一种自动式多向锻造装置及使用方法与流程

本发明涉及一种自动式多向锻造装置及使用方法，属于金属材料的锻压成形技术领域。

背景技术：

多向锻造技术是大塑性变形法中一种代表性工艺，多向锻造技术工艺简单、成本低，使用现有的工业装备即可制备大块组织致密、性能优良的超细晶材料。公开号为cn103468899a的中国专利实质就是典型的多向锻造技术，在公开号为cn102794380a的中国专利中，为解决现有的机架或底座变形的情况，提出一种闭塞式多向锻造装置，公开号为cn102002653a的中国专利也对原有的多向锻造技术进行了工艺改进，提出对纯铝的超细晶制备方法。在公开号为cn102974740a的中国专利中提出一种石油钻杆接头多向锻造工艺。

尽管现有多向锻造方法效果优良，但存在着操作繁琐、工艺连续性不高、生产效率过低等不足之处。如何提高多向锻造的效率，减少工艺的复杂是实现大塑性变形工业应用的亟待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供了一种自动式多向锻造装置，可同时实现多向同时锻造的功能，具备操纵简便、生产效率高的优点。

本发明提供的自动式多向锻造装置，由下砧、上砧、左滑块、右滑块、后滑块和前挡板组成。下砧位于自动式多向锻造装置的下方，上砧位于自动式多向锻造装置的上方，左滑块位于自动式多向锻造装置的左方，右滑块位于自动式多向锻造装置的右方，后滑块位于自动式多向锻造装置的后方，前挡板位于自动式多向锻造装置的前方，下砧、上砧、左滑块、右滑块、后滑块和前挡板围成一个腔体，腔体用于多向锻造的坯料成形。

所述下砧是一个长方体，下砧的上表面由“π”形滑道、“t”形滑槽、直角三角形滑道和凸台组成。

所述“π”形滑道由左滑道、右滑道、后滑道组成，左滑道、右滑道、后滑道的横截面是一个直角梯形，左滑道的斜面靠近下砧的左端面，左滑道的直角面与下砧的左端面平行，右滑道和左滑道关于中间平面左右对称，后滑道的斜面靠近下砧的后端面，后滑道的直角面与下砧的后端面平行，“π”形滑道的斜面与竖直平面的夹角为β，30°≤β≤60°。

所述“t”形滑槽分别位于“π”形滑道的左滑道、右滑道、后滑道的斜面上，作用是为了限制左滑块、右滑块、后滑块的运动，“t”形滑槽分别由水平滑槽和垂直滑槽组成，水平滑槽的横截面是一个半圆，垂直滑槽与水平滑槽垂直，其横截面是一个5/6的圆，圆的直径与水平滑槽横截面半圆的直径相等，水平滑槽与垂直滑槽之间用圆弧过渡，便于拆卸。

所述直角三角形滑道的横截面是直角三角形，与“π”形滑道构成“开”字形，直角三角形滑道的斜面靠近下砧的前端面，直角三角形滑道的直角面与下砧的前端面平行，直角三角形滑道的斜面与直角三角形滑道的竖直平面的夹角为δ，δ＝β。

所述凸台由“π”形滑道和直角三角形滑道围成的，凸台的表面为工作面，工作面长为a，宽为b。

所述上砧的大小、结构与下砧完全相同，上砧与下砧关于中间水平平面镜像对称，上砧的上表面与液压机的工作面相连。

所述左滑块的横截面是元宝形，左滑块从左向右依次由长梯形棱柱、长方柱体和短梯形棱柱组成，长梯形棱柱斜面与长梯形棱柱的竖直平面的夹角为α，α＝β，在长梯形棱柱的上下两个斜面的中央位置有一个5/6球体，短梯形棱柱的斜面与短梯形棱柱的竖直方向的夹角为θ，60°≤θ＜90°，左滑块关于其中心水平平面上下对称，短梯形棱柱的右端面为工作面，工作面的高为c，长为a。

