一种铜锥件双动挤压成形控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征主要包括：将坯料下端机加或压型成一定锥角，并与芯模接触部位的角度一致；将坯料置于设计制造好的挤压模具装置中，充入液体介质并排尽空气，上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料完成缩颈变形和扩孔变形，然后下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形，达到挤压件结构设计要求；将挤压件置于真空退火炉中进行低温再结晶退火处理，形成均匀细小的再结晶组织。与传统冷挤压技术相比，本技术减少了挤压工序的道次，以及道次间打磨工件内表面引入的缺陷，具有表面精度高、组织均匀和材料利用率高的优点。
【专利说明】
一种铜锥件双动挤压成形控制方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种挤压成型模具与细晶控制方法。
【背景技术】
[0002]铜及铜合金优良的屈服强度、延展性等综合性能，在国民经济和高端装备中应用广泛，同时对晶粒尺寸及均匀性、形状精度等制造性能要求更高。查阅国内外文献资料表明，铜及铜合金产品常见的成形工艺是冲压、旋压、冷挤压等工艺，但冲压工艺加工过程中锥形件不可避免出现壁厚差，旋压工艺性能不均匀、有明显的织构现象，冷挤压精度高、晶粒尺寸可控、材料利用率高(贾万明.药型罩制造技术的发展[J]，稀有金属材料与工程，2007年)；中国兵器工业第五九研究所对铜锥形件温挤压、冷挤压工艺进行了研究，温挤压的锥形件晶粒尺寸较大，冷挤压需要进行多道次挤压，存在道次间打磨工件内表面引入划痕、多道次挤压轴向对称性差、组织均匀性差等缺陷。静液挤压过程中，坯料侧面不与挤压筒接触，可以减小摩擦力，同时坯料始终处于三向压应力状态，材料塑性大大提高，铜合金、镁合金、高速钢等材料单向静液挤压工艺有见报道，但对于单锥、双锥、圆弧等形状的锥形件静液挤压，特别是轴向双动静液挤压技术鲜有报道。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种铜锥件双动挤压成形模具与细晶控制方法，可以减少传统冷挤压的成形道次的问题。
[0004]为了实现上述目的，采用以下技术方案:
一种铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于包括如下步骤:
(1)根据产品结构设计挤压件，按照等体积原则，计算得到坯料的直径DO、高度HO、下端面锥角α0;采用机加或压型的方式使坯料下端面锥角αΟ成30°?60°;
(2)使得挤压模具中的芯模的内孔上锥角α?与坯料的端面锥角αΟ—致，芯模的内孔中间段直径Dl与挤压件下端直径D2—致，芯模的内孔中间段高度Hl比挤压件下端高度Η2大5%?10%，芯模的内孔下表面形状与挤压件壁部的外表面形状一致;下凸模的上表面形状与挤压件壁部的内表面形状一致；
(3)将带有密封系统的挤压模具安装在液压设备上，坯料端面、芯模内型、下凸模外表面涂有润滑油或润滑脂，坯料置于芯模上，将液体介质充入挤压筒并排尽空气，上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料完成缩颈变形和扩孔变形，然后下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形，精整后的挤压件表面粗糙度小于Ra0.25；
(4)将挤压件置于真空退火炉中进行低温再结晶退火处理，形成均匀细小的再结晶组织。
[0005]步骤(I)中所述的挤压件选用的材料为纯铜、黄铜或白铜，挤压件结构包括单锥、双锥或弧形，挤压件最大直径D3为1mm?400mm，挤压件壁部锥角为20°?120°。
[0006]步骤(3)中所述的密封系统包括三层密封，其中上凸模与挤压筒之间采用斜切密封圈和O型密封圈密封，斜切密封圈在上，O型密封圈密封在下；芯模与挤压筒之间采用O型密封圈密封。
[0007]步骤(3)中所述的液压设备至少具备轴向伺服双动功能，既能沿轴线向下或向上施加载荷，也能沿轴线同时向下和向上施加载荷，吨位、速度能够伺服调控。
[0008]步骤(3)中所述的液体介质为蓖麻油，并在蓖麻油中加入质量分数为8%?10%的甲基化酒精，承受800MPa?1500MPa的压力。
[0009]步骤(3)中所述的缩颈变形，依靠上凸模沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料发生挤压缩颈，其变形量不大于60%。
[0010]步骤(3)中所述的扩孔变形，依靠上凸模继续沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料进一步发生挤压扩孔，逐步形成挤压件的壁部，此时相对壁厚率即壁厚/D2为20%?25%。
