一种超大高径比圆棒的镦粗模具及成形方法技术

本发明专利技术提供了一种超大高径比圆棒的镦粗模具及成形方法，所述镦粗模具将多次镦粗成形集中在一套上下模内完成，通过叠加垫板，实现了超大高径比、镦粗易失稳折叠的圆棒的无折叠均匀镦粗成形，为后续的拔长、镦粗等自由锻造工序提供了适宜的坯料。所述镦粗模具的制备成本低，不用频繁更换模具，生产效率高，生产成本低。此外，该模具适用于铝、钢、钛、高温合金等多种金属材料，通用性强。通用性强。通用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种超大高径比圆棒的镦粗模具及成形方法


[0001]本专利技术属于金属材料成形
，涉及一种超大高径比圆棒的镦粗模具及超大高径比圆棒的成形方法，利用该镦粗模具可以对超大高径比、镦粗易失稳折叠的圆棒进行无折叠均匀镦粗成形。

技术介绍

[0002]在航空、航天、船舶等领域中，金属锻件逐渐向着大尺寸、高性能的方向发展，对锻件的要求也越来越高。锻件正常平砧镦粗的圆棒高径比一般不超过2~3，当高径比超过3时，在镦粗过程中容易出现失稳和折叠现象。而大型锻件、难变形合金锻件成形制造难度很大，造成锻件用原始棒料的高径比远大于3，甚至高径比高达6以上。对于这些超大高径比的原始棒料，在镦粗过程中极易发生失稳和折叠现象，因此，超大高径比圆棒的镦粗成形成为了塑性成形中一个十分重要的工序，如何解决超大高径比圆棒在镦粗过程中均匀变形，不发生失稳和折叠问题，成为了塑性成形中迫切需要解决的问题。
[0003]目前已有报道的镦粗模具和成形方法虽然可以实现无弯曲、无折叠镦粗，但是均只能实现高径比不大于4.2的棒料镦粗成形，无法实现更大高径比棒料镦粗成形，而针对高径比更高的棒料镦粗成形时，往往需要使用多套镦粗模具，而这样操作会导致模具的制作成本高，频繁更换模具而导致生产效率极低。

