一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法
【专利摘要】本发明公开了一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法。在成型时使用了精密元件成型力控制装置，对零件的成型力实现精密控制，不仅能有效控制零件的成型高度和加工硬化效果，而且能防止成型力过大压扁工件，致使工件变薄，冲压成型效果好；为了控制零件时效变形和时效后的高度，夹具的夹数量为8-10件、拧紧力矩为5-8N/m，有效控制了工件热处理时的变形，并有效控制了工件的各点高度；利用该方法对零件进行精密塑性成型和热处理，完全满足技术图纸对波形弹性元件高度和弹力的高要求，热处理后硬度为≥360HV；波形弹性元件三点高度在3.0
mm范围内合格率为100%；波形弹性元件压缩到高度为1.0mm时弹力在设计要求区间内的合格率达到70%以上。
【专利说明】一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属精密塑性成型和精密热处理【技术领域】，特别是QBe2铍青铜材料 波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法。
【背景技术】
[0002] 波形弹性元件是一种轮廓面成波浪形的弹性元件，具体结构示意图如图1，有体积 小、占用空间小的特点，具有减震和精密调节压力的作用，在航空航天产品液压泵密封中得 到广泛应用。
[0003] 波形弹性元件弹力数值没有定型的计算公式，对弹力产生影响的有成型力、压缩 量、厚度、承载面积、硬度等多种因素，影响程度难以定量计算，弹力控制难度非常大。此外， 在生产过程中由于该零件厚度小，热处理时效易变形，高度控制难度非常大。
[0004] 国内外波形弹性元件生产的工艺流程一般为：加工毛坯料一使用油压机冲压成 型一使用真空炉进行热处理时效一一加荷试验一立定试验一修复尺寸一交验硬度、尺寸、 弹力。加荷试验是把零件压缩到一定高度保持特定的时间，立定试验是用一定的压力连续 压缩工件。
[0005] 目前，常用的冲压成型方法有两种，一种是使用特制模具在普通油压机上冲压引 申成型，一种是使用木榔头敲击特制模具逐步引申成型。使用油压机冲压成型时，油压机的 压力不能精确控制，成型力控制精度在40000N-60000N之间，成型力控制难度非常大，成型 时压力过大容易在厚度部位上压扁工件和压损模具，成型质量不高。使用木榔头敲击特制 模具逐步引申成型方法，木榔头敲击力难以控制，成型效率低，而且由于受力不均，成型质 量差。经调研，目前大部分航空航天企业生产该类零件使用特制模具在普通油压机上冲压 引申成型，由于不能精确控制成型力，零件的高度和弹力一致性差，合格约在30%左右；如 何精密控制该零件的成型质量一直是困扰生产的工艺技术难题。
[0006] 使用现有工艺流程生产某型号产品，零件的合格率在10%左右，而且交付后弹力 和高度均不稳定，严重制约着型号科研生产进度，成为型号科研生产的瓶颈。
[0007] 因此，现有的装置和方法都不能满足对波形弹性元件的加工需求。
【发明内容】
[0008] 本发明目的是提供一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，解决波 形弹性元件弹力和高度尺寸难题控制、稳定性差的技术难题。
[0009] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0010] 一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤1、将毛坯料按零件展开形尺寸要求加工成圆环形状；
[0012] 步骤2、对零件用汽油进行清洗，使零件表面无污垢、油迹；
[0013] 步骤3、精密元件成型力控制装置放置在油压机工作台上，将清洁后的零件放置在 冲压模具的上、下模之间，冲压模具的端面上设置有模孔，将冲压模具置于精密元件成型力 控制装置上，将钢球放置在冲压模具的模孔上；
[0014] 步骤4、在油压机压力作用下压缩精密元件成型力控制装置，通过调整精密元件成 型力控制装置的压下量来调节成型力使得零件成波浪形状；
[0015] 步骤5、把成型后的8-10个零件叠放一致，保证零件之间无间隙，将叠放后的零件 放置在夹具的上、下模之间，通过夹具上的螺栓和螺母将夹具的上、下模紧固在一起，通过 力矩扳手拧紧螺母给夹具施加力矩；
[0016] 步骤6、将施加力矩后的夹具置于真空退火炉炉体的有效加热区内；
[0017] 步骤7、对炉体进行抽真空，使真空度小于20Pa;
[0018] 步骤8、进行时效处理，时效工艺参数为315?330°CX3h;
