多截面梯形直坯大锻件的成形模具及成形方法

技术领域

本发明涉及金属材料成形技术领域，具体是涉及一种多截面梯形直坯大锻件的成形模具及成形方法。

背景技术

多截面梯形直坯大锻件，如图1-图4所示，具有多段梯形截面的结构特征，对大锻件自由锻锻造而言，是非对称的形状，无法通过自由锻拔长成形，作为大锻件，也无法通过闭模压合成形，材料强度与压机载荷均无法满足闭模压合成形的需求。在梯形直坯成形过程中，坯料会产生极大的正压力和侧向剪力，容易对模具产生正压断裂或剪切破坏等。

发明内容

本发明的目的是提供一种多截面梯形直坯大锻件的成形模具及成形方法，以解决上述现有技术存在的问题，能够实现多截面梯形直坯大锻件的锻造成形。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种多截面梯形直坯大锻件的成形模具，包括下砧座、下砧、上平砧和两个插块，所述下砧安装于所述下砧座内，且所述下砧上开设有成形槽，所述成形槽能够在第一方向上贯通所述下砧，两个所述插块分别靠近所述成形槽的两内壁设置，且两个所述插块沿第二方向排列，所述第一方向与所述第二方向垂直，两个所述插块之间用于放置坯料，所述插块上用于接触坯料的一侧形状与待成形多截面梯形直坯大锻件的侧壁形状一致，所述上平砧用于自上至下挤压坯料并成形多截面梯形直坯大锻件。

优选地，所述下砧座的中部开设有容置槽，所述容置槽在所述第一方向上贯通所述下砧座，所述容置槽内用于放置所述下砧，所述下砧的下部外壁能够与所述容置槽的内壁贴合，所述下砧的上端能够经所述容置槽向上伸出。

优选地，所述容置槽的两相对的内壁上各设有一限位凸起，所述下砧的外壁上对应各所述限位凸起的位置均开设有一限位凹槽，所述限位凹槽竖直设置，所述限位凸起能够滑动连接于所述限位凹槽内。

优选地，所述下砧的下底面固定有支撑凸起，所述支撑凸起的下端面用于接触所述容置槽的内底面，所述容置槽的内底面还放置有两个垫块，且两个所述垫块位于所述支撑凸起的两侧，并用于支撑所述下砧的下底面。

优选地，所述下砧上部的纵截面为梯形，所述成形槽的纵截面为梯形，且所述成形槽的侧壁与竖直方向所夹的锐角不小于9°。

优选地，所述成形槽内底面开设有两个安装槽，且一个所述安装槽对应一个所述插块，各所述插块的下端嵌入所述安装槽内。

优选地，所述插块上用于接触所述下砧的侧壁形状与所述成形槽的内壁形状一致，且所述插块上用于接触所述下砧的侧壁与竖直方向所夹锐角不小于9°。

优选地，所述成形槽的各内侧壁上均固定有两组挡块，位于同一侧壁上的两组所述挡块沿所述第一方向排列，且分别位于所述插块的两侧并用于对所述插块在所述第一方向上限位，同组的各所述挡块沿所述插块的长度方向排列。

