CN115558874B - 一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 - Google Patents
一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115558874B CN115558874B CN202211374293.0A CN202211374293A CN115558874B CN 115558874 B CN115558874 B CN 115558874B CN 202211374293 A CN202211374293 A CN 202211374293A CN 115558874 B CN115558874 B CN 115558874B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- spinning
- copper pipe
- copper
- pipe blank
- heat treatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 139
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 134
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 133
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 35
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims abstract description 148
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 88
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 39
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000009750 centrifugal casting Methods 0.000 claims description 19
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 17
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 15
- 241000209094 Oryza Species 0.000 claims description 13
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 13
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 13
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 8
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 8
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 claims description 7
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 7
- 239000010903 husk Substances 0.000 claims description 6
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 claims description 2
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 abstract description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 38
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 15
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 13
- 238000010273 cold forging Methods 0.000 description 9
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 7
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 3
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000006060 molten glass Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
- B21D22/14—Spinning
- B21D22/16—Spinning over shaping mandrels or formers
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
- B21D22/14—Spinning
- B21D22/18—Spinning using tools guided to produce the required profile
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
- B22D13/02—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force of elongated solid or hollow bodies, e.g. pipes, in moulds rotating around their longitudinal axis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C9/00—Alloys based on copper
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
- Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
- Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Forging (AREA)
Abstract
本发明属于铜基合金玻璃模具制备技术领域,涉及一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括步骤一热旋压;步骤二固溶热处理;步骤三冷旋压;步骤四时效热处理;步骤五机械加工二加工至成品。本发明采用热旋压和冷旋压工艺,旋后的金属纤维连续完整,晶粒被延伸变长变细,使得旋后金属的力学性能得到提高,并且旋压加工后金属表面不需或只需少量切削加工,甚至可直接旋压至成品,材料利用率高;根据铜基合金材料的性能处理发挥出铜基合金材料的最佳力学性、硬度、热疲劳性能等的性能,使得材料具有最佳的服役寿命;单次加工工艺可生产多件铜合金模具,工艺路线简单、加工效率高、材料利用率高。
Description
技术领域
本发明属于铜基合金玻璃模具制备技术领域,尤其涉及一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法。
背景技术
玻璃模具是用来生产玻璃制品的重要工具装备,玻璃模具的产品质量直接决定玻璃制品的质量。玻璃模具在使用过程中一直与高温熔融态玻璃直接接触,玻璃模具在接触到玻璃后会产生复杂多变的物理反应和化学反应,同时玻璃模具与玻璃产品之间还会产生反复的摩擦,这就要求玻璃模具具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损及良好的导热性能、抗氧化能力和抗热疲劳能力,以保证最终生产出来的玻璃制品的外观、性能和使用寿命符合要求,而铜基合金模具可满足上述要求。
薄壁铜基合金玻璃模具是使用较多的模具,常规生产工艺一般为熔铸-热锻-固溶热处理-冷锻-时效热处理-机械加工,工序较长,材料损耗多,并且在机加工过程中薄壁铜合金玻璃模具易发生加工变形,需要多种不同机加工工装来辅助加工过程,加工效率低,且产品的成材率低。现需要开发一种加工效率稿,产品的成材率高的加工方式。
发明内容
本发明针对上述的现有技术存在的不足,提供一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法。
本发明的具体技术方案如下:
一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括如下步骤:
步骤一热旋压:将铜管坯料作为热旋压毛坯,采用旋轮正旋方式进行热旋压;
步骤二固溶热处理:对步骤一热旋压后的铜管采用喷淋式水冷,进行在线固溶热处理;将合金加热到高温区,使过剩相充分溶解到固溶体中然后快速冷却,得到过饱和的固溶体;
步骤三冷旋压:将步骤二固溶热处理后的铜管坯料进行冷旋压;
步骤四时效热处理:将步骤三冷旋压的铜管坯料进行时效热处理,铜管坯料跟随芯棒一同装炉完成热处理,装炉方式为竖直放置,热处理完成后再将铜管坯料由芯棒上脱下;
步骤五机械加工二:将步骤四时效热处理后的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品。
本发明经步骤一热旋压;步骤二固溶热处理,将合金加热到高温区,使过剩相充分溶解到固溶体中然后快速冷却,得到过饱和的固溶体;步骤三冷旋压,促进时效过程中强化相的析出;步骤四时效热处理,在较高的温度放置,使过饱和固溶体内的强化相逐渐析出,起到时效强化的作用,提高材料的综合性能;最后经步骤五机械加工二加工至成品。
本发明采用热旋压和冷旋压工艺,旋压加工属于无切削加工的先进金属压力加工工艺,旋后的金属纤维连续完整,晶粒被延伸变长变细,使得旋后金属的力学性能得到提高,并且旋压加工后金属表面不需或只需少量切削加工,甚至可直接旋压至成品,材料利用率高。
本发明单次加工工艺可生产铜合金模具数量为3-6件,工艺路线简单、加工效率高、材料利用率高。
进一步地,所述步骤一中,所述铜管坯料的制备方法包括如下步骤:
S1配料:按照重量百分比Cr:0.6-1.2wt%,Zr:0.08-0.15wt%,Fe:0.008-0.015wt%,Ce:0.03-0.06wt%,其余为Cu;
S2熔炼:将S1配料中的材料加入真空熔炼炉进行熔炼;
S3离心铸造:将熔炼后的铜合金液进行卧式离心铸造,浇注完成后内侧覆盖发热覆盖剂和碳化稻壳,得到铜管锭坯;
S4机械加工一:将S3离心铸造得到的铜管锭坯进行机械加工,去除外表面和两端侧的氧化黑皮,去除内表面的缩松缩孔区域,内表面加工完成后在铜管坯料一侧留下定位环。
