一種扇形鍛件及其精鍛工藝的製作方法

2023-11-09 20:48:07

專利名稱：一種扇形鍛件及其精鍛工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及精密溫鍛技術領域，具體涉及到高壓開關操作機構中的零件之一扇形蝸輪的鍛造制坯工藝。
背景技術：
目前行業內扇形鍛件的製造方法比較麻煩一種工藝是將棒料鐓粗預成型兩遍，再利用開式模鍛將預成型後的中間毛坯進行終鍛；另一種工藝是將棒料利用自由鍛將毛坯預鍛，鍛後利用開式模鍛將預成型後的中間毛坯進行終鍛。這兩種工藝過程繁瑣，鍛件精度差，飛邊毛刺大且料耗高。我國高壓輸變電行業中應用的高壓開關操作機構，因各方面原因其操作機構中的零件結構形狀變化較大，製造工藝難度大，使用性能差異也很大，連帶至操作機構中所用的控制元器件的變化。其中對本發明創造的控制器件之一的蝸輪，所要求有嚴格的固定旋轉使用角度。目前國內用在高壓開關操作機構中的蝸輪普遍是整體圓形(如圖1所示)，而高壓開關因各方面原因在操作機構中蝸輪真正嚴格的固定旋轉角度不超過180°，往返操作均如此，即整體圓形蝸輪的另一多半是陪著空轉，不參與實質嚙合操作控制工作。又由於蝸輪用銅合金(招青銅)材質製造，該銅合金屬於貴金屬材料，市場售價較高。綜上，現有在高壓開關產品中應用的蝸輪鍛件結構及現有扇形鍛件製造工藝不盡合理。

發明內容
本發明創造所要解決的技術問題是提供一種棒材鍛制複雜扇形蝸輪的閉式模溫精鍛工藝，進而提供一種新型結構的扇形蝸輪及該工藝中使用的模具。為實現上述發明目的，本發明創造採用如下技術方案
本發明創造的扇形鍛件精鍛工藝，包括棒料備料的步驟；加熱棒料至760 900°C的步驟；將棒料置於預成型模具中形成扇形預成型坯料的步驟；加熱預成型坯料至760 900°C的步驟；將預成型坯料置於終成型模具中形成外圈突緣及中心孔的終成型坯件扇形蝸輪的步驟。為更好的實施本發明創造，還包括預成形和終成形鍛造前對模具模腔噴塗潤滑劑的步驟。潤滑劑減輕了坯料與模具的摩擦，使坯料塑性成形流暢，產品形體飽滿美觀，同時延長了模具的使用壽命。為更好的實施本發明創造，還包括在預成形和終成形鍛造前對模具上下模進行預熱的步驟，使模具溫度達到200 360°C。將模具預熱在鍛造過程中利於金屬流動，能夠減少衝型時間，加快生產節拍，從而降低生產成本。為更好的實施本發明創造，還包括預成形和終成形鍛造後對模具模腔進行清洗及噴塗潤滑劑的步驟。該步驟的設置，是為了保證工業化連續生產的流暢性和延長模具的使用壽命。
為更好的實施本發明創造，所述潤滑劑是水基石墨乳。為更好的實施本發明創造，還包括終成型坯件冷卻後表面噴丸處理的步驟。噴丸處理的步驟，一是為了去除終成型坯件表面的氧化皮和噴塗物，二是為了消除由於溫鍛引起的材料內部應力，三是能夠使零件表面硬化外觀美觀。為更好的實施本發明創造，還包括機加形成蝸輪齒及外形修整符合圖紙要求尺寸的步驟。為更好的實施本發明創造，所述預成型模具包括凸模、凹模，所述凸模外設置凸模套，凸模上端設置壓板；所述凹模外依次設置預應力圈、壓板；凸模伸入凹模內腔，頂件器設置在凹模內腔內，凹模內腔的剩餘空間為坯料的流動空間。為更好的實施本發明創造，所述終成型模具包括凸模、凹模，所述凸模外設置凸模套，凸模上端設置壓板；所述凹模外依次設置預應力圈、壓板；凸模伸入凹模內腔，頂件器設置在凹模內腔內，凸模下端、頂件器上端和凹模內腔形成坯料的流動空間。—種上述工藝製造的扇形鍛件，為扇形角135°的大角度扇形蝸輪,扇形角120°的小角度扇形蝸輪。由於採用了上述技術方案，本發明具有如下有益效果1.由於本發明創造按蝸輪實際操作固定工作角度製造成扇形蝸輪，與原整體圓形蝸輪用料比節材顯著，大角度135°扇形蝸輪用料節材60-70%，小角度120°扇形蝸輪用料節材100-110%。按目前市場鋁青銅價61元/千克計算，大角度每件可節約70-90元，小角度每件可節約100-120元。2.由於本發明創造一改蝸輪常規整體圓形結構，節材顯著，因此也大幅度降低了高壓開關操作機構的配套成本。
