一種異種金屬複合活塞及其鍛裝工藝及鍛裝用模具的製作方法

2023-12-11 12:56:37 2

專利名稱：一種異種金屬複合活塞及其鍛裝工藝及鍛裝用模具的製作方法
技術領域：
本發明涉及固態熱模鍛接技術領域，具體涉及一種異種金屬經鍛裝工藝製成的複合活塞及鍛裝用模具。
背景技術：
現有高壓電氣活塞全部由銅合金製成，其杆件尾部的內螺紋抗推拉強度較薄弱； 且目前銅合金的材料價格比鋼的材料價格高出7-8倍，鋼的抗拉強度又高於銅合金的兩倍多。鑑於以上因素，為提高活塞整體杆件和尾部螺紋抗拉抗壓強度及降低製件成本，可將活塞杆部改為鋼製。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種異種金屬複合活塞及其鍛裝工藝及鍛裝用模具，根據活塞不同部位使用要求應用不同材質的金屬，經鍛裝工藝成一體，且鍛裝後複合活塞使用性能和可靠性均滿足高壓開關電氣部件運行要求。為實現上述發明目的，本發明創造採用如下技術方案一種異種金屬複合活塞鍛裝工藝，具體包括如下步驟a)、將異種金屬按各自所需長度和重量下料的步驟；b)、將活塞杆用金屬料留餘量，加工成活塞杆外形，及將加工後的活塞杆料置於壓力機工作檯上的凹模內的步驟；C)、將加熱後的活塞頭用金屬料平放入凹模內活塞杆料上，操作壓力機使凸模擠壓凹模內異種金屬成型的步驟；d)、壓力機將鍛裝好的複合活塞頂出，將鍛裝好的複合活塞從凹模中取出空冷的步驟；e)、然後重複操作c)-d)步驟，連續生產。為更好的實施本發明創造，鍛裝前還包括在壓力機上將鍛裝活塞的凸凹模調試安裝的步驟。為更好的實施本發明創造，將鍛裝前的活塞頭用金屬料加熱至650-900°C。為更好的實施本發明創造，還包括首件鍛裝時將模具預熱到^K)-350°C的步驟。為更好的實施本發明創造，所述鍛裝工藝過程中，凸模不潤滑，凹模噴塗稀石墨水。為更好的實施本發明創造，還包括將經過空冷後的鍛裝活塞進行後續機加工，終成型的步驟。為更好的實施本發明創造，所述活塞頭用金屬料為銅合金或鋁合金，所述活塞杆用金屬料為鋼。本發明創造的另一目的是提供根據上述工藝生產出的活塞件。實施異種金屬複合活塞鍛裝工藝時，擠壓鍛裝所用的模具，包括凸模和凹模，凹模設置在模座上；凸模通過凸模連接與壓力機上工作檯連接，凸模直徑尺寸對應於活塞頭大端尺寸；凹模包括凹模芯和凹模外圈，凹模外圈圈設在凹模芯外圍；凹模芯內設有與活塞頭形狀相對應的階梯孔；模座上端設有凸臺，凸臺伸進凹模孔內，且凸臺外徑尺寸對應於活塞頭小端尺寸；模座內設有中心孔，用以容納活塞杆及頂杆。進一步的，模座設置在壓力機工作檯上時，在工作檯和模座之間設置墊板；墊板中心開孔，頂杆從孔中穿出。由於採用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果1、本發明的壓力機能夠利用現有油壓機，加熱活塞頭部用金屬料時選用箱式電加熱爐，且工藝過程中的機加也能利用現有設備；在不增加額外設備投入的基礎上均能保證活塞精加工精度要求。2、油壓機能夠實現在幾秒鐘內就可以將異種金屬鍛裝成複合活塞，工作效率高， 生產成本低廉。3、採用鍛裝工藝的複合活塞餘量小，機加工性能良好；鍛裝後活塞整體強度超過原活塞杆件部位的強度；經長期裝機其使用壽命及可靠性均達到了高壓電氣元器件的要求。4、本發明在非焊接情況下解決了異種金屬的高強度的連接方法，使兩種金屬各盡所長。從此也節約了大量銅合金，降低了產品成本。5、擠壓鍛裝所用的模具能夠重複使用，節約了設備投入成本。6、機加工過程中，銅合金與鋼的切屑能做到不相互汙染，用磁吸走鋼屑能使剩餘的銅合金屑很純淨，可各自順利回收。


