CN100386166C - 非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置 - Google Patents

Abstract

一种非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置，属于精密零件成形技术领域。该装置包括组合压头、可动挤压筒(6)、多件同时成形模具、卸模机构四部分组成；组合压头与压力机压头相连，成形模具安装在压力机工作台上。组合压头包括压头座(1)、压紧弹簧(2、5)、保护罩(3)、压杆(4)；成形模具包括上盖板(7)、模座(8)、齿形模(9)、加热器(10)；卸模机构包括卸模工作台(11)、卸模杆(12)、滑杆(13)，本发明的优点：一次成形多件，提高了零件模锻成形的效率。采用保护气氛，保证了成形零件的表面质量，提高成形效率。选择具有较低超塑性成形温度、性能优异的大块非晶合金材料，降低了对模具材料、成形设备的要求。

Description

非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置

技术领域

本发明属于精密零件成形技术领域，特别是提供了一种非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置。

背景技术

大块非晶合金具有高强度、高耐磨性、高耐蚀性等优异的物理化学与力学性能，在国防装备、航空航天器件、精密机械等领域具有重要的应用前景[Inoue A，Hashimoto K.Amorphous and NanocrystallineMaterials.Tokyo：Springer，2001]。同时，大块非晶合金在过冷液相区呈应变速率敏感系数接近于1的超塑性状态，且过冷液相区的温度较低(如Zr_41.25Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5大块非晶合金为过冷液相区为363～437℃)，从而可以在较低的成形温度及较小的成形载荷下实现超塑性成形，这对于提高成形工具的使用寿命和制品的尺寸精度均为有利。

微型机械在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域具有广阔的应用前景，受到各国的高度重视，被列为21世纪关键技术之首，而精细零部件的制造则是其重要的技术基础。采用超塑性模锻方法制备的非晶合金零件不仅具有高强度、高耐磨性和高耐蚀性，而且可以获得极高的成形精度与表面质量(可达镜面级)，因而有利于提高微机械系统的安全性和可靠性。

申请人开发了Zr基大块非晶合金零件的超塑性成形设备与工艺[谢建新，张志豪，周成，刘新华.一种非晶合金精密零部件超塑性模锻成形装置及方法.发明专利授权号：ZL03137428.X]，成功地制备了Zr基非晶合金精密零件。但由于加热、成形和冷却都是在真空条件下完成，因此成形周期长、效率低。为此，申请人开发了一种集自动脱模、内置加热、气体保护、气体强制快冷等技术为一体的快速高效模锻成形装置[谢建新，张志豪.非晶合金精密零部件高效模锻成形装置.发明专利申请号：200610012278.6]，从而显著地缩短了单个零件的制造周期。

本发明在上述技术发明的基础上，开发了一锻多件(一次成形两件或多件)超塑性成形装置，以进一步提高大块非晶合金精密零部件的成形效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置。可成形外廓直径尺寸0.1～100mm、厚度尺寸0.1～50mm的各种复杂形状零部件，如齿轮类、实心或空心台阶轴(锥度轴)类以及等轴类扁薄零件等。根据不同零件的使用要求、复杂程度和尺寸范围，可以选择Zr-系、La-系、Pd-系、Cu-系等具有大过冷区域的大块非晶合金为成形材料。所制备的零件尺寸精度在±0.1％～±0.3％之间，表面粗糙度Ra小于0.8μm，甚至可以达到纳米级镜面。

本发明包括组合压头、可动挤压筒6、多件同时成形模具、卸模机构四部分组成。组合压头与压力机压头相连，成形模具安装在压力机工作台上。组合压头包括压头座1、压紧弹簧2、5，保护罩3、压杆4；成形模具包括上盖板7、模座8、齿形模9、加热器10；卸模机构包括卸模工作台11、卸模杆12、滑杆13。

组合压头和可动挤压筒6能相对成形模具作上下运动，组合压头中的压杆4可相对可动挤压筒6作上下运动，卸模工作台11可带动卸模杆12相对成形模具作上下运动。保护罩3中可充氮气或氩气形成保护气氛。采用内置加热器10，最高加热温度600℃。组合压头中的压头座1与保护罩3之间带有压紧弹簧2，以保证充入保护气体时保护罩3和上盖板7之间的紧密接触。压杆4和挤压筒6之间带有压紧弹簧5，以保证成形过程中可动挤压筒6与齿形模9的紧密接触，防止坯料在二者之间的缝隙处形成飞边。

对实心零件的成形，卸模杆12采用实心圆柱，压杆4采用平压头；对带中心孔的零件成形，则采用如附图所示的带芯杆的压杆4和空心卸模杆12，即压头座1在成形压力机的驱动下向下运动，压紧弹簧2受压，使保护罩3与上盖板7之间形成一定的压紧力，充入保护气体并加热到预定温度后，压杆4在压头座1的带动下向下运动，同时压紧弹簧2作用在保护罩3上、压紧弹簧5作用在可动挤压筒6上，坯料充填型腔结束后，通入惰性气体实现快速冷却。冷却到预定温度后，压头座1带动组合压头及挤压筒上升并与成形模具分开，同时带动滑杆13向上运动，使卸模工作台11带动轮毂模兼卸模杆12将成形件由模腔内顶出。

