專利名稱：一種鋁合金環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于自由鍛加工領(lǐng)域，特別涉及大型鋁合金環(huán)件自由鍛空心鐓粗中的鐓粗方法。
背景技術(shù)：
鍛造大幾何尺寸或大變形載荷的空心鍛件時(shí)，生產(chǎn)中通常采用局部空心鐓粗工藝。局部空心鐓粗工藝將環(huán)坯放置在下砧和墊板上，動力機(jī)構(gòu)帶動上砧板向下運(yùn)動一段距離，對環(huán)件進(jìn)行局部鐓粗變形，動力機(jī)構(gòu)帶動上砧板向上運(yùn)動，然后環(huán)件以順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定角度a，上砧再次下壓，如此反復(fù)，最后達(dá)到環(huán)件直徑增大的目的。然而，現(xiàn)有局部空心鐓粗工藝采用的砧板與坯料的接觸面為光滑平面結(jié)構(gòu)，進(jìn)行局部空心鐓粗時(shí)砧板對坯料金屬各方向的流動阻力相同，而坯料本身周向流動阻力大于徑向流動主力，坯料金屬遵循最小阻力定律，首先沿環(huán)坯的徑向流動，而非沿環(huán)坯的周向流動，造成了環(huán)件徑向厚度過大，而外徑不能有效擴(kuò)大，最終環(huán)坯外徑達(dá)不到規(guī)定尺寸，從而造成了環(huán)件報(bào)廢。因此，為保證能成形合格的環(huán)件，目前只能靠增大環(huán)坯的規(guī)格來實(shí)現(xiàn)。而環(huán)坯規(guī)格的增大，勢必會造成材料、能源的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高環(huán)件材料利用率和節(jié)約能源的環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法。本發(fā)明所涉及的一種鋁合金環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法，包括如下步驟1)將帶有弧形溝槽下砧和起平衡作用的墊板放置在水壓機(jī)的工作平臺上，然后將鋁合金環(huán)坯放置在下砧和墊板上，調(diào)整位置保證其處于平衡狀態(tài)；2)調(diào)整完畢后，此時(shí)，上、下砧間距為440mm，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動IOOmm后，上、下砧間距變?yōu)?40mm后，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn) 15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移100mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第一圈壓制完成；3)由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動75mm后，上、下砧間距變?yōu)楹?，?000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn)15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移75mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第二圈壓制完成；4)由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動55mm后，當(dāng)上、下砧間距變?yōu)?10mm后，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn)15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移55mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第三圈壓制完成，達(dá)到尺寸要求。所述上、下砧板與坯料接觸的表面有呈同心圓等距分布的若干弧形溝槽；為了避免在錯砧壓制時(shí)產(chǎn)生折疊等缺陷，在下砧設(shè)置了工藝倒角；所述墊板僅起平衡作用。本發(fā)明的方法是在環(huán)件成形過程中，通過對砧板設(shè)置溝槽等阻力結(jié)構(gòu)，使環(huán)件成形中徑周向流動阻力可控，使金屬按照需要的方向流動，最終達(dá)到規(guī)定的尺寸要求。從而有效的減小了下料環(huán)坯規(guī)格，能降低前期設(shè)備擴(kuò)孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗的效果。


圖1是環(huán)件局部塑性變形擴(kuò)徑法示意圖；圖2是上砧板的正視圖及溝槽局部放大圖；圖3是上砧板的仰視圖；圖4是下砧板的正視圖及溝槽局部放大圖；圖5是下砧板的俯視1和圖5中1、環(huán)坯2、墊板3、下砧4、上砧5、工藝倒角。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例如圖1所示，生產(chǎn)時(shí)將帶有弧形溝槽下砧和起平衡作用的墊板放置在水壓機(jī)的工作平臺上，將尺寸Φ 3500 X Φ 3012 X 440mm鋁合金環(huán)坯放置在帶有弧形溝槽的下砧和起平衡作用的墊板上，調(diào)整位置保證保證其處于平衡狀態(tài)。此時(shí)，上、下砧間距為440mm，待調(diào)整完畢后，再將水壓機(jī)活動橫梁下移，緩慢給環(huán)坯1施壓，與上下砧板接觸的局部金屬發(fā)生塑性變形，金屬沿環(huán)坯的徑向和周向流動。上砧以20mm/s的速度下壓100mm，當(dāng)上、下砧間距變?yōu)?40mm后，水壓機(jī)停止施壓，并驅(qū)動上砧向上運(yùn)動。再由夾持機(jī)構(gòu)夾持環(huán)坯沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)15°，水壓機(jī)活動橫梁繼續(xù)下移，對環(huán)坯施壓，進(jìn)行局部塑性變形。當(dāng)一圈壓制結(jié)束后，調(diào)整上砧的壓下量為75mm，重復(fù)上述步驟，進(jìn)行第二圈的壓制，壓制結(jié)束后上、下砧間距變?yōu)?65mm。最后一圈上砧壓下量調(diào)整為55mm， 壓制結(jié)束后上、下砧間距變?yōu)?10mm。若壓制過程中坯料溫度下降很快，進(jìn)行回爐加熱。環(huán)件壓制結(jié)束后，通過機(jī)加工達(dá)到要求尺寸。當(dāng)采用平面砧板進(jìn)行局部鐓粗， 下料尺寸為Φ3800X Φ3312X440mm，而采用帶溝槽砧板進(jìn)行局部鐓粗，下料尺寸為 Φ3500ΧΦ3012Χ440πιπι，可見下料規(guī)格減小了，能降低前期設(shè)備擴(kuò)孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗壓制結(jié)束后，環(huán)件的外徑達(dá)到規(guī)定尺寸，外徑大于5000mm，內(nèi)徑小于 4400mm,高度達(dá)到 210mm。本實(shí)施例砧板的結(jié)構(gòu)如圖2、圖3、圖4、圖5所示。下砧板3、上砧板4在與環(huán)坯上、下端面的接觸面上設(shè)置了弧形狀溝槽，參見圖3、圖5，所述溝槽呈同心圓狀均勻分布在上下砧板與坯料接觸面上。參見圖2、圖4，兩溝槽的相鄰間距Ll為15mm，深度Hl為4mm， 溝槽半徑Rl為10mm，圓角半徑R2為2mm。溝槽在砧板平面上呈同心圓均勻分布。為了提高環(huán)件表面的平整度及金屬在徑向的流動阻力，砧板溝槽弧形分布的最小半徑R3應(yīng)與下料環(huán)坯的內(nèi)徑3012mm—致。由于此工藝屬于局部空心鐓粗工藝，為了避免在錯砧壓制時(shí)產(chǎn)生折疊等缺陷在下砧設(shè)置了 45°的工藝倒角5，參見圖5。