技术实现思路

[0004]针对上述现有的大高径比棒料镦粗技术中存在的不足，本专利技术提供了一种适用于超大高径比圆棒的镦粗模具及圆棒的成形方法，所述镦粗模具的使用不仅可以实现高径比为3~6的棒料镦粗成形，而且还可以实现高径比为6以上的棒料的无折叠均匀镦粗成形，且所述模具制备成本低，使用过程中无需频繁更换，生产效率高。
[0005]本专利技术目的是通过如下技术方案实现的：一种圆棒的镦粗模具，所述镦粗模具包括上模和下模；所述上模包括上砧座、上垫板和上凹模，所述上垫板和上凹模与上砧座连接；所述下模包括下凹模、下垫板和下砧座，所述下凹模和下垫板与下砧座连接；其中，所述上凹模具有两端开口的带有第一内凹腔的结构，所述第一内凹腔的结构包括第一不变形约束区和第一变形区；所述下凹模具有两端开口的带有第二内凹腔的结构，所述第二内凹腔的结构包括第二不变形约束区和第二变形区；所述第一变形区靠近所述第二变形区，且所述第一变形区和所述第二变形区组装成高径比小于等于3的棒料镦粗成形区。
[0006]根据本专利技术的实施方式，所述第一变形区和所述第二变形区组装的棒料镦粗成形区用于实现高径比为3以上的棒料的无折叠均匀镦粗成形。
[0007]根据本专利技术的实施方式，所述第一不变形约束区和所述第二不变形约束区内通过添加垫块，用于控制所述第一不变形约束区和所述第二不变形约束区内的坯料进入所述第
一变形区和所述第二变形区，以完成无折叠均匀镦粗成形。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述上模可以嵌入到下模中，即所述上模与所述下模适配。优选地，所述上模中的上凹模可以嵌入到所述下模中的下凹模中，即所述上凹模与所述下模中的下凹模的内凹腔适配。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述上凹模具有两端开口的带有第一内凹腔的结构，所述第一内凹腔的结构包括相连的第一不变形约束区和第一变形区；其中，所述第一不变形约束区的结构为第一圆台形结构，所述第一变形区的结构为第二圆台形结构，且所述第一圆台形结构的壁面的锥度小于所述第二圆台形结构的壁面的锥度。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述第一圆台形结构的底面直径等于所述第二圆台形结构的顶面直径。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述第一不变形约束区靠近上砧座一侧，所述第一变形区远离上砧座一侧，即所述第一不变形约束区的第一圆台形结构靠近上砧座一侧，所述第一变形区的第二圆台形结构远离上砧座一侧。
[0012]根据本专利技术的实施方式，所述第一圆台形结构的壁面的锥度小于所述第二圆台形结构的壁面的锥度，即小于60~80
°
。
[0013]根据本专利技术的实施方式，所述第二圆台形结构的壁面的锥度α为60~80
°
。所述第二圆台形结构的壁面的锥度为上凹模的成形壁面的锥度。
[0014]根据本专利技术的实施方式，所述第一圆台形结构的高度h满足如下关系式：h=1/2(h
圆棒
‑
3d
圆棒
)，h
圆棒
为圆棒高度，d
圆棒
为圆棒直径。所述第一圆台形结构的高度h为上凹模的成形的高度。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述上凹模放置在上垫板上，通过紧固螺栓将上凹模和上垫板固定到上砧座上。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述第一圆台形结构的顶面直径与所述上垫板的直径相匹配。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述下凹模具有两端开口的带有第二内凹腔的结构，所述第二内凹腔的结构包括相连的第二不变形约束区和第二变形区；其中，所述第二不变形约束区的结构为第三圆台形结构，所述第二变形区的结构为依次相连的第四圆台形结构、圆柱形结构和第五圆台形结构，且所述第三圆台形结构的壁面的锥度小于所述第四圆台形结构的壁面的锥度，所述第四圆台形结构的壁面的锥度小于所述第五圆台形结构的壁面的锥度。
[0018]根据本专利技术的实施方式，所述圆柱形结构的直径等于所述第四圆台形结构的底面直径，所述圆柱形结构的直径等于第五圆台形结构的顶面直径；所述第三圆台形结构的底面直径等于所述第四圆台形结构的顶面直径。
[0019]根据本专利技术的实施方式，所述第二不变形约束区靠近下砧座一侧，所述第二变形区远离下砧座一侧，即所述第二不变形约束区的第三圆台形结构靠近下砧座一侧，所述第二变形区的第五圆台形结构远离下砧座一侧。
[0020]根据本专利技术的实施方式，所述第三圆台形结构的壁面的锥度小于所述第四圆台形结构的壁面的锥度，即小于60~80
°
。
[0021]根据本专利技术的实施方式，所述第四圆台形结构的壁面的锥度α为60~80
°
。所述第四
圆台形结构的壁面的锥度为下凹模的成形壁面的锥度。
[0022]根据本专利技术的实施方式，所述第五圆台形结构的壁面的锥度大于所述第四圆台形结构的壁面的锥度，即大于60~80
°
。
[0023]根据本专利技术的实施方式，所述第三圆台形结构的高度h满足如下关系式：h=1/2(h
圆棒
‑
3d
圆棒
)，h
圆棒
为圆棒高度，d
圆棒
为圆棒直径。所述第三圆台形结构的高度h为下凹模的成形的高度。
[0024]根据本专利技术的实施方式，所述圆柱形结构的直径d
壁面
满足如下关系式：d
壁面
=（1.4~1.8）d
圆棒
。所述圆柱形结构的直径d
壁面
为下凹模的成形壁面的直径。
[0025]根据本专利技术的实施方式，所述圆柱形结构的高度h
壁面
满足如下关系式：h
壁面
=（1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述镦粗模具包括上模和下模；所述上模包括上砧座、上垫板和上凹模，所述上垫板和上凹模与上砧座连接；所述下模包括下凹模、下垫板和下砧座，所述下凹模和下垫板与下砧座连接；其中，所述上凹模具有两端开口的带有第一内凹腔的结构，所述第一内凹腔的结构包括第一不变形约束区和第一变形区；所述下凹模具有两端开口的带有第二内凹腔的结构，所述第二内凹腔的结构包括第二不变形约束区和第二变形区；所述第一变形区靠近所述第二变形区，且所述第一变形区和所述第二变形区组装成高径比小于等于3的棒料镦粗成形区。2.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述上凹模具有两端开口的带有第一内凹腔的结构，所述第一内凹腔的结构包括相连的第一不变形约束区和第一变形区；其中，所述第一不变形约束区的结构为第一圆台形结构，所述第一变形区的结构为第二圆台形结构，且所述第一圆台形结构的壁面的锥度小于所述第二圆台形结构的壁面的锥度；和/或，所述第一圆台形结构的底面直径等于所述第二圆台形结构的顶面直径。3.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述第二圆台形结构的壁面的锥度α为60~80
°
；所述第二圆台形结构的壁面的锥度为上凹模的成形壁面的锥度。4.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述第一圆台形结构的高度h满足如下关系式：h=1/2(h
圆棒
‑
3d
圆棒
)，h
圆棒
为圆棒高度，d
圆棒
为圆棒直径；所述第一圆台形结构的高度h为上凹模的成形的高度。5.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述下凹模具有两端开口的带有第二内凹腔的结构，所述第二内凹腔的结构包括相连的第二不变形约束区和第二变形区；其中，所述第二不变形约束区的结构为第三圆台形结构，所述第二变形区的结构为依次相连的第四圆台形结构、圆柱形结构和第五圆台形结构，且所述第三圆台形结构的壁面的锥度小于所述第四圆台形结构的壁面的锥度，所述第四圆台形结构的壁面的锥度小于所述第五圆台形结构的壁面的锥度；和/或，所述圆柱形结构的直径等于所述第四圆台形结构的底面直径，所述圆柱形结构的直径等于第五圆台形结构的顶面直径；所述第三圆台形结构的底面直径等于所述第四圆台形结构的顶面直径。6.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述第四圆台形结构的壁面的锥度α为60~80
°
；所述第四圆台形结构的壁面的锥度为下凹模的成形壁面的锥度。7.根据权利要求1所述的圆棒的镦粗模具，其特征在于，所述第三圆台形结构的高度h满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠，唐鹏钧，马志锋，王建国，李伟，陆政，戴圣龙，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：