所述右滑块与左滑块的形状尺寸和结构完全一样，右滑块与左滑块关于中间垂直平面镜像对称，右滑块的短梯形棱柱的左端面为工作面，工作面高为c，长为a。

所述后滑块与左滑块的形状尺寸和结构完全一样，后滑块的短梯形棱柱的前端面为工作面，后滑块的工作面高为c，宽为b。

所述前挡板的横截面是一个等腰梯形，前挡板的斜面与前挡板的竖直平面的夹角为γ，γ＝δ，前挡板的竖直平面的后端面的一部分为工作面，工作面的宽为b，高为c。

本发明提供了一种动式多向锻造装置的各结构装配关系如下：

左滑块、右滑块和后滑块的长梯形棱柱斜面上的5/6球体的直径比“t”形滑槽的横截面的圆直径小0.5-1mm，保证左滑块、右滑块和后滑块沿着“t”形滑槽的水平滑槽滑动至垂直滑槽，在垂直滑槽的约束下，左滑块、右滑块和后滑块沿着“π”形滑道的斜面做相对运动。

当左滑块、右滑块和后滑块的长方柱体的上表面运动到与“π”形滑道的底面接触时，滑块运动停止。

前挡板装入自动式多向锻造装置中时，前挡板的下斜面与下砧的直角三角形滑道的斜面贴合，前挡板的后端面与直角三角形滑道的直角面贴合，当自动式多向锻造装置运动停止时，前挡板的上斜面与上砧的直角三角形滑道的斜面贴合，前挡板的后端面与上砧的直角三角形滑道的直角面贴合。

上砧在压力的作用下向下运动，由于上砧和下砧的“π”形滑道的斜面上“t”形滑槽中垂直滑槽的约束，左滑块、右滑块和后滑块沿着“π”形滑道的斜面向上运动，当左滑块、右滑块和后滑块的长方柱体的上表面与“π”形滑道的底面接触时，装置运动停止，此时前挡板的上斜面与上砧的直角三角形滑道的斜面贴合，前挡板的后端面与上砧的直角三角形滑道的直角面贴合，上砧、下砧、左滑块、右滑块、后滑块和前挡板的工作面相互垂直，形成一个封闭的长为a，宽为b，高为c的长方体空间。

多向锻造的坯料形状是一个长方体，长为a，宽为b，高为c，a∶b∶c＝1∶1.1∶1.2～1∶1.5∶2.5，坯料的三个相对面分别为a面、b面、c面，将长方体的坯料长为a、宽为b的面为a面，长为a、高为c的面为b面，宽为b、高为c的面为c面。

本发明提供了一种利用上述自动式多向锻造装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)准备工作，将下砧固定在液压机的工作台面上，上砧与液压机的工作面相连，在上砧和下砧的“t”形滑槽、“π”形滑道的斜面、直角三角形滑道的斜面上分别添加润滑油，然后先将后滑块沿着后滑道斜面上的“t”形滑槽的水平滑槽从右向左滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽的垂直滑槽，保证后滑块沿着垂直滑槽运动；再将左滑块沿着左滑道斜面上的“t”形滑槽的水平滑槽从前向后滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽的垂直滑槽，保证左滑块沿着垂直滑槽运动；最后将右滑块沿着右滑道斜面上的“t”形滑槽的水平滑槽从前向后滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽的垂直滑槽，保证右滑块沿着垂直滑槽运动。

(2)按照锻造工艺所要求温度对加热后的长方体坯料以c面向上，b面向右，a面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，然后再用钳子将前挡板从右向左贴着下砧直角三角形滑道的斜面和直角面滑进自动式多向锻造装置中。

(3)启动液压机，将液压机以200-300mm/s的速度向下运动，由于上砧和下砧的“π”形滑道的斜面上“t”形滑槽中垂直滑槽的限制，左滑块、右滑块和后滑块同时沿着“π”形滑道的斜面向上运动，当上砧的工作面与坯料的c面接触时，将液压机的速度调整为45-50mm/s对坯料进行锻造，此时左滑块、右滑块和后滑块同时沿着“π”形滑道的斜面向上运动，当左滑块、右滑块和后滑块的长方柱体的上表面与“π”形滑道的底面接触，前挡板的上斜面与上砧直角三角形滑道的斜面贴合，后端面与上砧直角三角形滑道的直角面贴合的时候，自动式多向锻造装置运动停止，之后保压30s。