本发明在铜管坯料的制备中,采用铜基合金材料进行S1配料;S2熔炼;S3离心铸造,浇注完成后内侧覆盖发热覆盖剂和碳化稻壳,发热覆盖剂与高温金属水发生反应后在内环壁提供高温环境,与保温剂碳化稻壳保证了铸件由外壁向内壁逐层凝固,让内壁金属液可以发生充足补缩,消除了在铸件内表面形成的缩松、缩孔铸造缺陷,提高了铸造质量,从而减少内壁的机械加工量;S4机械加工一,去除外表面和两端侧的氧化黑皮,去除内表面的缩松缩孔区域,内表面加工完成后在铜管坯料一侧留下定位环。
进一步地,所述S1中,Cr的加入方式为加入CuCr20合金;Zr的加入方式为加入CuZr40合金;Ce的加入方式为加入CuCe20合金。
进一步地,所述S2中,熔化温度为1250-1350℃,熔清后降温至1200-1250℃,并恒温保温5-10分钟,搅拌棒充分搅拌后转入中间包。
进一步地,所述S3中,所述铜管锭坯的外径400-500mm,内径320-430mm,长度400-700mm。不同尺寸的铜管锭坯通过更换不同的离心铸型来获得。
进一步地,所述S3中,所述发热覆盖剂覆盖厚度为30-50mm;碳化稻壳的覆盖厚度为50-80mm。
进一步地,所述步骤一中,所述热旋压的加热方式为先将铜管坯料预热至300-500℃,再采用火焰加热的方式将铜管坯料加热至800-950℃。
通过预热再进行加热,一是可以缩短火焰加热时间,减少能源消耗;二是可以保证整个旋压毛坯整体温度的均匀性。
进一步地,所述步骤一中,所述旋压轮进给速度为60-160mm/min,芯模旋转速度为50-80rpm/min,进给比为1.2-2mm/rpm,旋轮单道次下压变形量为15-30%;所述热旋压道次为2-3次。
铜合金材料热旋压道次为2-3次,如单道次变形量太大,存在开裂的风险,分多道次以后可避免加工过程中发生开裂;旋压工艺受制于变形方式,单道次的下压量有限,分道次旋压才能旋压至要求厚度。
进一步地,所述步骤一中,所述热旋压第一道次铜管坯料的加热温度为900-950℃,热旋压最后一道次铜管坯料的加热温度为800-900℃。
第一道次旋压坯料为铸态组织,晶粒较粗大,加热温度高一是可以旋压坯料发生均匀化,保证整体性能的稳定;二是高温下材料延伸率高,不会发生旋压开裂;最后道次温度低,主要是为了保证铜管坯料的晶粒组织不发生长大,得到晶粒细小的铜管坯料,晶粒细小则产品的性能就好。
进一步地,所述步骤二中,喷淋冷却水温度为20-30℃;喷淋冷却水流量为0.15-1.2m3/min。
进一步地,所述步骤三中,铜管坯料直线段冷旋压时,旋压轮进给速度为50-200mm/min,芯模旋转速度为50-100rpm/min,进给比为1-2mm/rpm;铜管坯料弧线段冷旋压时,旋压轮进给速度为20-80mm/min,芯模旋转速度为40-80rpm/min,进给比为0.5-1mm/rpm。
根据铜管坯料材料的硬度、延伸率、屈服强度等性能,调节冷旋压工艺的旋压轮转速、芯棒转速和旋压轮进给速度等参数来得到组织均匀、性能优异的产品。
进一步地,所述步骤三中,旋轮单道次下压变形量为15-25%;冷旋压道次为2-3道次。
进一步地,所述步骤四中,所述时效热处理温度为420-440℃;时效热处理保护气氛为纯度99.99%的氮气或氩气。
本发明的有益效果为:
本发明采用铜基合金材料,具有导热性好、散热快的优点,在高速成型时可以保证产品的质量,生产效率高;本发明根据铜基合金材料的性能进行处理发挥出铜基合金材料的最佳力学性、硬度、热疲劳性能等的性能,使得材料具有最佳的服役寿命。
本发明在离心铸造时,浇注完成后内侧覆盖发热覆盖剂和碳化稻壳,发热覆盖剂与高温金属水发生反应后在内环壁提供高温环境,与保温剂碳化稻壳保证了铸件由外壁向内壁逐层凝固,让内壁金属液可以发生充足补缩,消除了在铸件内表面形成的缩松、缩孔铸造缺陷,提高了铸造质量,从而减少内壁的机械加工量。
本发明采用热旋压和冷旋压相组合的工艺方式,避免了热处理过程中铜合金玻璃模具的变形和最后薄壁产品难以加工的问题。旋压加工后的金属纤维连续完整,晶粒被延伸变长变细,使得旋后金属的力学性能得到提高,并且在旋压过程不发生严重变形,经最后道次冷旋压整形可加工至成品或近成品尺寸,不需要机械加工或只需要很少的切削加工即可加工至成品,材料综合利用率大幅提高。
本发明本发明单次加工工艺可生产多件产品,大幅提高了生产效率,降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明离心铸造铜管锭坯经机械加工一后的剖视结构图;
图2为本发明铜合金玻璃模具在旋压过程中的俯视图;
图3为本发明铜合金玻璃模具在冷旋压过程中直线段和弧线段的剖视结构图;
图中标记说明:
1、尾顶;2、芯模;3、毛坯;31、定位环;4-旋压轮;5-火焰加热装置;6-主轴;7-弧线段;8-直线段。
图中:为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸,示意图仅作示意使用。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1:
一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括如下步骤:
一、铜管坯料的制备
S1配料:按照重量百分比0.8wt%Cr,0.1wt%Zr,0.01wt%Fe,0.03wt%Ce:,其余为Cu,其中Cu和Fe以电解铜和纯铁的形式加入,Cr以CuCr20中间合金的形式加入,Zr以CuZr40中间合金的形式加入,Ce以CuCe20中间合金的形式加入。
S2熔炼:将S1配料中的材料加入真空熔炼炉进行熔化;熔化温度为1250℃,熔清后降温至1220℃,并恒温保温5分钟,搅拌棒充分搅拌后转入中间包。
S3离心铸造:将熔炼后的铜合金液浇注至离心铸型中进行卧式离心铸造,铜合金液浇注完成后内侧覆盖发热覆盖剂和碳化稻壳,所述发热覆盖剂覆盖厚度为40mm;覆盖剂覆盖完成后继续加入碳化稻壳覆盖,碳化稻壳的覆盖厚度为60mm;通过离心铸造最终获得外径400mm,内径320mm,长度500mm铜管锭坯。
