CN102366834A - 一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿 - Google Patents

Abstract

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，涉及合金制造技术领域，旨在解决现有硬质合金长台阶棒材、管材产品烧结存在的业内现在仍然未能解决的弯曲变形技术问题。本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中异形舟皿由V形舟皿B（1）和V形舟皿A（2）构成，V形舟皿B（1）的上表面设有V形槽B，V形舟皿A（2）的上表面设有V形槽A，V形槽A和V形槽B的开口相接，V型槽B开口角度2α，V型槽A开口角度2β，角度2α和2β的角平分线在与轴向垂直方向的投影重合并与舟皿底面垂直，且两者的V型底线成一直线。

Description

一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿

 

技术领域

本发明涉及硬质合金制造技术领域，特别是一种控制硬质合金长台阶棒材与长台阶管材烧结弯曲变形的异形舟皿。

 

背景技术

硬质合金产品制造工艺主要由混合料制备、成形和烧结三个部分组成。引起毛坯烧结变形的主要因素有压坯各部位密度均匀性和压坯烧结装舟摆放方式。压坯各部位密度不同，压坯烧结各部位收缩系数就不同。长台阶棒材、管材压坯成型方法通常是采用挤压和等静压压制，再经车加工成台阶压坯。挤压和等静压成型方式压坯各部位密度基本一致，各部位收缩系数基本一致，由压坯密度不同引起的烧结变形可以忽略。烧结前成形压坯的孔隙率在40~50%之间，烧结成最终产品毛坯（说明：硬质合金产品烧结前称压坯，烧结出炉时称毛坯，毛坯加工后称成品）时会发生巨大的收缩；硬质合金的烧结属液相烧结，粘结相金属Co或Ni所占体积在10~35%之间，在1400⁰C左右高温烧结时，粘结相会成为一种半熔状态的液体；压坯放在石墨舟皿上进行烧结，石墨舟皿的平放很难达到绝对水平。长棒材、管材烧结时，如果采用压坯一端接触舟板的常规直立式摆放，由于前述三个因素的影响产品很容易发生弯曲变形。为了防止长棒材、管材这类产品烧结变形，通常把这类产品睡卧平放于V型槽舟皿上来进行烧结，这样除了可以清除直立式放置倾斜重力作用产生的弯曲变形外，还能实现烧结收缩全过程平行双母线轴向夹持卡位支撑来控制弯曲变形。但用通常V型槽舟皿来烧结长台阶棒材、管材，却不能实现各段位轴向平行双母线夹持卡位支撑，所以难以控产品的弯曲变形。虽然经过反复整形烧结可以减小一定的弯曲度，但反复烧结除生产成本增加外还会影响材质的性能。一次性烧结控制长台阶棒材、管材产品的弯曲变形是业内尚未解决的难题。

 

发明内容

本发明旨在解决现有硬质合金长台阶棒材、管材烧结过程中存在弯曲变形的技术问题，以提供一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，异形舟皿由V形舟皿B1和V形舟皿A2构成，V形舟皿B1的上表面设有V形槽B，V形舟皿A2的上表面设有V形槽A，V形槽A和V形槽B的开口相接，V型槽B开口角度2α，V型槽A开口角度2β，角度2α和2β的角平分线在与轴向垂直方向的投影重合并与舟皿底面垂直，且两者的V型底线成一直线。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中所述V形槽B二分之一角度α、V形槽A二分之一角度β、异形圆柱压坯一端半径R和异形圆柱压坯另一端半径r四者间满足如下关系表达式，V形槽B二分之一角度α之正弦值：V形槽A二分之一角度β之正弦值＝异形圆柱压坯一端半径r：异形圆柱压坯一端半径R，其中异形圆柱压坯由同心且半径大小不等的两段圆柱形压坯构成。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中所述V形舟皿B1和V形舟皿A2为分体结构，两者间通过连接件连接。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中所述V形舟皿B1和V形舟皿A2为一整体结构。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中所述开口相接的一个V形舟皿B1和一个V形舟皿A2为一单台阶产品工件组，异形舟皿由数个前述的工件组横向排列构成。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其中所述V形舟皿可由多个单台阶产品工件组纵向组合为一多台阶产品工件组，再由数个工件组横向排列构成。

本发明一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿的有益效果：使用本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿进行硬质合金长台阶棒材、管材烧结过程中：1.只与最终烧结产品各台阶直径大小有关，与不同混合料的不同收缩系数无关，即不同混合料只要最终烧结产品各台阶直径尺寸一样都可以用同一舟皿烧结；2.实现了烧结收缩全过程的各段位轴向平行双母线平行卡位支撑，能够很好的控制弯曲变形。

