一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具及方法与流程

本发明属于金属管挤压成形，尤其涉及一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具及方法。

背景技术：

1、带法兰超长薄壁管是一种管法兰与薄壁管一体化成形的锻件，参见图1，通常采用自由锻、挤压成形或反挤压成形的一体成形方式。

2、其中，对于自由锻，因锻件壁厚较薄，蓄热量小，且直径超长，通常采用自由锻成形为实心锻件，再采用机加工的方式将其余部分加工掉，参见图2。此种方式的材料利用率低；由于锻造区间窄，锻件表面产生拉应力状态极易造成锻造开裂；由于自由锻过程中，锻件持续降温，锻件各位置的变形条件不同，而材料的晶粒度与变形条件（变形温度和变形量）有关，因此采用自由锻成形易造成混晶缺陷，各位置组织不均匀导致锻件性能的不均匀性。

3、对于挤压成形，首先采用常规方式挤压直管坯，然后采用管坯法兰端局部加热局部镦粗的方式成形法兰，参见图3。这种方式适用于变径较小且壁厚较厚的法兰管道，若壁厚较薄，则极易在镦粗时发生失稳，更重要的是，法兰与管道之间直径变化大，需要分多套模具分多火次镦粗，导致模具使用量大，加工效率低。

4、对于反挤压成形，随后进行成形方案设计，此类锻件传统的反挤压成形方案，其坯料为与最终锻件直径近似的圆棒料，下模为一带法兰腔体结构模具，模具分体设计，以便在挤压后分模将挤压件取出，上模为一细长杆的冲模，在细长杆冲盲孔的过程中，下端金属逐渐向下模法兰腔体内填充，上端金属向上填充，实现坯料长度增加，最终实现锻件成形，参见图4。但是，此种方法下模采用分体结构，成形后需要分模取出，在重新组合模具，不能实现连续生产，此外，也无法保证长薄壁管的垂直度。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具及方法，用以解决现有技术中带法兰超长薄壁管在挤压成形过程中镦粗发生失稳、模具使用量大、加工效率低、无法保证长薄壁管的垂直度中的至少一个问题。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的。

3、本发明提供了一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，包括上模和下模，上模置于下模中；上模包括端盖、挤压模和冲杆，挤压模套设于冲杆的外壁，端盖设于挤压模和冲杆的顶端且与冲杆和挤压模固定连接，挤压模与冲杆之间的空间为挤压型腔，挤压型腔与带法兰超长薄壁毛坯共形，挤压型腔从上至下包括直环段和扩径段；下模的内腔为圆柱形；带法兰超长薄壁毛坯对应的坯料的形状为圆柱形；坯料置于下模的内腔中且与下模、冲杆和挤压模同轴设置；扩径段从上至下包括竖直段、外凸弧段、第一倾斜段和第二倾斜段，竖直段的侧壁沿竖直方向设置，外凸弧段从上至下向远离挤压模的轴线方向倾斜，第一倾斜段从上至下向远离挤压模的轴线方向倾斜，第二倾斜段从上至下向远离挤压模的轴线方向倾斜，且第一倾斜段的斜率小于第二倾斜段的斜率。

4、进一步地，反挤压成形模具还包括定位球，冲杆的下端面至少部分为内凹圆弧面，坯料的上端面开设定位盲孔，定位球置于内凹圆弧面与定位盲孔之间。

5、进一步地，定位球的直径与内凹圆弧面的直径相等，定位球的直径大于冲杆的直径。

6、进一步地，反挤压成形模具还包括导套，导套套设于冲杆的外壁，且位于冲杆与挤压模之间；导套的内径与冲杆的直径相等，导套的外径与挤压模的内径相等。

7、进一步地，导套的径向厚度与导套的轴向高度之比为2：3~2：3.5。

8、进一步地，反挤压成形模具还包括顶出缸，下模的底端开设顶出孔，脱模时，顶出缸的顶出杆插入顶出孔中且与带法兰超长薄壁毛坯抵接。

9、进一步地，端盖与冲杆一体成形，挤压模单独加工。

10、本发明还提供了一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形方法，采用上述反挤压成形模具，反挤压成形方法包括如下步骤：

