一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具及方法技术

本发明专利技术公开了一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具及方法，其模具包括凹模和向下锻压的凸模，凹模和凸模之间形成有锻压锻件且与产品外形相适配的型腔，型腔整体呈倒置的锥筒状，型腔内放置有垫块，垫块用于承托锻件以使凸模对锻件进行预锻锻压且使锻件形成通孔、并在终锻时取出以使预锻冲孔后的锻件放置在型腔内时上下均有流变空间。本发明专利技术通过垫块能够对锻件进行预锻锻压，得到异形预制坯，之后取出垫块，使异形预制坯放置在型腔中时，其上方和下方均有流变空间，并通过呈倒置锥筒状的型腔，增大了锻件在成形过程中的变形程度，并使锻件沿各向均匀流变，解决了在锻造铝合金异形筒段时产生的各向流变与组织不均、局部存在变形死区和粗晶等问题。形死区和粗晶等问题。形死区和粗晶等问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具及方法


[0001]本专利技术涉及铝合金结构件塑性成形
，具体涉及一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具及方法。

技术介绍

[0002]2A14铝合金属于可热处理强化变形铝合金，具有高强度、高塑性以及优异的可焊接性能等优点，是用于航天运载与武器装备结构件制造的重要材料。随着航空航天用结构件逐步向整体化、轻量化及大型化方向发展，对其制造性能与可靠性提出了极高要求。应用于战略武器装备过渡段的2A14铝合金筒段，是弹体结构的关键承力构件，其外径已超
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1000mm，并具有异形变截面非轴称特殊结构，成形难度大，且力学性能及其均匀性要求高。目前，对于铝合金高筒锻件主要采用反挤压成形方式进行制造，然而，异形筒段的反挤压成形容易产生各向流变与组织不均、局部存在变形死区和粗晶等问题，导致构件力学性能均匀性降低，需要发展变形更均匀、综合性能更优异的异形筒段成形制造方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具及方法，用于解决在锻造铝合金异形筒段时产生的各向流变与组织不均、局部存在变形死区和粗晶等问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具，包括凹模和向下锻压的凸模，所述凹模和凸模之间形成有锻压锻件且与产品外形相适配的型腔，所述型腔整体呈倒置的锥筒状，所述型腔内放置有垫块，所述垫块用于承托锻件以使凸模对锻件进行预锻锻压且使锻件形成通孔、并在终锻时取出以使预锻冲孔后的锻件放置在型腔内时上下均有流变空间。
[0005]作为上述技术方案的进一步改进：所述凸模从下往上依次包括呈圆柱状且用于锻压的冲孔段、和与产品外形相适配的成形段，所述垫块设有沿凸模锻压方向延伸且与冲孔段适配的插入孔，所述插入孔用于在预锻锻压时供冲孔段插入，所述成形段能与插入孔的顶端抵接。
[0006]所述凹模内侧底部活动套设有用于向上顶出垫块和锻件的顶出装置，所述顶出装置设有沿凸模锻压方向延伸且与冲孔段适配的成形孔，所述成形孔用于在终锻锻压时供冲孔段插入，靠近所述型腔顶部的凹模和凸模之间设有用于限制冲孔段插入成形孔深度的限位块。
[0007]所述凹模内侧底部设有托持顶出装置的环形凸台。
[0008]所述环形凸台设有沿凸模锻压方向延伸的顶孔，所述顶孔与成形孔连通，所述顶孔的孔径大于成形孔的孔径，所述顶孔内活动套设有顶杆，所述顶杆的顶端与顶出装置的底端部分抵接、并用于推动顶出装置向上移动。
[0009]所述型腔的上下两端设有在终锻时与外界连通的缝隙以使型腔形成半闭式模锻，
所述冲孔段与成形孔孔壁之间设有第一间距，所述凸模还包括连接于成形段上端的封堵段，所述封堵段在终锻时插入凹模内、并与凹模的内壁之间设有第二间距。
[0010]所述第一间距为1mm，所述第二间距为5mm。
[0011]所述凹模内相对的两处侧壁上设有凹槽，两个所述凹槽均位于所述型腔的内侧顶部、并用于在终锻时锻造出设于锻件外壁上的定位突起。
[0012]所述凸模设有至少二个沿凸模锻压方向延伸的导柱，所述凹模上设有供导柱分别插入的导孔，各所述导柱和各导孔均位于型腔的外围。
[0013]一种铝合金异形筒段精密模锻成形方法，包括以下步骤：S1、制坯：将铝合金铸锭加热至480～485℃，然后对铝合金铸锭进行多向锻造，得到圆柱形坯料；S2、预锻：将垫块放置于凹模和向下锻压的凸模所形成的型腔内，凹模、凸模和垫块组成预锻模具，将圆柱形坯料加热至480～485℃后，放入加热至460～470℃的预锻模具中进行冲孔，得到异形预制坯；S3、终锻：取出垫块，并将限位块放置于靠近型腔顶部的凹模和凸模之间，型腔的上下两端设有与外界连通的缝隙以使型腔形成半闭式模锻，凹模、凸模和限位块组成终锻模具，将异形预制坯加热至480～485℃后，放入加热至460～470℃的终锻模具中进行锻造，然后再将异形预制坯与终锻模具均加热至460～470℃后，进行第二次锻造，脱模得到铝合金异形筒段；S4、热处理：将铝合金异形筒段加热至502～505℃，之后立即室温淬火，最后在162～165℃下进行时效处理。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术相较于常规的反挤压成形模具，通过设置垫块能够对为圆柱形坯料的锻件进行预锻锻压，从而锻造出适合终锻的异形预制坯，之后取出垫块，能使异形预制坯放置在型腔中时，其上方和下方均有流变空间，并通过呈倒置锥筒状的型腔，增大了锻件在成形过程中的变形程度，并使锻件沿各向均匀流变，解决了在锻造铝合金异形筒段时产生的各向流变与组织不均、局部存在变形死区和粗晶等问题，从而提高了锻件的综合力学性能与均匀性，热处理后锻件的轴向抗拉强度可达到510MPa，屈服强度可达到440Mpa，延伸率达到10%，抗拉与屈服强度各向异性系数小于2%，大幅超过了航天2A14铝合金异形筒段力学性能的指标要求，进而适用于航天运载与武器装备用铝合金异形高筒结构件的高性能、高可靠成形制造。