 

附图说明

图1 本发明大端短小端长的立体示意图

图2 本发明俯视图

图3 本发明左视图

图4 本发明毛坯烧结过程投影迭加示意图

图5 本发明压坯装舟状态立体示意图

图6本发明二个顺台阶立体示意图

图7本发明二台阶为中间小两头大的立体示意图

图8本发明二台阶为中间大两头小的立体示意图

图9本发明大端长小端短的立体示意图

图10为一个台阶硬质合金管材的形状示意图

图11为本二台阶中间小两头大的硬质合金管材的形状示意图

图中标号说明：

1 V形舟皿B、2 V形舟皿A、3 压坯大端、4 压坯小端、5 毛坯大端、6 毛坯小端、β V形槽A二分之一角度、α V形槽B二分之一角度、R 异形圆柱毛坯大端半径、r 异形圆柱毛坯小端半径、K 产品收缩系数、H 产品收缩前后中心高度落差、H1 压坯大端与V型底线的中心高度、H2 压坯小端与V型底线的中心高度、h1 大端轴中心高度落差、h2 小端轴中心高度落差

具体实施方式

以下对本发明的原理进行论证与说明。

作一条垂直于舟皿底平面的直线，在直线上任意取两点，一点为V型舟皿A的V形角的顶点，一点为V型舟皿B的V形角的顶点。

设：异形圆柱毛坯大端半径为R，收缩系数为K1，舟皿V形槽A二分之一角度为β；异形圆柱毛坯小端半径为r，收缩系数为K2，舟皿V形槽B二分之一角度为α。参阅图4

一：α与β的关系

由图4——本发明毛坯烧结过程投影迭加示意图可知，要使产品不发生弯曲，中心轴线应为一条直线，产品收缩前后中心高度落差应该相等。设大端轴中心高度落差为h1,设小端轴中心高度落差为h2

h1=（K1R-R）/Sinβ= R（K1-1）/Sinβ

h2=（K2r-r）/Sinα= r（K2-1）/Sinα

∵  h1= h2

∴  R（K1-1）/Sinβ= r（K2-1）/Sinα

Sinα= r（K2-1 ）Sinβ/ R（K1-1）

又因硬质合金长台阶棒材、管材压坯成型方法通常是采用挤压和等静压压制，再经车加工成台阶压坯。挤压和等静压成型方式压坯各部位密度基本一致，各部位收缩系数基本一致，由压坯密度不同引起的烧结变形可以忽略。

∴  K1= K2

∴  Sinα= r Sinβ/ R    Sinβ= RSinα/ r

从上式看出，无论什么牌号的合金混合料，虽然收缩系数不一样，但只要这些合金异形圆柱毛坯的大端半径相同且小端半径相同就能使用同一舟皿烧结。

由此可有如下推论：

只要给定一个α值，即可计算出相应的β值。V型槽B开口角度2α与V型槽A开口角度2β大小的设定是依据：在单位体积内最大限度摆放在异形舟皿上压坯的个数和压坯任意一端的横切面圆在烧结过程中从压坯到冷却收缩后的毛坯与V型槽面相切而不是相交。一般来说压坯大小两端半径差值大，V型槽A开口角度2β与V型槽B开口角度2α差值就大，理论上α取值在0~45⁰之间。