[0011]步骤(3)中所述的精整形，依靠上凸模继续沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料完成挤压扩孔，同时下凸模沿轴线向上运动促使挤压件的壁厚减薄，此时壁厚减薄率为
10%?I5%O
[0012]步骤(3)中所述的低温再结晶退火为真空热处理，退火温度250°C?350°C，保温时间为I?1.5h。
[0013]本发明公开的铜锥件双动挤压成形模具与细晶控制方法，能够有效减少冷挤压成形的道次，同时产品表面精度更高，晶粒细小，再结晶退火后的组织均匀，如锥形件的成形道次从原来的3?5道减少为I道，表面粗糙度小于Ra0.25，同时可应用在其他杆形类、杯形类的产品中。
[0014]说明书附图
图1为本发明中挤压模具的结构示意图；
图2为坯料的结构示意图；
图3为芯模的结构示意图；
图4为下凸模的结构示意图；
图5为挤压件为单锥形状的结构示意图；
图6为挤压件为双锥形状的结构示意图；
图7为挤压件为弧形形状的结构示意图。
[0015]图中，I一上模板；2—上垫板；3—上模固定板;4一上凸模；5—套筒；6—挤压筒；7—芯模;8—下模套;9一下垫板；10—下模板；11一接杆；12—斜切密封圈；13—上O型密封圈；14一液体介质；15一还料;16—下O型密封圈；17一挤压件;18—下凸模;19一顶料杆。
【具体实施方式】
[0016]以下结合实例对本发明作进一步说明。
[0017]如图1至图7所示，首先根据产品结构设计挤压件17，按照等体积原则，计算得到坯料15的直径D0、高度HO、下端面锥角αΟ;采用机加或压型的方式使坯料下端面锥角αΟ成30°?60°。设计挤压模具装置，主要包括上凸模4、套筒5、挤压筒6、芯模7、下模套8、接杆11、下凸模18等，根据不同的情况，挤压件结构包括单锥、双锥或弧形。
[0018]实施例1 (I)锥形件为单锥结构，锥角82°，壁厚11.5mm，最大直径Φ 205mm，计算得到还料的尺寸Φ76mmX 134mm，坯料端面锥角为30°，材料为T2紫铜，初始晶粒尺寸130μπι。
[0019](2)设计制造双动挤压模具，芯模的内孔上锥角设计为30°，芯模的内孔下锥角为82°，下凸模的上锥角为82° ;挤压筒与套筒采用预应力组合形式，下凸模与接杆采用螺纹连接。
[0020](3)挤压模具安装在3000吨伺服液压设备上，坯料端面、芯模内型、下凸模外表面涂有石墨油脂，上凸模与挤压筒之间采用金属斜切密封圈和丁腈橡胶O型密封圈密封，芯模与挤压筒之间采用丁腈橡胶O型密封圈密封，将蓖麻油(含质量分数10%的甲基化酒精)充入挤压筒并排尽空气，先上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料发生缩颈变形，变形量为56.7%，当扩孔变形完成85%后，同时下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形。
[0021](4)将挤压件置于真空退火炉中，退火温度300°C，保温时间为lh。
[0022]通过检测分析表明，本实例制得的铜锥件表面粗糙度Ra0.2，壁厚差<0.02mm，平均晶粒尺寸12μπι。
[0023]实施例2
(I)锥形件为双锥结构，小锥角66°，大锥角90°，壁厚8mm，最大直径Φ 117.6mm，计算得到还料的尺寸Φ 46mm X 95mm，还料端面锥角为30°，材料为T2紫铜，初始晶粒尺寸90μηι。
[0024](2)设计制造双动挤压模具，芯模的内孔上锥角设计为30°，芯模的内孔下表面形状、下凸模的上表面形状与双锥角度一致;挤压筒与套筒采用预应力组合形式，下凸模与接杆采用螺纹连接。
[0025](3)挤压模具安装在3000吨伺服液压设备上，坯料端面、芯模内型、下凸模外表面涂有石墨油脂，上凸模与挤压筒之间采用金属斜切密封圈和丁腈橡胶O型密封圈密封，芯模与挤压筒之间采用丁腈橡胶O型密封圈密封，将蓖麻油(含质量分数10%的甲基化酒精)充入挤压筒并排尽空气，先上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料发生缩颈变形，变形量为57.5%，当扩孔变形完成90%后，同时下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形。
[0026](4)将挤压件置于真空退火炉中，退火温度280°C，保温时间为lh。
[0027]通过检测分析表明，本实例制得的铜锥件表面粗糙度Ra0.2，壁厚差<0.03mm，平均晶粒尺寸8ym。
[0028]实施例3
(I)锥形件为弧形结构，外弧半径400mm，内弧半径410mm，壁厚10mm，最大直径Φ 131mm，计算得到还料的尺寸Φ 56mmX 105mm，还料端面锥角为30°，材料为T2紫铜，初始晶粒尺寸60
μ??ο