S4机械加工一:将S3离心铸造得到的铜管锭坯进行机械加工,切削去除外表面和两端侧的氧化黑皮,去除内表面的缩松缩孔区域,内表面加工完成后在铜管坯料一侧留下定位环31;最终获得的铜管坯料如图1所示。
二、薄壁铜基合金玻璃模具的制备
如图2所示,在旋压过程中,尾顶1用来固定芯模2,尾顶1和芯模2的中心线相重合,保证芯模2旋转时不发生轴向移动和偏心,从而保证被旋工件的壁厚均匀性和直线度。主轴6连接齿轮箱和芯模2,驱动电机将驱动力传递至齿轮箱,齿轮箱通过主轴6传递力矩带动芯模2转动,芯模2上的毛坯3随芯模2一起转动,旋压轮4进行旋压。
步骤一热旋压:将S4机械加工一得到的铜管坯料作为热旋压毛坯3,采用旋轮正旋方式进行热旋压;先将铜管坯料预热至400℃,旋压第一道次采用火焰加热装置5将铜管坯料加热至900℃,旋压轮4进给速度设定为90mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1.5mm/rpm,旋轮第一道次下压变形量设定为30%;旋压第二道次采用火焰加热装置5将铜管坯料加热至880℃,旋压轮4进给速度设定为84mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1.4mm/rpm,旋轮第二道次下压变形量设定为25%。
其中,通过预热再进行加热,一是可以缩短火焰加热时间,减少能源消耗;二是可以保证整个旋压毛坯3整体温度的均匀性。铜合金材料热旋压道次为2次,分多道次以后可避免单道次变形量太大加工过程中发生开裂;旋压工艺受制于变形方式,单道次的下压量有限,分道次旋压旋压至要求厚度。
第一道次旋压坯料为铸态组织,晶粒较粗大,加热温度高一是可以旋压坯料发生均匀化,保证整体性能的稳定;二是高温下材料延伸率高,不会发生旋压开裂;最后道次温度低,主要是为了保证铜管坯料的晶粒组织不发生长大,得到晶粒细小的铜管坯料,晶粒细小则产品的性能就好。
步骤二固溶热处理:对步骤一热旋压后的铜管采用喷淋式水冷,进行在线固溶热处理;喷淋时芯模2维持转动状态,喷淋冷却水温度为25℃;喷淋冷却水流量为0.45m3/min。
步骤三冷旋压:将热处理后的铜管坯料进行冷旋压;
如图3所示,直线段8冷旋压,将步骤二得到的铜管坯料采用正旋方式进行冷旋压,旋压第一道次旋压轮4进给速度设定为100mm/min,芯模2旋转速度设定为80rpm/min,进给比设定为1.25mm/rpm,旋轮第一道次下压变形量设定为20%;旋压第二道次旋压轮4进给速度设定为100mm/min,芯模2旋转速度设定为80rpm/min,进给比设定为1.25mm/rpm,旋轮第二道次下压变形量设定为15%;
弧线段7冷旋压,将步骤二得到的铜管坯料采用正旋方式进行冷旋压,旋压第一道次旋压轮4进给速度设定为30mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为0.5mm/rpm;旋压第二道次旋压轮4进给速度设定为60mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1mm/rpm。
步骤四时效热处理:将步骤三冷旋压的铜管坯料进行时效热处理,铜管坯料跟随芯棒一同装入纯度99.99%氮气保护的加热炉,装炉方式为竖直放置,时效热处理温度为420℃,保温一段时间后铜管坯料随炉降温至室温,再将铜管坯料至芯棒上脱下。
步骤五机械加工二:将步骤四时效热处理后的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品。
本实施例中,离心铸造得长度为500mm的铜管锭坯,经过旋压加工后,最后获得长度为1200mm的铜管,可截断成三个360mm长的铜合金模具成品,产品1。可见,即此次单次旋压铜管坯料经机械加工后产生的铜基合金模具数量为三件,从而大幅提高生产效率。
实施例2:
一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括如下步骤:
一、铜管坯料的制备
S1配料:与实施例1相同,不再赘述。
S2熔炼:与实施例1相同,不再赘述。
S3离心铸造:将S2熔炼中所得铜合金液浇注至离心铸型中进行铸造,铜合金液浇注完成后在内侧加入发热覆盖剂,覆盖剂覆盖内侧面厚度为40mm,覆盖剂覆盖完成后继续加入碳化稻壳覆盖,碳化稻壳覆盖厚度为60mm,通过离心铸造最终获得外径500mm,内径400mm,长度600mm的铜管锭坯。
S4机械加工一:与实施例1相同,不再赘述。
二、薄壁铜基合金玻璃模具的制备
步骤一热旋压:将S4机械加工一得到的铜管坯料作为热旋压毛坯3,采用旋轮正旋方式进行热旋压;先将铜管坯料预热至400℃,旋压第一道次采用火焰加热装置5将铜管坯料加热至920℃,旋压轮4进给速度设定为90mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1.5mm/rpm,旋轮第一道次下压变形量设定为25%;旋压第二道次采用火焰加热装置5将铜管坯料加热至900℃,旋压轮4进给速度设定为84mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1.4mm/rpm,旋轮第二道次下压变形量设定为25%;旋压第三道次采用火焰加热装置5将铜管坯料加热至900℃,旋压轮4进给速度设定为84mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为1.4mm/rpm,旋轮第三道次下压变形量设定为20%。
