一種稀土鎂合金薄腹支叉等溫模鍛成形模具及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鎂合金薄腹支叉鍛件成形模具及方法，具體涉及一種稀土鎂合金薄腹支叉鍛件等溫模鍛成形模具及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂合金是目前工程應(yīng)用材料中最輕的金屬材料，具有較高的比強(qiáng)度和比剛度。隨著航空航天、汽車、電子等領(lǐng)域的發(fā)展，其對(duì)材料輕量化、高性能的要求越來越高。對(duì)于要求減重的航空航天類構(gòu)件，大多設(shè)計(jì)為具有腹板和支叉的結(jié)構(gòu)，這種構(gòu)件如果采用傳統(tǒng)方法如鑄造、機(jī)械加工等方法制造，難以滿足高性能、環(huán)保、節(jié)能、高效等要求。而采用等溫成形工藝這種精密塑性成形的方法是一種有效的生產(chǎn)此類構(gòu)件的方法。
[0003]鎂合金薄腹支叉類鍛件一般很難一次成形，極易出現(xiàn)折疊缺陷，而多道次成形工藝反復(fù)加熱又容易導(dǎo)致鎂合金晶粒急劇長(zhǎng)大，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，難以滿足使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決常規(guī)鍛造制備稀土鎂合金薄腹支叉類鍛件，存在制坯和成形困難，容易出現(xiàn)成形缺陷，鎂合金鍛件的組織性能很難控制以及性能偏低的問題，進(jìn)而提供一種稀土鎂合金薄腹支叉類等溫模鍛成形模具及方法。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0006]本發(fā)明的一種稀土鎂合金薄腹支叉等溫模鍛成形模具包括上模、頂桿和下模，下模的上表面的中部由上至下依次加工有模腔和頂出孔，模腔和頂出孔貫通；
[0007]模腔內(nèi)布置有凹模鑲塊，凹模鑲塊為階梯式凹模鑲塊，凹模鑲塊的小端置于頂出孔內(nèi)，上模的下表面的中部加工有與模腔相配合的沖頭，沖頭和凹模鑲塊的大端的形狀與待成形的薄腹支叉配合設(shè)置，沖頭伸入模腔內(nèi)，頂桿伸入頂出孔內(nèi)，且頂桿的上表面頂靠在凹模鑲塊的小端的下表面上，上模和下模上分別安裝有電加熱圈，上模和下模上設(shè)置有貫通的導(dǎo)柱孔，上模蓋合在下模上。
[0008]本發(fā)明的一種稀土鎂合金薄腹支叉等溫模鍛成形方法是按照以下步驟實(shí)現(xiàn):
[0009]—、制還:將稀土鎂合金原材料為直徑是155mm，長(zhǎng)度是160mm的擠壓棒材進(jìn)行鐓粗拔長(zhǎng)工藝復(fù)合成形，得到自由鍛造成帶弧形的鎂合金鈑坯件；
[0010]二、鍛造成形:將步驟一制得的稀土鎂合金坯件放入箱式加熱電阻爐中加熱，加熱到160-180°C時(shí)取出，并在坯件的表面均勻地噴涂石墨乳水溶液；將噴好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加熱電阻爐中，加熱到400-440°C并保溫2-2.5小時(shí)，最后將模具加熱到380-410°C，將加熱好的坯件放在下模的模腔內(nèi)，在壓力機(jī)的作用下向上模施加1300噸?1600噸的壓力，上模下行速度為0.8-1.2mm/s，鍛造溫度為415_425°C，當(dāng)坯件充滿模腔后，壓力機(jī)停止運(yùn)行，成形完畢制得鍛件半成品，其中，石墨乳水溶液的質(zhì)量百分濃度為15%?20% ；
[0011]三、冷卻:將步驟二制得的稀土鎂合金鍛件半成品用頂出桿取出，空冷；
[0012]四、一次酸洗:將經(jīng)步驟三得到的鍛件半成品進(jìn)行酸洗，清理完表面；
[0013]五、修傷:將經(jīng)步驟四得到的鍛件半成品進(jìn)行修傷，清理掉折疊部分；
[0014]六、終鍛:將經(jīng)步驟五得到的鍛件半成品稀土鎂合金坯件放入箱式加熱電阻爐中加熱，加熱到160-180°C時(shí)取出，并在坯件的表面均勻地噴涂石墨乳水溶液；將噴好石墨乳水溶液的坯件放入箱式加熱電阻爐中，加熱到370-400°C并保溫2-2.5小時(shí)，最后將模具加熱到350-370 °C，將加熱好的坯件放在下模的模腔內(nèi)，在壓力機(jī)的作用下向上模施加1300噸?1600噸的壓力，上模下行速度為0.8-1.2mm/s，鍛造溫度為385_395°C，當(dāng)坯件充滿模腔后，壓力機(jī)停止運(yùn)行，成形完畢制得鍛件半成品，其中，石墨乳水溶液的質(zhì)量百分濃度為15%?20% ；
[0015]七、二次酸洗:將經(jīng)步驟六得到的鎂合金鍛件進(jìn)行酸洗，清洗掉表面的石墨，得到表面處理的成形鍛件；
[0016]八、將步驟七得到的表面處理的成形鍛件放入時(shí)效爐中進(jìn)行時(shí)效處理，時(shí)間為60小時(shí)，溫度為200°C，制得稀土鎂合金薄腹支叉成品。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
[0018]—、本發(fā)明以等溫模鍛成形為技術(shù)手段成形稀土鎂合金薄腹支叉類鍛件，僅使用一套本發(fā)明成形裝置就可以實(shí)現(xiàn)低成本、小型批量化、質(zhì)量高，使用壽命高的模鍛零件生產(chǎn)，為鍛件的內(nèi)部組織和優(yōu)良性能提供重要保障。
