专利名称：大型动触头精密锻造工艺及模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密锻造技术领域，具体涉及一种在高压开关上使用的重要导电构件之一大型动触头的精密锻造工艺及模具。
背景技术：
我国高压输变电行业中应用的高压开关元器件，由几万伏到几十万伏到目前的百万伏的安全运行，因各方面原因其结构变化很大，性能差异也很大。尤其动触头类导电器件不仅结构复杂尺寸精度要求高，而且对材料的致密度要求也较高。如图3，大型动触头截面尺寸变化较大，总长为380 mm,小端Φ50 mm X293.5 mm,大端Φ 116 mm X86.5 mm，材料为T2铜。该件初期试制时用Φ120 mm挤制棒，锯切下料后经机加工而成，材料加工余量大，材料利用率低。小批量试制时采用自由锻制坯加工，但存在锻坯两端面有较深的不规则凹陷，锻坯形体既不一致又无一个较统一的加工基准，后续机加工工艺很难一致且加工余量比较大，也不经济。
发明内容
本发明创造所要解决的技术问题是提供一种材料用量少且高效的大型动触头精密锻造工艺，经该工艺加工的成品具有较高的致密度，保证和满足了杆部硬度要求SHB75。本发明创造同时提供一种锻造配套用的节材制坯模具。本发明创造为解决上述技术问题，采用以下技术方案:
本发明创造的大型动触头精密锻造工艺，包括将铜棒锯切下料成坯料的步骤；
坯料进行软化处理使坯料的硬度控制在HB40 43范围内的步骤；
软化处理后坯料喷丸的步骤；
坯料在预成形模具中预成形为一端细长动触头杆部，一端动触头头部，杆部和头部锥面过渡，头部内有内锥孔，外形如同杆部加长的手榴弹的中间锻坯的步骤；
中间锻坯经终成形模具，动触头杆部长度增加、直径减小至成形锻坯尺寸，动触头头部外缘形状成型，内锥孔形成为过渡锥孔的步骤。为更好的实施本发明创造，下料步骤时，对坯料的重量按与成品产品质量1:
0.9 I进行控制。为更好的实施本发明创造，所述软化处理步骤时，坯料在加热炉内加温至500 780° C，保温1.5 2.5 h，随炉冷至260 400° C出炉水冷。进一步，所述软化处理步骤时，坯料在加热炉内加温至680 750° C，保温2
2.5小时，在炉内冷至280 350° C出炉水冷。为更好的实施本发明创造，所述喷丸步骤时，喷丸钢球直径Φ0.5 0.8 mm。进一步优选的，喷丸钢球直径Φ0.5 0.7 mm，该直径的喷丸钢球对材料表面的轻微氧化清除的比较好，喷丸钢球在坯料表面形成微小均匀的凹坑。为更好的实施本发明创造，还包括预成形前对坯料涂抹挤压油的步骤。要求挤压油在坯料全表面均匀涂抹。涂抹挤压油可以减小挤压压力，还可以防止干坯料和模具干摩擦造成模具表面拉毛擦伤的现象。模具表面拉毛擦伤一是损害磨具寿命，二是影响锻件表面质量。喷丸步骤时坯料表面形成均匀的凹坑表面使得挤压油能涂抹的多且更均匀，因均匀的凹坑能够存储挤压油，使坯料在预成型模腔挤压成形的过程中减少与模腔的摩擦力，有利于坯料成形也提高了模具的使用寿命。还包括终成形前对中间锻坯表面涂抹挤压油的步骤。本工序涂抹挤压油一是使得预成形锻坯不与模具发生干摩擦，二是使终锻产品容易脱模。为更好的实施本发明创造，还包括终成形后对成形锻坯后序机加工成产品结构及所要求的几何尺寸的步骤。实施上述精密锻造工艺时，预成型过程中使用的模具，包括模座、凸模和凹模，所述凹模设置在模座上，由外而内设置为凹模外圈、凹模筒和凹模芯，凹模芯嵌设在模座上段中部；凹模筒的内腔内设有凸模，凸模上端连接凸模限位套；凹模筒的内腔、凹模芯的中孔及上端面锥形凹槽、模座的中孔构成坯料流动空间；其中，凸模下端凸起轴向截面形状与中间锻坯的动触头头部内锥孔轴向截面形状配合。实施上述精密锻造工艺时，终成型过程中使用的模具，包括外圈，外圈内上段设置上模套，外圈内下段设置下凹模；上模套下凹模之间设有限位圈；上模套内上段设有垫环，下段设有上凹模；下凹模内设有顶件器；垫环的内腔、上凹模的内腔、限位圈的内腔和下凹模的内腔构成中间锻坯流动空间；其中，顶件器上端凸起轴向截面形状与成形锻坯过渡内锥孔轴向截面形状配合。