控制相变亚热闭塞挤压成形方法与流程

本发明涉及的是一种精密成型领域的技术，具体是一种控制相变亚热闭塞挤压成形方法。

背景技术：

在汽车关键零部件的制造过程中，为了改善其力学性能，在成形工序完成后一般增加热处理工序来改善其性能。精密锻造以少无切削、高效生产等优点常用于结构件的成形制造，目前实际中主要以精密锻造(冷、温、热)+再热处理，精密锻造(温热)+余热热处理两种方式组织生产。冷锻成形精度高，但是坯料需做软化处理及表面磷皂化处理，磷皂化的污染特性限制其发展；特别地，对于多工位冷挤压成形，需要采用多次磷皂化或者磷皂化+补充润滑的方法来保证零件顺利成形，环保成本高。温热锻+余热热处理，与温热锻+热处理相比，可以有效地利用余热节省能源，但是两者热处理方案没有本质区别；对于长轴类零件，容易发生显著的热处理变形，导致不合格或者需要其他矫正工序来补救。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种控制相变亚热闭塞挤压成形方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明通过将坯料预热后放入具有闭塞结构的挤压模具，经实时喷涂润滑介质并挤压成形后，将带有余温的零件快速放入具有冷却通道的闭塞结构模具进行同步闭塞模内冷却以控制钢质材料相变过程，最后将心表温差的零件退料，利用高温心部余热传导加热表层金属至均温，从而获得心表力学性能不同的目标零件。

所述的坯料优选采用锯切法锯切钢质材料，并进行质量分选，严格控制坯料质量偏差为±0.5g。

所述的坯料优选经感应加热至200℃±20℃，并在坯料上预涂防护剂以防止后续加热氧化。

所述的预热是指：通过感应加热坯料至亚热温度区间。

所述的亚热温度区间为1000℃±50℃。

所述的挤压成形过程中通过闭塞模腔控制零件外形尺寸，挤压完成后通过迅速开模顶出控制零件余温高于临界温度。

所述的具有闭塞结构的挤压模具优选采用机械式闭塞结构以保证模具开合过程的快速响应；进一步优选常规热作模具钢制成。

所述的临界温度是指：对于亚共析钢的临界温度为ac3，对于过共析钢的临界温度为ac1。

所述的具有冷却通道的闭塞结构模具优选采用导热系数大的材料制成，由于冷却过程中该模具几乎不受力所以强度要求不高。

所述的心表温差的零件是指：同步闭塞模内冷却时采用加大冷却通道快速冷却零件表层并迅速顶出，而心部金属来不及冷却，形成表层金属已冷、心部金属保持高温的状态。

技术效果

1、与传统的“冷锻+再热处理”相比，本发明具有如下优点：①可以避免使用磷皂化，提高生产过程的环保水平；②可以减少零件的成形工序；③省去了后续的热处理装备，缩短生产周期，提高生产效率。

2、与传统的“温热锻+再热处理”相比，本发明具有如下优点：①利用了余热，避免了再加热，节省了能源；②无需锻件中间的物流，便于生产管理及组织自动化生产；③省去了后续的专业热处理装备，缩短生产周期，提高生产效率。

3、与常规的“温热锻+余热热处理”相比，本发明具有如下优点：①提高了零件的成形精度；②在闭塞模具内受控状态下完成改善力学性能的相变过程，避免过大的热处理变形，提高产品合格率；③减少了专用余热热处理设备的投资，有效缩短了工艺流程。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为实施例1的闭塞模腔正挤压及同步闭塞模内冷却工步示意图；

