一种发动机喷管的成型工艺方法及成型模具的制作方法
【专利摘要】一种发动机喷管的成型工艺方法及成型模具，它涉及一种挤压成型方法及成型模具。本发明为了解决发动机喷管零件存在耐高温、高压性能差，导致燃气对喷管喉颈的冲刷烧损的问题。方法：一、备料：二、设备准备：三、预成型：四、烧结：五、热挤压成型：六、淬火处理：七、低温回火：八、精加工：九、磷化处理。模具：垫块安装在下模座凹槽内，下模座与垫块连接，加强模套安装在下模座上，复位板卡装在加强模套的限位台肩上，加强模套与下模座之间分别设有多个复位杆和多根导柱，多个导套插装在加强模套上，凹模安装在加强模套内，下芯模安装在凹模内，上芯模卡装在夹板的阶梯孔内，上模板、垫板和夹板由上至下依次排布。本发明用于喷管挤压成型。
【专利说明】
一种发动机喷管的成型工艺方法及成型模具
技术领域
[0001]本发明涉及一种成型工艺方法及成型模具，具体涉及一种发动机喷管的成型工艺方法及成型模具。
【背景技术】
[0002]弹药发动机工作瞬间，在高温、高压的作用下，发射药火焰对喷管喉颈产生的烧损，对弹体弹道的运行轨迹精度会产生很大影响。而原机械加工的优质碳素结构钢发动机喷管零件，通过多次试验满足不了喷管零件的性能要求。尤其是满足不了发动机喷管零件耐高温、高压性能差，导致燃气对喷管喉颈的冲刷烧损的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决发动机喷管零件存在耐高温、高压性能差，导致燃气对喷管喉颈的冲刷烧损的问题。进而提供一种发动机喷管的成型工艺方法及成型模具。
[0004]本发明的技术方案是:一种发动机喷管的成型工艺方法，它包括以下步骤:
[0005]步骤一、备料:
[0006]第一:铁粉退火:
[0007]将没有退火的铁粉在700?750°C的氨气保护炉中进行去氧处理，保温1.5?2h，出炉温度不得超过200°C ;
[0008]第二:过筛:
[0009]出炉冷却后的铁粉进行过60目-150目筛；
[0010]第三:配料:
[0011]根据一次混料的总重量，按配比要求计算出每种原料的重量；
[0012]第四:混料:
[0013]将完成配比的粉料装入到混料机内以20?30r/min的速度混料3?4h;
[0014]第五:再次过筛:
[0015]混合粉料再次进行过60目筛，除掉结块杂质；
[0016]步骤二、设备准备:
[0017]第一:设备调试；
[0018]第二:安装模具；
[0019]步骤三、预成型:
[0020]第一:称单件料，用天平按重量要求称料；
[0021 ]第二:装模，用漏斗将粉料装到模具中；
[0022]第三:预压型，模具压到位；
[0023]第四:出模；
[0024]第五:清理飞边；
[0025]第六:装盒；
[0026]步骤四、烧结:
[0027]将步骤三中预成型制好的毛坯装入盒内密封好，送进烧结炉口内，当运行到炉中1100?1150°C高温段时烧结1.5?2h，直到出炉650?750°C;
[0028]步骤五、热挤压成型:
[0029]将烧结到650?750°C温度出炉的坯件在I分钟内(防止胚料温度过低，影响成型尺寸及密度)放进挤压成型模具中挤压到位，挤压后的零件密度为多7.8/g.cm3，并达到最终尺寸要求；
[0030]步骤六、淬火处理:
[0031]将出模的挤压件放进油中进行冷却；
[0032]步骤七、低温回火:
[0033]挤压件成型后即为喷管零件，将喷管零件放到200?300°C热处理炉中，保温I?1.5h回火处理；
[0034]步骤八、精加工:
[0035]按图样机械加工Φ10孔及外径尺寸；
[0036]步骤九、磷化处理:
[0037]机械加工后的喷管零件按磷化要求进行磷化处理。
