阅读说明：本技术 一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法 (Die and method for flange plate forging, impact extrusion and reverse upsetting composite forming ) 是由 赵晓光 万东海 张令 洪大军 张明桥 冉雄波 谢朝顺 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法,包括下模座组件、下模、上模组件,下模座组件包括下模座、第一压缩弹簧、垫环；上模组件包括压边圈、第二压缩弹簧、冲头,压边圈设置有垂直的通孔,通孔上设置有台阶孔,冲头插入通孔,冲头上设置有环形台阶,环形台阶和台阶孔下底面之间设置有第二压缩弹簧。该方法按以下步骤加工：1)制坯；2)加热；3)锻压；4)翻边；5)冲挤；6)镦锻。模具巧妙借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力,实现多种相反方向的运动,实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式,保证了金属流线的完整性,具有较高的力学性能,而且结构紧凑、实用性强,还便于模具的维修和更换。(The invention provides a die and a method for flange plate forging, impact extrusion, reverse upsetting and composite forming, wherein the die comprises a lower die holder assembly, a lower die and an upper die assembly, and the lower die holder assembly comprises a lower die holder, a first compression spring and a backing ring; the upper die assembly comprises a blank holder, a second compression spring and a punch, the blank holder is provided with a vertical through hole, a step hole is formed in the through hole, the punch is inserted into the through hole, an annular step is arranged on the punch, and the second compression spring is arranged between the annular step and the lower bottom surface of the step hole. The method comprises the following steps: 1) preparing a blank; 2) heating; 3) forging and pressing; 4) flanging; 5) impact extrusion; 6) and (6) upsetting. The die ingeniously realizes the motion in multiple opposite directions by means of the acting force and the reacting force brought by spring compression and reversion, realizes multiple forming modes such as forging, stretching, flanging, impact extrusion, reverse upsetting and the like, ensures the integrity of a metal streamline, has higher mechanical property, has compact structure and strong practicability, and is convenient for the maintenance and replacement of the die.)

一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法

技术领域

本发明属于锻压技术领域，具体是涉及一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法。

背景技术

法兰是常用的机械连接零件。对于法兰的制造，常用的方式为模具成型，经过镦粗冲孔等工序制成锻件毛坯，然后进行机械加工。成型工序多，材料利用率非常低，同时经过大余量的机械加工，切断了金属流线，降低了产品的使用寿命和综合性能，制造周期长。采用拉伸翻边技术生产的法兰圆角大，端面不规则，高度增长有限，不能得到满足尺寸的法兰，阻碍了板锻技术的推广应用。

现有的板锻冲挤复合成型技术，存在两方面的难题，一是法兰颈部需要经历大力挤压，法兰和模具相互包在一起难以分离；二是在大作用力的拉伸和冲挤作用下，易形成拉伸大圆角和端面不平整缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法，巧妙借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力，实现多种相反方向的运动，实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式。

本发明通过以下技术方案得以实现。

一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具，包括下模座组件、下模、上模组件，下模座组件包括下模座、第一压缩弹簧、垫环，下模座设置有环形槽，环形槽槽底设置有第一压缩弹簧，第一压缩弹簧上设置有垫环，垫环上设置有下模；上模组件包括压边圈、第二压缩弹簧、冲头，压边圈中心设置有垂直的通孔，通孔上设置有内置的台阶孔，冲头***通孔，冲头上设置有环形台阶，环形台阶限制在台阶孔内，环形台阶和台阶孔下底面之间设置有第二压缩弹簧，第二压缩弹簧套在冲头上。借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力，实现多种相反方向的运动，实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式。

所述冲头的尺寸满足在整个行程范围内，冲头上端保持伸出通孔的状态，既保证压边圈定位可靠，又避免压边圈与锻压设备直接接触，使得冲头不能完全压缩第二压缩弹簧至完全压缩状态产生行程不足，最终导致板坯不能完全翻边的情况。冲头的行程范围从环形台阶与压边圈的台阶孔上顶面贴合状态开始，到冲头向下运动挤压第一压缩弹簧和第二压缩弹簧均至完全压缩状态为止。

所述环形台阶位置满足环形台阶与台阶孔上顶面接触时，冲头的下端不伸出通孔，且冲头的下端面位于通孔内，即冲压时压边圈在冲头之前与板坯接触，压住板坯，保证冲头冲压时板坯固定稳定，保证法兰锻件加工精度。

