專利名稱：非晶合金精密零部件高效模鍛成形裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模鍛技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種非晶合金精密零部件高效模鍛成形裝置。
背景技術(shù)：
成形工藝的短流程化和高效化，即縮短生產(chǎn)工藝流程、簡(jiǎn)化工藝環(huán)節(jié)、提高生產(chǎn)效率，是金屬材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向之一[謝建新.材料加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與展望.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2003，39(9)29-34]。而作為先進(jìn)制造技術(shù)重要組成之一的精密塑性成形技術(shù)，在國內(nèi)外獲得了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用[李敏賢等.精密成形技術(shù)發(fā)展前沿.中國機(jī)械工程，2000，11(1-2)183-186]。但是由于多晶材料存在晶粒和晶界，在塑性變形過程中表現(xiàn)出各向異性，導(dǎo)致制品表面精度低、工具異常磨損等不利因素。因此，采用新型成形材料(如大塊非晶合金等)，發(fā)展快速高效成形工藝，促進(jìn)精密塑性成形技術(shù)在高新技術(shù)領(lǐng)域獲得更大規(guī)模的應(yīng)用具有重要意義。
大塊非晶合金具有優(yōu)異的室溫物理和力學(xué)性能[Inoue A，et al.Amorphous and Nanocrystalline Materials.TokyoSpringer，2001]。但由于成本高、成形加工困難等原因，大塊非晶合金作為結(jié)構(gòu)材料尚未獲得廣泛應(yīng)用。大塊非晶合金在過冷液相區(qū)(即玻璃轉(zhuǎn)變溫度和晶化開始溫度之間)呈應(yīng)變速率敏感指數(shù)m＝1的牛頓粘性流體狀態(tài)(即便出現(xiàn)少量析晶，其在過冷區(qū)域的應(yīng)變速率敏感指數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般超塑性材料m≥0.3的要求)，是理想的超塑性材料[張志豪等.Zr基大塊非晶合金的超塑性成形性能.中國有色金屬學(xué)報(bào)，2004，14(7)1073-1077]。而且其較低的可加工溫度，使其在模具材料的選用、減少對(duì)模具的熱沖擊以及節(jié)約能源等方面更具優(yōu)勢(shì)。
因此，開發(fā)大塊非晶合金材料的快速高效精密塑性成形技術(shù)，有利于進(jìn)一步拓展大塊非晶合金材料和精密成形技術(shù)的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種非晶合金精密零部件高效模鍛成形裝置，集自動(dòng)脫模、內(nèi)置加熱、氣體保護(hù)、氣體強(qiáng)制快冷等技術(shù)為一體的、用于大塊非晶合金精密零部件快速高效模鍛成形的裝置，可對(duì)外廓直徑尺寸1～100mm、厚度尺寸0.5～50mm的各種齒輪類或軸類零件進(jìn)行快速高效精密塑性成形。
本發(fā)明包括組合壓頭、成形模具、頂出機(jī)構(gòu)、內(nèi)置加熱器18。成形模具和內(nèi)置加熱器安放在模座12內(nèi)，模座12與底座17相連，在成形與脫模過程中保持固定位置。組合壓頭通過壓頭座1與壓力機(jī)連接，頂出機(jī)構(gòu)置于頂出板16上；組合壓頭和頂出機(jī)構(gòu)能相對(duì)成形模具作上下運(yùn)動(dòng)。組合壓頭由壓桿2、壓緊彈簧3、密封法蘭4、擠壓筒5、保護(hù)罩6、壓頭7構(gòu)成；組合壓頭的壓桿2和密封法蘭4之間以及保護(hù)罩6與上蓋板11之間的密封采用硅橡膠密封圈密封?？沙涞?dú)饣驓鍤庑纬杀Ｗo(hù)氣氛，以防止大塊非晶合金在加熱和保溫過程中氧化，并可利用保護(hù)氣體在壓頭及成形型腔內(nèi)的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在成形后對(duì)模具和工件的強(qiáng)制快冷，一方面提高成形效率，同時(shí)也能最大限度地減少成形件在高溫區(qū)的停留時(shí)間，從而更有效地保證大塊非晶成形件的物理力學(xué)性能。組合壓頭部分帶有壓緊彈簧3，以保證成形過程中擠壓筒5與成形模9的緊密接觸，防止坯料在二者之間的縫隙處形成飛邊。頂出機(jī)構(gòu)由輪轂?zāi)?4、卸模塊15、頂出板16構(gòu)成。壓頭座1和底座17分別安裝在成形壓力機(jī)的中梁和工作臺(tái)上。內(nèi)置加熱器18由4～10根200～500W的發(fā)熱體構(gòu)成，最高加熱溫度600℃。成形模具由2個(gè)成形模9和10構(gòu)成。
本發(fā)明裝置的主要工作過程為壓頭座1在成形壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，壓緊彈簧3受壓，使擠壓筒5與成形模9以及保護(hù)罩6與上蓋板11之間形成一定的壓緊力，充入保護(hù)氣體并加熱到預(yù)定溫度。然后壓頭座1再次向下運(yùn)動(dòng)，使組合壓頭中的壓桿2和壓頭7將坯料壓實(shí)并充填成形模9和10的型腔。成形結(jié)束后，斷開加熱電源，繼續(xù)通入保護(hù)氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)型腔的強(qiáng)制快冷。冷卻到預(yù)定溫度后，壓頭座1在壓力機(jī)的帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓緊彈簧3松開，進(jìn)而組合壓頭升起，同時(shí)滑桿13向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑桿端部的定位螺栓與頂出板16接觸后，帶動(dòng)卸模塊15和輪轂?zāi)?4將成形零件頂出模腔。
組合壓頭的壓頭7和輪轂?zāi)?4可更換。對(duì)帶中心孔的零件，則采用如附圖所示的帶芯桿壓頭7和空心輪轂?zāi)?4。對(duì)實(shí)心零件的成形，將壓頭7更換為平壓頭，將輪轂?zāi)?4更換為實(shí)心圓柱。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)采用自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)成形后的自動(dòng)脫模，縮短了工藝流程和工藝間隙時(shí)間；采用保護(hù)氣氛，可防止成形零件表面的氧化；采用內(nèi)置式加熱器，提高了坯料加熱效率；采用氣體強(qiáng)制快冷，加快了成形件的冷卻速度，縮短成形件在高溫區(qū)的停留時(shí)間，縮短工藝流程，并有利于大塊非晶制品獲得良好的使用性能。其主要特點(diǎn)是將上述幾種工藝集成為一體，有利于實(shí)現(xiàn)大塊非晶合金精密零件的快速高效成形。


圖1為本發(fā)明的一種快速高效模鍛成形裝置示意圖。其中，壓頭座1、壓桿2、壓緊彈簧3、密封法蘭4、擠壓筒5、保護(hù)罩6、壓頭7、成形模壓板8、成形模具9和10、上蓋板11、模座12、滑桿13、輪轂?zāi)?4、卸模塊15、頂出板16、底座17、加熱器18、熱電偶19。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明的一種具體實(shí)施方式
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成形模具和內(nèi)置加熱器安放在模座12內(nèi)，模座12與底座(17)相連，在成形與脫模過程中保持固定位置；組合壓頭通過壓頭座(1)與壓力機(jī)連接，壓頭座1和底座17分別安裝在成形壓力機(jī)的中梁和工作臺(tái)上；頂出機(jī)構(gòu)置于頂出板16上；組合壓頭和頂出機(jī)構(gòu)能相對(duì)成形模具作上下運(yùn)動(dòng)。
工作過程為壓頭座1在成形壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，壓緊彈簧3受壓，使擠壓筒5與成形模9以及保護(hù)罩6與上蓋板11之間形成一定的壓緊力，充入保護(hù)氣體并加熱到預(yù)定溫度。然后壓頭座1再次向下運(yùn)動(dòng)，使組合壓頭中的壓桿2和壓頭7將坯料壓實(shí)并充填成形模9和10的型腔。成形結(jié)束后，斷開加熱電源，繼續(xù)通入保護(hù)氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)型腔的強(qiáng)制快冷。冷卻到預(yù)定溫度后，壓頭座1在壓力機(jī)的帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓緊彈簧3松開，進(jìn)而組合壓頭升起，同時(shí)滑桿13向上運(yùn)動(dòng)。當(dāng)滑桿端部的定位螺栓與頂出板16接觸后，帶動(dòng)卸模塊15和輪轂?zāi)?4將成形零件頂出模腔。
權(quán)利要求