附图说明
[0015]图1为预锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的A
‑
A剖面结构示意图。
[0016]图2为预锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的B
‑
B剖面结构示意图。
[0017]图3为预锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的立体结构示意图。
[0018]图4为终锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的A
‑
A剖面结构示意图。
[0019]图5为终锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的B
‑
B剖结构示意图。
[0020]图6为终锻时的铝合金异形筒段精密模锻成形模具的立体结构示意图。
[0021]图7为铝合金异形筒段的晶粒组织图。
[0022]图例说明：100、锻件；200、产品；1、凹模；11、环形凸台；12、顶孔；2、凸模； 21、冲孔段；22、成形段；23、封堵段；3、型腔；4、垫块；41、插入孔；5、顶出装置；51、成形孔；6、限位块；7、顶杆；8、凹槽；9、导柱；91、导孔。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。
[0024]如图1
‑
图6所示，本实施例的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，包括凹模1和向下锻压的凸模2，凹模1和凸模2之间形成有锻压锻件100且与产品200外形相适配的型腔3，型腔3整体呈倒置的锥筒状，型腔3内放置有垫块4，垫块4用于承托锻件100以使凸模2对锻件100进行预锻锻压且使锻件100形成通孔、并在终锻时取出以使预锻冲孔后的锻件100放置在型腔3内时上下均有流变空间。相较于常规的反挤压成形模具，通过设置垫块4能够对为圆柱形坯料的锻件100进行预锻锻压，从而锻造出适合终锻的异形预制坯，之后取出垫块4，能使异形预制坯放置在型腔3中时，其上方和下方均有流变空间，并通过呈倒置锥筒状本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金异形筒段精密模锻成形模具，包括凹模（1）和向下锻压的凸模（2），所述凹模（1）和凸模（2）之间形成有锻压锻件（100）且与产品（200）外形相适配的型腔（3），其特征在于，所述型腔（3）整体呈倒置的锥筒状，所述型腔（3）内放置有垫块（4），所述垫块（4）用于承托锻件（100）以使凸模（2）对锻件（100）进行预锻锻压且使锻件（100）形成通孔、并在终锻时取出以使预锻冲孔后的锻件（100）放置在型腔（3）内时上下均有流变空间。2.根据权利要求1所述的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，其特征在于，所述凸模（2）从下往上依次包括呈圆柱状且用于锻压的冲孔段（21）、和与产品（200）外形相适配的成形段（22），所述垫块（4）设有沿凸模（2）锻压方向延伸且与冲孔段（21）适配的插入孔（41），所述插入孔（41）用于在预锻锻压时供冲孔段（21）插入，所述成形段（22）能与插入孔（41）的顶端抵接。3.根据权利要求2所述的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，其特征在于，所述凹模（1）内侧底部活动套设有用于向上顶出垫块（4）和锻件（100）的顶出装置（5），所述顶出装置（5）设有沿凸模（2）锻压方向延伸且与冲孔段（21）适配的成形孔（51），所述成形孔（51）用于在终锻锻压时供冲孔段（21）插入，靠近所述型腔（3）顶部的凹模（1）和凸模（2）之间设有用于限制冲孔段（21）插入成形孔（51）深度的限位块（6）。4.根据权利要求3所述的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，其特征在于，所述凹模（1）内侧底部设有托持顶出装置（5）的环形凸台（11）。5.根据权利要求4所述的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，其特征在于，所述环形凸台（11）设有沿凸模（2）锻压方向延伸的顶孔（12），所述顶孔（12）与成形孔（51）连通，所述顶孔（12）的孔径大于成形孔（51）的孔径，所述顶孔（12）内活动套设有顶杆（7），所述顶杆（7）的顶端与顶出装置（5）的底端部分抵接、并用于推动顶出装置（5）向上移动。6.根据权利要求3所述的铝合金异形筒段精密模锻成形模具，其特征在于，所述型腔（3）...

【专利技术属性】
技术研发人员：易幼平，黄始全，何海林，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：