[0038]本发明还提供了一种发动机喷管的成型模具包括下模座、垫块、下芯模、上芯模、垫板、上模板、夹板、凹模、复位板、加强模套、多个复位弹簧、多个复位杆、多个垫圈、多个螺母、多个上模板固定螺钉、多个模套固定螺钉、多个导套、多个下模座连接螺栓和多根导柱，
[0039]下模座的上表面中部位置开设下模座凹槽，垫块安装在下模座凹槽内，下模座与垫块之间通过多个下模座连接螺栓连接，加强模套安装在下模座上，且加强模套套装在垫块的外侧壁上，加强模套的外侧壁上部开设限位台肩，复位板卡装在加强模套的限位台肩上并通过多个模套固定螺钉与加强模套连接，加强模套与下模座之间分别设有多个复位杆和多根导柱，每个复位杆的上端穿过加强模套，位于加强模套上端的每个复位杆上分别设有一个垫圈和一个螺母，每个复位杆的下端与下模座连接，且位于加强模套和下模座之间的每个复位杆上均套有一个复位弹簧，多个导套由下至上插装在加强模套上，每根导柱的上部可滑动安装在加强模套上，每根导柱的下部与下模座连接，凹模安装在加强模套内，且凹模与加强模套通过过盈配合热装工艺方法装配成一体，下芯模安装在凹模内，
[0040]夹板的内侧壁上设有阶梯孔，上芯模由上至下卡装在夹板的阶梯孔内，上模板、垫板和夹板由上至下依次排布并通过多个上模板固定螺钉连接，上芯模位于下芯模的正上方，下芯模与凹模内腔之间设有金属粉末冶金。
[0041]本发明与现有技术相比具有以下效果:
[0042]工艺方法:发动机喷管零件采用金属粉末冶金材料混合后，经热挤压成型工艺方法加工的喷管零件，其零件机械性能指标可达，硬度HB》70、径向压力P多40KN。通过发动机静止点火对比试验结果表明:采用热挤压成型的喷管零件的喉颈尺寸没有变化。通过采用粉末冶金材料热挤成型的发动机喷管零件，不但提高了零件性能指标，而且利用该技术加工的零件具有如下优点:具有少切削或无切削金属粉末材料，材料利用率可达95%以上(切削加工法制造的零件材料利用率只有40%?50%)。并且，可节省大量人力和机械加工设备，降低了加工成本，更适用于批量生产。
[0043]成型模具:解决喷管密度及强度不足的问题时，采用了双向的热挤压成型模具，有效的保证了金属粉末冶金材料的密度和强度，提高使用精度，模具结构简单，易于实现。
【附图说明】
[0044]图1是喷管双向热挤压复合成型模具结构示意图:I下模座;2复位弹簧;3复位杆;4垫块;5垫圈；6螺母;7下芯模;8上芯模;9垫板；10螺钉；11上模板；12夹板；13螺钉；14凹模；15导套;16复位板;17加强模套;18螺栓;19导柱。图2是喷管热挤压零件图。
【具体实施方式】
[0045]【具体实施方式】一:本实施方式的一种发动机喷管的成型工艺方法，它包括以下步骤:
[0046]步骤一、备料:
[0047]第一:铁粉退火:将没有退火的铁粉在700?750°C的氨气保护炉中进行去氧处理，保温1.5?2h，出炉温度不得超过200°C ；
[0048]第二:过筛:出炉冷却后的铁粉进行过60目-150目筛；
[0049]第三:配料:根据一次混料的总重量，按配比要求计算出每种原料的重量；
[0050]第四:混料:将完成配比的粉料装入到混料机内以20?30r/min的速度混料3?4h;[0051 ]第五:再次过筛:混合粉料再次进行过60目筛，除掉结块杂质；
[0052]步骤二、设备准备:
[0053]第一:设备调试;第二:安装模具；
[0054]步骤三、预成型:
[0055]第一:称单件料，用天平按重量要求称料;第二:装模，用漏斗将粉料装到模具中；第三:预压型，模具压到位;第四:出模;第五:清理飞边;第六:装盒；
[0056]步骤四、烧结:
[0057]将步骤三中预成型制好的毛坯装入盒内密封好，送进烧结炉口内，当运行到炉中1100?1150°C高温段时烧结1.5?2h，直到出炉650?750°C;
[0058]步骤五、热挤压成型:
[0059]将烧结到650?750°C温度出炉的坯件在I分钟内(防止胚料温度过低，影响成型尺寸及密度)放进挤压成型模具中挤压到位，挤压后的零件密度为多7.8/g.cm3，并达到最终尺寸要求；
[0060]步骤六、淬火处理:
[0061]将出模的挤压件放进油中进行冷却；
[0062]步骤七、低温回火:
[0063]挤压件成型后即为喷管零件，将喷管零件放到200?300°C热处理炉中，保温I?1.5h进行回火处理；
[0064]步骤八、精加工:
[0065]按图样尺寸进行机械加工；
[0066]步骤九、磷化处理:
[0067]机械加工后的喷管零件按磷化要求进行磷化处理。
[0068]【具体实施方式】二:本实施方式的步骤四中送进烧结炉口内，加热段温度为600°C。利用粉末冶金烧结炉在惰性气体的保护下，将当预压制好的毛坯装入密封盒内，推入进口加热段温度600°C，高温段1100?1150°C (烧结1.2?1.5h)，出炉温度650?750°C的炉中，预烧结时间共需3?4h。便于保证烧结质量。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0069]【具体实施方式】三:本实施方式的步骤四中当运行到炉中1100?1150°C高温段时烧结1.5?2h，直到出炉650?750°C。便于保证烧结质量。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0070]【具体实施方式】四:本实施方式的步骤四中送进烧结炉口内预烧结时间为3_4h。便于保证烧结质量。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二或三相同。
[0071]【具体实施方式】五:本实施方式的步骤七中将喷管零件放到200?300°C热处理炉中，保温I?1.5h后，随炉冷却到室温，再回火处理。便于保证烧结质量。其它组成和连接关系与【具体实施方式】一、二、三或四相同。
[0072]步骤五中的将烧结到650?750°C温度出炉的坯件马上放进挤压成型模具中进行挤压，保证零件密度多7.8/g.cm3。将该模具安装在160t液压机上，利用上模组件的上芯模下行、与下模组件压靠闭合，挤压出喷管零件。
[0073]采用金属粉末配比成型，具体质量百分比组成包括:铁粉I?4%、镍40?50%、铬19?26%、钨13?16%、石墨粉0.2?1%、硬质酸锌I?4%和机油I?4%。粉末冶金材料的颗粒度为60?150目。
[0074]【具体实施方式】六:结合图1说明本实施方式，本实施方式包括下模座1、垫块4、下芯模7、上芯模8、垫板9、上模板11、夹板12、凹模14、复位板16、加强模套17、多个复位弹簧2、多个复位杆3、多个垫圈5、多个螺母6、多个上模板固定螺钉10、多个模套固定螺钉13、多个导套15、多个下模座连接螺栓18和多根导柱19。
[0075]下模座I的上表面中部位置开设下模座凹槽，垫块4安装在下模座凹槽内，下模座I与垫块4之间通过多个下模座连接螺栓18连接，加强模套17安装在下模座I上，且加强模套17套装在垫块4的外侧壁上，加强模套17的外侧壁上部开设限位台肩，复位板16卡装在加强模套17的限位台肩上并通过多个模套固定螺钉13与加强模套17连接，加强模套17与下模座I之间分别设有多个复位杆3和多根导柱19，每个复位杆3的上端穿过加强模套17，位于加强模套17上端的每个复位杆3上分别设有一个垫圈5和一个螺母6，每个复位杆3的下端与下模座I连接，且位于加强模套17和下模座I之间的每个复位杆3上均套有一个复位弹簧2，多个导套15由下至上插装在加强模套17上，每根导柱19的上部可滑动安装在加强模套17上，每根导柱19的下部与下模座I连接，凹模14安装在加强模套17内，且凹模14与加强模套17通过过盈配合热装工艺方法装配成一体，下芯模7安装在凹模14内。
