一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法

摘要

本发明是一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，所述成型方法包括如下步骤：（1）确定制坯件原始棒料的毛坯尺寸；（2）制坯件第2段部分的成形；（3）制坯件第1段部分的成形；（4）制坯件第4段部分的成形；（5）制坯件第5段部分的成形。本发明提出一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，从根本上改变了传统顶锻采用的开式聚集粗大截面的方式，通过全模腔内闭式成形，解决了复杂形状粗大截面的单次聚集成形，并且实现了对杆部形状的成形控制，进一步优化了坯料形状，提高效率的同时显著提高总体锻件质量并降低了生产成本。

权利要求

1.一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，其特征在于：所述成形方法包括如下步骤：

（1）确定制坯件原始棒料的毛坯尺寸：按照制坯件截面最小部分换算出棒料的直径，再按照制坯件与棒料体积相等的原则，计算出棒料长度；

（2）制坯件第2段部分的成形：根据制坯件的第2段体积及其与相邻段的圆弧过渡部分的总体积，计算出原始棒料的变形长度以及变形区段位置，对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对棒料该变形段部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦挤复合成形完成制坯件第2段部分的成形；

（3）制坯件第1段部分的成形：对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第2段左侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形完成制坯件第1段部分的成形；

（4）制坯件第4段部分的成形：根据制坯件第4段及其与相邻段的圆弧过渡部分的总体积，确定余下棒料的变形长度以及变形区段位置，对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对该变形段区域进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦挤复合成形完成制坯件第4段部分的成形；

（5）制坯件第5段部分的成形：对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第4段右侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形最终完成第5段部分的成形。

2.根据权利要求1所述的成形方法制备的坯件，其特征在于：所述坯件按坯件的截面形状从左到右分为5段，依次是第1段、第2段、第3段、第4段和第5段，其中第1段为椭圆段，其左端面相对于中心分型面具有3°-5°的拔模角度；第2段为椭圆段；第3段为圆柱段；第4段为椭圆段；第5段为椭圆段，其右端面相对于中心分型面具有3°-5°的拔模角度，相邻的各段之间的截面均采用圆弧过渡，坯件外表面各处无尖角，坯件的较大截面位于第2段与第4段，最小截面位于第3段，最大截面、最小截面比大于4。

说明书

一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法

技术领域

[0001] 本发明属于金属锻造预成形技术领域，具体的说是涉及一种大截面比复杂截面形状突变的轴类锻件的制坯成形方法，特别适合大截面部分出现在轴类中间区域并且截面为复杂形状的情况。

背景技术

[0002] 传统具有粗大突变截面的长轴类锻件制坯往往采用顶锻成形，然而，不论粗大截面是在端部还是在中心区域，其在成形过程中常处于欠约束状态，因而成形截面多以简单且近似圆形为主，这种形状往往与终锻件并不匹配，极易造成后续的锻造缺陷;其次，常规的顶锻工艺坯件杆部不参与变形并且在加热过程中处于空烧状态，容易引起杆部变形不足及晶粒长大的问题;另外，铝合金材料的聚集比较小，在大截面比情况下，坯料在聚集过程中容易产生失稳、折叠，导致产品报废，因而棒料下料尺寸往往被动加大，导致材料的浪费。

发明内容

[0003] 为了克服现有技术存在的问题和缺陷，本发明提出一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，从根本上改变了传统顶锻采用的开式聚集粗大截面的方式，通过全模腔内闭式成形，解决了复杂形状粗大截面的单次聚集成形，并且实现了对杆部形状的成形控制，进一步优化了坯料形状，提高效率的同时显著提高总体锻件质量并降低了生产成本。

[0004] 为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

[0005] 本发明是一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，所述成型方法包括如下步骤：

[0006] （1）确定制坯件原始棒料的毛坯尺寸：按照制坯件截面最小部分换算出棒料的直径，再按照制坯件与棒料体积相等的原则，计算出棒料长度；

[0007] （2）制坯件第2段部分的成形：根据制坯件的第2段体积及其与相邻段的圆弧过渡部分的总体积，计算出原始棒料的变形长度以及变形区段位置，对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对棒料该变形段部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦挤复合成形完成制坯件第2段部分的成形；

[0008] （3）制坯件第1段部分的成形：对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第2段左侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形完成制坯件第1段部分的成形；

[0009] （4）制坯件第4段部分的成形：根据制坯件第4段及其与相邻段的圆弧过渡部分的总体积，确定余下棒料的变形长度以及变形区段位置，对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对该变形段区域进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦挤复合成形完成制坯件第4段部分的成形；

[0010] （5）制坯件第5段部分的成形：对坯料变形部分模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第4段右侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件到温后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分，在平锻机上对材料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形最终完成第5段部分的成形。

[0011] 根据权利要求1所述的成形方法制备的坯件，所述坯件按坯件的截面形状从左到右分为5段，依次是第1段、第2段、第3段、第4段和第5段，其中第1段为椭圆段，其左端面相对于中心分型面具有3°-5°的拔模角度；第2段为椭圆段；第3段为圆柱段；第4段为椭圆段；第5段为椭圆段，其右端面相对于中心分型面具有3°-5°的拔模角度，相邻的各段之间的截面均采用圆弧过渡，坯件外表面各处无尖角，坯件的较大截面位于第2段与第4段，最小截面位于第3段，最大截面、最小截面比大于4。

