CN109092958A - 一种带台肩管类件触变成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带台肩管类件触变成形方法，属于半固态成形领域。本发明所述方法为：将金属管首先局部感应加热至固相线温度以上并保温，然后放入预热的级进模内先进行第一道次挤压变形并保压，然后快速取出金属管放入预热的级进模内进行第二道次挤压变形并保压，获得带台肩管类件，然后对其快速水淬，最后进行T6热处理。本发明所述方法采用级进模两次局部触变挤压成形制备带台肩管类件，模具结构简单、生产效率高、成本低、产品质量高、材料利用率高、易于实现机械化和自动化生产。

Description

一种带台肩管类件触变成形方法

技术领域

本发明涉及一种带台肩管类件触变成形方法，属于半固态成形领域。

背景技术

带台肩管类件具有支撑回转轴、定位等作用，常被用于机械、航空航天等领域。带台肩管类件的一种生产方法为先采用离心铸造等液态成形方法制备管状毛坯，然后经过机械加工得到零件；另一种生产方法为采用厚壁塑性变形金属管，直接机械加工得到零件。第一种生产方法中，一方面由于液态成形的毛坯为粗大枝晶组织，导致轴套零件综合力学性能不高，影响零件使用寿命；另一方面，毛坯经过大量机械加工，导致材料利用率低，生产周期长。第二种生产方法中，一方面要求该类零件的材料必须有良好塑性成形能力，因此，对塑性成形能力较差的金属材料不适合；另一方面需要机械加工，导致材料浪费较多、生产周期长、产品生产成本高。

金属半固态成形技术自20世纪70年代提出以来，得到快速发展，它是对处于固液两相温度区间的半固态金属浆料进行成形的方法。与传统液态成形和塑性成形相比，金属半固态成形技术的材料综合利用率较高，且可以成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件，成形温度低，成形载荷小，可实现近终成形，因此采用半固态成形方法制备带台肩管类件有望解决现有技术中管类件力学性能低、材料利用率低等问题，实现近终形、低成本、高性能的轴套生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有带台肩管类件制备方法中材料利用率低、力学性能差、生产周期长等问题，提供一种带台肩管类件触变成形方法，该方法利用半固态成形技术，采用2步局部触变成形制备出材料利用率高、生产效率高、力学性能优异的带台肩管类件，具体包括以下步骤：

（1）首先将金属管变形部分感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温5-15分钟；

（2）将加热后金属管放入预热模具的预变形型腔内先进行第一道次挤压变形并保压；

（3）快速取出挤压后金属管放入预热模具的终变形型腔内进行第二道次挤压变形并保压；

（4）对第二道次挤压变形的带台肩管类件进行快速水淬；

（5）对水淬后带台肩管类件进行T6热处理。

优选的，本发明所述级进模第一道次和第二道次的预热，均只是加热金属管变形部分；两次的预热温度相同，预热温度为300-420℃。

优选的，本发明所述级进模第一道次和第二道次挤压均为快速挤压，挤压速度相同，其值为8-12mm/s。

优选的，本发明所述级进模第一道次和第二道次挤压变形后均需要保压，保压时间相同，其值为3-10秒。

本发明所述金属管为塑性变形后的管件，可以为挤压管、轧制管、旋压管、拉拔管等。

本发明所述金属管的加热为局部加热，只加热金属管变形部分；本发明所述级进模进行局部预热，只加热对应于金属管变形部分的模具。

本发明所述模具包括预变形凸模1、凹模2、预变形凹模加热线圈3、预变形套筒5、预变形弹簧6、终变形弹簧7、终变形套筒8、终变形凹模加热线圈10、终变形凸模11、环形凹槽12、圆柱形凸台13；凹模2固定在液压机工作台面上，凹模2上设有2个拔模斜度1°的圆柱体凸台，用于约束金属管的变形；预变形套筒5与预变形弹簧6、终变形弹簧7与终变形套筒8分别套在两个圆柱体凸台上，预变形弹簧6位于预变形套筒5的下方，终变形弹簧7位于终变形套筒8的下方，初始金属管4和预变形金属管9分别套在凹模2两个圆柱体凸台上，初始金属管4位于预变形套筒5上面，预变形金属管9终变形套筒8上面，预变形套筒5、终变形套筒8与凹模2均为间隙配合；预变形凸模1、凹模2和预变形套筒5闭合形成预变形型腔，预变形型腔的形状与第一道次挤压变形后金属管形状对应，用于预变形金属管；终变形凸模11、凹模2和终变形套筒8闭合形成终变形型腔，终变形型腔的形状与带台肩轴类件形状对应，用于成形出最终的带台肩轴类件；预变形凹模加热线圈3和终变形凹模加热线圈10分别放置在凹模2的两个型腔上部，用于局部加热凹模；预变形凸模1、终变形凸模11均与液压机顶端相连，液压机控制预变形凸模1和终变形凸模11垂直移动；预变形凸模1的压头中间位置设有一个圆形凹槽14，预变形凸模1压头的外径对应第一道次挤压变形后零件的外径和凹模2的预变形型腔的内径，预变形凸模1的圆形凹槽14内径对应凹模2预变形型腔中圆柱体凸台的外径；终变形凸模11下端设有一个环形凹槽12和圆柱形凸台13，终变形凸模11的压头外径对应终变形型腔的内径，圆柱形凸台13的外径对应金属管内径和凹模2终变形型腔中圆柱体凸台的外径，环形凹槽12的宽度对应金属管的厚度。