(4)将液压机以200-300mm/s的速度带动上砧向上运动，左滑块、右滑块和后滑块的上下斜面上的5/6球体在“t”形滑槽中垂直滑槽的约束下，左滑块、右滑块和后滑块同时沿着“π”形滑道的斜面向下运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板向一侧滑动，用钳子将坯料取出。

(5)将坯料以a面向上，c面向右，b面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，用钳子将前挡板推进自动式多向锻造装置中，将液压机以200-300mm/s的速度向下运动，当上砧的工作面与坯料的a面接触时，将液压机的速度调整为45-50mm/s对坯料进行第二道次锻造，保压30s。

(6)将液压机以200-300mm/s的速度带动上砧向上运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板向一侧滑动，用钳子将坯料取出，将坯料以b面向上，a面向右，c面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，用钳子将前挡板推进自动式多向锻造装置中，将液压机以200-300mm/s的速度向下运动，当上砧的工作面与坯料的b面接触时，将液压机的速度调整为45-50mm/s对坯料进行第三道次锻造，保压30s。

(7)将液压机以200-300mm/s的速度带动上砧向上运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板向一侧滑动，用钳子将坯料取出。

(8)坯料进行第一道次锻造、第二道次锻造、第三道次锻造后视为进行了一步工序，重复步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(7)进行第二步工序、第三步工序…，实现坯料的多向锻造。

(9)加工结束后，用钳子将前挡板推进自动式多向锻造装置中，调整上砧的位置，使前挡板的后端面与上砧直角三角形滑道的直角面接触，防止灰尘进入。

附图说明

图1为本装置的整体示意图；

图2为下砧上表面的结构示意图；

图3为“π”形滑道示意图；

图4为下砧的主视图；

图5为下砧的左视图；

图6为左滑块的结构示意图；

图7为前挡板的结构示意图；

图8为多向锻造的坯料示意图

图中：i、上砧；ii、下砧；iii、左滑块；iv、右滑块；v、后滑块；vi、前挡板

1、“π”形滑道；2、“t”形滑槽；3、直角三角形滑道；4、凸台

①、长梯形棱柱；②、长方柱体；③、短梯形棱柱；④5/6球体

β、“π”形滑道的斜面与“π”形滑道的竖直平面的夹角；

δ、直角三角形滑道的斜面与直角三角形滑道的竖直平面的夹角；

γ、前挡板的斜面与前挡板的竖直平面的夹角；

α、左滑块的长梯形棱柱的斜面与左滑块的竖直平面的夹角；

θ、左滑块的滑块短梯形的斜面与左滑块的竖直平面的夹角；

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例：自动式多向锻造装置及使用方法

多向锻造的坯料是一个长方体的纯铝，长为10cm，宽为12cm，高为15cm，坯料的三个相对面分别为a面、b面、c面，将长方体的坯料长为10cm、宽为12cm的面为a面，长为10cm、高为15cm的面为b面，宽为12cm、高为15cm的面为c面。

图1～7示出了自动式多向锻造装置，由下砧i、上砧ii、左滑块iii、右滑块iv、后滑块v和前挡板vi组成。下砧i位于自动式多向锻造装置的下方，上砧ii位于自动式多向锻造装置的上方，左滑块iii位于自动式多向锻造装置的左方，右滑块iv位于自动式多向锻造装置的右方，后滑块v位于自动式多向锻造装置的后方，前挡板vi位于自动式多向锻造装置的前方，下砧i、上砧ii、左滑块iii、右滑块iv、后滑块v和前挡板vi围成一个腔体，腔体用于多向锻造的坯料成形。

所述下砧i是一个长方体，下砧i的上表面由“π”形滑道1、“t”形滑槽2、直角三角形滑道3和凸台4组成。

所述“π”形滑道1由左滑道、右滑道、后滑道组成，左滑道、右滑道、后滑道的横截面是一个直角梯形，左滑道的斜面靠近下砧i的左端面，左滑道的直角面与下砧i的左端面平行，右滑道和左滑道关于中间平面左右对称，后滑道的斜面靠近下砧i的后端面，后滑道的直角面与下砧i的后端面平行，“π”形滑道1的斜面与竖直平面的夹角为β，β＝45°。