所述冲头下端设置有斜面，斜面与冲头的下端面连接处设置有圆角，冲压过程中引导板坯引导孔顺利拉伸翻边。

所述通孔为圆孔或圆角矩形孔，冲头为圆柱形或圆角矩形柱，能够加工圆柱形或圆角矩形法兰中心孔，通孔与冲头的配合间隙公差为±0.005mm，保证压边圈位置精度，降低晃动，在整个成型过程能够稳定地压住板坯。

所述下模座中心设置有贯通的内孔，下模座内孔为圆形或圆角矩形，且下模的内孔与冲头的配合间隙公差为±0.005mm，保证锻件加工精度，锻件内孔直接成型，免去后续加工工序。

所述下模为圆环或圆角矩形环，能够加工圆柱形或圆角矩形法兰颈部，垫环为圆环或圆角矩形环，下模座的环形槽为圆环槽或圆角矩形环槽，下模的下端***下模座的环形槽内，下模的上端高出下模座，且下模的内孔上端开口处设置有沉孔，下模的内孔与沉孔底连接处设置有圆角，圆角在板坯翻边时提供支撑，同时提供板坯一定的弯折半径，保证金属流线的连续性。沉孔高度小于板坯的厚度，保证板坯在成型过程中能够被稳定地夹持住，保证法兰锻件加工精度。

所述沉孔为圆形或矩形，能够加工圆形或矩形法兰盘。

第一压缩弹簧弹力满足冲头向下运动挤压第二压缩弹簧至完全压缩状态时，第一压缩弹簧未达到完全压缩状态，且板坯与下模座之间仍存在一段距离，即保证板坯完成冲挤过程后再进行镦锻，避免漏料的情况。

在生产过程中，板坯经加热后再进行成型，成型完成后，由于温度降低产生冷缩，法兰锻件容易包在冲头上，同时由于反镦挤压，法兰锻件会和下模产生粘接，但冷缩能降低与下模粘接的效果，冲头卸力向上提升复位，压缩弹簧开始伸长，在弹簧弹力的作用下，促使法兰锻件向与下模分离的方向运动，离开下模后压边圈将法兰从冲头上推下，实现法兰和模具的分离。

一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的方法，该方法包括如下步骤：

S1、锻压：将板坯放入沉孔中，启动液压机，下模座固定不动，冲头向下运动，挤压第二压缩弹簧，第二压缩弹簧压缩产生的弹力作用在压边圈上，压边圈在弹簧弹力的作用下对板坯进行锻压，直到压边圈与下模接触，在弹簧弹力作用下，压边圈与下模共同夹持住板坯；

S2、拉伸翻边：冲头继续向下运动，通过导引孔，冲头挤压板坯材料向周边移动，导引孔发生弯曲拉伸变薄，导引孔在冲头的作用下逐渐增大，导引孔周边材料沿冲头外圈向下模内孔孔壁翻转；

S3、冲挤：当法兰锻件颈部厚度小于板坯厚度时，板坯与下模内孔孔壁接触后，冲头与下模内孔形成一个小于板坯厚度的空间，随着冲头继续向下运动，板坯材料在冲头的挤压下开始变薄，多余金属开始向下流动，法兰颈部变薄变长；当法兰锻件颈部厚度大于等于板坯厚度时，板坯在法兰颈部的材料在冲头的挤压下开始拉伸变薄；

S4、镦锻：冲头继续向下运动，下模在冲头的作用下同时向下运动，促使垫环挤压第一压缩弹簧向下运动，下模座、下模、压边圈和冲头之间构成的封闭型腔高度越来越小，在板料翻边后与下模座接触，下模座反向作用于坯料，实现反向镦锻，将翻边后端面镦平整，同时将多余的金属挤向上端面圆角处，直至将上述封闭型腔填满，模具停止运动，得到尺寸满足要求的法兰锻件。反向镦锻能够对法兰颈部进行镦粗，能够满足法兰锻件颈部厚度大于板坯厚度的加工需求。

所述的一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的方法，步骤S1中板坯放入沉孔前的预处理括如下步骤：