二：收缩全过程支撑

设：某一中间收缩过程异形圆柱毛坯大端半径为ΔR，收缩系数为ΔK1，中心高度落差为Δh1；异形圆柱毛坯小端半径为Δr，收缩系数为ΔK2，中心高度落差为Δh2

同样有：Δh1=ΔR（ΔK1-1）/ Sinβ

        Δh2=Δr（ΔK2-1）/ Sinα

∵  Δh1=Δh2

∴  ΔR（ΔK1-1）/ Sinβ=Δr（ΔK2-1）/ Sinα

∵  ΔK1=ΔK2

∴  Sinβ/ Sinα=ΔR/Δr

又∵  Sinβ/ Sinα=R/r

  ∴  ΔR/Δr= R/r

所以：毛坯大小两头在烧结冷却全过程中都有不同的两条母线同时支撑着毛坯，从而控制了毛坯的弯曲变形

三：V型底线成一条直线

从图4得知：H1=KR/ Sinβ   H2=Kr/ Sinα

∵   Sinβ= R Sinα/r

∴   H1= KR/ R Sinα*r= Kr/ Sinα   ∴  H1=H2

V型舟皿的二分之一角平分线在与轴向垂直方向的投影重合并与舟皿底面垂直，且两者的V型底线成一直线。由于压坯任意一端的横切面圆在烧结过程中从压坯到冷却收缩后的毛坯与V型槽面始终相切而不是相交，才实现了毛坯大小两头在冷却收缩过程中任一瞬间都有不同的两条母线与异形舟皿的V型槽相接触而得到支撑从而控制弯曲变形；如果V型舟皿底线不在一条直线上有高度差，那么在冷却收缩过程中始终有一端横切面圆无法与V型舟面相切而得到支撑，从而无法控制弯曲变形。

本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，通过如下实施方式予以进一步说明。

 

实施例1

如图10形状，材料为YG6，一个台阶为左端大右端小的硬质合金一个长台阶管材作烧结处理，石墨舟皿材料选石墨化程度高的，颜色铁黑光亮，呈半金属光泽，手感光滑柔腻，敲击声音低沉。V型槽粗糙度0.8以上，这样可以降低毛坯在冷却收缩过程中由摩擦阻力带来的弯曲变形。

设图10形状的硬质合金长台阶管材的异形圆柱毛坯大端半径R=12，异形圆柱毛坯小端半径r＝10，设定V形槽B二分之一角度α值为40度，根据公式：

Sinβ=RSinα/r=12*0.64278/10

计算得出：β=50.474度

根据上述的α值和β值制造适用于本硬质合金长台阶管材烧结用的异形舟皿，毛坯在冷却收缩过程中任一瞬间，毛坯大小两头都有不同的两条母线与异形舟皿的V型槽相接触而得到支撑，因此控制了毛坯的弯曲变形。在实际生产过程中，只要石墨舟皿材料选得当，V型槽粗糙度在0.8以上，产品长度250mm以内其弯曲变形绝大部分都控制在0.5以内。

 

实施例2

如图11形状，材料为YG6，二台阶为中间小两头大的硬质合金长台阶管材作烧结处理

设图11形状的硬质合金长台阶管材的异形圆柱毛坯左端半径R=12，V形槽二分之一角度为β；异形圆柱毛坯右端半径R1=13，V形槽二分之一角度为γ；异形圆柱毛坯中间段半径r＝10，V形槽二分之一角度α值为40度，根据公式：

Sinβ=RSinα/r=12*0.64278/10

   β=50.474度

   Sinγ=R1Sinα/r=13*0.64278/10

  γ=56.68度

制作出来的舟皿立体示意图如图7。

综上所述，本发明的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿可用于控制硬质合金长台阶棒材、管材烧结弯曲变形，并具有产成品同心度好、弯曲小、变形小等诸多优点。

Claims (6)

1.一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：异形舟皿由V形舟皿B（1）和V形舟皿A（2）构成，V形舟皿B（1）的上表面设有V形槽B，V形舟皿A（2）的上表面设有V形槽A，V形槽A和V形槽B的开口相接，V型槽B开口角度2α，V型槽A开口角度2β，角度2α和2β的角平分线在与轴向垂直方向的投影重合并与舟皿底面垂直，且两者的V型底线成一直线。

2.根据权利要求1所述的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：所述V形槽B二分之一角度α、V形槽A二分之一角度β、异形圆柱压坯一端半径R和异形圆柱压坯另一端半径r四者间满足如下关系表达式，V形槽B二分之一角度α之正弦值：V形槽A二分之一角度β之正弦值＝异形圆柱压坯一端半径r：异形圆柱压坯一端半径R，其中异形圆柱压坯由同心且半径大小不等的两段圆柱形压坯构成。

3.根据权利要求1所述的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：所述V形舟皿B（1）和V形舟皿A（2）为分体结构，两者间通过连接件连接。

4.根据权利要求1所述的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：所述V形舟皿B（1）和V形舟皿A（2）为一整体结构。

5.根据权利要求1所述的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：所述V形舟皿B（1）和V形舟皿A（2）为一单台阶产品工件组，异形舟皿由数个前述的工件组横向排列构成。

6.根据权利要求5所述的一种控制硬质合金长台阶棒材与管材烧结弯曲变形的异形舟皿，其特征在于：所述V形舟皿可由多个单台阶产品工件组纵向组合为一多台阶产品工件组，再由数个工件组横向排列构成。

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