[0012] 本发明的有益效果是：本发明通过合理的多道次分步局部成形方案，避免了单次聚集比过大，材料发生失稳、折叠的局限，同时采用径向闭式镦挤复合成形技术，有效解决了大截面比复杂形状截面粗大端以及异形杆部的成形难题，极大促进了此类锻件制坯成形技术的发展；采用的感应加热方案，具有加热效率高、速度快、清洁环保等优势，一方面保证了粗大截面在镦挤过程中局部材料的优先塑性变形，便于其充满型腔，又使得棒料的其它部位不会因无变形而反复空烧，避免了制坯件杆部的晶粒长大问题，有效改善其组织状态；成形过程中，变形坯料处于闭式模具型腔内，制件成形表面及尺寸完全受型腔约束与控制，保证了其尺寸精度与表面质量，制坯件表面可实现无尖角及拔模斜度面的成形，有利于与后续锻造模腔的匹配并减少锻造缺陷。

附图说明

[0013] 图1 是本发明制坯件结构示意图。

[0014] 图2 是本发明制坯件第2段成形示意图。

[0015] 图3 是本发明制坯件第1段成形示意图。

[0016] 图4 是本发明制坯件第4段成形示意图。

[0017] 图5 是本发明制坯件最终成形示意图。

[0018] 图6 是本发明图5中B-B剖面图。

[0019] 图7 是本发明图5中C-C剖面图。

[0020] 图8 是本发明图5中A-A剖面图。

[0021] 图9 是本发明图5中D-D剖面图。

具体实施方式

[0022] 为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

[0023] 如图1-9所示，本发明是一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，以7055铝合金为成形材料，所述坯件按坯件的截面形状从左到右分为5段，依次是第1段、第2段、第3段、第4段和第5段，其中第1段为椭圆段，其左端面相对于中心分型面具有3°的拔模角度；第2段为椭圆段；第3段为圆柱段；第4段为椭圆段；第5段为椭圆段，其右端面相对于中心分型面具有3°的拔模角度，相邻的各段之间的截面均采用圆弧过渡，坯件外表面各处无尖角，坯件的较大截面位于第2段与第4段，最小截面位于第3段，最大截面、最小截面比大于4；该成型方法包括如下步骤：

[0024] （1）确定制坯件原始棒料的毛坯尺寸：按照制坯件截面最小部分即第3段换算出棒料的直径，再按照制坯件与棒料体积相等的原则，计算出棒料长度，最终按φ12×172.5规格制备7055铝合金棒料；

[0025] （2）制坯件第2段部分的成形：根据制坯件的第2段体积及其与相邻段的圆弧R7过渡部分的总体积，计算出原始棒料的变形长度以及变形区段位置，并设计得到原始棒料经第2段成形后的几何外形如图2所示，根据以上设计制造本道次的模具，采用二硫化钼对第1段与第2段部分的模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对棒料该变形段部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件被加热到430-450℃后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在3150KN的平锻机上，设备驱动凹模夹紧棒料，工作凸模对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料的加热部分经过镦挤复合作用，最终完成制坯件第2段部分的成形；

[0026] （3）制坯件第1段部分的成形：在附图2的基础上，完成第1段部分的坯件设计，如图3所示，根据以上设计制造本道次模具，采用二硫化钼对第1段部分的模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第2段左侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件被加热到430-450℃后，将棒料的非变形端放入凹模的夹持部分，在3150KN的平锻机上，设备驱动凹模夹紧棒料，工作凸模对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形完成制坯件第1段部分的成形；

[0027] （4）制坯件第4段部分的成形：根据制坯件第4段及其与相邻段的圆弧R5过渡部分的总体积，确定余下棒料的变形长度以及变形区段位置，设计得到如图4所示的锻后坯件外形，根据以上设计制造本道次模具，采用二硫化钼对第4段与第5段部分的模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对该变形段区域进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件被加热到430-450℃后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分一侧，在3150KN的平锻机上，设备驱动凹模夹紧棒料，工作凸模对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦挤复合成形完成制坯件第4段部分的成形；

[0028] （5）制坯件第5段部分的成形：在图4基础上，完成第5段部分的坯件设计，如图5所示，根据以上设计制造本道次模具，采用二硫化钼对第5段部分的模具型腔进行充分润滑，采用感应线圈加热方式对制坯件第4段右侧剩余未变形棒料部分进行局部加热，采用红外探头实时获取棒料加热表面温度，工件被加热到430-450℃后，将棒料的已变形端放入凹模的夹持部分一侧，在3150KN的平锻机上，设备驱动凹模夹紧棒料，工作凸模对棒料进行径向闭式挤压，在凸模力作用下，棒料经过镦粗成形最终完成第5段部分的成形。

[0029] 本发明克服现有轴类锻件在锻造过程中难以通过合理塑性成形的方式获得复杂截面形状特征且具有大截面比制坯件的技术难题，提出了一种大截面比复杂形状突变轴类铝合金锻件制坯成形方法，采用毛坯局部感应加热的方式，在水平分模的平锻机上，通过多道次分步局部闭式镦挤复合成形的方法，实现了对具有中间截面为圆形，两端截面为椭圆形状且具有大截面比圆弧过渡的轴类制坯件的精密塑性成形，该方法提高了制坯件的尺寸精度及形位精度，改善了成形件的表面质量，减少了后续工序的清理工作量，显著提高了锻件的组织性能及材料利用率，扩大了工艺适应性，降低了生产成本。