[0019] 步骤9、时效保温时间到达后进行随炉冷却，冷却至60°C后，完成对零件的时效处 理，出炉；
[0020] 步骤10、将出炉的零件进行加荷试验；
[0021] 步骤11、将零件修复至图纸要求；
[0022] 步骤12、把零件再次进行加荷时效试验制得波形弹性元件。
[0023] 进一步，步骤1中所述的毛还料的材质为QBe2铍青铜。
[0024] 进一步，步骤3中所述的精密元件成型力控制装置包括支撑垫板、弹簧、支座体、 调整垫片和限位块；支座体包括底座和由底座支撑的侧壁，所述的侧壁被配置用于提供支 撑垫板在侧壁围成空间内垂直于底座的滑动支撑，支撑垫板和支座体的底座之间设置有能 提供在支撑垫板区域内提供稳固弹性支撑的弹簧，支座体的侧壁端面上对称固定设置限位 块，限位块与侧壁端面之间设置有调整垫片。
[0025] 进一步，步骤5中所述的力矩为5-8N?m。
[0026] 本发明与现有技术相比，其显著优点如下：
[0027]1)在成型时使用了精密元件成型力控制装置，对零件的成型力实现精密控制，不 仅能有效控制零件的成型高度和加工硬化效果，而且能防止成型力过大压扁工件，致使工 件变薄，冲压成型效果好。
[0028] 2)为了控制零件时效变形和时效后的高度，夹具的夹数量为8-10件、拧紧力矩为 5-8N/m，有效控制了工件热处理时的变形，并有效控制了工件的各点高度。
[0029] 3)利用该方法对零件进行精密塑性成型和热处理，完全满足技术图纸对波形弹性 元件高度和弹力的高要求，而且合格率高，达到如下技术指标：
[0030] a?热处理后硬度为彡360HV;
[0031] b.波形弹性元件三点高度在3.0 '冗mm范围内合格率为100% ;
[0032] c.波形弹性元件压缩到高度为1.0mm时弹力在设计要求区间内的合格率达到 70%以上。
[0033] 4)用该种方法生产的波形弹性元件弹力一致性好，便于装配时筛选弹力，提高了 装配时的效率和质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0034] 图1为本发明精密元件成型力控制装置的结构剖视图。
[0035] 图2为本发明精密元件成型力控制装置与图1剖视方向垂直的方向的剖视图。
[0036]图3为本发明波形弹性元件的夹具结构示意图。
[0037]图4为本发明波形弹性元件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0038] 结合图1和图2:
[0039] 本发明一种精密元件成型力控制装置，包括支撑垫板1、弹簧2、支座体4、调整垫 片5和限位块6 ;支座体4包括底座和由底座支撑的侧壁，所述的侧壁被配置用于提供支撑 垫板1在侧壁围成空间内垂直于底座的滑动支撑，支撑垫板1和支座体4的底座之间设置 有能提供在支撑垫板1区域内提供稳固弹性支撑的弹簧2,支座体4的侧壁端面上对称固定 设置限位块6,限位块与侧壁端面之间设置有调整垫片5。
[0040] 限位块6与支座体4的侧壁端面通过螺栓固连。
[0041] 支撑垫板1上设置有模具安装座，安装座的位置与支撑垫板1下设置的弹簧2所 围成的形状的重心对应；这样的设计可以使支撑垫板1上的模具在受力时，支撑垫板1下方 的弹簧的受力能够保持平衡，避免出现支撑板1倾斜。
[0042] 弹簧2内套有限位轴套3,限位轴套3设置在支座体4的底座上；限位轴套3可以 避免操作失误时，模具承受超过极限的压力。
[0043] 支撑垫板1通过穿过其的限位杆在平行于支座体4底座的方向上限位；限位杆能 够使得支撑垫板1不会发生水平方向上的移动和倾斜。
[0044] 限位杆在弹簧2未压缩状态下两端伸出支撑垫板1和支座体4的底座，限位杆伸 出部分为螺纹杆，螺纹杆上设置有螺帽；这样的设计可以使得撤去压力后弹簧2的回弹被 控制。
[0045] 上述精密元件成型力控制装置的工作原理是：通过弹簧2压缩时产生的弹力来提 供成型力，弹簧2在一固定压缩量时提供的弹力是固定的、可测量和可计算的，即模具在油 压机上工作台推动下压缩到限位块6限位位置，在该状态下弹簧2产生的弹力即为成型力。 该装置通过调整垫片5和限位块6调整弹簧2的压缩量，通过限定弹簧2的压缩量来控制 成型力，进而通过调整垫片5调整压缩量来达到控制不同要求成型力的目的。
[0046] 实施例1
[0047] 一种精密元件成型力控制装置，包括支撑垫板1、弹簧2、支座体4、调整垫片5和限 位块6 ;支座体4包括底座和与底座垂直设置在底座两端的侧壁，侧壁之间的具体与支撑垫 板1的边长配合，使得支撑垫板1可以沿着支座体4的侧壁上下滑动，支撑垫板1和支座体 4的底座之间设置有四个弹簧2,支撑垫板1通过穿过其的限位杆在平行于支座体4底座的 方向上限位，限位杆的直径与支撑垫板1上的开孔孔径配合，且固定于支座体4的底座，限 位杆在弹簧2未压缩状态下两端伸出支撑垫板1和支座体4的底座，限位杆伸出部分为螺 纹杆，螺纹杆上设置有螺帽；支座体4的两个侧壁端面上对称位置开槽，槽内设置有限位块 6,限位块与侧壁端面之间设置有调整垫片5,限位块6与支座体4的侧壁端面通过螺栓固 连，限位块6通过调整垫片5的数量来调成限位块6超出侧壁端面的高度。