步骤二固溶热处理,对步骤一热旋压后的铜管坯料进行喷淋式水冷,进行在线固溶热处理;喷淋时芯模2维持转动状态,喷淋水的温度为25℃,喷淋冷却水的流量为1m3/min。
步骤三冷旋压:将热处理后的铜管坯料进行冷旋压;
如图3所示,直线段8冷旋压,将步骤二得到的铜管坯料采用正旋方式进行冷旋压,旋压第一道次旋压轮4进给速度设定为112mm/min,芯模2旋转速度设定为80rpm/min,进给比设定为1.4mm/rpm,旋轮第一道次下压变形量设定为20%;旋压第二道次旋压轮4进给速度设定为100mm/min,芯模2旋转速度设定为80rpm/min,进给比设定为1.25mm/rpm,旋轮第二道次下压变形量设定为20%;
弧线段7冷旋压,将步骤二得到的铜管坯料采用正旋方式进行冷旋压,旋压第一道次旋压轮4进给速度设定为30mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为0.5mm/rpm;旋压第二道次旋压轮4进给速度设定为48mm/min,芯模2旋转速度设定为60rpm/min,进给比设定为0.8mm/rpm。
步骤四时效热处理:与实施例1相同,不再赘述。
步骤五机械加工二:将步骤四时效热处理后的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品。
本实施例中,离心铸造得长度为600mm的铜管锭坯,经过旋压加工后,最后获得长度为1900mm的铜管,可截断成四个420mm长的铜合金模具成品,产品2。可见,即此次单次旋压铜管坯料经机械加工后产生的铜基合金模具数量为四件,从而大幅提高生产效率。
对比例1:
一种常规薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括如下步骤:
S1熔铸:投料,按照重量百分比0.8wt%Cr,0.1wt%Zr,0.01wt%Fe,0.03wt%Ce,其余为Cu进行配料;熔化温度为1250℃,熔清后降温至1220℃,并恒温保温5分钟,搅拌棒充分搅拌后转入铸型。
S2铸锭:得到成分与实施例1相一致的铜合金铸锭。
S3锯冒口:将S2中的铸锭锯切冒口。
S4热锻:将S3中得到的铸锭进行热锻,铸锭加热温度为940℃,保证终锻温度不低于880℃,热锻第一道次变形量为30%,热锻第二道次变形量为25%。
S5固溶热处理:将S4得到的热锻铜管坯料进行固溶热处理,加热温度为880℃,保温一定时间后快速入水冷却。
S6冷锻:将S5得到的铜管坯料进行冷锻,冷锻第一道次变形量为20%,冷锻第二道次变形量为15%。
S7时效热处理:将S6所得冷锻后铜管坯料进行时效热处理,时效热处理温度为420℃,保温一段时间后铜管坯料随炉降温至室温。
S8机械加工至成品:将S7得到的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品,本对比例经机械加工后得到与实施例1尺寸规格相同的铜合金模具成品,产品3。
对比例2:
一种常规薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,包括如下步骤:
S1熔铸:与对比例1相同,不在赘述;
S2铸锭:与对比例1相同,不在赘述;
S3锯冒口:与对比例1相同,不在赘述;
S4热锻:将S3中得到的铸锭进行热锻,铸锭加热温度为940℃,保证终锻温度不低于880℃,热锻第一道次变形量为25%,热锻第二道次变形量为25%,热锻第三道次变形量为20%;
S5固溶热处理:将S4得到的热锻铜管坯料进行固溶热处理,加热温度为900℃,保温一定时间后快速入水冷却;
S6冷锻:将S5得到的铜管坯料进行冷锻,冷锻第一道次变形量为20%,冷锻第二道次变形量为20%;
S7时效热处理:与对比例1相同,不在赘述;
S8机械加工至成品:将S7得到的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品,本对比例经机械加工后得到与实施例2尺寸规格相同的铜合金模具成品,产品4。
实验结果:
表1实施例与对比例的单个产品综合成材率对比表
注:产品成材率=成品重量/投料重量×100%
表2实施例与对比例的力学性能对比表
分类 | 抗拉强度/MPa | 屈服强度/MPa | 延伸率/% |
实施例1 | 446 | 374 | 16.4 |
实施例2 | 443 | 376 | 15.7 |
对比例1 | 423 | 352 | 14.2 |
对比例2 | 425 | 355 | 14.4 |
由此可见,本发明用于薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,根据铜基合金材料的性能进行处理发挥出铜基合金材料的最佳力学性、硬度、热疲劳性能等的性能,使得材料具有最佳的服役寿命;采用热旋压和冷旋压相组合的工艺方式,避免了热处理过程中铜合金玻璃模具的变形和最后薄壁产品难以加工的问题。旋压加工后的金属纤维连续完整,晶粒被延伸变长变细,使得旋后金属的力学性能得到提高,并且在旋压过程不发生严重变形,经最后道次冷旋压整形可加工至成品或近成品尺寸,不需要机械加工或只需要很少的切削加工即可加工至成品,材料综合利用率大幅提高;单次加工工艺可生产多件铜合金模具,工艺路线简单、加工效率高、材料利用率高,具有显著的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。。
Claims (6)
1.一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一热旋压:将铜管坯料作为热旋压毛坯,采用旋轮正旋方式进行热旋压;所述铜管坯料的成分按照重量百分比为Cr:0.6-1.2wt%,Zr:0.08-0.15wt%,Fe:0.008-0.015wt%,Ce:0.03-0.06wt%,其余为Cu;