优选地，所述下砧座的外周还套设有圆环套，且所述圆环套与所述下砧座过盈配合。

本发明还提供了一种多截面梯形直坯大锻件的成形方法，使用上述技术方案中任一项所述的多截面梯形直坯大锻件的成形模具，包括以下步骤：

S1，将坯料加热并充分保温，通过自由锻锻造，将坯料锻造为扁方截面直坯；

S2，对多截面梯形直坯大锻件的成形模具进行装配并定位；

S3，将所述扁方截面直坯加热并充分保温，使用所述多截面梯形直坯大锻件的成形模具对所述坯料进行锻造成形，锻造成形过程分为以下两阶段：

S31，第一阶段，将所述扁方截面直坯的下端面压入成形槽底部，利用上平砧向下挤压所述扁方截面直坯至形成梯形楔头；

S32，第二阶段，将所述梯形楔头放置于所述成形槽底部进行多道次的锻造，使用所述上平砧向下压所述梯形楔头，使所述梯形楔头截面宽度增宽并逐渐填充两个插块之间的腔室，同时所述梯形楔头长度方向也不断延长，每道次锻造压完后使所述梯形楔头向前进砧，直至所述上平砧的下端面接触所述插块的上端面，且所述梯形楔头填满两个所述插块之间的腔室，得到多截面梯形直坯大锻件。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的多截面梯形直坯大锻件的成形模具及成形方法，下砧为承受成形载荷的主要部件，安装于下砧座内，在成形过程中通过下砧座的侧壁对下砧支撑，避免由于坯料的侧向抗力造成下砧剪切破坏，影响使用寿命及成形效率，下砧上开设有成形槽，成形槽能够在第一方向上贯通下砧，以便于坯料进给，两个插块安装于成形槽内并分别靠近成形槽的两内壁设置，且两个插块沿第二方向排列，第一方向与第二方向垂直，两个插块之间用于放置坯料，且在实际加工过程中，可根据多截面梯形直坯大锻件的各截面尺寸更换不同的插块，以满足成形需求，插块上用于接触坯料的一侧形状与待成形多截面梯形直坯大锻件的侧壁形状一致，上平砧用于自上至下挤压坯料并成形多截面梯形直坯大锻件，进而在通过上平砧向下压坯料时，使坯料在上平砧、下砧内底面和两个插块之间进行变形，并在上述部件的限位下，变形至与所需形状尺寸一致的多截面梯形直坯大锻件的成形模具。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是多截面梯形直坯大锻件的结构示意图；

图2是图1中A-A处剖视图；

图3是图1中B-B处剖视图；

图4是图1中C-C处剖视图；

图5是实施例一中多截面梯形直坯大锻件的成形模具的结构示意图；

图6是实施例一中插块的主视图；

图7是图6的左视图；

图8是图6的俯视图；

图9是实施例一中下砧的结构示意图；

图10是图9的左视图；

图11是图9的俯视图；

图12是实施例一中圆环套的结构示意图；

图13是图12的左视图；

图14是实施例一中下砧座的结构示意图；

图15是图14的左视图；

图16是图14的俯视图；

图17是实施例二中多截面梯形直坯大锻件的成形方法的步骤图；

图中：100-多截面梯形直坯大锻件的成形模具，1-上平砧，2-挡块，3-插块，4-下砧，41-垫槽，42-成形槽，43-支撑凸起，44-限位凹槽，5-垫块，6-圆环套，7-下砧座，71-容置槽，72-限位凸起，200-多截面梯形直坯大锻件，300-坯料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多截面梯形直坯大锻件的成形模具及成形方法，以解决多截面梯形直坯大锻件成形难的技术问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图5-16所示，本实施例提供一种多截面梯形直坯大锻件的成形模具100，包括下砧座7、下砧4、上平砧1和两个插块3，下砧4为承受成形载荷的主要部件，安装于下砧座7内，在成形过程中通过下砧座7的侧壁对下砧4支撑，避免由于坯料300的侧向抗力造成下砧4剪切破坏，影响使用寿命及成形效率，下砧4上开设有成形槽42，成形槽42能够在第一方向上贯通下砧4，以便于坯料300进给，两个插块3安装于成形槽42内并分别靠近成形槽42的两内壁设置，且两个插块3沿第二方向排列，第一方向与第二方向垂直，第一方向为多截面梯形直坯大锻件200的轴线方向，第二方向为多截面梯形直坯大锻件200的径向，且第二方向与水平方向平行，且两个插块3之间用于放置坯料300，且在实际加工过程中，可根据多截面梯形直坯大锻件200的各截面尺寸更换不同的插块3，以满足成形需求，插块3上用于接触坯料300的一侧形状与待成形多截面梯形直坯大锻件200的侧壁形状一致，上平砧1用于自上至下挤压坯料300并成形多截面梯形直坯大锻件200，进而在通过上平砧1向下压坯料300时，使坯料300在上平砧1、下砧4内底面和两个插块3之间进行变形，并在上述部件的限位下，变形至与所需形状尺寸一致的多截面梯形直坯大锻件的成形模具100。

具体地，下砧座7的中部开设有容置槽71，容置槽71的上端开口，且容置槽71在第一方向上贯通下砧座7，进而便于坯料300进给，容置槽71内用于放置下砧4，下砧4的下部外壁能够与容置槽71的内壁贴合，进而通过容置槽71的内侧壁对下砧4的两侧进行支撑，下砧4的上端能够经容置槽71向上伸出，以便与上平砧1、插块3配合实现对坯料300的挤压。

容置槽71的两相对的内壁上各设有一限位凸起72，限位凸起72为长条状，且长度方向与竖直方向一致，下砧4的外壁上对应各限位凸起72的位置均开设有一限位凹槽44，限位凹槽44竖直设置，限位凸起72能够滑动连接于限位凹槽44内，自上至下向容置槽71内放入下砧4时，通过限位凹槽44和限位凸起72的配合实现下砧4与下砧座7的连接，且避免在成形过程中，下砧4在第一方向上晃动，影响成形效果。

下砧4的下底面固定有支撑凸起43，支撑凸起43的下端面用于接触容置槽71的内底面，容置槽71的内底面还放置有两个垫块5，且两个垫块5位于支撑凸起43的两侧，并用于支撑下砧4的下底面，下砧4的下底面对应各垫块5的位置还开设有垫槽41，垫块5的上端嵌入垫槽41内，且垫块5的高度略高于支撑凸起43的高度，使得成形过程中，在下砧4受到极大的正向压力时，垫块5对下砧4下方提供充分的竖直方向的正向支撑，提高下砧4的正向承压能力。