所述“t”形滑槽2分别位于“π”形滑道1的左滑道、右滑道、后滑道的斜面上，作用是为了限制左滑块iii、右滑块iv、后滑块v的运动，“t”形滑槽2分别由水平滑槽和垂直滑槽组成，水平滑槽的横截面是一个半圆，垂直滑槽与水平滑槽垂直，其横截面是一个5/6的圆，圆的直径与水平滑槽横截面半圆的直径相等，水平滑槽与垂直滑槽之间用圆弧过渡，便于拆卸。

所述直角三角形滑道3的横截面是直角三角形，与“π”形滑道1构成“开”字形，直角三角形滑道3的斜面靠近下砧i的前端面，直角三角形滑道3的直角面与下砧i的前端面平行，直角三角形滑道3的斜面与直角三角形滑道3的竖直平面的夹角为δ，δ＝β。

所述凸台4由“π”形滑道1和直角三角形滑道3围成的，凸台4的表面为工作面，工作面长为10cm，宽为12cm。

所述上砧ii的大小、结构与下砧i完全相同，上砧ii与下砧i关于中间水平平面镜像对称，上砧ii的上表面与液压机的工作面相连。

所述左滑块iii的横截面是元宝形，左滑块iii从左向右依次由长梯形棱柱①、长方柱体②和短梯形棱柱③组成，长梯形棱柱①的斜面与长梯形棱柱①的竖直平面的夹角为α，α＝β，在长梯形棱柱①的上下两个斜面的中央位置有一个5/6球体④，短梯形棱柱③的斜面与短梯形棱柱③的竖直方向的夹角为θ，θ＝70°，左滑块iii关于其中心水平平面上下对称，短梯形棱柱③的右端面为工作面，工作面的高为15cm，长为10cm。

所述右滑块iv与左滑块iii的形状尺寸和结构完全一样，右滑块iv与左滑块iii关于中间垂直平面镜像对称，右滑块iv的短梯形棱柱③的左端面为工作面，工作面高为15cm，长为10cm。

所述后滑块v与左滑块iii的形状尺寸和结构完全一样，后滑块v的短梯形棱柱③的前端面为工作面，后滑块v的工作面高为15cm，宽为12cm。

所述前挡板vi的横截面是一个等腰梯形，前挡板vi的斜面与前挡板vi的竖直平面的夹角为γ，γ＝5，前挡板vi的竖直平面的后端面的一部分为工作面，工作面的宽为12cm，高为15cm。

本发明提供了一种自动式多向锻造装置的各结构装配关系如下：

左滑块iii、右滑块iv和后滑块v的长梯形棱柱①的斜面上的5/6球体的直径比“t”形滑槽2的横截面的圆直径小0.5mm，保证左滑块iii、右滑块iv和后滑块v沿着“t”形滑槽2的水平滑槽滑动至垂直滑槽，在垂直滑槽的约束下，左滑块iii、右滑块iv和后滑块v沿着“π”形滑道1的斜面做相对运动。

当左滑块iii、右滑块iv和后滑块v的长方柱体②的上表面运动到与“π”形滑道1的底面接触时，滑块运动停止。

前挡板vi装入自动式多向锻造装置中时，前挡板vi的下斜面与下砧i的直角三角形滑道3的斜面贴合，前挡板vi的后端面与直角三角形滑道3的直角面贴合，当自动式多向锻造装置运动停止时，前挡板vi的上斜面与上砧ii的直角三角形滑道3的斜面贴合，前挡板vi的后端面与上砧ii的直角三角形滑道3的直角面贴合。

上砧ii在压力的作用下向下运动，由于上砧ii和下砧i的“π”形滑道1的斜面上“t”形滑槽2中垂直滑槽的约束，左滑块iii、右滑块iv和后滑块v沿着“π”形滑道1的斜面向上运动，当左滑块iii、右滑块iv和后滑块v的长方柱体②的上表面与“π”形滑道1的底面接触时，装置运动停止，此时前挡板vi的上斜面与上砧ii的直角三角形滑道3的斜面贴合，前挡板vi的后端面与上砧ii的直角三角形滑道3的直角面贴合，上砧ii、下砧i、左滑块iii、右滑块iv、后滑块v和前挡板vi的工作面相互垂直，形成一个封闭的长为10cm，宽为12cm，高为15cm的长方体空间。