[0019]二、本發(fā)明采用模鍛成形工藝方法，使得所成形的鍛件尺寸精度高、內(nèi)部組織性能好，凹模采用鑲塊式結(jié)構(gòu)，避免了薄腹支叉類鍛件難以脫模的困難。
[0020]三、本發(fā)明通過計(jì)算機(jī)有限元數(shù)值模擬進(jìn)行工藝、方案和預(yù)制坯料的精確設(shè)計(jì)等，避免了薄腹支叉類鍛件成形過程中較易出現(xiàn)的充不滿和折疊缺陷等。在進(jìn)行等溫模鍛成形的同時(shí)，借助了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)對(duì)該鍛件成形規(guī)律以及缺陷形成機(jī)理和控制方法，同時(shí)，采用數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有效地提高了該類鍛件模具設(shè)計(jì)、成形方案優(yōu)化以及成形工藝的質(zhì)量。
[0021]四、本發(fā)明通過自由鍛制坯獲得一種薄腹支叉類稀土鎂合金鍛件的坯料，解決了當(dāng)前薄腹支叉類稀土鎂合金坯料不易獲得的難題。
[0022]五、本發(fā)明通過每道次鍛造間降低30°C左右的溫度控制，避免了鎂合金薄腹支叉類鍛件晶粒急劇長(zhǎng)大，機(jī)械性能下降等。本發(fā)明通過鎂合金鍛造時(shí)針對(duì)道次數(shù)增加的情況下，階梯降低鍛造溫度，實(shí)現(xiàn)保證鎂合金組織和性能的目的。
[0023]六、本發(fā)明通過研究人工時(shí)效工藝，使最終成形的鍛件斷裂強(qiáng)度達(dá)到465_475MPa，屈服強(qiáng)度達(dá)到375-385MPa。本發(fā)明等溫模鍛方法能有效地提高稀土鎂合金支叉類鍛件強(qiáng)度、塑性和韌性，模鍛后的試件經(jīng)人工時(shí)效處理后，制得的鎂合金薄腹支叉鍛件的抗拉強(qiáng)度最高值達(dá)到475Mpa，屈服強(qiáng)度為385Mpa，機(jī)械性能明顯增加。鍛件表面晶粒細(xì)小均勻，無粗晶混晶，內(nèi)部組織致密，流線分布合理。經(jīng)超聲波檢測(cè)，鍛件內(nèi)部?jī)?nèi)未見夾雜、氣泡、縮孔等缺陷，達(dá)到了相關(guān)要求。
[0024]七、本發(fā)明生產(chǎn)效率高，模鍛時(shí)，金屬的變形在模腔內(nèi)進(jìn)行，能獲得所需形狀，節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量，在批量足夠的條件下，降低成本；本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度較低。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的成形模具的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的側(cè)視圖，圖3是上模的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是上模的仰視結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是圖4的側(cè)視圖，圖6是下模的主視結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6的側(cè)視圖，圖8是圖6的A-A向視圖，圖9是頂桿的結(jié)構(gòu)示意圖，圖10是步驟一得到的坯件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖11是步驟四制得的半成品鍛件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖12是步驟七得到的表面處理的稀土鎂合金薄腹支叉鍛件示意圖，圖13是步驟八處理得到的稀土鎂合金薄腹支叉成品示意，圖14是采用有限元數(shù)值模擬得到的用于制備本發(fā)明薄腹支叉鍛件的預(yù)制坯示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖2說明，本實(shí)施方式的一種稀土鎂合金薄腹支叉等溫模鍛成形模具包括上模1、頂桿3和下模2，下模2的上表面的中部由上至下依次加工有模腔2-1和頂出孔2-2，模腔2-1和頂出孔2-2貫通；
[0027]模腔2-1內(nèi)布置有凹模鑲塊5，凹模鑲塊5為階梯式凹模鑲塊，凹模鑲塊5的小端置于頂出孔2-2內(nèi)，上模1的下表面的中部加工有與模腔2-1相配合的沖頭1-1，沖頭1-1和凹模鑲塊5的大端的形狀與待成形的薄腹支叉配合設(shè)置，沖頭1-1伸入模腔2-1內(nèi)，頂桿3伸入頂出孔2-2內(nèi)，且頂桿3的上表面頂靠在凹模鑲塊5的小端的下表面上，上模1和下模2上分別安裝有電加熱圈4，上模1和下模2上設(shè)置有貫通的導(dǎo)柱孔1-3，上模1蓋合在下模2上。
[0028]本實(shí)施方式根據(jù)零件形狀圖設(shè)計(jì)得到鍛件圖，根據(jù)鍛件圖設(shè)計(jì)了模具圖，模具為了脫模方便，將凹模型腔底部設(shè)計(jì)鑲塊式凹模鑲塊5，用于鍛件脫模，采用有限元進(jìn)行工藝過程的數(shù)值模擬，設(shè)計(jì)了兩種預(yù)制坯形狀，進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，表明采用圖14預(yù)制坯不易產(chǎn)生折疊形狀。根據(jù)該預(yù)制還料，采用了 Φ