所述热旋压的加热方式为先将铜管坯料预热至300-500℃,再采用火焰加热的方式将铜管坯料加热至800-950℃;所述热旋压道次为2-3次,所述热旋压第一道次铜管坯料的加热温度为900-950℃,热旋压最后一道次铜管坯料的加热温度为800-900℃;
旋压轮进给速度为60-160mm/min,芯模旋转速度为50-80r/min,进给比为1.2-2mm/r,旋轮单道次下压变形量为15-30%;
步骤二固溶热处理:对步骤一热旋压后的铜管采用喷淋式水冷,进行在线固溶热处理;将合金加热到高温区,使过剩相充分溶解到固溶体中然后快速冷却,得到过饱和的固溶体;
步骤三冷旋压:将步骤二固溶热处理后的铜管坯料进行冷旋压;
铜管坯料直线段冷旋压时,旋压轮进给速度为50-200mm/min,芯模旋转速度为50-100r/min,进给比为1-2mm/r;
铜管坯料弧线段冷旋压时,旋压轮进给速度为20-80mm/min,芯模旋转速度为40-80r/min,进给比为0.5-1mm/r;
旋轮单道次下压变形量为15-25%;冷旋压道次为2-3道次;
步骤四时效热处理:将步骤三冷旋压的铜管坯料进行时效热处理,铜管坯料跟随芯棒一同装炉完成热处理,装炉方式为竖直放置,热处理完成后再将铜管坯料由芯棒上脱下;
步骤五机械加工二:将步骤四时效热处理后的铜管坯料进行机械加工,根据铜合金模具的尺寸加工至成品。
2.根据权利要求1所述的薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,所述步骤一中,所述铜管坯料的制备方法包括如下步骤:
S1配料:按照重量百分比Cr:0.6-1.2wt%,Zr:0.08-0.15wt%,Fe:0.008-0.015wt%,Ce:0.03-0.06wt%,其余为Cu;
S2熔炼:将S1配料中的材料加入真空熔炼炉进行熔炼;
S3离心铸造:将熔炼后的铜合金液进行卧式离心铸造,浇注完成后内侧覆盖发热覆盖剂和碳化稻壳,得到铜管锭坯;
S4机械加工一:将S3离心铸造得到的铜管锭坯进行机械加工,去除外表面和两端侧的氧化黑皮,去除内表面的缩松缩孔区域,内表面加工完成后在铜管坯料一侧留下定位环。
3.根据权利要求2所述的薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,所述S2中,熔化温度为1250-1350℃,熔清后降温至1200-1250℃,并恒温保温5-10分钟,搅拌棒充分搅拌后转入中间包。
4.根据权利要求2所述的薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,所述S3中,所述发热覆盖剂覆盖厚度为30-50mm;碳化稻壳的覆盖厚度为50-80mm。
5.根据权利要求1所述的薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,所述步骤二中,喷淋冷却水温度为20-30℃;喷淋冷却水流量为0.15-1.2m3/min。
6.根据权利要求5所述的薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法,其特征在于,所述步骤四中,所述时效热处理温度为420-440℃;时效热处理保护气氛为纯度99.99%的氮气或氩气。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211374293.0A CN115558874B (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202211374293.0A CN115558874B (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115558874A CN115558874A (zh) | 2023-01-03 |
CN115558874B true CN115558874B (zh) | 2023-12-19 |
Family
ID=84768051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202211374293.0A Active CN115558874B (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115558874B (zh) |
Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6199419B1 (en) * | 1998-04-27 | 2001-03-13 | Emmanuil Shrayer | Method for manufacturing a dome from an undersized blank |
JP2002356756A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Nippon Steel Corp | 高力銅基合金の製造方法 |
CN103042182A (zh) * | 2012-07-06 | 2013-04-17 | 山国强 | 一种保温覆盖剂 |
CN103846305A (zh) * | 2012-12-07 | 2014-06-11 | 北京有色金属研究总院 | 一种大直径管材及异形管件的制备加工方法 |