下砧4上部的纵截面为梯形，成形槽42的纵截面为梯形，能够使插块3沿成形槽42的斜面滑动，避免成形过程中发生卡模现象，成形槽42的侧壁与竖直方向所夹的锐角不小于9°，能够避免插块3与下砧4发生摩擦自锁。

成形槽42内底面开设有两个安装槽，且一个安装槽对应一个插块3，各插块3的下端嵌入安装槽内，保证连接稳定性。

插块3上用于接触下砧4的侧壁形状与成形槽42的内壁形状一致，能够实现稳定贴合，且插块3能够沿成形槽42的内壁上下滑动，插块3上用于接触下砧4的侧壁与竖直方向所夹锐角不小于9°，避免插块3与下砧4发生摩擦自锁，插块3为可更换部件，在设计时，可设计多套不同尺寸的插块3，以适用于不同截面尺寸、形状的多截面梯形直坯大锻件200锻造成形。

成形槽42的各内侧壁上均固定有两组挡块2，位于同一侧壁上的两组挡块2沿第一方向排列，且分别位于插块3的两侧并用于对插块3在第一方向上限位，优选的，位于同一侧壁上的、且位于同一高度的两个挡块2之间的距离略大于插块3在此高度位置的宽度，且不大于1.05倍的插块3在此高度位置的宽度，避免插块3在多截面梯形直坯大锻件200的成形过程中发生前后晃动，影响成形尺寸精度，同组的各挡块2沿插块3的长度方向排列，进而实现对插块3不同位置的限位，位于不同侧壁上且高度相对的两个挡块2之间的间距大于所需成形的多截面梯形直坯大锻件200在此高度上的最大宽度，进而避免对多截面梯形直坯大锻件200的截面尺寸造成妨碍。

下砧座7的外周还套设有圆环套6，圆环套6为预紧部件，且圆环套6与下砧座7过盈配合，为多截面梯形直坯大锻件的成形模具100提供充分的预紧力，加强整体抗拉、抗剪能力。

实施例二

如图17所示，本实施例提供了一种多截面梯形直坯大锻件200的成形方法，使用实施例一中的多截面梯形直坯大锻件的成形模具100并配合万吨压机，通过胎膜拔长完成锻造成形，包括以下步骤：

S1，将坯料300加热至1200℃并充分保温，通过自由锻锻造，将坯料300锻造为与多截面梯形直坯大锻件200的所需尺寸一致的扁方截面直坯；

S2，对多截面梯形直坯大锻件的成形模具100进行装配并定位，确保位置准确；

S3，将扁方截面直坯加热至1200℃并充分保温，使用多截面梯形直坯大锻件的成形模具100对坯料300进行锻造成形，锻造成形过程分为以下两阶段：

S31，第一阶段，仅将扁方截面直坯的下端面压入成形槽42底部，使扁方截面直坯的底部被挤压至宽度与所需多截面梯形直坯大锻件200的下端面宽度，形成梯形楔头，由于此阶段坯料300变形量和下压量都较小，仅坯料300底部两侧略发生挤压，因此在该过程中坯料300不易发生扭曲等成形问题，同时使坯料300下端尺寸形状变为与两个插块3之间的底部相配，在后续锻造过程中，坯料300底部能与两个插块3之间的底部相接，使其在成形过程中保持轴线稳定，不发生扭转；

S32，第二阶段，将梯形楔头放置于成形槽42底部进行多道次的锻造，使用上平砧1向下压梯形楔头，使梯形楔头截面宽度增宽并逐渐填充两个插块3之间的腔室，同时梯形楔头长度方向也不断延长，锻造过程中，每道次截面上下方向变形量≤100mm，通过控制单道次变形量，避免单道次变形量过大造成坯料300扭曲等问题，每道次锻造压完后使梯形楔头向前进砧，进砧量应≥多截面梯形直坯大锻件的成形模具100在第一方向上宽度的1/3，通过分段多道次进行锻压，直至上平砧1与插块3顶部相接平，且梯形楔头填满两个插块3之间的腔室，得到多截面梯形直坯大锻件200。

图1中B-B截面的宽度在S1中已经达到尺寸要求，此段在后续步骤中将不再进行锻造，S31、S32在锻造成形过程中，在完成一段的锻造成形工作后，将坯料300抬起并沿轴向方向向前送进，越过图1中的B-B截面区域，对另一区域进行锻造成形，最终实现整个多截面梯形直坯大锻件200的成形。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。