S11、制坯：选用厚度均匀的板材，并将板材按尺寸要求进行切割，切割后在坯料中心加工出导引孔，导引孔形状对应法兰内孔形状为圆形或圆角矩形，获得板坯；

S12、加热：然后将S11步骤中获得的板坯放入加热炉中加热至1150℃～1180℃。

本发明的有益效果在于：

与现有技术相比，本发明巧妙借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力，实现多种相反方向的运动，实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式，保证了金属流线的完整性，具有较高的力学性能，冲压设备只需一个动力模块，降低了设备需求。设置压边圈和垫圈，大大降低了模具开制成本，而且结构紧凑、实用性强，同时还便于模具的维修和更换。选择合适厚度的板材，对于不同的法兰盘厚度可以通过锻压直接成型，对于不同的法兰颈厚度可以通过冲挤直接成型，降低加工余量，节约了生产成本。冲头卸力复位时，借助弹簧弹力，实现法兰和模具的自动分离。模具适用性广，各种法兰盘、法兰颈部和法兰内孔形状均能够适用。

附图说明

图1是本发明的法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具结构示意图；

图2是本发明法兰冲压翻边过程示意图；

图3是本发明法兰冲挤拉伸过程完成时的示意图；

图4是本发明法兰成型完成时的示意图；

图5是冲挤过程未完成就开始镦锻产生漏料的示意图。

图中：1-下模座，2-第一压缩弹簧，3-垫环，4-下模，5-板坯，6-压边圈，7-第二压缩弹簧，8-冲头，41-沉孔，61-通孔，62-台阶孔，81-环形台阶，82-斜面。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1至图4所示，一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具，包括下模座组件、下模4、上模组件，下模座组件包括下模座1、第一压缩弹簧2、垫环3，下模座1设置有环形槽，环形槽槽底设置有第一压缩弹簧2，第一压缩弹簧2上设置有垫环3，垫环3上设置有下模4；上模组件包括压边圈6、第二压缩弹簧7、冲头8，压边圈6中心设置有垂直的通孔61，通孔上设置有内置的台阶孔62，冲头8***通孔61，冲头8上设置有环形台阶81，环形台阶81限制在台阶孔62内，环形台阶81和台阶孔62下底面之间设置有第二压缩弹簧7，第二压缩弹簧7套在冲头8上。借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力，实现多种相反方向的运动，实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式。

所述冲头8的尺寸满足在整个行程范围内，冲头8上端保持伸出通孔61的状态，既保证压边圈6定位可靠，又避免压边圈6与锻压设备直接接触，使得冲头8不能完全压缩第二压缩弹簧7至完全压缩状态产生行程不足，最终导致板坯5不能完全翻边的情况。冲头8的行程范围从环形台阶81与台阶孔62上顶面贴合状态开始，到冲头8向下运动挤压第一压缩弹簧2和第二压缩弹簧7均至完全压缩状态为止。

所述环形台阶81位置满足环形台阶81与台阶孔62上顶面接触时，冲头8的下端不伸出通孔61，且冲头8的下端面位于通孔61内，即冲压时压边圈6在冲头8之前与板坯5接触，压住板坯5，保证冲头8冲压时板坯5固定稳定，保证法兰锻件加工精度。

所述冲头8下端设置有斜面82，斜面82与冲头8的下端面连接处设置有圆角，冲压过程中引导板坯引导孔顺利拉伸翻边。

所述通孔61为圆孔或圆角矩形孔，冲头8为圆柱形或圆角矩形柱，能够加工圆柱形或圆角矩形法兰中心孔，通孔61与冲头8的配合间隙公差为±0.005mm，保证压边圈位置精度，降低晃动，在整个成型过程能够稳定地压住板坯5。

所述下模座1中心设置有贯通的内孔，下模座1内孔为圆形或圆角矩形，且下模座1内孔与冲头8的配合间隙公差为±0.005mm，保证锻件加工精度，锻件内孔直接成型，免去后续加工工序。

所述下模4为圆环或圆角矩形环，能够加工圆柱形或圆角矩形法兰颈部，垫环3为圆环或圆角矩形环，下模座1的环形槽为圆环槽或圆角矩形环槽，下模4的下端***下模座1的环形槽内，下模4的上端高出下模座1，且下模4的内孔上端开口处设置有沉孔41，下模4的内孔与沉孔41底连接处设置有圆角，圆角在板坯5翻边时提供支撑，同时提供板坯5一定的弯折半径，保证金属流线的连续性。沉孔41高度小于板坯5的厚度，保证板坯5在成型过程中能够被稳定地夹持住，保证法兰锻件加工精度。