圖1是預鍛裝鋼件活塞杆粗加工後的結構示意圖。圖2是成型鍛裝活塞在凸凹模內的結構示意圖。圖中1、凹模芯；2、凹模外圈；3、模座；4、頂杆；5、墊板；6、活塞杆；7、活塞頭；8、
凸模；9、凸模連接。
具體實施例方式以下結合優選實施例對本發明進一步解釋，需說明的是，以下實施例不解釋為對本發明創造的限制。實施例一銅合金與鋼複合活塞的鍛裝工藝，具體包括以下步驟a、備料帶鋸床下料，將銅合金和鋼鋸成各自所需的長度和重量；b、機加工將鋸好的鋼棒料如圖1所示進行表面加工，具體是將鋸好的鋼料先將一端面車見光，再車成一工藝槽，倒頭平端面定總長並車成外圓，並保持有槽一端潔淨；C、鍛裝準備；將鋸好的銅合金料和機加工好的鋼件數量一對一匹配，將銅合金料放入箱式爐擺放整齊，控制加熱溫度760V ；將活塞鍛裝專用的凸、凹模分別裝在315T油壓機的上下工作檯上，凸模通過凸模連接裝在上工作檯上，將同心度調試好緊固好壓緊螺釘； 首件鍛裝時將模具預熱到300°C左右；
d、擠壓鍛裝；將車好的鋼件有槽一端向上豎直放入凹模內，再將箱式爐加熱到 760°C的銅合金料用長手鉗取出一件放入凹模鋼件上，然後操作油壓機下行使凸模擠壓凹模中的兩種金屬；當油壓機壓力達到300T時退回油壓機帶動凸模退出凹模；然後操作油壓機下油缸上行推動頂杆將擠壓鍛裝好的複合活塞頂出；用長手鉗將複合活塞擺放在一起自然空冷；之後循環擠壓鍛裝活塞；e、精加工；鍛裝複合活塞毛坯按高壓電氣產品活塞零件圖精加工，即粗精車外形、 鑽孔攻絲、銑槽去毛刺等步驟；f、檢驗打廠標，防鏽包裝入庫。原活塞的材料為銅合金，其抗拉強度ob365，布氏硬度HB116 ；而鋼的抗拉強度 ob593，布氏硬度HB229。從以上兩種材料的兩組力學性能數據對比、可以明顯看出用鋼材比用銅合金做出的活塞杆強度性能優異，由於鍛裝後的複合活塞的力學性能抗拉強度ob 不低於ο b365，因此鍛裝後的複合活塞的機械性能和可靠性均滿足高壓開關電氣部件實用性和運行要求。實施例二鋁合金與鋼複合活塞的鍛裝工藝，具體步驟等同於實施例一，僅是將鋁合金料在箱式爐內加熱溫度調整為470°C，模具預熱到300°C，鍛裝工藝過程和實施例一步驟一致。 複合活塞頭部為有色金屬鋁合金，活塞杆部為45鋼。鋁合金的抗拉強度ob345，布氏硬度比銅合金低；鋼的抗拉強度ob593，布氏硬度HB229。從以上兩種材料的兩組力學性能數據對比、可以明顯看出用鋼材比用鋁合金做出的活塞杆強度性能優異，由於鍛裝後的複合活塞的力學性能抗拉強度ob不低於ob345，因此鍛裝後的複合活塞的機械性能和可靠性均滿足高壓開關電氣部件實用性和運行要求。原活塞均為有色合金鑄造件，其內部存在氣孔、針孔、砂眼等缺陷，工作時會漏氣嚴重影響可靠性和使用性要求。實施例一和實施例二複合活塞的鍛裝工藝，活塞頭部用有色金屬擠制棒材、杆部用熱軋鋼，再經過鍛裝擠壓成複合活塞，其緻密度高機械性能和可靠性均滿足高壓開關電氣部件的使用性和運行要求。結合圖2，上述實施例中，擠壓鍛裝所用的模具，包括凸模8和凹模，凹模設置在模座3上；凸模8通過凸模連接9與壓力機上工作檯連接，凸模直徑尺寸對應於活塞頭7大端尺寸；凹模包括凹模芯1和凹模外圈2，凹模芯1內設有與活塞頭7形狀相對應的階梯孔； 模座3上端設有凸臺，凸臺伸進凹模孔內，且凸臺外徑尺寸對應於活塞頭小端尺寸；模座內設有中心孔，用以容納活塞杆6及頂杆4。模座設置在壓力機工作檯上時，在工作檯和模座之間設置墊板5，墊板5中心開孔，便於頂杆4穿出。該模具能夠重複使用，使用過程中凸模不潤滑，凹模噴塗稀石墨水。
權利要求