本发明所述预变形凸模1、终变形凸模11通过T型板固定在液压机顶端位置；凹模2通过T型板固定在液压机工作台面上，挤压过程中保持固定。

本发明所述预变形凸模1、终变形凸模11、凹模2、预变形套筒5、终变形套筒8的模具材料选用H13模具钢。

本发明的有益效果：

（1）本发明采用触变挤压方法制备带台肩管类件，一方面与流变挤压相比，省去了半固态浆料制备和浆料转移步骤，降低成本，提高成形质量；另一方面，采用直接对塑性变形的金属管进行局部加热和成形，与传统触变成形相比，极大地降低了半固态浆料制备周期和成本，且降低加热成本、缩短加热时间，降低能耗并提高生产效率。

（2）本发明制备的带台肩管类件，与传统离心铸造和机械加工方法相比，一方面微观组织由近球状固相颗粒和弥散分布液相组成，性能较好；另一方面，成形过程中受到两次挤压作用，组织致密、无缩松缩孔缺陷，力学性能高；此外，该发明所制备的零件，属于近净成形，少或者无切削，材料利用率高且极大地降低生产周期。

（3）本发明采用级进模，通过两次触变挤压成形制备零件，挤压速度大，生产效率高，零件力学性能高；金属管只需一次加热即可完成两次挤压成形，能耗小。

（4）本发明两次挤压成形后快速水淬，一方面避免固相颗粒的长大；另一方面避免固相颗粒形状由球形或近球形转变为其他不规则形状，使组织球化和均匀化。水淬后轴套零件进行T6热处理，进一步改善组织均匀性、成分均匀性，提高力学性能。

（5）本发明所述模具由凸模、凹模、套筒、弹簧等组成两个连续挤压模具型腔，使金属管在挤压变形过程中，受到三向压应力作用，提高金属管塑性变形能力，同时增加零件的致密性，提高综合力学性能。

（6）本发明所述模具由套筒、弹簧等组成零件的顶出机构，一方面，在挤压变形时，套筒和弹簧对金属管施加反向挤压力；另一方面，挤压结束后，凸模卸载后，弹簧回复驱动套筒将零件顶出凹模型腔，无需再设计脱模机构，脱模容易方便。

（7）本发明所述模具结构合理，操作简单方便，可实现机械化和自动化控制，降低了人工成本，可实现连续化批量生产，节约了成本，提高了效率。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明所述触变挤压开模的模具结构示意图。

图3是本发明所述触变挤压合模的模具结构示意图。

图4是本发明所述实施例1的带台肩ZCuSn10P1管的微观组织。

图2中：1-预变形凸模；2-凹模；3-预变形凹模加热线圈；4-初始金属管；5-预变形套筒；6-预变形弹簧；7-终变形弹簧；8-终变形套筒；9-预变形金属管；10-终变形凹模加热线圈；11-终变形凸模；12-环形凹槽；13-圆柱形凸台；14-圆形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例所用模具结构如图2~3所示，包括预变形凸模1、凹模2、预变形凹模加热线圈3、预变形套筒5、预变形弹簧6、终变形弹簧7、终变形套筒8、终变形凹模加热线圈10、终变形凸模11、环形凹槽12、圆柱形凸台13；凹模2通过T型板固定在液压机工作台面上，挤压过程中保持固定；凹模2上设有2个拔模斜度1°的圆柱体凸台，用于约束金属管的变形；预变形套筒5与预变形弹簧6、终变形弹簧7与终变形套筒8分别套在两个圆柱体凸台上，预变形弹簧6位于预变形套筒5的下方，终变形弹簧7位于终变形套筒8的下方，初始金属管4和预变形金属管9分别套在凹模2两个圆柱体凸台上，初始金属管4位于预变形套筒5上面，预变形金属管9位于终变形套筒8上面，预变形套筒5、终变形套筒8与凹模2均为间隙配合；预变形凸模1、凹模2和预变形套筒5闭合形成预变形型腔，预变形型腔的形状与第一道次挤压变形后金属管形状对应，用于预变形金属管；终变形凸模11、凹模2和终变形套筒8闭合形成终变形型腔，终变形型腔的形状与带台肩轴类件形状对应，用于成形出最终的带台肩轴类件；预变形凹模加热线圈3和终变形凹模加热线圈10分别放置在凹模2的两个型腔上部，用于局部加热凹模；预变形凸模1、终变形凸模11通过T型板固定在液压机顶端位置，液压机控制预变形凸模1和终变形凸模11垂直移动；预变形凸模1的压头中间位置设有一个圆形凹槽14，预变形凸模1压头的外径对应第一道次挤压变形后零件的外径和凹模2的预变形型腔的内径，预变形凸模1的圆形凹槽14内径对应凹模2预变形型腔中圆柱体凸台的外径；终变形凸模11下端设有一个环形凹槽12和圆柱形凸台13，终变形凸模11的压头外径对应终变形型腔的内径，圆柱形凸台13的外径对应金属管内径和凹模2终变形型腔中圆柱体凸台的外径，环形凹槽12的宽度对应金属管的厚度。所述预变形凸模1、终变形凸模11、凹模2、预变形套筒5、终变形套筒8的模具材料选用H13模具钢。

