专利名称：一种异种金属复合活塞及其锻装工艺及锻装用模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态热模锻接技术领域，具体涉及一种异种金属经锻装工艺制成的复合活塞及锻装用模具。
背景技术：
现有高压电气活塞全部由铜合金制成，其杆件尾部的内螺纹抗推拉强度较薄弱； 且目前铜合金的材料价格比钢的材料价格高出7-8倍，钢的抗拉强度又高于铜合金的两倍多。鉴于以上因素，为提高活塞整体杆件和尾部螺纹抗拉抗压强度及降低制件成本，可将活塞杆部改为钢制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种异种金属复合活塞及其锻装工艺及锻装用模具，根据活塞不同部位使用要求应用不同材质的金属，经锻装工艺成一体，且锻装后复合活塞使用性能和可靠性均满足高压开关电气部件运行要求。为实现上述发明目的，本发明创造采用如下技术方案一种异种金属复合活塞锻装工艺，具体包括如下步骤a)、将异种金属按各自所需长度和重量下料的步骤；b)、将活塞杆用金属料留余量，加工成活塞杆外形，及将加工后的活塞杆料置于压力机工作台上的凹模内的步骤；C)、将加热后的活塞头用金属料平放入凹模内活塞杆料上，操作压力机使凸模挤压凹模内异种金属成型的步骤；d)、压力机将锻装好的复合活塞顶出，将锻装好的复合活塞从凹模中取出空冷的步骤；e)、然后重复操作c)-d)步骤，连续生产。为更好的实施本发明创造，锻装前还包括在压力机上将锻装活塞的凸凹模调试安装的步骤。为更好的实施本发明创造，将锻装前的活塞头用金属料加热至650-900°C。为更好的实施本发明创造，还包括首件锻装时将模具预热到^K)-350°C的步骤。为更好的实施本发明创造，所述锻装工艺过程中，凸模不润滑，凹模喷涂稀石墨水。为更好的实施本发明创造，还包括将经过空冷后的锻装活塞进行后续机加工，终成型的步骤。为更好的实施本发明创造，所述活塞头用金属料为铜合金或铝合金，所述活塞杆用金属料为钢。本发明创造的另一目的是提供根据上述工艺生产出的活塞件。实施异种金属复合活塞锻装工艺时，挤压锻装所用的模具，包括凸模和凹模，凹模设置在模座上；凸模通过凸模连接与压力机上工作台连接，凸模直径尺寸对应于活塞头大端尺寸；凹模包括凹模芯和凹模外圈，凹模外圈圈设在凹模芯外围；凹模芯内设有与活塞头形状相对应的阶梯孔；模座上端设有凸台，凸台伸进凹模孔内，且凸台外径尺寸对应于活塞头小端尺寸；模座内设有中心孔，用以容纳活塞杆及顶杆。进一步的，模座设置在压力机工作台上时，在工作台和模座之间设置垫板；垫板中心开孔，顶杆从孔中穿出。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果1、本发明的压力机能够利用现有油压机，加热活塞头部用金属料时选用箱式电加热炉，且工艺过程中的机加也能利用现有设备；在不增加额外设备投入的基础上均能保证活塞精加工精度要求。2、油压机能够实现在几秒钟内就可以将异种金属锻装成复合活塞，工作效率高， 生产成本低廉。3、采用锻装工艺的复合活塞余量小，机加工性能良好；锻装后活塞整体强度超过原活塞杆件部位的强度；经长期装机其使用寿命及可靠性均达到了高压电气元器件的要求。4、本发明在非焊接情况下解决了异种金属的高强度的连接方法，使两种金属各尽所长。从此也节约了大量铜合金，降低了产品成本。5、挤压锻装所用的模具能够重复使用，节约了设备投入成本。6、机加工过程中，铜合金与钢的切屑能做到不相互污染，用磁吸走钢屑能使剩余的铜合金屑很纯净，可各自顺利回收。
图1是预锻装钢件活塞杆粗加工后的结构示意图。图2是成型锻装活塞在凸凹模内的结构示意图。图中1、凹模芯；2、凹模外圈；3、模座；4、顶杆；5、垫板；6、活塞杆；7、活塞头；8、
凸模；9、凸模连接。
具体实施例方式以下结合优选实施例对本发明进一步解释，需说明的是，以下实施例不解释为对本发明创造的限制。实施例一铜合金与钢复合活塞的锻装工艺，具体包括以下步骤a、备料带锯床下料，将铜合金和钢锯成各自所需的长度和重量；b、机加工将锯好的钢棒料如图1所示进行表面加工，具体是将锯好的钢料先将一端面车见光，再车成一工艺槽，倒头平端面定总长并车成外圆，并保持有槽一端洁净；C、锻装准备；将锯好的铜合金料和机加工好的钢件数量一对一匹配，将铜合金料放入箱式炉摆放整齐，控制加热温度760V ；将活塞锻装专用的凸、凹模分别装在315T油压机的上下工作台上，凸模通过凸模连接装在上工作台上，将同心度调试好紧固好压紧螺钉； 首件锻装时将模具预热到300°C左右；
