一种减少热锻模具磨损的成形工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种减少热锻模具磨损的成形工艺，该成形工艺包括下料、坯料加热、镦粗成形和模锻成形的过程，其中，将镦粗件转运至模锻成型工序时，对镦粗件的表面进行急冷降温处理，使镦粗件表面快速降温且使镦粗件的表面温度高于终锻温度，然后向镦粗件的表面均匀喷洒润滑剂，接着进行模锻。本发明专利技术的成形工艺能有效降低模具的温升以及芯表的温度梯度，使得模具在锻造循环周期内的应力减小，进而提高锻模寿命。寿命。寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种减少热锻模具磨损的成形工艺


[0001]本专利技术属于模具
，具体涉及一种减少热锻模具磨损的成形工艺。

技术介绍

[0002]锻造成形一般用于汽车、航空航天、机器、医疗器械等行业中关键零件的成形。如果采用热锻成型，一般包括镦粗、预锻、终锻和切边等工序。由于预锻模具接触的坯料温度高，且成形时变形量较大，载荷也较大，在循环热应力和机械应力的作用下，会出现严重的热机械疲劳，在较少的锻造次数后就会出现磨损。严重影响着产品质量、模具寿命和生产连续性。
[0003]在滑动接触条件下，温度和载荷是影响模具磨损性能的重要因素。当高温的金属坯料接触温度较低的模具时，模具表面部分受热膨胀，同时因来自模具内部的束缚而在表面形成压缩应力。当该压缩应力超过高温屈服强度时便发生塑性变形。成形后，锻件被顶出模具，采用水基或油基润滑剂对模具表面进行冷却和润滑，此时又会在模具表面产生拉伸应力。随着锻造周次的增加，模具表面经过反复加热、冷却，产生疲劳现象，最终导致热龟裂发生。坯料表面的氧化皮进入模具，还将引起磨粒磨损。在这些因素的综合影响下，模具会发生严重的磨损，从而降低模具的使用寿命。因此，有必要提出一种新的工艺技术方案来减少模具磨损。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种减少热锻模具磨损的成形工艺，能够显著减少预锻模具磨损。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种减少热锻模具磨损的成形工艺，包括下料、坯料加热、镦粗成形和模锻成形的过程，其中，将镦粗件转运至模锻成型工序时，对镦粗件的表面进行急冷降温处理，使镦粗件表面快速降温且使镦粗件的表面温度高于终锻温度，然后向镦粗件的表面均匀喷洒润滑剂，接着进行模锻。
[0007]优选的，对镦粗件的表面进行急冷降温处理后，镦粗件的芯表温差控制在333℃
‑
433℃之内。
[0008]优选的，对镦粗件的表面进行急冷降温处理时，镦粗件的平均降温速率控制在233℃/s
‑
333℃/s。
[0009]优选的，坯料镦粗后镦粗件的芯部温度维持在出炉温度的
±
53℃以内。
[0010]优选的，本专利技术的上述工艺适合于汽车发电机爪极的模锻加工以及其它可以通过模锻加工方式加工的任何产品。
[0011]优选的，对镦粗件的表面进行急冷降温处理时，对镦粗件的表面采用喷淋冷却水的方式进行急冷降温处理。
[0012]优选的，所述润滑剂采用水基石墨，向镦粗件的表面均匀喷洒水基石墨后，使镦粗
件的表面附着石墨润滑剂层。
[0013]优选的，还包括对模锻模具的预热处理，预热温度为233℃
‑
333℃。
[0014]本专利技术具有如下有益效果：
[0015]本专利技术减少热锻模具磨损的成形工艺通过对镦粗件表面采取急冷降温处理，将镦粗件的表面温度大幅降低，这样继续进行预锻时，坯料与模具接触时的温度梯度大幅降低，因此预锻模具表面的温升和热应力也大幅下降。当预锻模具表面应力水平大幅下降之后，推迟了裂纹的产生，模具所能承受的疲劳周次大幅提升，由于只对镦粗件表面进行了快速的急冷降温处理，镦粗件的芯部温度还维持在出炉温度附近，这样不会影响坯料流动性，也不会影响坯料的充填性能，随后对镦粗件表面均匀喷洒润滑剂，增加润滑效果，防止锻造成形载荷增加，进而有效防止由于锻造载荷增大引起的模具寿命降低的问题。对镦粗件的表面进行急冷降温处理还有利于清除残留于镦粗件表面的氧化皮，后期再均匀喷洒润滑剂，防止镦粗件表面在传递过程中再次氧化，有利于提升锻件表面质量，防止氧化皮进入模腔造成的磨粒磨损。
附图说明
