CN112170523A - 一种铜合金轨道的热挤压成型方法 - Google Patents

一种铜合金轨道的热挤压成型方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜合金轨道的热挤压成型方法，步骤为：⑴坯料加工：①对锻造光坯圆钢进行锯切；②坯料中心钻孔；③车削加工、抛光外表面及头部；⑵坯料加热：加热温度900～950℃；⑶工模具准备：采用外形相同的挤压模具；⑷润滑：挤压模、机械手和挤压筒涂抹润滑剂；⑸热挤压：对坯料热挤压成型；⑹冷却：铜合金轨道冷却至室温；⑺固溶热处理：加热温度930～950℃；⑻检验：检验硬度及导电率；⑼矫直：铜合金轨道矫直；⑽冷拔：将铜合金轨道冷拔；⑾时效热处理；⑿检验截面硬度、导电率、室温拉伸强度；⒀矫直。本发明通过优化模具设计和挤压成型过程保证了工件一次成型，制作出的铜合金轨道表面质量好，改善了产品的理化和力学性能。

Description

一种铜合金轨道的热挤压成型方法
技术领域
本发明属于挤压成型技术和异型材制造技术领域，涉及一种铜合金轨道的热挤压成型方法。
背景技术
铜合金轨道属于特种异型材，应用于军工等领域，由于其优越的耐磨性、较高的强度、优良的导电性能，是作为特种轨道的较佳选择。在国内这种实心铜合金轨道的成型方法一般采用锻造工艺成型的方法，而带有异形内孔的铜合金轨道锻造工艺难以成型。
采用热挤压方法成型可以实现外部形状和异形内孔一次成型。热挤压就是将金属材料加热到热锻成形温度进行挤压，即在挤压前将坯料加热到金属的再结晶温度以上的某个温度下进行的挤压。
由于热挤压成型方法可以一次成型，且经过冷拔、热处理等工序，保证了性能与尺寸要求，但是这种成型方法也存在难点，加热工艺、工模具设计、润滑效果、变形工艺设计无论哪个环节出问题都会导致该成型方法的失败。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种铜合金轨道热挤压成型方法，优化模具设计,使工件外形和内孔的一次成型，改进挤压成型的过程，制作出表面质量良好的铜合金轨道，改善了产品的理化分析和力学性能。
本发明的技术方案是：铜合金轨道的热挤压成型方法，包括以下步骤：
⑴坯料加工：①对锻造光坯圆钢进行锯切，锯切长度1200～1380mm，锯切后端面切斜度≤5mm；②钻孔，在锯切好的坯料中心钻孔，孔径φ80mm；③车削加工、抛光外表面及头部，工艺要求：经加工抛光后外表面光滑无缺陷，糙度≤2.0μm，头部倒外圆弧角R30～40mm，外径φ420～426mm；
⑵坯料加热：坯料加热前表面涂钛合金防氧化涂料，烘干温度100℃～200℃，烘干时间0.5～1h,防止坯料在加热过程中的氧化；采用电阻炉加热，加热温度900～950℃，坯料随炉升温，到温后保温时间4～6小时；
⑶工模具准备：采用孔型与铜合金外形形状相同的挤压模具，模具的孔型带有渐变的导流弧线；模具的模支撑和模中撑均带有钢轨形状的孔型；芯棒的头部带有与铜合金内孔形状相同的针尖；①将挤压模具按照设定位置装配到挤压机的模座上；②将挤压芯棒安装到挤压芯杆上，调整挤压芯棒到合适的位置；
⑷润滑：挤压模、机械手和挤压筒涂抹足量均匀的润滑剂；
⑸热挤压：使用435系列挤压筒，采用63MN卧式挤压机对坯料热挤压成型为铜合金轨道；热挤压工艺参数为：挤压比为8.2，挤压速度30～60mm/S，挤压力理论计算45～52MN；挤压前将挤压筒加热到≥300℃；
⑹冷却：挤压后的铜合金轨道在空气中冷却至室温；
⑺固溶热处理：固溶热处理工艺条件为：加热温度930～950℃，工件随炉升温，到温后保温120分钟，快速出炉水冷；
