高速鋼靜液擠壓變形強化方法
2023-11-06 05:49:12 1
高速鋼靜液擠壓變形強化方法
【專利摘要】一種高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於包括如下步驟：①設計模具；②根據模具尺寸，按設計的擠壓變形量計算W18Cr4V高速鋼毛坯尺寸，並加工W18Cr4V高速鋼毛坯；③裝模；④將裝配好的W18Cr4V高速鋼毛坯與模具安裝到靜液擠壓裝置中，並對模具尾部進行固定；⑤將擠壓杆用密封裝置密封並安裝到擠壓機上，吊裝擠壓筒於液壓機上並在筒內加滿液壓油；⑥合模，設定擠壓壓力，開啟擠壓機，實行靜液擠壓變形；⑦進行脫模處理。與現有技術相比較，具有所得製品表面光潔度高，材料利用率高的優點。
【專利說明】高速鋼靜液擠壓變形強化方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種W18Cr4V高速鋼的成型方法。
【背景技術】
[0002]W18Cr4V為鎢系高速鋼，具有高的硬度、紅硬性及高溫硬度。其熱處理範圍較寬淬火不易過熱，熱處理過程不易氧化脫碳，磨削加工性能較好。該鋼在500°C及60(TC時硬度分別保持在HRC57?58及HRC52?53，對於大量的、一般的被加工材料具有良好的切削性能。在工模具材料、多輥軋輥、高溫彈簧、高溫軸承和以高溫、高強度、耐磨性能為主要要求的零件方面得到廣泛應用。然而傳統的鍛造、軋制工藝在W18Cr4V高速鋼加工過程中存在以下問題:
[0003]⑴塑性差由於W18Cr4V高速鋼合金含量高,合金元素形成的共晶碳化物數量多且分布極不均勻，導致W18Cr4V高速鋼的塑性很差，不利於用塑性加工方法來加工；
[0004]⑵複雜零件不易成型，變形抗力大W18Cr4V高速鋼在高溫鍛造時導熱性差，粗大的碳化物切斷了金屬基體連續性，大大降低了強韌性，變形抗力和硬化傾向性大，鍛造難度大，複雜零件不易成型；
[0005]⑶易出現裂紋W18Cr4V高速鋼鍛造工藝複雜，鍛造前需進行預熱，鍛造時需嚴格控制好始鍛溫度和終鍛溫度，鍛造時容易形成坯料整體崩裂、鍛造十字裂紋、角裂、側表面沿軸向縱裂紋、表面橫向裂紋等缺陷，材料利用率低，鍛造加工時一次變形量小，需進行反覆多次、多向鍛造，鍛造難度大。
[0006]正是由於以上這些問題的存在，導致W18Cr4V高速鋼在鍛造時，材料損耗嚴重。在不計算鍛造時高溫燒損和後續機加工造成的切削損耗，光鍛造工藝本身就要造成貴重的高速鋼材料損耗15%左右，有時甚至高達50%。對於小截面精密W18Cr4V高速鋼工具材料，由於鍛造比大，鍛造次數多，W18Cr4V高速鋼的材料利用率就更低。因此，尋求先進加工技術獲得更高的材料利用率對於W18Cr4V高速鋼的成形顯得十分重要。
【發明內容】
[0007]本發明所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而提供一種室溫下即可完成的高速鋼靜液擠壓變形強化方法。
[0008]本發明所要解決的又一個技術問題是提供一種製品表面光潔度高，材料利用率高的高速鋼靜液擠壓變形強化方法。
[0009]本發明所要解決的又一個技術問題是提供一種特別適用於小截面精密複雜高速鋼工具的成形的高速鋼靜液擠壓變形強化方法。
[0010]本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為:一種高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於包括如下步驟:
[0011]①設計模具；
[0012]②根據模具尺寸，按設計的擠壓變形量計算W18Cr4V高速鋼毛坯尺寸，並加工W18Cr4V高速鋼毛坯；
[0013]③將W18Cr4V高速鋼毛坯與模具裝配到一起，用密封裝置密封；
[0014]④將裝配好的W18Cr4V高速鋼毛坯與模具安裝到靜液擠壓裝置中，並對模具尾部進行固定；
[0015]⑤將擠壓杆用密封裝置密封並安裝到擠壓機上，吊裝擠壓筒於液壓機上並在筒內加滿液壓油；
[0016]⑥合模，設定擠壓壓力，開啟擠壓機，對W18Cr4V高速鋼毛坯實行靜液擠壓變形；
[0017]⑦擠壓完畢後取出W18Cr4V高速鋼毛坯，進行脫模處理。
[0018]作為優選，步驟②中所述的擠壓變形量設計為10%?45%，最佳為30%
[0019]步驟②中所述W18Cr4V高速鋼毛坯的前端加工成錐度過度，該錐度為W18Cr4V高速鋼毛坯錐面與垂直中心線的夾角，所述的錐度為29.8°?30.2°。錐度以保證W18Cr4V高速鋼毛坯與擠壓模具密封連接。夾角太小，在擠壓時無法實現密封；太大則會加大擠壓力，對變形不利。
[0020]步驟⑥中所述的擠壓壓力為500MPa?1200MPa，最佳為800MPa。
[0021]與現有 技術相比，本發明的優點在於:
[0022]⑴材料在靜液擠壓時處於三向壓應力狀態，而材料的塑性隨著壓應力的增強而增力口，因而變形材料的塑性會因為靜液擠壓而得到提高。這對材料的變形十分有利；