CN104015011A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-03 | 浙江巨科实业有限公司 | Al-Mg-Si合金轮毂的制造方法 |
CN106536769A (zh) * | 2014-09-25 | 2017-03-22 | 三菱综合材料株式会社 | 铸造用模具材料及Cu‑Cr‑Zr合金原材料 |
CN107739879A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-02-27 | 苏州浩焱精密模具有限公司 | 一种模具用铜合金材料 |
CN107999687A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-08 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种铝合金叶片锻件及其制备方法 |
CN108555543A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-21 | 航天材料及工艺研究所 | 一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法 |
CN109852911A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种提高Al-Cu系合金旋压薄壁零件力学性能的热处理工艺 |
CN110423961A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-08 | 四川航天长征装备制造有限公司 | 一种金属旋压件的制作方法 |
CN110629139A (zh) * | 2018-06-25 | 2019-12-31 | 南京理工大学 | 一种Cu-Cr-Zr合金的制备方法 |
CN110872657A (zh) * | 2018-08-31 | 2020-03-10 | 中南大学 | 一种熔铸法制备的高性能铜合金 |
CN111212923A (zh) * | 2017-11-21 | 2020-05-29 | 三菱综合材料株式会社 | 铸造用模具材料及铜合金原材料 |
CN113042603A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-29 | 西北工业大学 | 可热处理强化铝合金薄壁异型曲面构件成形方法 |
JP2022011149A (ja) * | 2020-06-29 | 2022-01-17 | ヤマハ発動機株式会社 | 車両ホイール用アルミニウム合金、車両ホイールおよび車両ホイールの製造方法 |
CN114473370A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-05-13 | 西安航天动力机械有限公司 | 一种不锈钢薄壁圆筒的制备方法 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10156925A1 (de) * | 2001-11-21 | 2003-05-28 | Km Europa Metal Ag | Aushärtbare Kupferlegierung als Werkstoff zur Herstellung von Giessformen |
CN111363948B (zh) * | 2020-04-24 | 2021-11-09 | 浙江大学 | 一种高强高导铜合金的高效短流程制备方法 |
-
2022
- 2022-11-04 CN CN202211374293.0A patent/CN115558874B/zh active Active
Patent Citations (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6199419B1 (en) * | 1998-04-27 | 2001-03-13 | Emmanuil Shrayer | Method for manufacturing a dome from an undersized blank |
JP2002356756A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Nippon Steel Corp | 高力銅基合金の製造方法 |
CN103042182A (zh) * | 2012-07-06 | 2013-04-17 | 山国强 | 一种保温覆盖剂 |
CN103846305A (zh) * | 2012-12-07 | 2014-06-11 | 北京有色金属研究总院 | 一种大直径管材及异形管件的制备加工方法 |
CN104015011A (zh) * | 2014-06-13 | 2014-09-03 | 浙江巨科实业有限公司 | Al-Mg-Si合金轮毂的制造方法 |
CN106536769A (zh) * | 2014-09-25 | 2017-03-22 | 三菱综合材料株式会社 | 铸造用模具材料及Cu‑Cr‑Zr合金原材料 |
CN111212923A (zh) * | 2017-11-21 | 2020-05-29 | 三菱综合材料株式会社 | 铸造用模具材料及铜合金原材料 |
CN107999687A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-08 | 无锡透平叶片有限公司 | 一种铝合金叶片锻件及其制备方法 |
