔，得到具有工藝沉孔或工藝通孔的成型工件。
8.根據(jù)權利要求7所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述擠出工藝沉孔的具體操作包括，第一擠孔件和第二擠孔件相向運動在工件坯料上同步擠孔，第二擠孔件擠到設定深度時停止運動，工件成型后第二擠孔件返回退出型腔。
9.根據(jù)權利要求7所述的金屬塑性擠鍛成型方法，其特征在于:所述擠出工藝通孔的具體操作包括，第一擠孔件和第二擠孔件相向運動在工件坯料上同步擠孔，第一擠孔件擠到設定深度時反向退出，第二擠孔件繼續(xù)擠壓并貫穿進入第一擠孔件擠出的孔中，直至擠到設定深度時停止運動，工件成型后第二擠孔件返回退出型腔。
【文檔編號】B21J5/02GK104226871SQ201410349494
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權日:2014年7月22日
【發(fā)明者】龍西新 申請人:株洲市文佳實業(yè)有限公司