⑻检验：检验固溶热处理后的硬度及导电率；
⑼矫直：对固溶热处理后的铜合金轨道进行矫直，达到冷拔所需直度；
⑽冷拔：利用冷拔模具，将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到工艺要求的尺寸；
⑾时效热处理：时效热处理工艺条件为：加热温度450～480℃，工件随炉升温，到温后保温210～240分钟，随炉缓慢冷却；
⑿检验：时效热处理后的铜合金轨道，进行全截面硬度、导电率、室温拉伸强度、600℃高温抗拉强度和金相检验；
⒀矫直：对时效热处理后的铜合金轨道进行矫直，使铜合金轨道的上下、左右的直线度满足技术协议要求。
挤压过程中采用润滑剂进行润滑，降低挤压阻力，避免表面的划伤。采用特制的挤压模具包括具有异型空腔的模腔套，在模腔套内固定有热挤压芯棒，芯棒的头部针尖部分截面形状与产品内孔形状相同。模腔套与热挤压芯棒针尖构成铜合金轨道的模腔。
铜合金轨道热挤压成型的工模具包括挤压模具、芯棒和冷拔模具，挤压模具中心设有模腔套，模腔套的孔型与铜合金轨道的外形形状相同，模腔套设有渐变的导流弧线；所述。芯棒的头部带有与铜合金轨道的轨道内孔形状相同的针尖，模腔套和芯棒头部的针尖构成铜合金轨道的成型型腔。冷拔模具包括外模和内模，冷拔模具将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到技术协议要求的尺寸。挤压模具的材质为H13和冷拔模具的材质为Cr12MoV。芯棒设有1连接件、定位销和连接丝扣。
本发明在坯料加热前表面涂钛合金防氧化涂料，在坯料加热过程中，减少了坯料表面的氧化。挤压过程中挤压筒采用钛合金润滑剂进行润滑，降低了挤压阻力，避免了表面的划伤。
本发明铜合金轨道的热挤压成型方法通过游湖模具设计，保证了工件外形和内孔的一次成型，采用热挤压成型方法，优化了挤压成型的过程，制作出的铜合金轨道表面质量良好，经过冷拔保证了尺寸精度在误差范围以内，热处理过程改善了产品的理化性能和力学性能，性能指标均符合设计要求，整体质量达到工业用途要求。
附图说明
图1为铜合金轨道结构示意图；
图2为挤压模具示意图；
图3为挤压模具A-A剖面图；
图4为挤压芯棒示意图；
图5为芯棒针尖B-B剖面图；
图6为挤压型腔示意图；
图7为冷拔模具示意图；
图8为冷拔模具C-C剖面图；
图9为全截面硬度测试位置示意图。
其中：1—铜合金轨道、2—芯棒、3—针尖、4—成型型腔、5—挤压模具、6—外模、7—内模、8—模腔套、9—轨道内孔、10—连接件、11—定位销、12—连接丝扣、13—冷拔模具、L1—轨道内孔的宽铜、L2—合金轨道的宽、H1—轨道内孔的高、H2—铜合金轨道的高。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
本发明铜合金轨道热挤压成型的使用的工模具如图2～8所示，包括挤压模具5、芯棒2和冷拔模具13。挤压模具中心设有模腔套8，模腔套的孔型与铜合金轨道1的外形形状相同，模腔套设有渐变的导流弧线。芯棒的头部带有与铜合金轨道的轨道内孔9形状相同的针尖3，模腔套和芯棒头部的针尖构成铜合金轨道的成型型腔4。冷拔模具包括外模和内模，冷拔模具将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到技术协议要求的尺寸。挤压模具5的材质为H13和冷拔模具的材质为Cr12MoV。芯棒2设有连接件10、定位销11和连接丝扣12。挤压模具5的模支撑和模中撑均带有铜合金轨道形状的孔型。
