CN109092957B - 一种轴套零件局部触变挤压方法 - Google Patents

一种轴套零件局部触变挤压方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种轴套零件局部触变挤压方法，属于半固态成形领域。本发明所述方法为：将金属管首先局部感应加热至固相线温度以上并保温，然后放入预热的模具内进行挤压变形并保压，对挤压后轴套零件进行快速水淬，最后进行T6热处理。本发明所述方法采用局部半固态成形技术，生产效率高、能耗低、产品质量高、材料利用率高、易于实现机械化和自动化生产。

Description

一种轴套零件局部触变挤压方法
技术领域
本发明涉及一种轴套零件局部触变挤压方法，属于半固态成形领域。
背景技术
金属轴套零件具有支撑回转轴、定位和导向等作用，常被用于汽车、高铁、航空航天等领域。传统轴套零件生产方法一般采用离心铸造等液态成形管状毛坯料，然后经过机械加工，将管状毛坯料车成所需轴套零件形状，采用这种方法成形的轴套零件，一方面由于液态成形的毛坯为粗大枝晶组织，导致轴套零件综合力学性能不高，影响零件使用寿命；另一方面，毛坯经过大量机械加工，导致材料利用率低，生产周期长。另外一种生产方法就是采用塑性成形技术制备得到管材，然后再机械加工为轴套零件，该方法一方面要求轴套零件的金属材料有良好塑性成形能力，因此，对塑性成形能力较差的金属材料不适合；另一方面需要机械加工，导致材料浪费较多、生产周期长、产品生产成本高。
金属半固态成形技术是对处于固液两相温度区间的半固态金属浆料进行成形的方法。与传统铸造和锻造相比，金属半固态成形技术的材料综合利用率较高，且可以成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件，成形温度低，成形载荷小，可实现近终成形，因此采用半固态成形方法制备轴套零件有望解决现有轴套生产中力学性能低、材料利用率低等问题，实现近终形、低成本、高性能的轴套生产。
发明内容
本发明的目的是针对现有轴套制备方法中材料利用率低、力学性能差、生产周期长等问题，提供一种轴套零件局部触变挤压方法，该方法利用半固态成形技术，采用局部触变成形制备出材料利用率高、生产效率高、力学性能优异的轴套零件，具体包括以下步骤：
（1）首先将金属管局部感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温5-15分钟，对金属管的局部加热为只加热金属管变形部分；
（2）将加热后金属管放入预热的模具内进行挤压变形并保压；预热模具为局部预热，只加热对应于金属管变形部分的模具；
（3） 对挤压后轴套零件进行快速水淬；
（4）对水淬后轴套零件进行T6热处理（条件是否清楚，需要给出吗）。
优选的，本发明步骤（2）中模具预热温度为350-450℃。
优选的，本发明步骤（2）中挤压为快速挤压，挤压速度为10-15mm/s；挤压变形后保压时间为4-10秒。
本发明所述金属管为塑性变形后的管件，可以为挤压管、轧制管、旋压管、拉拔管等。
本发明步骤（2）中所述模具包括凸模1、凹模2、凹模加热线圈3、套筒5、弹簧6；凸模1与液压机顶端相连，液压机控制凸模1上下移动；凸模1的压头直径对应轴套零件法兰端部的外径和凹模2上部内径；凹模2固定在液压机工作台面上，内部设有凹模加热线圈3，凹模加热线圈3的位置与金属管4需要加热的位置相对应，用于加热并控制金属管4的加热范围和温度，凹模2内部有一拔模斜度1°的圆柱体凸台，金属管4、套筒5和弹簧6均套在圆柱体凸台上，弹簧6位于套筒5下方，套筒5位于金属管4下方，套筒5和弹簧6用于挤压成形结束后顶出轴套零件；套筒5与凹模2间隙配合；凸模1、凹模2、套筒5合模后形成的型腔与轴套零件形状相对应。
本发明所述凸模1通过T型板固定在液压机顶端位置；凹模2通过T型板固定在液压机工作台面位置，挤压过程中保持固定。
本发明所述凸模1、凹模2、套筒5模具材料选用H13模具钢。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用触变挤压方法制备轴套零件，与流变挤压相比，省去了半固态浆料制备和浆料转移步骤，降低成本，提高成形质量。
（2）本发明采用局部触变成形，采用直接对塑性变形的金属管进行加热和成形，与传统触变成形相比，极大地降低了半固态浆料制备周期和成本。
（3）本发明采用局部成形，只对金属管进行局部加热并成形，降低加热成本和加热时间，缩短制备周期，提高生产效率。
（4）本发明制备的轴套零件，与传统离心铸造相比，一方面轴套组织是均匀分布的近球状固相颗粒和液相弥散分布的半固态组织，性能较好；另一方面，成形过程中受到挤压力的作用，组织致密、无缩松缩孔缺陷，力学性能高；此外，该发明的轴套零件，属于近净成形，少或者无切削，材料利用率高。
（5）本发明挤压成形后快速水淬，一方面避免固相颗粒的长大；另一方面避免固相颗粒形状由球形或近球形转变为其他不规则形状，使组织球化和均匀化。水淬后轴套零件进行T6热处理，进一步改善组织均匀性、成分均匀性，提高力学性能。
（6）本发明所述模具由凸模、凹模、套筒、弹簧等组成模具型腔，使金属管在挤压变形过程中，受到三向压应力作用，提高金属管塑性变形能力，同时增加轴套零件的致密性，提高轴套综合力学性能。
（7）本发明所述模具由套筒、弹簧等组成轴套零件的顶出机构，一方面，在挤压变形时，套筒和弹簧对金属施加反向挤压力；另一方面，挤压结束后，凸模卸载后，弹簧回复驱动套筒将轴套零件顶出凹模型腔，达到脱模目的。
（8）本发明所述模具结构合理，操作简单方便，可实现机械化和自动化控制，降低了人工成本，可实现连续化批量生产，节约了成本，提高了效率。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
