大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺及模具的制作方法

1.本发明涉及锻造技术领域，尤其是一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺及模具。


背景技术：

2.采用304(或304l)的燃油汽车发动机不锈钢油轨的长径比达到了16，属于大长径比锻件，在锻造完成冷却到室温后都会出现较大的变形，变形主要是油轨沿着轴线出现弯曲导致直线度超差。变形后的油轨必须经校直才能保证后续机加工获得合格产品，满足使用要求。现有的大长径比304不锈钢油轨的加工工艺为：锻造—切边—冷却—冷整形—喷丸—(固溶)—机加工，其中冷整形即室温整形。但进一步的研究发现，冷整形的油轨锻件经机加工打孔后会出现二次变形反弹，反弹量仍有可能超出变形量的技术要求，这将造成废品的出现，降低合格率，抬升成本。
3.当前的冷整形会造成油轨锻件经机加工打孔后出现较大的二次变形反弹，反弹量仍有可能超出变形量的技术要求而致废品出现。
4.本发明针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺及模具，可以避免打孔后出现大的变形反弹量，提高整形精度，降低废品率。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有冷整形的油轨锻件经机加工打孔后会出现二次变形反弹，反弹量仍有可能超出变形量的技术要求，这将造成废品的出现，降低合格率，抬升成本问题，本发明提供了一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺及模具，将其空冷或风冷至650
‑
750℃，可以避免打孔后出现大的变形反弹量，提高整形精度，降低废品率，有效解决了现有上述问题。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
7.一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺，在油轨锻造完成后，将其空冷或风冷至650
‑
750℃进行整形。
8.一种用于上述的一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺的模具，该模具包括上模座、固定于其上的上模、下模座、固定于其上的下模以及顶杆，所述顶杆位于所述下模容纳油轨凸起结构的凹坑处。
9.具体的，所述上模座与下模座通过设有的导柱和导套进行定位及导向。
10.具体的，模具型腔的半径比锻件稍大0.1
‑
0.2mm。
11.具体的，该模具的型腔横截面为大半圆状。
12.具体的，该模具的型腔横截面的圆心角为140
°
。
13.一种用于上述的大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺的整形设备，该设备采用液压机。
14.本发明的有益效果是：本发明提供了一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺
及模具，将其空冷或风冷至650
‑
750℃，可以避免打孔后出现大的变形反弹量，提高整形精度，降低废品率；横截面设计使得整形完成后锻件可以顺利脱模不会卡在模具里；本发明采用液压机，能保证高度不同的锻件其整形压力基本一致，整形变形量也基本一致，稳定性高且不会超载。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
16.图1是本发明的模具的结构示意图；
17.图2是本发明的型腔横截面的结构示意图。
18.图中，1上模座，2上模，3下模座，4下模，5顶杆，10.锻件。
具体实施方式
19.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
20.一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺，在油轨锻造完成后，将其空冷或风冷至650
‑
750℃进行整形。
21.一种用于上述的一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺的模具，该模具包括上模座1、固定于其上的上模2、下模座3、固定于其上的下模4以及顶杆5，顶杆5位于下模4容纳油轨凸起结构的凹坑处。
22.在一种具体实施方式中，上模座1与下模座3通过设有的导柱和导套进行定位及导向。
23.在另一种具体实施方式中，模具型腔的半径比锻件稍大0.1
‑
0.2mm。
24.优选的具体实施方式，该模具的型腔横截面为大半圆状，该模具的型腔横截面的圆心角为140
°
。
25.一种用于上述的大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺的整形设备，该设备采用液压机。
26.本发明提供了一种大长径比304不锈钢油轨高温整形工艺及模具，避免了打孔后的变形反弹，为后续机加工奠定了良好的基础，提高了产品的合格率。
27.其技术原理及方案如下：