本发明提供了一种利用上述自动式多向锻造装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)准备工作，将下砧i固定在液压机的工作台面上，上砧ii与液压机的工作面相连，在上砧ii和下砧i的“t”形滑槽2、“π”形滑道1的斜面、直角三角形滑道3的斜面上分别添加润滑油，然后先将后滑块v沿着后滑道斜面上的“t”形滑槽2的水平滑槽从右向左滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽2的垂直滑槽，保证后滑块v沿着垂直滑槽运动；再将左滑块iii沿着左滑道斜面上的“t”形滑槽2的水平滑槽从前向后滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽2的垂直滑槽，保证左滑块iii沿着垂直滑槽运动；最后将右滑块iv沿着右滑道斜面上的“t”形滑槽2的水平滑槽从前向后滑进自动式多向锻造装置中，到达“t”形滑槽2的垂直滑槽，保证右滑块iv沿着垂直滑槽运动。

(2)按照锻造工艺所要求温度对加热后300℃的长方体坯料以c面向上，b面向右，a面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，然后再用钳子将前挡板vi从右向左贴着下砧i的直角三角形滑道3的斜面和直角面滑进自动式多向锻造装置中。

(3)启动液压机，将液压机以250mm/s的速度向下运动，由于上砧ii和下砧i的“π”形滑道1的斜面上“t”形滑槽2中垂直滑槽的限制，左滑块iii、右滑块iv和后滑块v同时沿着“π”形滑道1的斜面向上运动，当上砧ii的工作面与坯料的c面接触时，将液压机的速度调整为48mm/s对坯料进行锻造，此时左滑块iii、右滑块iv和后滑块v同时沿着“π”形滑道1的斜面向上运动，当左滑块iii、右滑块iv和后滑块v的长方柱体②的上表面与“π”形滑道1的底面接触，前挡板vi的上斜面与上砧ii的直角三角形滑道3的斜面贴合，后端面与上砧ii的直角三角形滑道3的直角面贴合的时候，自动式多向锻造装置运动停止，之后保压30s。

(4)将液压机以250mm/s的速度带动上砧ii向上运动，左滑块iii、右滑块iv和后滑块v的上下斜面上的5/6球体在“t”形滑槽2中垂直滑槽的约束下，左滑块iii、右滑块iv和后滑块v同时沿着“π”形滑道1的斜面向下运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板vi向一侧滑动，用钳子将坯料取出。

(5)将坯料以a面向上，c面向右，b面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，用钳子将前挡板vi推进自动式多向锻造装置中，将液压机以250mm/s的速度向下运动，当上砧ii的工作面与坯料的a面接触时，将液压机的速度调整为48mm/s对坯料进行第二道次锻造，保压30s。

(6)将液压机以250mm/s的速度带动上砧ii向上运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板vi向一侧滑动，用钳子将坯料取出，将坯料以b面向上，a面向右，c面向前的方式布置，用钳子将坯料夹住，放入自动式多向锻造装置中，用钳子将前挡板vi推进自动式多向锻造装置中，将液压机以250mm/s的速度向下运动，当上砧ii的工作面与坯料的b面接触时，将液压机的速度调整为48mm/s对坯料进行第三道次锻造，保压30s。

(7)将液压机以250mm/s的速度带动上砧ii向上运动，自动式多向锻造装置打开，用钳子推动前挡板vi向一侧滑动，用钳子将坯料取出。

(8)坯料进行第一道次锻造、第二道次锻造、第三道次锻造后视为进行了一步工序，重复步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(7)进行第二步工序、第三步工序…，实现坯料的多向锻造。

(9)加工结束后，用钳子将前挡板vi推进自动式多向锻造装置中，调整上砧ii的位置，使前挡板vi的后端面与上砧ii的直角三角形滑道3的直角面接触，防止灰尘进入。