[0029](2)设计制造双动挤压模具，芯模的内孔上锥角设计为30°，芯模的内孔下表面形状、下凸模的上表面形状与双锥角度一致;挤压筒与套筒采用预应力组合形式，下凸模与接杆采用螺纹连接。
[0030](3)挤压模具安装在3000吨伺服液压设备上，坯料端面、芯模内型、下凸模外表面涂有石墨油脂，上凸模与挤压筒之间采用金属斜切密封圈和丁腈橡胶O型密封圈密封，芯模与挤压筒之间采用丁腈橡胶O型密封圈密封，将蓖麻油(含质量分数10%的甲基化酒精)充入挤压筒并排尽空气，先上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料发生缩颈变形，变形量为56.3%，当扩孔变形完成85%后，同时下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形。
[0031](4)将挤压件置于真空退火炉中，退火温度260°C，保温时间为1.5h。
[0032]通过检测分析表明，本实例制得的铜锥件表面粗糙度Ra0.2，壁厚差彡0.02mm，平均晶粒尺寸5μπι ο
【主权项】
1.一种铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于包括如下步骤: (1)根据产品结构设计挤压件，按照等体积原则，计算得到坯料的直径DO、高度HO、下端面锥角α0;采用机加或压型的方式使坯料下端面锥角αΟ成30°?60°; (2)使得挤压模具中的芯模的内孔上锥角α?与坯料的端面锥角αΟ—致，芯模的内孔中间段直径Dl与挤压件下端直径D2—致，芯模的内孔中间段高度Hl比挤压件下端高度Η2大5%?10%，芯模的内孔下表面形状与挤压件壁部的外表面形状一致;下凸模的上表面形状与挤压件壁部的内表面形状一致； (3)将带有密封系统的挤压模具安装在液压设备上，坯料端面、芯模内型、下凸模外表面涂有润滑油或润滑脂，坯料置于芯模上，将液体介质充入挤压筒并排尽空气，上凸模沿轴线向下压缩液体介质逐渐增大压力，使坯料完成缩颈变形和扩孔变形，然后下凸模沿轴线向上施加压力，完成精整形，精整后的挤压件表面粗糙度小于Ra0.25； (4)将挤压件置于真空退火炉中进行低温再结晶退火处理，形成均匀细小的再结晶组织。2.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(I)中所述的挤压件选用的材料为纯铜、黄铜或白铜，挤压件结构包括单锥、双锥或弧形，挤压件最大直径D3为1mm?400mm，挤压件壁部锥角为20°?120°。3.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的密封系统包括三层密封，其中上凸模与挤压筒之间采用斜切密封圈和O型密封圈密封，斜切密封圈在上，O型密封圈密封在下;芯模与挤压筒之间采用O型密封圈密封。4.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的液压设备至少具备轴向伺服双动功能，既能沿轴线向下或向上施加载荷，也能沿轴线同时向下和向上施加载荷，吨位、速度能够伺服调控。5.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的液体介质为蓖麻油，并在蓖麻油中加入质量分数为8%?10%的甲基化酒精，承受800MPa?1500MPa的压力。6.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的缩颈变形，依靠上凸模沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料发生挤压缩颈，其变形量不大于60%。7.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的扩孔变形，依靠上凸模继续沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料进一步发生挤压扩孔，逐步形成挤压件的壁部，此时相对壁厚率即壁厚/D2为20%?25%。8.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的精整形，依靠上凸模继续沿轴线向下运动压缩液体介质，促使坯料完成挤压扩孔，同时下凸模沿轴线向上运动促使挤压件的壁厚减薄，此时壁厚减薄率为10%?15%。9.权利要求1所述的铜锥件双动挤压成形控制方法，其特征在于步骤(3)中所述的低温再结晶退火为真空热处理，退火温度250°C?350°C，保温时间为I?1.5h。
【文档编号】C22F1/08GK105880346SQ201610313553
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】黄树海, 陈强, 赵祖德, 陈文 , 舒大禹, 项运良, 胡传凯, 林军
【申请人】中国兵器工业第五九研究所