d、挤压锻装；将车好的钢件有槽一端向上竖直放入凹模内，再将箱式炉加热到 760°C的铜合金料用长手钳取出一件放入凹模钢件上，然后操作油压机下行使凸模挤压凹模中的两种金属；当油压机压力达到300T时退回油压机带动凸模退出凹模；然后操作油压机下油缸上行推动顶杆将挤压锻装好的复合活塞顶出；用长手钳将复合活塞摆放在一起自然空冷；之后循环挤压锻装活塞；e、精加工；锻装复合活塞毛坯按高压电气产品活塞零件图精加工，即粗精车外形、 钻孔攻丝、铣槽去毛刺等步骤；f、检验打厂标，防锈包装入库。原活塞的材料为铜合金，其抗拉强度ob365，布氏硬度HB116 ；而钢的抗拉强度 ob593，布氏硬度HB229。从以上两种材料的两组力学性能数据对比、可以明显看出用钢材比用铜合金做出的活塞杆强度性能优异，由于锻装后的复合活塞的力学性能抗拉强度ob 不低于ο b365，因此锻装后的复合活塞的机械性能和可靠性均满足高压开关电气部件实用性和运行要求。实施例二铝合金与钢复合活塞的锻装工艺，具体步骤等同于实施例一，仅是将铝合金料在箱式炉内加热温度调整为470°C，模具预热到300°C，锻装工艺过程和实施例一步骤一致。 复合活塞头部为有色金属铝合金，活塞杆部为45钢。铝合金的抗拉强度ob345，布氏硬度比铜合金低；钢的抗拉强度ob593，布氏硬度HB229。从以上两种材料的两组力学性能数据对比、可以明显看出用钢材比用铝合金做出的活塞杆强度性能优异，由于锻装后的复合活塞的力学性能抗拉强度ob不低于ob345，因此锻装后的复合活塞的机械性能和可靠性均满足高压开关电气部件实用性和运行要求。原活塞均为有色合金铸造件，其内部存在气孔、针孔、砂眼等缺陷，工作时会漏气严重影响可靠性和使用性要求。实施例一和实施例二复合活塞的锻装工艺，活塞头部用有色金属挤制棒材、杆部用热轧钢，再经过锻装挤压成复合活塞，其致密度高机械性能和可靠性均满足高压开关电气部件的使用性和运行要求。结合图2，上述实施例中，挤压锻装所用的模具，包括凸模8和凹模，凹模设置在模座3上；凸模8通过凸模连接9与压力机上工作台连接，凸模直径尺寸对应于活塞头7大端尺寸；凹模包括凹模芯1和凹模外圈2，凹模芯1内设有与活塞头7形状相对应的阶梯孔； 模座3上端设有凸台，凸台伸进凹模孔内，且凸台外径尺寸对应于活塞头小端尺寸；模座内设有中心孔，用以容纳活塞杆6及顶杆4。模座设置在压力机工作台上时，在工作台和模座之间设置垫板5，垫板5中心开孔，便于顶杆4穿出。该模具能够重复使用，使用过程中凸模不润滑，凹模喷涂稀石墨水。
权利要求
1.一种异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是具体包括如下步骤a)、将异种金属按各自所需长度和重量下料的步骤；b)、将活塞杆用金属料留余量，加工成活塞杆外形，及将加工后的活塞杆料置于压力机工作台上的凹模内的步骤；C)、将加热后的活塞头用金属料平放入凹模内活塞杆料上，操作压力机使凸模挤压凹模内异种金属成型的步骤；d)、压力机将锻装好的复合活塞顶出，将锻装好的复合活塞从凹模中取出空冷的步骤；e)、然后重复操作c)-d)步骤，连续生产。
2.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是锻装前还包括在压力机上将锻装活塞的凸凹模调试安装的步骤。
3.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是将锻装前的活塞头用金属料加热至650-900°C。
4.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是还包括首件锻装时将模具预热到^0-350°C的步骤。
5.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是所述锻装工艺过程中，凸模不润滑，凹模喷涂稀石墨水。
6.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是还包括将经过空冷后的锻装活塞进行后续机加工，终成型的步骤。
7.根据权利要求1所述的异种金属复合活塞锻装工艺，其特征是所述活塞头用金属料为铜合金或铝合金，所述活塞杆用金属料为钢。
8.一种根据上述权利要求1-7中任一项所述的异种金属复合活塞锻装工艺生产出的活塞件。
9.实施上述权利要求1-7中任一项所述的异种金属复合活塞锻装工艺，所用的模具， 其特征是包括凸模(8)和凹模，凹模设置在模座C3)上；凸模(8)通过凸模连接(9)与压力机上工作台连接，凸模直径尺寸对应于活塞头(7)大端尺寸；凹模包括凹模芯(1)和凹模外圈O)，凹模外圈⑵圈设在凹模芯⑴外围；凹模芯⑴内设有与活塞头(7)形状相对应的阶梯孔；模座(3)上端设有凸台，凸台伸进凹模孔内，且凸台外径尺寸对应于活塞头小端尺寸；模座内设有中心孔，用以容纳活塞杆(6)及顶杆0)。
10.根据权利要求9所述的模具，其特征是模座C3)设置在压力机工作台上时，在工作台和模座之间设置垫板(5)；垫板(5)中心开孔，顶杆(4)从孔中穿出。
全文摘要
本发明公开的一种异种金属复合活塞锻装工艺，涉及固态热模锻接技术领域，通过将异种金属按各自所需长度和重量下料；将活塞杆用金属料留余量，加工成活塞杆外形，及将加工后的活塞杆料置于压力机工作台上的凹模内；将加热后的活塞头用金属料平放入凹模内活塞杆料上，操作压力机使凸模挤压凹模内异种金属成型；压力机将锻装好的复合活塞顶出，将锻装好的复合活塞从凹模中取出空冷，完成锻装工艺；根据活塞不同部位使用要求应用不同材质的金属，且锻装后复合活塞使用性能和可靠性均满足高压开关电气部件运行要求。还公开了实施异种金属复合活塞锻装工艺时，挤压锻装所用的模具。
文档编号F16J1/01GK102397968SQ20111036203
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者刘新城, 史志欣, 辛选荣 申请人:洛阳秦汉冷锻有限公司