CN107739879A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-02-27 | 苏州浩焱精密模具有限公司 | 一种模具用铜合金材料 |
CN108555543A (zh) * | 2018-05-11 | 2018-09-21 | 航天材料及工艺研究所 | 一种铝合金贮箱半球壳体的成形方法 |
CN110629139A (zh) * | 2018-06-25 | 2019-12-31 | 南京理工大学 | 一种Cu-Cr-Zr合金的制备方法 |
CN110872657A (zh) * | 2018-08-31 | 2020-03-10 | 中南大学 | 一种熔铸法制备的高性能铜合金 |
CN109852911A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-06-07 | 中南大学 | 一种提高Al-Cu系合金旋压薄壁零件力学性能的热处理工艺 |
CN110423961A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-08 | 四川航天长征装备制造有限公司 | 一种金属旋压件的制作方法 |
JP2022011149A (ja) * | 2020-06-29 | 2022-01-17 | ヤマハ発動機株式会社 | 車両ホイール用アルミニウム合金、車両ホイールおよび車両ホイールの製造方法 |
CN113042603A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-06-29 | 西北工业大学 | 可热处理强化铝合金薄壁异型曲面构件成形方法 |
CN114473370A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-05-13 | 西安航天动力机械有限公司 | 一种不锈钢薄壁圆筒的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115558874A (zh) | 2023-01-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101966564B (zh) | 一种白铜管材热冷组合铸型水平连铸设备及其工艺 | |
CN102689151B (zh) | Gh4033高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN106694768B (zh) | 一种h13空心芯棒的制造方法 | |
CN102689161B (zh) | 7075铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN102689156B (zh) | Gh4169高温合金异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN112676426A (zh) | 一种锆铜厚壁直筒形零件的冷态强力旋压制备方法 | |
CN105855309A (zh) | 一种a356铝合金挤压成型方法 | |
CN107739877A (zh) | 一种铜合金辊套及其制备方法 | |
CN102689153B (zh) | 镁合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN115558874B (zh) | 一种薄壁铜基合金玻璃模具的制备方法 | |
CN102689159B (zh) | 6061铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN117004886A (zh) | 一种马氏体沉淀硬化高强钢无缝钢管和生产方法 | |
CN102689155B (zh) | 铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN110735060A (zh) | 一种改善铝合金性能的连续正交轧制方法 | |
CN108405651A (zh) | 一种半固态连续挤压生产铜合金线材方法 | |
CN102689162B (zh) | 7050铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN102689152B (zh) | 2014铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN102689154A (zh) | 不锈钢异截面大型环件液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN114850238B (zh) | 一种铁青铜管的制备方法 | |
CN110052595A (zh) | 一种抗穿晶断裂失效模式的汽车转向节及其制造方法 | |
CN102699636B (zh) | 6082铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN102689160B (zh) | 2a70铝合金异截面大型环件的液态模锻轧制复合成形方法 | |
CN110202108B (zh) | 一种铸锻结合抗扭转耐冲击车用转向节及其制造方法 | |
CN110756587B (zh) | 一种采用离心铸造制备金属板的方法 | |
CN116237390A (zh) | 一种无氧铜棒的加工工艺 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |