【CN109822026A】一种异形坯料的制造方法及所用模具【专利】

(10)申请公布号 CN 109822026 A (43)申请公布日 2019.05.31
( 54 )发明 名称 一种异形坯料的制造方法及所用模具
( 57 )摘要 本发明涉及一种异形坯料的制造方法及所
用模具 ，该方法对异形坯料的外形尺寸进行设 计，采用有限元模拟的方法将坯料的外形设计成 沙漏形 ；按照设计的异形坯料的外形尺寸进行模 具 加工 ；采 用胎模锻工艺进行异形坯料的 制造。 本发明采用反向计算的方法设计坯料外形尺寸， 可有效避免后续锻造过程中可能产生的失稳、折 叠等缺陷 ，而且胎模锻工艺可以实现精确成形， 减少加工余量20％ ，并有效降 低异形坯料在锻造 过程中开裂的风险。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910003084 .7
(22)申请日 2019 .01 .02
(71)申请人 中国原子能科学研究院 地址 102413 北京市房山区新镇三强路1号 院
(72)发明人 李雅平 徐海涛 刘强 王明政
(51)Int .Cl . B21J 5/02(2006 .01) B21J 5/08(2006 .01) B21J 13/02(2006 .01) B21K 29/00(2006 .01) G06F 17/50(2006 .01)
发明内容 [0004] 本发明的目的是针对异形构筑坯料的特点，提供一种异形坯料的制造方法及所用 模具，从而实现异形坯料的精确成形，减少加工余量，并且可以避免锻造过程中可能产生的 失稳、折叠、开裂等问题。 [0005] 本发明的技术方案如下：一种异形坯料的制造方法，包括： [0006] (1)对异形坯料的外形尺寸进行设计，采用有限元模拟的方法将坯料的外形设计 成沙漏形； [0007] (2)按照设计的异形坯料的外形尺寸进行模具加工； [0008] (3)采用胎模锻工艺进行异形坯料的制造。 [0009] 进一步，如上所述的异形坯料的制造方法，步骤(1)中采用有限元模拟的方法进行 沙漏形坯料外形设计的步骤如下： [0010] (1-1)从初始状态开始，计算坯料的下压过程，把坯料压至一定变形量，然后切除
2
CN 109822026 A
说 明 书
1/4 页
一1] 本发明涉及金属材料的制造技术，具体涉及一种异形坯料的制造方法及所用模 具。
背景技术 [0002] 在制备大型金属材料或复合金属材料时 ，现有方法提出以铸坯、锻坯、轧坯为基 元 ，通过表面 加工 和清洁 后 ，将多个基元封装在一起 ，并使界面内部保持高真空状态 ，然后 施加以 镦粗变形 、锻间保温 、多向锻造为特点的 锻焊工艺 ，最终 制备大型金 属器件。在这些 方法中 ，预制坯的形状为长方体形状或圆柱体形状 ，在构筑过程中 ，长方体形状或圆柱体形 状的坯料在最大鼓肚位置(坯料侧面中心位置)焊缝容易开裂。这是因为最大鼓肚位置(坯 料侧面中心位置)的应力会随变形量的增加，压应力不断减小，最终变为0，如果继续变形该 位置的应力将转化为拉应力。表面的应力状态是受鼓肚程度控制的。鼓肚越严重，表面拉应 力越大。表面拉应力大于焊缝强度时，就会造成焊缝开裂。 [0003] 异形构筑坯具有其自身优势，中国专利申请201710837992 .7公开了一种异形金属 构筑成形方法 ，通过将预 制坯 制成沙漏形模块 ，然后对沙漏形模块 加热后实施沿高 度方向 的镦粗变形和锻间保温，将预制坯锻焊成毛坯，最后可将毛坯加工成部件或零件。沙漏形的 构筑坯料可以 使镦粗过程的 变形集中于界面位置 ，且避免了表面拉应力的 产生 ，使坯料均 匀地受到较大压应力，明显改善坯料表面的拉应力状态。可见，异形构筑坯具有界面位置面 积小 ，变形集中 ，所需压力较小 ，对设备要求低的特点 ，在较小的压力下 ，即可实现构筑坯料 的界面结合。但由于异形构筑坯的外形是一种异形结构，与传统坯料外形差异很大，如果坯 料外形设计不当会导致局部应力集中，锻造过程中产生失稳、折叠等问题，或在锻造中出现 裂纹。而且 ，异形坯料通过传统方法在油压机上自由锻造时 ，无法直接锻造成型 ，后续需进 行大量机械加工。
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 109822026 A
CN 109822026 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种异形坯料的制造方法，包括： (1) 对异形坯料的 外形尺寸进行设计 ，采 用有限 元模拟的 方法将坯料的 外形设计成沙 漏形； (2)按照设计的异形坯料的外形尺寸进行模具加工； (3)采用胎模锻工艺进行异形坯料的制造。 2 .如权利要求1所述的异形坯料的制造方法，其特征在于：步骤(1)中采用有限元模拟 的方法进行沙漏形坯料外形设计的步骤如下： (1-1) 从 初始状态开始 ，计算坯料的 下压过程 ，把坯料压至一定变形量 ，然后切除 坯料 侧面由于下压产生的鼓肚； (1-2)沿一个切面的纵向中心线取若干参考点，进行反向计算，求得切面所取各参考点 在初始状态时对应的位置，以这些参考点的初始位置作为坯料外形的设计依据； (1-3)对依据参考点的初始位置设计好的坯料外形进行建模计算，验证在与步骤(1-1) 相同压下量时的鼓肚情况； (1-4)根据初次建模计算的鼓肚情况，对坯料外形设计尺寸进行修正，使坯料外形在变 形至相同压下量时，不会产生明显鼓肚现象，从而确定坯料最终的外形尺寸。 3 .如权利要求2所述的异形坯料的制造方法，其特征在于：步骤(1-1)所述坯料的初始 状态时为方形坯料或圆 柱形坯料或其 它空间对称形状的 坯料 ，在步骤 (1-2) 中进行坯料外 形设计时 ，以 所述参考点的 初始位置为基准 ，将坯料的 侧面进行对称设计 ，形成沙漏形坯 料。 4 .如权利要求1所述的异形坯料的制造方法，其特征在于：步骤(2)中，将步骤(1)中设 计的沙漏形坯料的外形分成对称的上下两部分，进行模具加工。 5 .如权利要求1所述的异形坯料的制造方法，其特征在于：步骤(3)中，先将构筑坯料锻 造成圆柱形棒料或直接使用连铸圆棒，再进行胎模锻。 6 .一种权利要求1-5中任意一项所述异形坯料的制造方法所用模具，其特征在于：该模 具是根据有限元模拟的方法进行沙漏形坯料的外形设计后，将沙漏形坯料的外形分成对称 的上下两部分，再根据其中一部分的外形尺寸加工而成，所述模具由上段、中段、下段组成， 上段包括一个圆柱形腔体以及位于圆柱形腔体下方的圆弧面腔体，中段为与上段腔体平滑 过渡的圆弧面腔体 ，从上段的圆弧面腔体上端至中段的圆弧面腔体下端 ，腔体的 直径逐渐 减小，下段为与中段腔体平滑过渡的圆柱形腔体。 7 .如权利要求6所述的模具，其特征在于：下段圆柱形腔体具有1 °～3 °的倾斜角度，以 便于坯料的脱模。