图中：a为闭塞模腔正挤压、b为同步模具内冷却；

图2a中：201工件、202下凹模、203上凹模、204凸模、205闭塞机构、206顶杆；

图2b中：211工件、212带冷却通道的下凹模、213带冷却通道的上凹模、214凸模、215闭塞机构、216顶杆；

图3为实施例2的闭塞模腔双向挤压及同步闭塞模内冷却工步示意图；

图中：a为闭塞模腔双向挤压、b为同步模具内冷却；

图3a中：301工件、302下凹模、303上凹模、304凸模、305闭塞机构、306反向凸模；

图3b中：311工件、312带冷却通道的下凹模、313带冷却通道的上凹模、314凸模、315闭塞机构、316反向凸模；

图4为实施例3的闭塞模具正挤压及同步闭塞模内冷却工步示意图；

图中：a为闭塞模具正挤压、b为同步模具内冷却。

图4a中：401工件、402下凹模、403上凹模、404凸模、405闭塞机构、406顶杆；

图4b中：411工件、412带冷却通道的下凹模、413带冷却通道的上凹模、414凸模、415闭塞机构、416顶杆；

图5为实施例3的长轴件的微观组织照片；

图中：a为表层微观组织、b为心部微观组织。

具体实施方式

实施例1

以局部带叉的杆形零件为例，其成形方法为：

第一步、精确下料：采用锯切法锯切40cr钢质棒料，按目标质量200g进行质量分选，严格控制坯料质量偏差为±0.5g。

第二步、预涂防护剂：将坯料感应加热至200℃，并在坯料上预涂防护剂以防止后续加热氧化。

第三步、感应加热至亚热温度区间：将坯料感应加热至1000℃。

第四步、闭塞挤压：将加热至1000℃的坯料，放入具有闭塞结构的挤压模具，实时喷涂润滑介质，进行单向正挤压成形；挤压过程中闭塞模腔控制了零件外形尺寸，挤压完成后通过迅速开模顶出时零件余温高于830℃。

如图2a所示，所述的具有闭塞结构的挤压模具，包括：上凹模203、下凹模202、机械式闭塞结构205、凸模204与顶杆206。

上凹模与下凹模由机械式闭塞结构提供闭合力，挤压过程中上、下凹模始终保持闭合，成形完成后上、下凹模快速打开，顶杆顶出零件，如图2a所示，模具材料选用常规热作模具钢4cr5mosiv1。

第五步、同步闭塞模内冷却：将带有余温的零件快速放入相邻具有冷却通道的闭塞结构模具，如图2b所示，利用此模具实施模内零件的导热冷却，使得整个零件快速冷却至300℃，在模具内完成相变过程，从而实现控制零件的最终力学性能。

如图2b所示，所述的具有冷却通道的闭塞结构模具，包括：带冷却通道的上凹模213、带冷却通道的下凹模212、机械式闭塞结构215、凸模214与顶杆216。

根据局部带叉的杆形零件特征，在叉部对应模具中设计了大尺寸的冷却通道，保证整个零件冷却速度尽量均匀。模具材料选用一般的低碳合金钢即可；

第六步、零件取出冷却：经过第1～5步后的零件从成形设备中取出，然后自然冷却或吹风冷却至室温。

实施例2

以中部镦粗的轴类零件为例，其成形方法为：

第一步、精确下料：采用锯切法锯切42crmo钢质棒料，按目标质量300g进行质量分选，严格控制坯料质量偏差为±0.5g。

第二步、预涂防护剂：将坯料感应加热至180℃，并在坯料上预涂防护剂以防止后续加热氧化。

第三步、感应加热至亚热温度区间：将坯料感应加热至950℃。

第四步、闭塞挤压：将加热至950℃的坯料，放入具有闭塞结构的挤压模具，实时喷涂润滑介质，进行双向挤压成形；挤压过程中通过闭塞模腔控制零件外形尺寸，挤压完成后通过迅速开模顶出是零件余温高于850℃。

如图3a所示，所述的具有闭塞结构的挤压模具，包括：上凹模303、下凹模302、机械式闭塞结构305、凸模304与反向凸模306。

上凹模与下凹模由机械式闭塞结构提供闭合力，挤压过程中上、下凹模始终保持闭合，成形完成后上、下凹模快速打开，反向凸模顶出零件，如图3a所示，模具材料选用常规热作模具钢5crnimo。

第五步、同步闭塞模内冷却：将带有余温的零件快速放入相邻具有冷却通道的闭塞结构模具，如图3b所示，利用此模具实施模内零件的导热冷却，使得整个零件快速冷却至350℃，在模具内完成相变过程，从而实现控制零件的最终力学性能。

如图3b所示，所述的具有冷却通道的闭塞结构模具，包括：带冷却通道的上凹模313、带冷却通道的下凹模312、机械式闭塞结构315、凸模314与反向凸模316。

根据中部镦粗的轴类零件特征，在中部对应模具中设计了双冷却通道，保证整个零件冷却速度尽量均匀。模具材料选用一般的低碳合金钢即可；

第六步、零件取出冷却：经过第1～5步的零件从成形设备中取出，然后自然冷却或吹风冷却至室温。

实施例3

以带台阶的长轴类零件为例，其成形方法为：

第一步、精确下料：采用锯切法锯切40cr钢质棒料，按目标质量450g进行质量分选，严格控制坯料质量偏差为±0.5g。

第二步、预涂防护剂：将坯料感应加热至220℃，并在坯料上预涂防护剂以防止后续加热氧化。

第三步、感应加热至亚热温度区间：将坯料感应加热至1050℃。

第四步、闭塞挤压：将加热至1050℃的坯料，放入具有闭塞结构的挤压模具，实时喷涂润滑介质，进行正挤压成形；挤压过程中通过闭塞模腔控制零件外形尺寸，挤压完成后通过迅速开模顶出控制零件余温高于临界温度880℃。

如图4a所示，所述的具有闭塞结构的挤压模具，包括：上凹模403、下凹模402、机械式闭塞结构405、凸模404与顶杆406。

上凹模与下凹模由机械式闭塞结构提供闭合力，挤压过程中上、下凹模始终保持闭合，成形完成后上、下凹模快速打开，下顶杆顶出零件，如图4a所示，模具材料选用常规热作模具钢32crw8v。

第五步、同步闭塞模内冷却：将带有余温的零件快速放入相邻具有冷却通道的闭塞结构模具，利用此模具实施模内零件的导热冷却，控制零件冷却速度与冷却深度，使得长轴件表层快速冷至300℃以下，表层金属在模具内完成相变。

如图4b所示，所述的具有冷却通道的闭塞结构模具，包括：带冷却通道的上凹模413、带冷却通道的下凹模412、机械式闭塞结构415、凸模414与顶杆416。

根据带台阶的长轴类零件特征，在模具中根据零件直径大小设计并布置冷却通道，并加大冷却介质在通道内的流速，保证整个零件表层高速均匀冷却。模具材料选用一般的低碳合金钢即可；

第六步、零件自身导热：顶出经过同步闭塞模内快速强制冷却所得心表温差的零件，此时表面温度已降至300℃以下，心部仍然保持在700℃以上，利用高温心部余热传导加热表层金属至均温，从而获得心表力学性能不同的目标零件。

第七步、零件取出冷却：经过第1～6步后的零件从成形设备中取出，然后自然冷却或吹风冷却至室温。

带台阶的长轴类零件，使用时需承受扭矩，故对其强度有一定要求；同时由于轻量化的要求，需后续钻孔加工以减重，为便于钻削适当降低心部强度；因此，此类带台阶的长轴件实际需要的心表力学性能不同。

采用现有的“精密锻造+再热处理”或者“精密锻造+余热热处理”工艺方法进行生产，无法获得心表力学性能不同的目标零件；所得零件可以满足力学性能及组织要求，如抗拉强度大于650mpa，微观组织以索氏体为主，但是后续钻孔难度大、钻头寿命低，综合成本高；同时，该类长轴件，已在“再热处理”或“余热热处理”时发生变形，产品不合格率较高。

采用该实施例中的成形方法进行试制，所得带台阶的长轴件成形质量良好，表层组织为索氏体，如图5a所示；心部组织为铁素体+珠光体，如图5b所示；表层金属抗拉强度大于650mpa，心部金属约500mpa，形成零件的心表力学性能差异化，满足实际要求。与现有技术相比，工艺流程被有效缩短、能耗减少、合格率提高，且单件成本大幅降低。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。