本发明生产的铜合金轨道如图1所示，铜合金轨道的中心有轨道内孔9，铜合金轨道的轨道内孔9宽L1为40±3mm、高H1为21±2mm，所述铜合金轨道1的宽L2为180±2mm、高H2为98±2mm。本发明铜合金轨道热挤压成型的工艺路线为：坯料加工→坯料加热→工模具准备→润滑→热挤压→冷却→固溶热处理→检验→矫直→冷拔→时效热处理→检验→矫直。具体步骤如下：
⑴坯料加工：使用的铜合金为低铍高导高强铍青铜。①对锻造光坯圆钢进行锯切，锯切长度1300mm，锯切后端面切斜度≤5mm；②钻孔，在锯切好的坯料中心钻孔，孔径φ80mm；③车削加工、抛光外表面及头部；工艺要求：经加工抛光后外表面光滑无缺陷，糙度≤2.0μm，头部倒外圆弧角R35mm，外径φ425mm。
⑵坯料加热：坯料加热前表面涂钛合金防氧化涂料，烘干温度180℃，烘干时间1h；采用电阻炉加热，加热温度900℃，坯料随炉升温，到温后保温时间5小时。
⑶工模具准备：采用专业设计的孔型与铜合金外形形状相同的挤压模具。如图2、图3所示，模具的孔型带有渐变的导流弧线，模具的模支撑和模中撑均带有钢轨形状的孔型。如图4、图5所示，芯棒的头部带有与铜合金内孔形状相同的针尖3，如图6所示，由挤压模具孔型和针尖组成了铜合金轨道的成型型腔4。①将挤压模具按照设定位置装配到挤压机的模座上；②将挤压芯棒安装到挤压芯杆上，调整挤压芯棒到合适的位置。
⑷润滑：挤压模、机械手和挤压筒涂抹足量均匀的润滑剂。
⑸热挤压：使用435系列挤压筒，采用63MN卧式挤压机对坯料热挤压成型为铜合金轨道。热挤压工艺参数为：挤压比为8.2，挤压速度48mm/S，挤压力理论计算49.3MN。挤压前将挤压筒温度346℃。
⑹冷却：挤压后的铜合金轨道在空气中冷却至室温。
⑺固溶热处理：固溶热处理工艺条件为：加热温度950℃，工件随炉升温，到温后保温120分钟，快速出炉水冷。
⑻检验：检验固溶热处理后的硬度及导电率。
⑼矫直：对固溶热处理后的铜合金轨道进行矫直，达到冷拔所需直度。
⑽冷拔：利用如图7、图8所示的冷拔模具13，将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到工艺要求的尺寸。
⑾时效热处理：时效热处理工艺条件为：加热温度450℃，工件随炉升温，到温后保温240分钟，随炉缓慢冷却。
⑿检验：时效热处理后的铜合金轨道，进行全截面硬度、导电率、室温拉伸强度、600℃高温抗拉强度和金相检验。
⒀矫直：对时效热处理后的铜合金轨道进行矫直，使铜合金轨道的上下、左右的直线度满足技术协议要求。
按照工艺要求，对按本发明热挤压成型的铜合金轨道各项性能和尺寸进行了检验。表1为铜合金轨道力学性能参数；表2为600℃抗拉强度；表3为全截面硬度(测试位置见图9)；表4为全长度导电率；表5为关键尺寸检测数据。全部满足要求。
⑴表1.铜合金轨道力学性能参数
力学性能参数 要求 实测值
抗拉强度/MPa ≥800 840
屈服强度/MPa ≥700 721
延伸率/％ ≥14 18
表2. 600℃抗拉强度
力学性能参数 要求 实测值
抗拉强度/MPa ≥300 364
表3.全截面硬度(测试位置见附图9)
Figure BDA0002715777660000071
表4.全长度导电率
Figure BDA0002715777660000072
Figure BDA0002715777660000081
Figure BDA0002715777660000091
表5.关键尺寸检测表(mm)
Figure BDA0002715777660000092