[0048] 该装置成型力由四个弹簧2提供，当四个弹簧2-起压缩时，通过计算弹簧2的压 缩量即可计算四个弹簧2的总弹力，通过精确调整弹簧2的压缩量，可把成型力数值控制在 ±200N范围内。
[0049] 实施例2
[0050] 一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，包括以下步骤：
[0051] 步骤1、按零件尺寸要求加工展开形为
【权利要求】
1. 一种波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤1、将毛坯料按零件展开形尺寸要求加工成圆环形状； 步骤2、对加工后的零件用汽油进行清洗，使零件表面无污垢、油迹； 步骤3、精密元件成型力控制装置放置在油压机工作台上，将清洁后的零件放置在冲压 模具的上、下模之间，冲压模具的端面上设置有模孔，将冲压模具置于精密元件成型力控制 装置上，将钢球放置在冲压模具的模孔上； 步骤4、在油压机压力作用下压缩精密元件成型力控制装置，通过调整精密元件成型力 控制装置的压下量来调节成型力使得零件成波浪形状； 步骤5、把成型后的8-10个零件叠放一致，保证零件之间无间隙，将叠放后的零件放置 在夹具的上模（8)、下模（9)之间，通过夹具上的螺栓（10)和螺母（7)将夹具的上模（8)、 下模（9)紧固在一起，通过力矩扳手拧紧螺母（7)给夹具施加力矩； 步骤6、将施加力矩后的夹具置于真空退火炉炉体的有效加热区内； 步骤7、对炉体进行抽真空，使真空度小于20Pa ; 步骤8、进行时效处理，时效工艺参数为315?330°C X 3h ; 步骤9、时效保温时间到达后进行随炉冷却，冷却至60°C后，完成对零件的时效处理， 出炉； 步骤10、将出炉的零件进行加荷试验； 步骤11、将零件修复至图纸要求； 步骤12、把零件再次进行加荷试验制得波形弹性元件。
2. 如权利要求1所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，步骤1中所述的毛坯料的材质为QBe2铍青铜。
3. 如权利要求1所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，步骤3中所述的精密元件成型力控制装置包括支撑垫板（1)、弹簧（2)、支座体（4)、调整 垫片（5)和限位块（6);支座体⑷包括底座和由底座支撑的侧壁，所述的侧壁被配置用于 提供支撑垫板（1)在侧壁围成空间内垂直于底座的滑动支撑，支撑垫板（1)和支座体（4) 的底座之间设置有能提供在支撑垫板（1)区域内提供稳固弹性支撑的弹簧（2)，支座体（4) 的侧壁端面上对称固定设置限位块（6)，限位块与侧壁端面之间设置有调整垫片（5)。
4. 如权利要求3所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，所述的限位块（6)与支座体（4)的侧壁端面通过螺栓固连。
5. 如权利要求3所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，所述的支撑垫板（1)上设置有模具安装座，安装座的位置与支撑垫板（1)下设置的弹簧 (2)所围成的形状的重心对应。
6. 如权利要求3所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，所述的弹簧（2)内套有限位轴套（3)，限位轴套（3)设置在支座体（4)的底座上。
7. 如权利要求3所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，所述的支撑垫板（1)通过穿过其的限位杆在平行于支座体（4)底座的方向上限位。
8. 如权利要求7所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，所述的限位杆在弹簧（2)未压缩状态下两端伸出支撑垫板（1)和支座体（4)的底座，限 位杆伸出部分为螺纹杆，螺纹杆上设置有螺帽。
9.如权利要求1所述的波形弹性元件精密塑性成型和精密热处理的方法，其特征在 于，步骤5中所述的力矩为5-8N ? m。
【文档编号】B21D35/00GK104438595SQ201410713861
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】刘东军, 顾洪兵, 顾同义, 陈建中, 顾泽, 陈健 申请人:南京晨光集团有限责任公司