11、步骤1：坯料加热除磷后置于下模，对中使得坯料与下模同轴设置；

12、步骤2：定位球置于坯料的定位盲孔内；

13、步骤3：上模下压，使得冲杆的内凹弧面与定位球接触，定位球位于冲杆的内凹圆弧面与定位盲孔之间；

14、步骤4：上模继续下压，使得坯料被挤压进入挤压型腔中；

15、步骤5：反挤压成形后，上模上移，对带法兰超长薄壁毛坯施加顶出力进行脱模，完成带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形。

16、进一步地，步骤4中，反挤压成形带法兰超长薄壁毛坯的法兰部分时挤压速率与反挤压成形带法兰超长薄壁毛坯的管壁时挤压速率之比为1.2～1.5。

17、进一步地，带法兰超长薄壁毛坯的材质为镍基合金，步骤4中，挤压温度为1050~1200℃，应变速率为0.03～0.1s-1。

18、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一。

19、本发明提供的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，将上模的挤压模和冲杆之间的空间作为挤压型腔，成形后的带法兰超长薄壁毛坯位于上模的挤压模与冲杆之间，同时实现法兰部分的镦粗以及管道的挤压，由于带法兰超长薄壁毛坯的形变始终受到上模的挤压模与冲杆的限制，不存在自由变形的过程，从而能够有效保证成形后带法兰超长薄壁毛坯的垂直度和成形精度；同时，在脱模过程中，由于下模的内腔为圆柱形，更加有利于上模从下模中取出，解决了传统反挤压成形挤压后无法脱模的问题，从而能够实现大变形、一体化超长带法兰超长薄壁毛坯的连续生产，具有毛坯制造简单、成形操作简便、制造流程短等优势。

20、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，包括上模和下模，所述上模置于下模中；

2.根据权利要求1所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述反挤压成形模具还包括定位球，所述冲杆的下端面至少部分为内凹圆弧面，所述坯料的上端面开设定位盲孔，所述定位球置于内凹圆弧面与定位盲孔之间。

3.根据权利要求2所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述定位球的直径与内凹圆弧面的直径相等，所述定位球的直径大于冲杆的直径。

4.根据权利要求1所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述反挤压成形模具还包括导套，所述导套套设于冲杆的外壁，且位于冲杆与挤压模之间；

5.根据权利要求4所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述导套的径向厚度与导套的轴向高度之比为2：3~2：3.5。

6.根据权利要求1所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述反挤压成形模具还包括顶出缸，所述下模的底端开设顶出孔，脱模时，所述顶出缸的顶出杆插入顶出孔中且与带法兰超长薄壁毛坯抵接。

7.根据权利要求1所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具，其特征在于，所述端盖与冲杆一体成形，所述挤压模单独加工。

8.一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形方法，其特征在于，采用如权利要求1至7任一项所述的反挤压成形模具，所述反挤压成形方法包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形方法，其特征在于，所述步骤4中，反挤压成形带法兰超长薄壁毛坯的法兰部分时挤压速率与反挤压成形带法兰超长薄壁毛坯的管壁时挤压速率之比为1.2～1.5。

10.根据权利要求8所述的带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形方法，其特征在于，所述带法兰超长薄壁毛坯的材质为镍基合金，所述步骤4中，挤压温度为1050~1200℃，应变速率为0.03～0.1s-1。

技术总结本发明公开了一种带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形模具及方法，属于金属管挤压成形技术领域，用以解决现有技术中带法兰超长薄壁管在挤压成形过程中镦粗发生失稳、模具使用量大、加工效率低、无法保证长薄壁管的垂直度中的至少一个问题。该模具中，上模包括端盖、挤压模和冲杆，挤压模套设于冲杆的外壁，端盖设于挤压模和冲杆的顶端且与冲杆和挤压模固定连接，挤压型腔从上至下包括直环段和扩径段；扩径段从上至下包括竖直段、外凸弧段、第一倾斜段和第二倾斜段，所述竖直段的侧壁沿竖直方向设置，所述外凸弧段、第一倾斜段和第二倾斜段从上至下向远离挤压模的轴线方向倾斜。本发明可用于带法兰超长薄壁毛坯的反挤压成形。技术研发人员：任利国,傅万堂,周岩,王少波,刘凯泉,赵德利受保护的技术使用者：天津重型装备工程研究有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11