图2是本发明所述触变挤压成形前的模具结构示意图。
图3是本发明所述触变挤压合模的模具结构示意图。
图4是本发明所述实施例1的ZCuSn10P1轴套零件微观组织。
图2中：1-凸模；2-凹模；3-凹模加热线圈；4-金属管；5-套筒；6-弹簧。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例所用模具结构如图2~3所示，包括凸模1、凹模2、凹模加热线圈3、套筒5、弹簧6；凸模1通过T型板固定在液压机顶端位置，液压机控制凸模1上下移动；凸模1的压头直径对应轴套零件法兰端部的外径和凹模2上部内径；凹模2通过T型板固定在液压机工作台面位置，挤压过程中保持固定；内部设有凹模加热线圈3，凹模加热线圈3的位置与金属管4需要加热的位置相对应，用于加热并控制金属管4的加热范围和温度，凹模2内部有一拔模斜度1°的圆柱体凸台，金属管4、套筒5和弹簧6均套在圆柱体凸台上，弹簧6位于套筒5下方，套筒5位于金属管4下方，套筒5和弹簧6用于挤压成形结束后顶出轴套零件；套筒5与凹模2间隙配合；凸模1、凹模2、套筒5合模后形成的型腔与轴套零件形状相对应；所述凸模1、凹模2、套筒5模具材料选用H13模具钢。
本发明所述模具的使用过程：轴套零件挤压成形前，液压机控制凸模1退至液压机最顶端；对凸模1、凹模2、套筒5的表面喷涂石墨脱模剂；依次将弹簧6、套筒5放入凹模2；对凹模2利用加热线圈进行局部加热至350~400℃，同时，局部加热金属管4并保温，然后将加热后金属管4放入凹模2中，并驱动液压机使凸模1垂直向下运动，使凸模1和凹模2闭合，并保压一段时间，然后控制液压机使凸模1退回至液压机最顶端，同时，弹簧6回复并驱动套筒5使轴套零件顶出凹模2，取出轴套零件后快速水淬，最后进行T6热处理。整个挤压成形过程，模具操作简单，易于实现机械化、连续化生产，且节约能源，最终获得的轴套零件组织性能均匀，综合力学性能较好。
实施例1
本实施例所述一种铜合金轴套零件局部触变成形方法，工艺流程如图1所示，模具结构如图2-3所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测得ZCuSn10P1铜合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）将内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的挤压态ZCuSn10P1铜合金管进行局部加热，加热的高度为12mm，加热温度886℃并保温5分钟；同时将凹模型腔预热至450℃。
（3）将加热后的ZCuSn10P1铜合金管放入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以10mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压4s。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至550℃并保温1小时，随后空冷至室温，获得轴套零件。
本实施例制备得到的铜合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。
图4为本实施例制备得到ZCuSn10P1铜合金轴套零件微观组织，可以看出，采用该制备方法可以得到组织均匀的半固态组织，平均晶粒直径为84.2 μm，形状因子为1.37，固相晶粒分布均匀，半固态球化效果较好。
实施例2
本实施例所述一种7075铝合金轴套零件局部触变成形方法，制备工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为7075铝合金，测得7075铝合金固液相线温度区间为540~638℃。
（2）将内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的挤压态7075铝合金管进行局部加热，加热的高度为12mm，加热温度545℃并保温10分钟；同时将凹模型腔预热至400℃。
（3）将加热后的7075铝合金管放入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以15mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压10s。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至380℃并保温30分钟，随后空冷至室温，获得轴套零件。
本实施例制备得到的铝合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。
实施例3
本实施例所述一种AZ91D镁合金轴套零件局部触变成形方法，制备工艺流程如图1所示，具体步骤如下：
（1）本实施例材料为AZ91D镁合金，测得AZ91D镁合金的固液相线温度区间为470~595℃。
（2）将内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的AZ91D镁合金管进行局部加热，加热的高度为12mm，加热温度478℃并保温8分钟；同时将凹模型腔预热至350℃。
（3）将加热后的AZ91D镁合金管放入预热后的凹模型腔，然后驱动凸模以13mm/s运动速度挤压金属管，挤压结束后保压7s。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至320℃并保温90分钟，随后空冷至室温，获得轴套零件。
本实施例制备得到的镁合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