1.一種非晶合金精密零部件高效模鍛成形裝置，其特征在于該裝置包括組合壓頭、成形模具、頂出機(jī)構(gòu)、內(nèi)置加熱器；成形模具和內(nèi)置加熱器安放在模座(12)內(nèi)，模座(12)與底座(17)相連，在成形與脫模過程中保持固定位置；組合壓頭通過壓頭座(1)與壓力機(jī)連接，壓頭座(1)和底座(17)分別安裝在成形壓力機(jī)的中梁和工作臺(tái)上；頂出機(jī)構(gòu)置于頂出板(16)上；組合壓頭和頂出機(jī)構(gòu)能相對(duì)成形模具作上下運(yùn)動(dòng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的模鍛成形裝置，其特征在于組合壓頭由壓桿(2)、壓緊彈簧(3)、密封法蘭(4)、擠壓筒(5)、保護(hù)罩(6)、壓頭(7)構(gòu)成；組合壓頭的壓桿(2)和密封法蘭(4)之間以及保護(hù)罩(6)與上蓋板(11)之間的密封采用硅橡膠密封圈密封；充氮?dú)饣驓鍤庑纬杀Ｗo(hù)氣氛，以防止大塊非晶合金在加熱和保溫過程中氧化，利用保護(hù)氣體在壓頭及成形型腔內(nèi)的流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在成形后對(duì)模具和工件的強(qiáng)制快冷，提高成形效率減少成形件在高溫區(qū)的停留時(shí)間，保證大塊非晶成形件的物理力學(xué)性能；組合壓頭部分帶有壓緊彈簧(3)，以保證成形過程中擠壓筒(5)與成形模(9)的緊密接觸，防止坯料在二者之間的縫隙處形成飛邊；頂出機(jī)構(gòu)由輪轂?zāi)?14)、卸模塊(15)、頂出板(16)構(gòu)成；內(nèi)置加熱器(18)由由4～10根200～500W的發(fā)熱體構(gòu)成，最高加熱溫度600℃；成形模具由2個(gè)成形模(9)和(10)構(gòu)成。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的模鍛成形裝置，其特征在于工作過程為壓頭座(1)在成形壓力機(jī)的驅(qū)動(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，壓緊彈簧(3)受壓，使擠壓筒(5)與成形模(9)以及保護(hù)罩(6)與上蓋板(11)之間形成一定的壓緊力，充入保護(hù)氣體并加熱到預(yù)定溫度；然后壓頭座(1)再次向下運(yùn)動(dòng)，使組合壓頭中的壓桿(2)和壓頭(7)將坯料壓實(shí)并充填成形模(9、10)的型腔；成形結(jié)束后，斷開加熱電源，繼續(xù)通入保護(hù)氣體，實(shí)現(xiàn)對(duì)型腔的強(qiáng)制快冷；冷卻到預(yù)定溫度后，壓頭座(1)在壓力機(jī)的帶動(dòng)下向上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)壓緊彈簧(3)松開，進(jìn)而組合壓頭升起，同時(shí)滑桿(13)向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)滑桿端部的定位螺栓與頂出板(16)接觸后，帶動(dòng)卸模塊(15)和輪轂?zāi)?14)將成形零件頂出模腔。
4.按照權(quán)利要求2所述的模鍛成形裝置，其特征在于組合壓頭的壓頭(7)和輪轂?zāi)?14)可更換；對(duì)帶中心孔的零件，則采用帶芯桿的壓頭(7)、空心輪轂?zāi)?14)；對(duì)實(shí)心零件的成形，將壓頭(7)更換為平壓頭，將輪轂?zāi)?14)更換為實(shí)心圓柱。
全文摘要
非晶合金精密零部件高效模鍛成形裝置，屬于模鍛技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括組合壓頭、成形模具、頂出機(jī)構(gòu)、內(nèi)置加熱器；成形模具和內(nèi)置加熱器安放在模座(12)內(nèi)，模座(12)與底座(17)相連，在成形與脫模過程中保持固定位置；組合壓頭通過壓頭座(1)與壓力機(jī)連接，壓頭座(1)和底座(17)分別安裝在成形壓力機(jī)的中梁和工作臺(tái)上；頂出機(jī)構(gòu)置于頂出板(16)上；組合壓頭和頂出機(jī)構(gòu)能相對(duì)成形模具作上下運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)在于采用自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)成形后的自動(dòng)脫模，縮短了工藝流程和工藝間隙時(shí)間；采用保護(hù)氣氛，可防止成形零件表面的氧化；采用內(nèi)置式加熱器，提高了坯料加熱效率；采用氣體強(qiáng)制快冷，加快了成形件的冷卻速度，并有利于大塊非晶制品獲得良好的使用性能。
文檔編號(hào)B21J13/14GK1861289SQ200610012278
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者謝建新, 張志豪 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)