由于采用了上述技术方案，本发明创造具有如下有益效果:1、采用本发明创造工艺制坯时用料比直接用棒料加工制件节约270%左右，节材转化为直接经济收入，T2铜若按目前期货56.38元/千克计算，每一件大型触头仅料钱可省1600余元人民币，若按年产2500件计算，仅料钱每年可节约近400万元人民币。2、本发明创造制坯 料通过退火软化处理后，再进行冷精锻能够使坯料组织致密硬度高，导电性能好，镀银性能和抗插拔抗拉毛性能均达到较高水平。3、经过预成形和终成形两序冷精锻，利用大变形量的冷作硬化效果提高杆部硬度，产品硬度值HB ^ 80，解决了其他工艺难以保证的硬度问题；锻坯致密度及形体一致性闻，强度提闻，使用寿命提闻。4、通过软化处理使坯料的硬度控制在HB40 43范围内，该硬度范围有利于坯料在模腔挤压过程中的变形和流动性。
图1是坯料预成型后形成的中间锻坯结构示意 图2是坯料经冷精锻终成型后的成形锻坯结构示意 图3是经机加工后广品成品的结构不意 图4是预成型模具 图5是终成形模具具体实施方式
结合图1-图3,以总长为380 mm,小端Φ50 mm X293.5 mm,大端Φ116 mm X86.5 mm的大型动触头为加工实例，采用Φ92 mm的T2铜棒带锯下料长173±0.3 mm。锯好坯料经箱式炉加热至650 800° C温度保温1.5 2.5小时，在炉内冷至260 400° C出炉水冷。其中，上述参数优选为经箱式炉加热至680 750° C温度保温2
2.5小时，在炉内冷至280 350° C出炉水冷；上述参数进一步优选为经箱式炉加热至690 720° C温度保温2 2.5小时，在炉内冷至290 320° C出炉水冷。合适的加热温度、保温时间及出炉温度的选择，使铜材料的变形量及流动性达到最佳状态，使之在后续模具中锻压的挤压抗力减小，减少了材料的撕裂，保证了金属纤维按产品形体连续分布，材料充型饱满；同时进一步增加了模具使用寿命。经过上述退火软化处理，坯料的硬度控制在HB40 43。对坯料进行喷丸处理，喷丸钢球直径Φ0.6 mm。喷丸后转入预成形模具中预成型，坯料入模前全部表面涂抹挤压油。预成型后的锻件称为中间锻坯，如图1，中间锻坯一端为细长动触头杆部1，一端为动触头头部3，动触头杆部和动触头头部采用锥面2过渡，动触头头部内形成孔深60mm的内锥孔4，中间锻坯整体外形如同杆部加长的手榴弹。预成形后将中间锻坯转入终成形模具中成型，终成形入模前将中间锻坯表面涂抹挤压油。如图2，终成形后的成形锻坯动触头杆部I’比中间锻坯加长20mm，动触头头部3’外缘形状成型，内锥孔4’形成为过渡锥孔；动触头杆部I’和动触头头部3’锥面2’过渡外缘处也形成为直角。终成形完成将成形锻坯转入机加工，经过粗车、钻、镗、铰、钻、扩六个锥孔，再精车、去毛刺等，按照图中尺寸终检完全达到设计要求后防锈包装清点入库。如图4，上述精密锻造工艺实施时，预成形步骤中使用预成型模具，包括模座10、凸模和凹模，所述凹模设置在模座10上，由外而内设置为凹模外圈8、凹模筒7和凹模芯9，凹模芯9嵌设在模座10上段中部；凹模筒7的内腔24内设有凸模6，凸模上端连接凸模限位套5 ;凹模筒7的内腔24、凹模芯9的中孔26及上端面锥形凹槽25、模座10的中孔27构成坯料流动空间；其中，凸模下端凸起23轴向截面形状与中间锻坯的动触头头部内锥孔4轴向截面形状配合。如图5，上述精密锻造工艺实施时，终成形步骤中使用终成型模具，包括外圈15，外圈内上段设置上模套12，外圈内下段设置下凹模16 ;上模套下凹模之间设有限位圈14 ；上模套内上段设有垫环11，下段设有上凹模13 ;下凹模内设有顶件器17 ;垫环的内腔18、上凹模的内腔19、限位圈的内腔20和下凹模的内腔22构成中间锻坯流动空间；其中，顶件器上端凸起21轴向截面形状与成形锻坯过渡内锥孔轴向4’截面形状配合。本发明工艺为两序冷挤压，冷作硬化效果保证了杆部的硬度满足图纸要求。预成形、终成型模具的结构设置，能够准确的使预成形、终成形过程中的材料充填、流动分配合理结合，使终成形后产品形体比较一致，简化后加工。预成形和终成形模具材料选用在满足结构强度的同时尽量节约模具开支费用，合理组合运用模具材料，提高模具寿命，降低生产成本的效果，从而更好的提高冷精锻成品质量。
权利要求
