一種稀土鎂合金薄腹支叉等溫模鍛成形模具及方法
【技術領域】
[0001]本發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】
[0002]鎂合金是目前工程應用材料中最輕的金屬材料，具有較高的比強度和比剛度。隨著航空航天、汽車、電子等領域的發展，其對材料輕量化、高性能的要求越來越高。對于要求減重的航空航天類構件，大多設計為具有腹板和支叉的結構，這種構件如果采用傳統方法如鑄造、機械加工等方法制造，難以滿足高性能、環保、節能、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此類構件的方法。
[0003]鎂合金薄腹支叉類鍛件一般很難一次成形，極易出現折疊缺陷，而多道次成形工藝反復加熱又容易導致鎂合金晶粒急劇長大，導致力學性能下降，難以滿足使用要求。

【發明內容】

[0004]本發明為解決常規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]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0006]本發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，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置，沖頭伸入模腔內，頂桿伸入頂出孔內，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，上模和下模上設置有貫通的導柱孔，上模蓋合在下模上。
[0008]本發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現:
[0009]—、制還:將稀土鎂合金原材料為直徑是155mm，長度是160mm的擠壓棒材進行鐓粗拔長工藝復合成形，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，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，在壓力機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，當坯件充滿模腔后，壓力機停止運行，成形完畢制得鍛件半成品，其中，石墨乳水溶液的質量百分濃度為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:將經步驟三得到的鍛件半成品進行酸洗，清理完表面；
[0013]五、修傷:將經步驟四得到的鍛件半成品進行修傷，清理掉折疊部分；
[0014]六、終鍛:將經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，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，在壓力機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，當坯件充滿模腔后，壓力機停止運行，成形完畢制得鍛件半成品，其中，石墨乳水溶液的質量百分濃度為15%?20% ；
[0015]七、二次酸洗:將經步驟六得到的鎂合金鍛件進行酸洗，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效爐中進行時效處理，時間為60小時，溫度為200°C，制得稀土鎂合金薄腹支叉成品。
[0017]本發明的有益效果是:
[0018]—、本發明以等溫模鍛成形為技術手段成形稀土鎂合金薄腹支叉類鍛件，僅使用一套本發明成形裝置就可以實現低成本、小型批量化、質量高，使用壽命高的模鍛零件生產，為鍛件的內部組織和優良性能提供重要保障。
[0019]二、本發明采用模鍛成形工藝方法，使得所成形的鍛件尺寸精度高、內部組織性能好，凹模采用鑲塊式結構，避免了薄腹支叉類鍛件難以脫模的困難。
[0020]三、本發明通過計算機有限元數值模擬進行工藝、方案和預制坯料的精確設計等，避免了薄腹支叉類鍛件成形過程中較易出現的充不滿和折疊缺陷等。在進行等溫模鍛成形的同時，借助了數值模擬和實驗對該鍛件成形規律以及缺陷形成機理和控制方法，同時，采用數字化設計和制造技術有效地提高了該類鍛件模具設計、成形方案優化以及成形工藝的質量。
[0021]四、本發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，解決了當前薄腹支叉類稀土鎂合金坯料不易獲得的難題。
[0022]五、本發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大，機械性能下降等。本發明通過鎂合金鍛造時針對道次數增加的情況下，階梯降低鍛造溫度，實現保證鎂合金組織和性能的目的。
[0023]六、本發明通過研究人工時效工藝，使最終成形的鍛件斷裂強度達到465_475MPa，屈服強度達到375-385MPa。本發明等溫模鍛方法能有效地提高稀土鎂合金支叉類鍛件強度、塑性和韌性，模鍛后的試件經人工時效處理后，制得的鎂合金薄腹支叉鍛件的抗拉強度最高值達到475Mpa，屈服強度為385Mpa，機械性能明顯增加。鍛件表面晶粒細小均勻，無粗晶混晶，內部組織致密，流線分布合理。經超聲波檢測，鍛件內部內未見夾雜、氣泡、縮孔等缺陷，達到了相關要求。
[0024]七、本發明生產效率高，模鍛時，金屬的變形在模腔內進行，能獲得所需形狀，節省金屬材料，減少切削加工工作量，在批量足夠的條件下，降低成本；本發明操作簡單，勞動強度較低。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發明的成形模具的主視結構示意圖，圖2是圖1的側視圖，圖3是上模的主視結構示意圖，圖4是上模的仰視結構示意圖，圖5是圖4的側視圖，圖6是下模的主視結構示意圖，圖7是圖6的側視圖，圖8是圖6的A-A向視圖，圖9是頂桿的結構示意圖，圖10是步驟一得到的坯件的結構示意圖，圖11是步驟四制得的半成品鍛件的結構示意圖，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是采用有限元數值模擬得到的用于制備本發明薄腹支叉鍛件的預制坯示意圖。
【具體實施方式】
[0026]【具體實施方式】一:結合圖1-圖2說明，本實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，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置，沖頭1-1伸入模腔2-1內，頂桿3伸入頂出孔2-2內，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上設置有貫通的導柱孔1-3，上模1蓋合在下模2上。
[0028]本實施方式根據零件形狀圖設計得到鍛件圖，根據鍛件圖設計了模具圖，模具為了脫模方便，將凹模型腔底部設計鑲塊式凹模鑲塊5，用于鍛件脫模，采用有限元進行工藝過程的數值模擬，設計了兩種預制坯形狀，進行了有限元數值模擬，表明采用圖14預制坯不易產生折疊形狀。根據該預制還料，采用了 Φ