3.由於本發明創造與鑄造成形方法比對材料的加熱溫度低，沒有材料揮發現象，無需設置澆冒口系統，因此沒有輔助材料的廢棄，不會對環境產生汙染，材料利用率高，符合國家提倡的節能減排的倡導要求。4.本發明創造工藝製造出產品與傳統兩種開式模鍛方法成型產品比，具有材料緻密度高，外形規整美觀沒有飛邊毛刺，加工餘量小，不僅節材還利於機加工的優點。
5.由於本發明創造的兩種扇形蝸輪的角度均小於180°，作為制齒的滾刀的使用壽命與加工原整體圓形蝸輪時比也相應提高了一倍。6.對棒料和預成形扇形蝸輪坯進行加熱，使棒料和預成形扇形蝸輪坯既不氧化又利於金屬流動，使終成形扇形蝸輪坯形非常飽滿。


圖1是現有整體圓形蝸輪的結構示意 圖2是本發明創造預成形坯料的結構示意 圖3是本發明創造小角度120°扇形蝸輪的結構示意 圖4是本發明創造大角度135°扇形蝸輪的結構示意 圖5是本發明創造預成形模具的結構示意 圖6是本發明創造終成形模具的結構示意具體實施例方式 選用Φ55 mm鋁青銅棒材用帶鋸床下料，控制下料長度和重量。大角度135°扇形蝸輪用料長度118+0.5mm,重量2.10 2.11千克，小角度120。扇形蝸輪用料長度97+0.5mm,重量1.7Γ1.72千克。棒料直徑直接關係到預成形充型分配塑性變形量合適與否，選用合適直徑棒料，預成形充型時棒料在自行分配時變形量適中，不產生撕裂和摺疊現象，在鋸切時端面引起的重量誤差較小，對閉式模鍛有利。直徑太小的話料長加長，一是鍛造時材料變形量太大，增大加工難度；二是模具長度尺寸一定，長度大的料則會出現難以放進去的現象。直徑太大的話，增大料段在模具內定位難度，且下料時端面斜度誤差增大，鍛造擠壓時材料向模具四周流動變形不均勻，直徑方向在模腔流動快、某些區域會出現摺疊現象，長度方向在模腔流動慢、可能未等型腔充滿因材料溫度下降就壓不動了，同樣模腔內材料流動變形不均勻會傷害模具，降低模具使用壽命，也同樣增大加工難度。將備好的兩種長度尺寸的鋁青銅棒料分別裝入箱式電爐，分別加熱至760 900°C，優選的，加熱棒料至780 850°C，該加熱溫度使棒料既不氧化又利於金屬流動，使預成形扇形蝸輪還形飽滿。將預成形模具預熱至200 360°C，進一步優選為260 330°C，加熱後棒料進入預成形模具進行預成型鍛造，如圖5和圖2，棒料金屬流動填充預成形模具型腔，形成扇形預成型坯料；加熱的模具和棒料更利於金屬流動。預成型模具包括凸模2、凹模4，凸模外設置凸模套3，凸模上端設置壓板I ;凹模4外依次設置預應力圈4、壓板5 ;凸模2伸入凹模內腔，頂件器7設置在凹模內腔內，凹模內腔的剩餘空間為坯料的流動空間。將預成形後扇形蝸輪還再次加熱至760 900°C,優選的,加熱預成型扇形蝸輪還至780 850°C，該加熱溫度使扇形蝸輪坯既不氧化又利於金屬流動，使終成形扇形蝸輪坯形飽滿。將終成形模具預熱至200 360°C，進一步優選為260 330°C，加熱後預成型扇形蝸輪坯進入終成形模具進 行扇形蝸輪終成型鍛造，如圖6，預成型扇形蝸輪坯金屬流動填充終成形模具型腔，形成扇形蝸輪外圈突緣及中心孔的終成型坯件；加熱的模具和輪坯更利於金屬流動。終成型模具包括凸模2』、凹模4』，所述凸模外設置凸模套3』，凸模上端設置壓板I』 ；所述凹模4』外依次設置預應力圈5』、壓板6』 ；凸模伸入凹模內腔，頂件器7』設置在凹模內腔內，凸模下端、頂件器上端和凹模內腔形成預成型坯料的流動空間。其中，在預成形和終成形鍛造前後對模腔均應進行噴塗潤滑劑，每鍛造一件產品後均對模腔進行高壓空氣清理和潤滑一次，具體方法為:用高壓空氣雙管吹氣噴霧槍，第一下先吹氣清理模腔，第二下往上下模腔噴塗一薄層水基石墨乳潤滑劑。如圖2和圖3，終成形後的扇形角135°的大角度扇形蝸輪和扇形角120°的小角度扇形蝸輪，自然冷卻後全部表面進行噴丸處理。然後經機加工鑽、粗車、精車、鏜、鉸、滾齒、去毛刺等，按照各自圖中尺寸終檢，使幾何形狀和工程尺寸滿足設計圖紙要求。本發明創造的扇形蝸輪按適用的工作角度範圍製造成，既能可靠的滿足往返動作操作要求，又能大量降低材料消耗和生產成本，從而使該檔高壓開關操作機構中的蝸輪達到優化配置和使用目標。