以上数据表明，利用本发明铜合金轨道热挤压成型方法制作出的铜合金轨道的表面质量、尺寸精度、理化性能、力学性能、导电性能等指标均满足设计要求，解决了该成型方法中的各种技术难题，为铜合金轨道的工业化应用和批量生产奠定了基础。

Claims (5)

1.一种铜合金轨道的热挤压成型方法，其特征在于：包括以下步骤：
⑴坯料加工：①对锻造光坯圆钢进行锯切，锯切长度1200～1380mm，锯切后端面切斜度≤5mm；②在锯切好的坯料中心钻孔，孔径φ80mm；③车削加工、抛光外表面及头部，工艺要求：经加工抛光后外表面光滑无缺陷，糙度≤2.0μm，头部倒外圆弧角R30～40mm，外径φ420～426mm；
⑵坯料加热：坯料加热前表面涂钛合金防氧化涂料，烘干温度100℃～200℃，烘干时间0.5～1h；采用电阻炉加热，加热温度900～950℃，坯料随炉升温，到温后保温时间4～6小时；
⑶工模具准备：采用孔型与铜合金外形形状相同的挤压模具，模具的孔型带有渐变的导流弧线；模具的模支撑和模中撑均带有钢轨形状的孔型；芯棒的头部带有与铜合金内孔形状相同的针尖；①将挤压模具按照设定位置装配到挤压机的模座上；②将挤压芯棒安装到挤压芯杆上，调整挤压芯棒到合适的位置；
⑷润滑：挤压模、机械手和挤压筒涂抹足量均匀的润滑剂；
⑸热挤压：使用435系列挤压筒，采用63MN卧式挤压机对坯料热挤压成型为铜合金轨道；热挤压工艺参数为：挤压比为8.2，挤压速度30～60mm/S，挤压力理论计算45～52MN；挤压前将挤压筒加热到≥300℃；
⑹冷却：挤压后的铜合金轨道在空气中冷却至室温；
⑺固溶热处理：固溶热处理工艺条件为：加热温度930～950℃，工件随炉升温，到温后保温120分钟，快速出炉水冷；
⑻检验：检验固溶热处理后的硬度及导电率；
⑼矫直：对固溶热处理后的铜合金轨道进行矫直，达到冷拔所需直度；
⑽冷拔：利用冷拔模具，将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到工艺要求的尺寸；
⑾时效热处理：时效热处理工艺条件为：加热温度450～480℃，工件随炉升温，到温后保温210～240分钟，随炉缓慢冷却；
⑿检验：时效热处理后的铜合金轨道，进行全截面硬度、导电率、室温拉伸强度、600℃高温抗拉强度和金相检验；
⒀矫直：对时效热处理后的铜合金轨道进行矫直，使铜合金轨道的上下、左右的直线度满足技术协议要求。
2.根据权利要求1所述的铜合金轨道的热挤压成型方法，其特征在于：采用特制的挤压模具包括具有异型空腔的模腔套，在所述模腔套内固定有热挤压芯棒，芯棒的头部针尖部分截面形状与产品内孔形状相同；所述模腔套与所述热挤压芯棒针尖构成铜合金轨道的模腔。
3.根据权利要求1所述的铜合金轨道的热挤压成型方法，其特征在于：所述工模具包括挤压模具(5)、芯棒(2)和冷拔模具(13)，所述挤压模具中心设有模腔套(8)，所述模腔套(8)的孔型与铜合金轨道(1)的外形形状相同，模腔套设有渐变的导流弧线；所述芯棒的头部带有与铜合金轨道的轨道内孔(9)形状相同的针尖(3)，所述模腔套和芯棒头部的针尖构成铜合金轨道的成型型腔(4)；所述冷拔模具(13)包括外模(6)和内模(7)，冷拔模具将固溶热处理后的铜合金轨道冷拔到技术协议要求的尺寸。
4.根据权利要求3所述的铜合金轨道的热挤压成型方法，其特征在于：所述挤压模具(5)的材质为H13和冷拔模具的材质为Cr12MoV。
5.根据权利要求3所述的铜合金轨道的热挤压成型方法，其特征是：所述芯棒(2)设有连接件(10)、定位销(11)和连接丝扣(12)。
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