上述的溝槽使環(huán)件成形中徑周向流動阻力可控，使金屬按照需要的方向流動。通過弧形結(jié)構(gòu)對該處金屬沿環(huán)坯徑向流動的金屬產(chǎn)生阻力，迫使原本在局部鐓粗時(shí)容易沿徑向流動的金屬轉(zhuǎn)而沿環(huán)坯周向流動，使擴(kuò)徑能力提高。根據(jù)環(huán)件金屬變形抗力的不同，溝槽的結(jié)構(gòu)也應(yīng)該相應(yīng)進(jìn)行改變，從而在不同的條件下使砧板具有良好的擴(kuò)徑能力。因此，溝槽間距Li，深度H1，溝槽半徑R1，圓角半徑R2的取值可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在悉知本發(fā)明內(nèi)容后都可得出其他各種形式的技術(shù)方案。例如將實(shí)施例中的溝槽結(jié)構(gòu)修改為筋條結(jié)構(gòu)等等。但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是與本發(fā)明相同或近似的通過改變砧板結(jié)構(gòu)使環(huán)件徑周向流動阻力可控，使金屬按照需要的方向流動技術(shù)方案，均在其保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明改進(jìn)了局部塑性變形工藝，在平面砧板基礎(chǔ)上增設(shè)了弧形溝槽結(jié)構(gòu)， 在擴(kuò)徑過程中，促進(jìn)環(huán)坯金屬在圓周方向上流動，使環(huán)坯徑周向協(xié)調(diào)變形，達(dá)到合格的尺寸。以外徑為Φ5000ΧΦ4400Χ200πιπι的環(huán)件為例，采用平面砧板進(jìn)行局部鐓粗， 下料尺寸為Φ3800ΧΦ3312Χ440πιπι，而采用帶溝槽砧板進(jìn)行局部鐓粗，下料尺寸為 Φ3500ΧΦ3012Χ440πιπι，可見下料規(guī)格減小了，能降低前期設(shè)備擴(kuò)孔的能力的要求，降低材料利用率及能源消耗。
權(quán)利要求
1.一種鋁合金環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法，其特征是步驟如下1)將帶有弧形溝槽下砧和起平衡作用的墊板放置在水壓機(jī)的工作平臺上，然后將鋁合金環(huán)坯放置在下砧和墊板上，調(diào)整位置保證其處于平衡狀態(tài)；2)調(diào)整完畢后，此時(shí)，上、下砧間距為440mm，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動IOOmm后，上、下砧間距變?yōu)?40mm后，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn)15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移100mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第一圈壓制完成；3)由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動75mm后，上、下砧間距變?yōu)楹螅?000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn)15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移75mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第二圈壓制完成；4)由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧以20mm/s的速度下移，緩慢給鋁合金環(huán)坯施壓，當(dāng)上砧向下運(yùn)動55mm后，當(dāng)上、下砧間距變?yōu)?10mm后，由5000噸水壓機(jī)驅(qū)動上砧上移，然后由夾鉗持住鋁合金環(huán)坯，旋轉(zhuǎn)15°，并保持平衡。壓機(jī)驅(qū)動帶有溝槽的上砧再次下移55mm，進(jìn)行局部塑性變形，直至第三圈壓制完成，達(dá)到尺寸要求。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法，其特征在于，所述上、下砧板與坯料接觸的表面有呈同心圓等距分布的若干弧形溝槽；下砧板砧寬方向的兩端設(shè)置有工藝倒角(5)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種環(huán)件局部空心鐓粗?jǐn)U徑方法及砧板，其局部空心鐓粗?jǐn)U徑法步驟為將環(huán)坯放置在帶有弧形溝槽的下砧和墊板上，調(diào)整位置保證保證其處于平衡狀態(tài)；由動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動帶有弧形溝槽的上砧下移，緩慢壓制環(huán)坯；然后由動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動上砧上移，動力機(jī)構(gòu)夾持環(huán)件旋轉(zhuǎn)后，上砧繼續(xù)下移對環(huán)坯進(jìn)行壓制。如此反復(fù)變形，實(shí)現(xiàn)大幾何尺寸環(huán)坯的局部空心鐓粗?jǐn)U徑變形。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，由于在砧板上設(shè)置了溝槽，增大了砧板對環(huán)坯金屬的流動阻力，提高了環(huán)坯金屬圓周方向流動的能力，于是就可以采用小的坯料規(guī)格得到合格的環(huán)件，提高材料利用率和能源消耗。
文檔編號B21J5/08GK102161072SQ201010595848
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者周杰, 徐志敏, 李玉鳳, 王夢寒, 門正興 申請人:重慶大學(xué)