所述沉孔41为圆形或矩形，能够加工圆形或矩形法兰盘。

第一压缩弹簧2弹力满足冲头8向下运动挤压第二压缩弹簧7至完全压缩状态时，第一压缩弹簧2未达到完全压缩状态，板坯5与下模座1之间仍存在一段距离，即保证板坯5完成冲挤过程后再进行镦锻，避免漏料的情况。

如图5所示，冲挤过程未完成，便过早进入镦锻过程导致板坯5的部分材料被挤出，产生漏料。

在生产过程中，板坯5经加热后再进行成型，成型完成后，由于温度降低产生冷缩，法兰锻件容易包在冲头8上，同时由于反镦挤压，法兰锻件会和下模4产生粘接，但冷缩能降低与下模4粘接的效果，冲头8卸力向上提升复位，压缩弹簧开始伸长，在弹簧弹力的作用下，促使法兰锻件向与下模4分离的方向运动，离开下模4后压边圈6将法兰从冲头8上推下，实现法兰和模具的分离。

一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的方法，该方法包括如下步骤：

S1、锻压：取出板坯5将其放入沉孔41中，启动液压机，下模座1固定不动，冲头8向下运动，挤压第二压缩弹簧7，第二压缩弹簧7压缩产生的弹力作用在压边圈6上，压边圈6在弹簧弹力的作用下对板坯5进行锻压，直到压边圈6与下模4接触，在弹簧弹力作用下，压边圈6与下模4共同夹持住板坯5；

S2、拉伸翻边：冲头8继续向下运动，通过导引孔，冲头8挤压板坯5材料向周边移动，导引孔发生弯曲拉伸变薄，导引孔在冲头8的作用下逐渐增大，导引孔周边材料沿冲头8外圈向下模4内孔孔壁翻转；

S3、冲挤：当法兰锻件颈部厚度小于板坯厚度时，板坯5与下模4内孔孔壁接触后，冲头8与下模4内孔形成一个小于板坯4厚度的空间，随着冲头8继续向下运动，板坯5材料在冲头8的挤压下开始变薄，多余金属开始向下流动，法兰颈部变薄变长；当法兰锻件颈部厚度大于等于板坯厚度时，板坯5在法兰颈部的材料在冲头8的挤压下开始拉伸变薄；

S4、镦锻：冲头8继续向下运动，下模4在冲头8的作用下同时向下运动，促使垫环3挤压第一压缩弹簧2向下运动，下模座1、下模4、压边圈6和冲头8之间构成的封闭型腔高度越来越小，在板坯5翻边后与下模座1接触，下模座1反向作用于坯料，实现反向镦锻，将翻边后端面镦平整，同时将多余的金属挤向上端面圆角处，直至将上述封闭型腔填满，模具停止运动，得到尺寸满足要求的法兰锻件。反向镦锻能够对法兰颈部进行镦粗，能够满足法兰锻件颈部厚度大于板坯厚度的加工需求。

所述的一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的方法，步骤S1中板坯5放入沉孔41前的预处理包括如下步骤：

S11、制坯：选用厚度均匀的板材，并将板材按尺寸要求切割，切割后在坯料中心加工出导引孔，导引孔形状对应法兰内孔形状为圆形或圆角矩形，获得板坯5；

S12、加热：然后将S1步骤中获得的板坯5放入加热炉中加热至1150℃～1180℃。

本发明提供的一种法兰板锻冲挤反镦复合成型的模具及方法，巧妙借助弹簧压缩、回复带来的作用力与反作用力，实现多种相反方向的运动，实现锻压、拉伸、翻边、冲挤、反镦等多种成形方式，保证了金属流线的完整性，具有较高的力学性能，冲压设备只需一个动力模块，降低了设备需求。设置压边圈和垫圈，大大降低了模具开制成本，而且结构紧凑、实用性强，同时还便于模具的维修和更换。选择合适厚度的板材，对于不同的法兰盘厚度可以通过锻压直接成型，对于不同的法兰颈厚度可以通过冲挤直接成型，降低加工余量，节约了生产成本。冲头卸力复位时，借助弹簧弹力，实现法兰和模具的自动分离。模具适用性广，各种法兰盘、法兰颈部和法兰内孔形状均能够适用。