1.大型动触头精密锻造工艺，其特征是:包括将铜棒锯切下料成坯料的步骤； 坯料进行软化处理使坯料的硬度控制在HB40 43范围内的步骤； 软化处理后坯料喷丸的步骤； 坯料在预成形模具中预成形为一端细长动触头杆部(I)，一端动触头头部(3)，杆部和头部锥面(2)过渡，头部内有内锥孔(4)，外形如同杆部加长的手榴弹的中间锻坯的步骤； 中间锻坯经终成形模具，动触头杆部(I)长度增加、直径减小至成形锻坯尺寸，动触头头部⑶外缘形状成型，内锥孔⑷形成为过渡锥孔的步骤。
2.根据权利要求1所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:下料步骤时，对坯料的重量按与成品产品质量1:0.9 I进行控制。
3.根据权利要求1所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:所述软化处理步骤时，坯料在加热炉内加温至650 800° C，保温1.5 2.5 h，炉内冷至260 400° C出炉水冷。
4.根据权利要求3所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:所述软化处理步骤时，坯料在加热炉内加温至680 750° C，保温2 2.5小时，在炉内冷至280 350° C出炉水冷。
5.根据权利要求1所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:所述喷丸步骤时，喷丸钢球直径Φ0.5 0.8 mm，喷丸钢球在坯料表面形成微小均匀的凹坑。
6.根据权利要求1所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:还包括预成形前和终成形前对锻料涂抹挤压油的步骤。
7.根据权利要求1所述的大型动触头精密锻造工艺，其特征是:还包括终成形后对成形锻坯后序机加工构造孔及几何尺寸到位的步骤。
8.实施权利要求1-7任一所述的大型动触头精密锻造工艺，预成型过程中使用的模具，其特征是:所述预成形模具包括模座(10)、凸模和凹模，所述凹模设置在模座(10)上，由外而内设置为凹模外圈(8)、凹模筒(7)和凹模芯(9)，凹模芯(9)嵌设在模座(10)上段中部；凹模筒⑵的内腔(24)内设有凸模(6)，凸模上端连接凸模限位套(5);凹模筒(7)的内腔(24)、凹模芯(9)的中孔(26)及上端面锥形凹槽(25)、模座(10)的中孔(27)构成坯料流动空间；其中，凸模下端凸起(23)轴向截面形状与中间锻坯的动触头头部内锥孔(4)轴向截面形状配合。
9.实施权利要求1-7任一所述的大型动触头精密锻造工艺，终成型过程中使用的模具，其特征是:所述终成形模具包括外圈(15)，外圈内上段设置上模套(12)，外圈内下段设置下凹模(16);上模套下凹模之间设有限位圈(14);上模套内上段设有垫环(11)，下段设有上凹模(13);下凹模内设有顶件器(17);垫环的内腔(18)、上凹模的内腔(19)、限位圈的内腔(20)和下凹模的内腔(22)构成中间锻坯流动空间；其中，顶件器上端凸起(21)轴向截面形状与成形锻坯过渡内锥孔(4)轴向截面形状配合。
全文摘要
本发明公开的大型动触头精密锻造工艺，包括锯切下料成坯料的步骤；坯料进行软化处理使坯料的硬度控制在HB40～43范围内的步骤；软化处理后坯料喷丸的步骤；坯料在预成形模具中预成形为一端细长动触头杆部(1)，一端动触头头部(3)，杆部和头部锥面(2)过渡，头部内有内锥孔(4)，外形如同杆部加长的手榴弹的中间锻坯的步骤；中间锻坯经终成形模具，动触头杆部(1)长度增加、直径减小至成形锻坯尺寸，动触头头部(3)外缘形状成型，内锥孔(4)形成为过渡锥孔的步骤。两序冷精锻，保证了产品硬度；预成形、终成型模具的结构设置，能够准确的使预成形、终成形过程中的材料充填、流动分配合理结合，使终成形后产品形体比较一致，简化后加工。
文档编号B21J5/02GK103071748SQ201310018150
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者辛选荣, 贺成松, 刘新成, 史志欣, 史颂华 申请人:洛阳秦汉冷锻有限公司