所述模具的具体使用过程：挤压成形前，液压机控制预变形凸模1、终变形凸模11退至液压机最顶端；对预变形凸模1、终变形凸模11、凹模2、预变形套筒5、终变形套筒8的表面喷涂石墨脱模剂；依次将预变形弹簧6与预变形套筒5、终变形弹簧7和终变形套筒8分别放入凹模2的两个型腔内；对凹模2利用加热线圈进行局部加热，预热温度为300-420℃，同时，局部加热初始金属管4并保温，然后将加热后初始金属管4放入凹模2的预变形型腔中，并驱动液压机使预变形凸模1垂直向下运动，使预变形凸模1和凹模2闭合，并保压一段时间，然后控制液压机使预变形凸模1退回至液压机最顶端，此时，预变形弹簧6回复并驱动预变形套筒5使预变形金属管9顶出凹模2；然后将预变形金属管9放入凹模2的终变形型腔中，并驱动液压机使终变形凸模11垂直向下运动，使终变形凸模11和凹模2闭合，并保压一段时间，然后控制液压机使终变形凸模11退回至液压机最顶端，此时，终变形弹簧7回复并驱动终变形套筒8使带台肩管类件顶出凹模2；取出带台肩管类件后快速水淬，最后进行T6热处理。整个挤压成形过程，模具操作简单，易于实现机械化、连续化生产，且节约能源，最终获得的带台肩管类件组织性能均匀，综合力学性能较好。

实施例1

本实施例所述一种带台肩铜合金管触变成形方法，工艺流程如图1所示，模具结构如图2-3所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测得ZCuSn10P1铜合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。

（2）将内径20mm、壁厚10mm、高度50mm的挤压态ZCuSn10P1铜合金管进行局部加热，加热高度为10mm，加热温度886℃并保温5分钟；同时将凹模型腔预热至420℃。

（3）将加热后的ZCuSn10P1铜合金管放入预热凹模的预变形型腔，然后驱动预变形凸模1以8mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压3s。

（4）将预变形后ZCuSn10P1铜合金管取出放入预热凹模的终变形型腔，然后驱动终变形凸模11以8mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压3s。

（5）将终变形后ZCuSn10P1铜合金管快速水淬，然后加热至550℃并保温1小时，随后空冷至室温，获得带台肩ZCuSn10P1铜合金管。

本实施例制备得到的带台肩ZCuSn10P1铜合金管表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

图4为本实施例制备得到的ZCuSn10P1铜合金管微观组织，可以看出，采用该制备方法可以得到组织均匀的半固态组织，固相颗粒平均尺寸为80.6 μm，形状因子为1.58，固相晶粒分布均匀，半固态球化效果较好；单向拉伸测试后，抗拉强度为389MPa，延伸率为10.6%，综合力学性能优异。

实施例2

本实施例所述一种带台肩7075铝合金管触变成形方法，制备工艺流程如图1所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为7075铝合金，测得7075铝合金固液相线温度区间为540~638℃。

（2）将旋压制备的内径20mm、壁厚10mm、高度50mm7075铝合金管进行局部加热，加热高度为10mm，加热温度545℃并保温10分钟；同时将凹模型腔预热至360℃。

（3）将加热后的7075铝合金管放入预热凹模的预变形型腔，然后驱动预变形凸模1以10mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压6s。

（4）将预变形后7075铝合金管取出放入预热凹模的终变形型腔，然后驱动终变形凸模11以10mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压6s。