[0016]图1为本专利技术成形工艺流程图；
[0017]图2为预锻模具材料的s
‑
n曲线图；
[0018]图3(a)为现有锻造工艺镦粗件温度场示意图；图3(b)为本专利技术实施例中镦粗件温度场示意图；
[0019]图4(a)为现有锻造工艺预锻件温度场示意图；图4(b)为本专利技术实施例中预锻件温度场示意图；
[0020]图5(a)为现有锻造工艺预锻上模温度场示意图；图5(b)为本专利技术实施例中预锻上模温度场示意图；
[0021]图6(a)为现有锻造工艺预锻下模温度场示意图；图6(b)为本专利技术实施例中预锻下模温度场示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图和实施例来对本专利技术做进一步的说明。
[0023]本专利技术减少热锻模具磨损的成形工艺流程图如图1所示，该工艺具体实施过程如下，(1)下料；通过剪切设备将长棒料剪成一定直径和长度的圆柱形坯料，(2)坯料加热；将圆柱形棒料加热至指定温度，(3)镦粗成形；将加热好的坯料快速转移至平砧进行镦粗，去除表面氧化皮，(4)将镦粗件快速转运至预锻模上方，该过程中采用自动喷淋系统先对镦粗件的表面进行短时大流量高速高压喷淋急冷降温处理，使镦粗件表面快速降温，接着对镦粗件喷涂水基石墨，使镦粗件表面附着一层石墨润滑剂，(5)锻造成形；将急冷降温处理+表面附着石墨的镦粗件放入锻模中进行锻造完成锻件的成形。
[0024]在锻造工艺中，热锻模具的磨损、热龟裂和塑性变形均与模具表面温度有关，所以了解模具的表面温度的变化很重要。热锻工作过程中，高温坯料与模具型腔表面接触，导致模具表面温度快速上升，如果温升超过回火温度，将导致组织和性能的恶化，而如果温升超过模具材料在该温度下的屈服强度，在锻造载荷作用下将导致模具在该处发生塑性变形。
随着锻件被顶出模腔，将会对模具进行喷淋冷却和润滑，模具表面又会被快速降温，这种温度周期往复变化，使模具型腔表面受到周期的拉压应力作用，而热龟裂是热锻模具表面反复加热和冷却所导致的热疲劳现象，在一个循环周期当中的应力可以表示为：
[0025][0026]式中：σ—应力；E—弹性模量；α—热膨胀系数；ΔT—温度梯度；μ—泊松比。
[0027]由于弹性模量、热膨胀系数以及泊松比这三个参数随温度变化较小，一般不超过5％，所以可近似认为是常数，所以为防止模具磨损，一般采用的方法是降低温度梯度
△
T，或者提高材料的屈服强度，当模具材料选定之后，只能降低温度梯度来降低热应力。
[0028]本专利技术的成形工艺能有效降低模具的温升以及芯表的温度梯度，使得模具在锻造循环周期内的应力减小，进而提高锻模寿命。
[0029]实施例
[0030]本实施例的成形工艺，以汽车发电机爪极为例，采用的方法是，对镦粗件表面进行短时大流量高速高压喷淋急冷降温处理，将坯料表面温度由原来的1233℃～1253℃快速降低至833℃～933℃，平均降温速率控制在233℃～333℃/s，芯表温差为333℃～433℃，如图3(b)所示。这样可以有效降低坯料和模具之间温度梯度，达到降低锻造模具循环周期内的应力水平。而常规未经大流量高速高压喷淋处理的坯料温度分布如图3(a)所示。
[0031]通过有限元软件对爪极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减少热锻模具磨损的成形工艺，其特征在于，包括下料、坯料加热、镦粗成形和模锻成形的过程，其中，将镦粗件转运至模锻成型工序时，对镦粗件的表面进行急冷降温处理，使镦粗件表面快速降温且使镦粗件的表面温度高于终锻温度，然后向镦粗件的表面均匀喷洒润滑剂，接着进行模锻。2.根据权利要求1所述的一种减少热锻模具磨损的成形工艺，其特征在于，对镦粗件的表面进行急冷降温处理后，镦粗件的芯表温差控制在333℃
‑
433℃之内。3.根据权利要求1所述的一种减少热锻模具磨损的成形工艺，其特征在于，对镦粗件的表面进行急冷降温处理时，镦粗件的平均降温速率控制在233℃/s
‑
333℃/s。4.根据权利要求1
‑
3任意一项所述的一种减少热锻模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨程，张金虎，陈璇，王艺运，石媛菁，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：