根据零件尺寸的大小选择不同尺寸和数量的齿形模及活动挤压筒、卸模杆等，可实现一个模锻工艺流程中同时成形2～8个零件。

本发明在确保模具各部件加工及装配精度方面，主要采用以下几个措施：(1)采用多个齿形模结构，避免了在一个齿形模上加工多个齿形模腔所导致的加工及装配时同心度不易保证的不足；(2)采用可动挤压筒，以保证挤压筒与齿形模之间的同心度；(3)将轮毂模和卸模杆合为一体，即卸模杆的端部作为轮毂模腔的一部分，以保证轮毂与齿形模之间的同心度。成形后的零部件轮廓清晰、尺寸稳定精确，力学性能大大优于常规结构材料(如不锈钢、钛合金、中低碳钢等)制品。

本发明的优点：采用一次成形两件或多件的方式，大大提高了零件模锻成形的效率。采用保护气氛，保证了成形零件的表面质量。采用惰性气体强制冷却，减少了坯料在高温区的停留时间，提高成形效率。选择具有较低超塑性成形温度、性能优异的大块非晶合金材料，降低了对模具材料、成形设备的要求。

附图说明

图1为本发明的精密齿轮一模两件超塑性模锻成形装置示意图。其中，压头座1、压紧弹簧2、保护罩3、压杆4、压紧弹簧5、可动挤压筒6、上盖板7、齿形模9、加热器10、卸模工作台11、卸模杆12、滑杆13。

具体实施方式

图1为本发明的一种实施方式。本发明包括组合压头、可动挤压筒6、多件同时成形模具、卸模机构四部分组成。组合压头与压力机压头相连，成形模具安装在压力机工作台上。组合压头包括压头座1、压紧弹簧2、5，保护罩3、压杆4；成形模具包括上盖板7、8、齿形模9、加热器10；卸模机构包括卸模工作台11、卸模杆12、滑杆13。精密零件超塑性成形工艺为：根据不同零件的使用要求，分别选择适当厚度和直径(根据零件体积计算确定)的Zr-系、La-系、Pd-系或Cu-系大块非晶合金坯料，将坯料和模具置于加热炉中加热，并充入惰性气体，加热速度5～30℃/min；加热温度应在Tg～Tx之间(Tg和Tx分别为所选合金的玻璃转变温度和晶化开始温度)，以保证材料在超塑性状态下成形；成形应变速率范围为1×10^-2～5×10^-4s^-1。

Claims (6)

1.一种非晶合金精密零件一锻多件超塑性成形装置，其特征在于：该装置包括组合压头、可动挤压筒(6)、多件同时成形模具、卸模机构四部分组成；组合压头的上端与压力机压头固定连接，组合压头的下端与可动挤压筒形成活动连接，成形模具安装在压力机工作台上，卸模机构安放在成形模具的模座(8)上，组合压头和可动挤压筒(6)能相对成形模具作上下运动；该装置的工作过程为：压头座(1)在成形压力机的驱动下向下运动，第一压紧弹簧(2)受压，使保护罩(3)与上盖板(7)之间形成一定的压紧力，充入保护气体并加热到预定温度后，压杆(4)在压头座(1)的带动下向下运动，同时第一压紧弹簧(2)作用在保护罩(3)上，第二压紧弹簧(5)作用在可动挤压筒(6)上，坯料充填型腔结束后，通入惰性气体实现快速冷却；冷却到预定温度后，压头座(1)带动组合压头及挤压筒上升并与成形模具分开，同时带动滑杆(13)向上运动，使卸模工作台(11)带动轮毂模兼卸模杆(12)将成形件由模腔内顶出。

2.按照权利要求1所述的超塑性成形装置，其特征在于：组合压头包括压头座(1)、第一压紧弹簧(2)、第二压紧弹簧(5)、保护罩(3)、压杆(4)；压杆(4)为平头或带芯杆，相对可动挤压筒(6)作上下运动；压头座(1)与保护罩(3)之间带有第一压紧弹簧(2)，以保证充入保护气体时保护罩(3)和上盖板(7)之间的紧密接触；压杆(4)和挤压筒(6)之间带有第二压紧弹簧(5)，以保证成形过程中可动挤压筒(6)与齿形模(9)的紧密接触，防止坯料在二者之间的缝隙处形成飞边。

3.按照权利要求1所述的超塑性成形装置，其特征在于：卸模机构包括卸模工作台(11)、卸模杆(12)、滑杆(13)，滑杆(13)与压头座(1)固定连接，卸模杆(12)为实心或空心，卸模工作台(11)带动卸模杆(12)相对成形模具作上下运动。

4.按照权利要求1所述的超塑性成形装置，其特征在于：成形模具包括上盖板(7)、模座(8)、齿形模(9)、加热器(10)；采用内置加热器(10)，最高加热温度600℃。

5.按照权利要求1所述的超塑性成形装置，其特征在于：对带中心孔的零件成形，采用带芯杆的压杆(4)和空心卸模杆(12)；对实心零件的成形采用平压头压杆(4)和实心卸模杆(12)。

6.按照权利要求1所述的超塑性成形装置，其特征在于：保护罩(3)中充氮气或氩气形成保护气氛。

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