1.一種異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是具體包括如下步驟a)、將異種金屬按各自所需長度和重量下料的步驟；b)、將活塞杆用金屬料留餘量，加工成活塞杆外形，及將加工後的活塞杆料置於壓力機工作檯上的凹模內的步驟；C)、將加熱後的活塞頭用金屬料平放入凹模內活塞杆料上，操作壓力機使凸模擠壓凹模內異種金屬成型的步驟；d)、壓力機將鍛裝好的複合活塞頂出，將鍛裝好的複合活塞從凹模中取出空冷的步驟；e)、然後重複操作c)-d)步驟，連續生產。
2.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是鍛裝前還包括在壓力機上將鍛裝活塞的凸凹模調試安裝的步驟。
3.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是將鍛裝前的活塞頭用金屬料加熱至650-900°C。
4.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是還包括首件鍛裝時將模具預熱到^0-350°C的步驟。
5.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是所述鍛裝工藝過程中，凸模不潤滑，凹模噴塗稀石墨水。
6.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是還包括將經過空冷後的鍛裝活塞進行後續機加工，終成型的步驟。
7.根據權利要求1所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，其特徵是所述活塞頭用金屬料為銅合金或鋁合金，所述活塞杆用金屬料為鋼。
8.一種根據上述權利要求1-7中任一項所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝生產出的活塞件。
9.實施上述權利要求1-7中任一項所述的異種金屬複合活塞鍛裝工藝，所用的模具， 其特徵是包括凸模(8)和凹模，凹模設置在模座C3)上；凸模(8)通過凸模連接(9)與壓力機上工作檯連接，凸模直徑尺寸對應於活塞頭(7)大端尺寸；凹模包括凹模芯(1)和凹模外圈O)，凹模外圈⑵圈設在凹模芯⑴外圍；凹模芯⑴內設有與活塞頭(7)形狀相對應的階梯孔；模座(3)上端設有凸臺，凸臺伸進凹模孔內，且凸臺外徑尺寸對應於活塞頭小端尺寸；模座內設有中心孔，用以容納活塞杆(6)及頂杆0)。
10.根據權利要求9所述的模具，其特徵是模座C3)設置在壓力機工作檯上時，在工作檯和模座之間設置墊板(5)；墊板(5)中心開孔，頂杆(4)從孔中穿出。
全文摘要
本發明公開的一種異種金屬複合活塞鍛裝工藝，涉及固態熱模鍛接技術領域，通過將異種金屬按各自所需長度和重量下料；將活塞杆用金屬料留餘量，加工成活塞杆外形，及將加工後的活塞杆料置於壓力機工作檯上的凹模內；將加熱後的活塞頭用金屬料平放入凹模內活塞杆料上，操作壓力機使凸模擠壓凹模內異種金屬成型；壓力機將鍛裝好的複合活塞頂出，將鍛裝好的複合活塞從凹模中取出空冷，完成鍛裝工藝；根據活塞不同部位使用要求應用不同材質的金屬，且鍛裝後複合活塞使用性能和可靠性均滿足高壓開關電氣部件運行要求。還公開了實施異種金屬複合活塞鍛裝工藝時，擠壓鍛裝所用的模具。
文檔編號F16J1/01GK102397968SQ20111036203
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者劉新城, 史志欣, 辛選榮 申請人:洛陽秦漢冷鍛有限公司