[0076]夹板12的内侧壁上设有阶梯孔，上芯模8由上至下卡装在夹板12的阶梯孔内，上模板11、垫板9和夹板12由上至下依次排布并通过多个上模板固定螺钉10连接，上芯模8位于下芯模7的正上方，下芯模7与凹模14内腔之间设有金属粉末冶金。
[0077]【具体实施方式】七:结合图1说明本实施方式，本实施方式的上芯模8与凹模14及下芯模7的配合间隙单边为0.02?0.03mm，下芯模7装到凹模14内时，配合间隙单边为0.02?0.03mm，并通过复位弹簧2与复位板16的连接，使凹模14与加强模套17上、下移动。如此设置，结构简单，便于实现凹模14与加强模套17上、下移动。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六相同。
[0078]【具体实施方式】八:结合图1说明本实施方式，本实施方式的下芯模7与垫块4之间采用间隙配合保证间隙单边为0.01?0.025mm。如此设置，便于保证挤压精度。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六或七相同。
[0079]【具体实施方式】九:结合图1说明本实施方式，本实施方式的凹模14为圆环柱状凹模。如此设置，便于挤压出外侧壁为圆形的喷管。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六、七或八相同。
[0080]【具体实施方式】十:结合图1说明本实施方式，本实施方式的凹模14的内径和外径同轴。如此设置，便于保证挤压精度。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六、七、八或九相同。
[0081]【具体实施方式】十一:结合图1说明本实施方式，本实施方式的多个导套15的数量为2个，两个导套15相对于复位板16的中心轴线对称设置，并采用过盈配合进行连接。如此设置，保证挤压精度。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六、七、八、九或十相同。
[0082]【具体实施方式】十二:结合图1说明本实施方式，本实施方式的导柱19的数量为2根，下模座I上与两个导柱19相对应位置处设有两个下导柱孔，导柱19的下端与下模座I的下导柱孔过盈配合。如此设置，为导柱提供精确定位和连接。其它组成和连接关系与【具体实施方式】六、七、八、九、十或^ 相同。
[0083]本实施方式的上模组件由上芯模设置在夹板上，中间设有垫板，并通过多个M16上模板固定螺钉10固定到上模板上，上述四个零件可以通过多个M16上模板固定螺钉10可拆卸连接(本实施方式中采用螺钉可拆卸连接)。下模组件由凹模、加强模套、复位板、通过M12螺钉进行固定，垫块与下模座通过多个下模座连接螺栓18进行连接。采用本发明的模具，成型后的喷管零件(见图2)外径为Φ 36mm、外径为Φ 30mm、内径为Φ 9mm并带27°锥角、高46mm。
[0084]本实施方式的热挤压模具凹模材料为Grl2MV、上芯模和下芯模材料为Gr6WV。
[0085]本实施方式的凹模材料淬火硬度为HRC60?62，上芯模和下芯模材料淬火硬度为HRC54?56。
[0086]本实施方式的复位弹簧与复位板的连接，可使凹模与加强模套上、下移动。
[0087]本实施方式将凹模与加强模套装配后，在与复位板装配，并通过M12螺钉进行固定，通过复位弹簧的弹性工作原理，使凹模与加强模套可上、下移动。
[0088]本实施方式的下芯模与垫块配合间隙单边为0.01?0.025mm，凹模的内径、外径同轴度为0.01mm。
[0089]本实施方式将下芯模与垫块零件的加工尺寸公差设计成单边间隙为0.01?