權利要求
1.一種扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:包括棒料備料的步驟；加熱棒料至760 900°C的步驟；將棒料置於預成型模具中形成扇形預成型坯料的步驟；加熱預成型坯料至760 900°C的步驟；將預成型坯料置於終成型模具中形成外圈突緣及中心孔的終成型坯件扇形蝸輪的步驟。
2.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:還包括預成形和終成形鍛造前對模具模腔噴塗潤滑劑的步驟。
3.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:還包括在預成形和終成形鍛造前對模具上下模進行預熱的步驟，使模具溫度達到200 360°C。
4.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:還包括預成形和終成形鍛造後對模具模腔進行清洗及噴塗潤滑劑的步驟。
5.根據權利要求2或4所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:所述潤滑劑是水基石墨乳。
6.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:還包括終成型坯件冷卻後表面噴丸處理的步驟。
7.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:還包括機加形成蝸輪齒及外形修整符合圖紙要求尺寸的步驟。
8.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:所述預成型模具包括凸模(2)、凹模(4)，所述凸模(2)外設置凸模套(3)，凸模上端設置壓板(I);所述凹模(4)外依次設置預應力圈 (5)、壓板(6);凸模⑵伸入凹模內腔，頂件器(7)設置在凹模內腔內，凹模內腔的剩餘空間為坯料的流動空間。
9.根據權利要求1所述的扇形鍛件精鍛工藝，其特徵是:所述終成型模具包括凸模(2』)、凹模(4』)，所述凸模(2』 )外設置凸模套(3』)，凸模上端設置壓板(Γ );所述凹模(4』 )外依次設置預應力圈(5』)、壓板(6』 );凸模(2』 )伸入凹模內腔，頂件器(7』 )設置在凹模內腔內，凸模下端、頂件器上端和凹模內腔形成坯料的流動空間。
10.一種根據權利要求1-9任一工藝鍛造的扇形鍛件，其特徵是:為扇形角135°的大角度扇形蝸輪，扇形角120°的小角度扇形蝸輪。
全文摘要
本發明公開了一種扇形鍛件精鍛工藝，該扇形鍛件為高壓開關操作機構中的零件之一扇形蝸輪；包括棒料備料的步驟；加熱棒料至760～900℃的步驟；將棒料置於預成型模具中形成扇形預成型坯料的步驟；加熱預成型坯料至760～900℃的步驟；將預成型坯料置於終成型模具中形成外圈突緣及中心孔的終成型坯件扇形蝸輪的步驟。本發明還公開了由該工藝鍛造出的扇形角135°的大角度扇形蝸輪，扇形角120°的小角度扇形蝸輪。本發明創造按蝸輪實際操作固定工作角度製造成扇形蝸輪，與原整體圓形蝸輪用料比節材顯著；且該工藝鍛造出的產品材料緻密度高，外形規整美觀沒有飛邊毛刺，加工餘量小，不僅節材還利於機加工。
文檔編號B21J3/00GK103071747SQ20131001812
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者辛選榮, 賀成松, 劉新成, 史志欣, 史頌華 申請人:洛陽秦漢冷鍛有限公司