28.冷整形时由于整形产生的变形及内应力会在锻件中保留下来，整体内应力处于平衡状态，而打孔去除部分材料就使得原先处于平衡的内应力再次失去平衡而不得不使锻件再次变形寻找平衡点，这就引起了锻件的二次变形反弹，因此，冷整形后残存的较高的内应力是二次变形反弹的主要原因，这也使冷整形有着难以克服的引发二次变形的缺陷。为了克服这个缺陷，将整形过程放在高温是一个简单有效的方法，高温可以使整形应力迅速释放而降低残存的内应力，使后续机加工出现二次变形的可能性大大降低。
29.该技术的第一个重要问题是整形温度范围的选择。首先，在足够高的温度整形时，应力绝大部分在整形时就由于动态回复而被释放，冷却至室温时残存的应力基本上所剩无几，打孔后就不会产生大的变形反弹而超差。而另一方面，如果在过高的温度整形，由于整形的变形量很小，很可能该变形量处于临界变形量范围而引发再结晶粗晶组织出现，对锻
件力学性能不利，因此在一个适当的温度范围整形是必要的。通过实验证实，在650
‑
750℃的温度区间进行整形时，组织主要发生的是回复而不是再结晶，可以避免出现再结晶粗晶，同时又有足够高的温度以消除绝大部分变形应力，避免后续室温打孔时出现二次形变。而这种由304和304l制造的油轨直径较小，空冷也可以获得单相奥氏体组织，因此在这个温度区间进行整形并不影响锻件获得固溶组织，出现晶间腐蚀的风险并不大。
30.第二个重要的问题是整形模具的型腔横截面形状设计，型腔横截面形状对整形过程有很大影响。整形模具的整体结构如图1所示，模具包括上模座1及固定于其上的上模2，下模座3及固定于其上的下模4、顶杆5，顶杆5位于下模3容纳油轨凸起结构的凹坑处。上模座1与下模座3可通过导柱、导套定位及导向以保证精度。由于整形时需要进行微量的变形，上模2及下模4的型腔横截面如果是完整的半圆形且尺寸与锻件名义尺寸相同，很可能会出现以下三个问题：(一)有可能由于油轨锻件本身的直径尺寸超差而卡在模具上无法取下，(二)锻件受力变形后横向膨胀而直径增大，卡在模具上不利于脱模，(三)不同的锻件在垂直方向的厚度不同，如果锻件高度不足，在整形完成以前上模2及下模4就已经接触靠死而无法完成整形，同时也可能引起模具的损坏。因此，对上模2和下模4的横截面形状进行优化设计是必要的，优化设计如下：
①
模具型腔的半径稍微放大0.1
‑
0.2mm，既可以使锻件顺利进入型腔，也可以使变形后的材料有容纳空间，见图2。这样的横截面设计使得整形完成后锻件可以顺利脱模不会卡在模具里，避免(一)、(二)条所述问题。
②
二者的横截面设计成大半圆而不是完整半圆，圆心角约为140
°
左右即可，如图2所示，这样就避免了(三)所述问题的出现。
31.整形设备的选择是第三个重要问题。最终整形设备选择使用液压机，原因如下：由于锻件的厚度并不一致，有些厚度在上限，而另一些在下限。如果采用机械压力机，由于其行程是按照锻件厚度的名义尺寸调整的，只能进行行程控制而无法通过压力控制，对于不同厚度的锻件都会被压到相同厚度，这样对于厚度大的锻件，其实际的变形力远超整形所需的压力，很可能对压力机造成损害。且厚度不同的锻件其下压变形量必然有很大差别，横向膨胀变形也不相同，既不利于整形的稳定性，也不利于模具的正常使用。而对于更薄的锻件则有可能造成整形不到位，整形后的弯曲变形量仍然较大。因此机械压力机并不适合这种工艺。而液压机通过压力进行控制可以避免上述不利。不同厚度的锻件在由弯曲到平直的变形过程中都是局部变形，且由于是中间高两端低，实际的变形是在弯矩作用下的弯曲变形，这个过程中变形力相差不大，达到平直后变形方式弯矩作用下的弯曲变为整体塑性变形，变形力则急剧增大，而这个变形力与锻件的投影面积相关，与厚度关系不大，因此可以调整好液压机压强，使得整形到平直阶段后的液压压强超出设定值引起控制阀门卸载，自动停止继续下压变形，这样就能保证高度不同的锻件其整形压力基本一致，整形变形量也基本一致，稳定性高且不会超载。该过程具体描述如下：首先调整好液压机的压力值。当整形开始时，液压机带动上模2下压至接触油轨锻件，此时由于锻件是弯曲的，变形是局部的且整形力即弯曲力也较小，上模2可以继续下降进行整形，这个由弯曲到平直的过程整形力逐渐增加但增加并不剧烈。整形到位时锻件整体受压，由局部弯曲变为整体塑性变形，变形抗力急剧增加，使得油压机到达指定压力值而卸载，完成整形过程。该过程中压力的最大值与锻件的厚度没有关系，只与锻件的投影面积相关，而各个锻件的投影面积基本是相同的，因此整形压力的最大值也基本是一致的，保证了整形变形量的一致性和稳定性。
32.具体步骤如下：
33.1)将模具安装在液压机上，处于准备状态时是开模状态，如图1所示，上模座1带着上模2处于高位而打开模具，这时顶杆5不受力而处于最低位置。
34.2)在油轨锻造完成后，将其空冷或风冷至750℃左右，放入整形模具下模4中，如图1和图2所示。
35.3)上模2下降与锻件接触并开始加压整形，直到上、下模都与锻件贴死达到整形的变形量要求，这时压力达到设定值，液压机卸载，整形完成。
36.4)上模2及上模座1在滑块带动下回程打开模具，顶杆5将锻件顶出，完成整形过程。
37.本发明是在650
‑
750℃的温度下进行整形，由于高温的存在，变形应力绝大部分在整形的同时就被释放，因此后续打孔后就不会产生大的变形反弹，避免了冷整形带来的二次变形尺寸超差问题。同时，由于整形温度不超过再结晶温度，也避免了再结晶粗晶的生成。
38.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。