0.025mm的配合公差尺寸，以保证下芯模与垫块装配后能够正常运动。
[0090]本实施方式的凹模与加强模套采用过盈配合，并采用热装工艺方法。
[0091]本实施方式的凹模与加强模套之间采用的配合公差是过盈配合，零件如不采用加热工艺方法是无法装配成一体的。
[0092 ]本实施方式的金属粉末冶金材料需要预压成型还料。
[0093]本实施方式的热挤压坯料是将金属粉末冶金坯料成型模具安装在10t液压机上后，将金属粉末冶金粉料通过漏斗放置到模腔内压制而成。
[0094]工作原理:根据需要成型的金属粉末冶金喷管零件，模具设有上芯模、凹模、下芯模、及其它辅助零件，并将它们组装成一个完整的热挤压模具。该模具安装在160t液压机上，并将下模座固定在液压机的工作台面上，将上模组件固定在液压机的上滑板上(随着设备的启动，上模组件同上滑板一起上下运动，向下运动是工作行程，向上运动是空程)，根据模具闭合高度确定行程(以工件完全复合产品图样为准)。零件热挤成型前，先将金属粉末冶金材料，通过模具预压成喷管坯料，然后通过对坯料进行加热到一定温度后，放置到凹模的模腔内，按一下开关，使设备的上滑板向下运动。首先，上模组件的上芯模下行、与下模组件压靠闭合，(在上模组件继续下行过程中，首先与凹模和加强模套的组合件压合，然后上模组件和凹模和加强模套的组合件继续下行产生下芯模与凹模的相对向上运动，使喷管零件受到双向轴挤压力，提高了喷管零件的整体密度的均匀性)。开启液压机上滑板上行归位后，启动液压机的下油缸上行推动下模组件的下芯模将喷管零件顶出凹模外，完成挤压压型工作。
【主权项】
1.一种发动机喷管的成型工艺方法，其特征在于:它包括以下步骤: 步骤一、备料: 第一:铁粉退火: 将没有退火的铁粉在700?750°C的氨气保护炉中进行去氧处理，保温1.5?2h，出炉温度不得超过200°C; 第二:过筛: 出炉冷却后的铁粉进行过60目-150目筛； 第三:配料: 根据一次混料的总重量，按配比要求计算出每种原料的重量； 第四:混料: 将完成配比的粉料装入到混料机内以20?30r/min的速度混料3?4h ； 第五:再次过筛: 混合粉料再次进行过60目筛，除掉结块杂质； 步骤二、设备准备: 第一:设备调试； 第二:安装模具； 步骤三、预成型: 第一:称单件料，用天平按重量要求称料； 第二:装模，用漏斗将粉料装到模具中； 第三:预压型，模具压到位； 第四:出模； 第五:清理飞边； 第六:装盒； 步骤四、烧结: 将步骤三中预成型制好的毛坯装入盒内密封好，送进烧结炉口内，当运行到炉中1100?1150°C高温段时烧结1.5?2h，直到出炉650?750°C; 步骤五、热挤压成型: 将烧结到6 50?7 50 °C温度出炉的坯件在I分钟内放进挤压成型模具中挤压到位，挤压后的零件密度为多7.8/g.cm3，并达到最终尺寸要求； 步骤六、淬火处理: 将出模的挤压件放进油中进行冷却； 步骤七、低温回火: 挤压件成型后即为喷管零件，将喷管零件放到200?300°C热处理炉中，保温I?1.5h进行回火处理； 步骤八、精加工: 按图样机械加工Φ 10孔及外径尺寸； 步骤九、磷化处理: 机械加工后的喷管零件按磷化要求进行磷化处理。2.根据权利要求1所述的一种发动机喷管的成型工艺方法，其特征在于:步骤四中送进烧结炉口内，加热段温度为600°C。3.根据权利要求2所述的一种发动机喷管的成型工艺方法，其特征在于:步骤四中当运行到炉中1100?1150 °C高温段时烧结1.5?1.8h，直到出炉650?750 V。