（5）将终变形后7075铝合金管快速水淬，然后加热至380℃并保温30分钟，随后空冷至室温，获得带台肩7075铝合金管。

本实施例制备得到的铝合金管表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

实施例3

本实施例所述一种带台肩AZ91D镁合金管触变成形方法，制备工艺流程如图1所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为AZ91D镁合金，测得AZ91D镁合金的固液相线温度区间为470~595℃。

（2）将内径20mm、壁厚10mm、高度50mm的拉拔AZ91D镁合金管进行局部加热，加热高度为10mm，加热温度478℃并保温8分钟；同时将凹模型腔预热至300℃。

（3）将加热后的AZ91D镁合金管放入预热凹模的预变形型腔，然后驱动预变形凸模1以12mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压10s。

（4）将预变形后AZ91D镁合金管取出放入预热凹模的终变形型腔，然后驱动终变形凸模11以12mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压10s。

（5）将终变形后AZ91D镁合金管快速水淬，然后加热至AZ91D镁合金管，随后空冷至室温，获得带台肩AZ91D镁合金管。

本实施例制备得到的镁合金管表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

Claims (7)

1.一种带台肩管类件触变成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）首先将金属管变形部分感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温5-15分钟；

（2）将加热后金属管放入预热的预变形模具内先进行第一道次挤压变形并保压；

（3）快速取出挤压后金属管放入预热的终变形模具内进行第二道次挤压变形并保压；

（4）对第二道次挤压变形的带台肩管类件进行快速水淬；

（5）对水淬后带台肩管类件进行T6热处理。

2.根据权利要求1所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：级进模第一道次和第二道次的预热，均只是加热金属管变形部分；两次的预热温度相同，预热温度为300-420℃。

3.根据权利要求1所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：级进模第一道次和第二道次挤压均为快速挤压，挤压速度相同，其值为8-12mm/s。

4.根据权利要求1所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：级进模第一道次和第二道次挤压变形后均需要保压，保压时间相同，其值为3-10秒。

5.权利要求1~4任意一项所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：所用模具包括：包括预变形凸模（1）、凹模（2）、预变形凹模加热线圈（3）、预变形套筒（5）、预变形弹簧（6）、终变形弹簧（7）、终变形套筒（8）、终变形凹模加热线圈（10）、终变形凸模（11）、环形凹槽（12）、圆柱形凸台（13）；凹模（2）固定在液压机工作台面上，凹模（2）上设有2个拔模斜度1°的圆柱体凸台；预变形套筒（5）与预变形弹簧（6）、终变形弹簧（7）与终变形套筒（8）分别套在两个圆柱体凸台上，预变形弹簧（6）位于预变形套筒（5）的下方，终变形弹簧（7）位于终变形套筒（8）的下方，初始金属管（4）和预变形金属管（9）分别套在凹模（2）两个圆柱体凸台上，初始金属管（4）位于预变形套筒（5）上面，预变形金属管（9）位于终变形套筒（8）上面，预变形套筒（5）、终变形套筒（8）与凹模（2）均为间隙配合；预变形凸模（1）、凹模（2）和预变形套筒（5）闭合形成预变形型腔，预变形型腔的形状与第一道次挤压变形后金属管形状对应；终变形凸模（11）、凹模（2）和终变形套筒（8）闭合形成终变形型腔，终变形型腔的形状与带台肩轴类件形状对应；预变形凹模加热线圈（3）和终变形凹模加热线圈（10）分别放置在凹模（2）的两个型腔上部；预变形凸模（1）、终变形凸模（11）均与液压机顶端相连，液压机控制预变形凸模（1）和终变形凸模（11）垂直移动；预变形凸模（1）的压头中间位置设有一个圆形凹槽（14），预变形凸模（1）压头的外径对应第一道次挤压变形后零件的外径和凹模（2）的预变形型腔的内径，预变形凸模（1）的圆形凹槽（14）内径对应凹模（2）预变形型腔中圆柱体凸台的外径；终变形凸模（11）下端设有一个环形凹槽（12）和圆柱形凸台（13），终变形凸模（11）的压头外径对应终变形型腔的内径，圆柱形凸台（13）的外径对应金属管内径和凹模（2）终变形型腔中圆柱体凸台的外径，环形凹槽（12）的宽度对应金属管的厚度。

6.根据权利要求5所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：预变形凸模（1）、终变形凸模（11）通过T型板固定在液压机顶端位置；凹模（2）通过T型板固定在液压机工作台面上。

7.根据权利要求5所述带台肩管类件触变成形方法，其特征在于：预变形凸模（1）、终变形凸模（11）、凹模（2）、预变形套筒（5）、终变形套筒（8）的模具材料选用H13模具钢。