Claims (6)

1.一种轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）首先将金属管局部感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温5-15分钟，对金属管的局部加热为只加热金属管变形部分；
（2）将加热后金属管放入预热的模具内进行挤压变形并保压；预热模具为局部预热，只加热对应于金属管变形部分的模具；
（3） 对挤压后轴套零件进行快速水淬；
（4）对水淬后轴套零件进行T6热处理。
2.根据权利要求1所述轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于：步骤（2）中模具预热温度为350-450℃。
3.根据权利要求1所述轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于：步骤（2）中挤压为快速挤压，挤压速度为10-15mm/s；挤压变形后保压时间为4-10秒。
4.根据权利要求1所述轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于：步骤（2）中所述模具包括凸模（1）、凹模（2）、凹模加热线圈（3）、套筒（5）、弹簧（6）；凸模（1）与液压机顶端相连，液压机控制凸模（1）上下移动；凸模（1）的压头直径对应轴套零件法兰端部的外径和凹模（2）上部内径；凹模（2）固定在液压机工作台面上，内部设有凹模加热线圈（3），凹模加热线圈（3）的位置与金属管（4）需要加热的位置相对应，凹模（2）内部有一拔模斜度1°的圆柱体凸台，金属管（4）、套筒（5）和弹簧（6）均套在圆柱体凸台上，弹簧（6）位于套筒（5）下方，套筒（5）位于金属管（4）下方；套筒（5）与凹模（2）间隙配合；凸模（1）、凹模（2）、套筒（5）合模后形成的型腔与轴套零件形状相对应。
5.根据权利要求4所述轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于：凸模（1）通过T型板固定在液压机顶端位置；凹模（2）通过T型板固定在液压机工作台面位置，挤压过程中保持固定。
6.根据权利要求4所述轴套零件局部触变挤压方法，其特征在于：凸模（1）、凹模（2）、套筒（5）模具材料选用H13模具钢。
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