4.根据权利要求2所述的一种发动机喷管的成型工艺方法，其特征在于:步骤四中送进烧结炉口内到出炉，全过程烧结时间为3-4h。5.根据权利要求2所述的一种发动机喷管的成型工艺方法，其特征在于:步骤七中将喷管零件放到200?300°C热处理炉中，保温I?1.5h后，随炉冷却到室温，进行回火处理。6.—种发动机喷管的成型工艺方法所使用的成型模具，其特征在于:它包括下模座(1)、垫块(4)、下芯模(7)、上芯模(8)、垫板(9)、上模板(11)、夹板(12)、凹模(14)、复位板(16)、加强模套(17)、多个复位弹簧(2)、多个复位杆(3)、多个垫圈(5)、多个螺母(6)、多个上模板固定螺钉(10)、多个模套固定螺钉(13)、多个导套(15)、多个下模座连接螺栓(18)和多根导柱(19)， 下模座(I)的上表面中部位置开设下模座凹槽，垫块(4)安装在下模座凹槽内，下模座(I)与垫块(4)之间通过多个下模座连接螺栓(18)连接，加强模套(17)安装在下模座(I)上，且加强模套(17)套装在垫块(4)的外侧壁上，加强模套(17)的外侧壁上部开设限位台肩，复位板(16)卡装在加强模套(17)的限位台肩上并通过多个模套固定螺钉(13)与加强模套(17)连接，加强模套(17)与下模座(I)之间分别设有多个复位杆(3)和多根导柱(19)，每个复位杆(3)的上端穿过加强模套(17)，位于加强模套(17)上端的每个复位杆(3)上分别设有一个垫圈(5)和一个螺母(6)，每个复位杆(3)的下端与下模座(I)连接，且位于加强模套(17)和下模座(I)之间的每个复位杆(3)上均套有一个复位弹簧(2)，多个导套(15)由下至上插装在加强模套(17)上，每根导柱(19)的上部可滑动安装在加强模套(17)上，每根导柱(19)的下部与下模座(I)连接，凹模(14)安装在加强模套(17)内，且凹模(14)与加强模套(17)通过过盈配合热装工艺方法装配成一体，下芯模(7)安装在凹模(14)内， 夹板(12)的内侧壁上设有阶梯孔，上芯模(8)由上至下卡装在夹板(12)的阶梯孔内，上模板(11)、垫板(9)和夹板(12)由上至下依次排布并通过多个上模板固定螺钉(10)连接，上芯模(8)位于下芯模(7)的正上方，下芯模(7)与凹模(14)内腔之间设有金属粉末冶金。7.根据权利要求6所述的一种发动机喷管的成型模具，其特征在于:上芯模(8)与凹模(14)及下芯模(7)的配合间隙单边为0.02?0.03mm，下芯模(7)装到凹模(14)内时，配合间隙单边为0.02?0.03mm，并通过复位弹簧(2)与复位板(16)的连接，使凹模(14)与加强模套(17)上、下移动。8.根据权利要求7所述的一种发动机喷管的成型模具，其特征在于:下芯模(7)与垫块(4)之间采用间隙配合保证间隙单边为0.01?0.025mm。9.根据权利要求8所述的一种发动机喷管的成型模具，其特征在于:凹模(14)为圆环柱状凹模。10.根据权利要求9所述的一种发动机喷管的成型模具，其特征在于:凹模(14)的内径和外径同轴。
【文档编号】C21D9/08GK105880609SQ201610218412
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月11日
【发明人】贾连颖, 刘忠柏, 董延斌, 郭楠男
【申请人】哈尔滨建成集团有限公司