[0023]⑵材料擠壓變形時與擠壓筒壁不直接接觸，同時高壓介質與材料潤滑良好，摩擦力大大降低，材料的變形較為均勻。因而材料變形後在橫縱向性能的均勻性較高；
[0024]⑶材料擠壓變形時沒有鍛粗階段，且毛坯與模具處於流體動力潤滑狀態，所以擠壓變形時所受的摩擦力大大降低，對模具的磨損也較少，擠壓出的製品表面光潔度較高；
[0025]⑷材料在擠壓變形時所受的摩擦力較小，因而擠壓力較通常的機械擠壓小。在同一擠壓壓力下，可以實現更大的擠壓比；
[0026](5)材料在靜液擠壓時，擠壓速度快，成品尺寸精度高，加工範圍較寬，擠壓製品的長徑比較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為實施例1擠壓裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖實施例對本發明作進一步詳細描述。
[0029]採用本發明變形強化方法製備了 3批W18Cr4V高速鋼毛坯。模具尺寸選取Φ 20mm，對於棒材原料擠壓變形量有以下計算公式:
[0030]φ = ° xiOO %
D2
[0031]式中:Φ-變形量，
[0032]D-毛坯直徑，mm ;
[0033]d—擠壓製品直徑或模具工作帶直徑；mm。
[0034]本發明選取的變形量為10%?45%。隨著擠壓變形量的增大，擠壓力也隨之增大。根據材料性能，擠壓壓力可選取500MPa?1200MPa。
[0035]實施例1:
[0036]設計變形量為10%，擠壓後的製品直徑為Φ20πιπι。結合圖1所示，工藝步驟如下:
[0037]I設計模具，根據擠壓後製品的直徑大小確定擠壓模具尺寸，模具形狀設計為凹形，模具出口直徑加工為Φ20.ι。
[0038]2根據模具出口尺寸大小與設計的變形量大小計算毛坯尺寸，得到毛坯尺寸為Φ 21.08mm,按照該尺寸加工高速鋼毛坯5。毛坯前端加工成錐度過度，以保證毛坯與模具7的密封連接。該錐度指的是毛坯錐面與垂直中心線的夾角，夾角太小，在擠壓時無法實現密封；太大則會加大擠壓力，對變形不利。故以30° ±0.2°為宜，以下同。
[0039]3採用擠壓模密封裝置6對擠壓模7進行密封，再將高速鋼毛坯5與擠壓模7進行裝配，並對連接處塗上潤滑油脂進行潤滑，油脂選用葵二酸二辛脂。
[0040]4將裝配好的高速鋼毛坯5與擠壓模7安裝到擠壓筒2中，並保證其與底座的密封配合。採用擠壓杆密封裝置3對擠壓杆I進行密封，再向擠壓筒2內注入液壓油4，液壓油選用蓖麻油。
[0041]5開啟擠壓機，緩慢加壓，使得擠壓杆I下落來實現靜液擠壓變形，高速鋼毛坯在420MPa左右的壓力下完成變形。
[0042]6升起擠壓杆1，取出變形後的高速鋼毛坯，進行脫模處理，取得成品。
[0043]本實施例在未經熱處理時，抗拉強度達到800MPa左右。
[0044]實施例2:
[0045]設計變形量為30%，擠壓後的製品直徑為Φ20πιπι。工藝步驟如下:
[0046]I設計模具，根據擠壓後製品的直徑大小確定擠壓模具尺寸，模具形狀設計為凹形，模具出口直徑加工為Φ20.ι。
[0047]2根據模具出口尺寸大小與設計的變形量大小計算毛坯尺寸，得到毛坯尺寸為Φ 23.91mm,按照該尺寸加工高速鋼毛坯5。毛坯前端加工成錐度過度，以保證毛坯與模具7的密封連接。該錐度指的是毛坯錐面與垂直中心線的夾角，夾角太小，在擠壓時無法實現密封；太大則會加大擠壓力，對變形不利。故以30° ±0.2°為宜，以下同。
[0048]3採用擠壓模密封裝置6對擠壓模7進行密封，再將高速鋼毛坯5與擠壓模7進行裝配，並對連接處塗上潤滑油脂進行潤滑，油脂選用葵二酸二辛脂。
[0049]4將裝配好的高速鋼毛坯5與擠壓模7安裝到擠壓筒2中，並保證其與底座的密封配合。採用擠壓杆密封裝置3對擠壓杆I進行密封，再向擠壓筒2內注入液壓油4，液壓油選用蓖麻油。
[0050]5開啟擠壓機，緩慢加壓，使得擠壓杆I下落來實現靜液擠壓變形，高速鋼毛坯在800MPa左右的壓力下完成變形。
[0051]6升起擠壓杆1，取出變形後的高速鋼毛坯，進行脫模處理，取得成品。
[0052]本實施例在未經熱處理時，抗拉強度達到930MPa左右。所得製品表面光潔度高，同軸度高，表面質量良好。
[0053]實施例3:
[0054]設計變形量為45%，擠壓後的製品直徑為Φ20πιπι。工藝步驟如下:
[0055]I設計模具，根據擠壓後製品的直徑大小確定擠壓模具尺寸，模具形狀設計為凹形，模具出口直徑加工為Φ20.ι。
[0056]2根據模具出口尺寸大小與設計的變形量大小計算毛坯尺寸，得到毛坯尺寸為Φ 26.97mm,按照該尺寸加工高速鋼毛坯5。毛坯前端加工成錐度過度，以保證毛坯與模具7的密封連接。該錐度指的是毛坯錐面與垂直中心線的夾角，夾角太小，在擠壓時無法實現密封；太大則會加大擠壓力，對變形不利。故以30° ±0.2°為宜，以下同。
[0057]3採用擠壓模密封裝置6對擠壓模7進行密封，再將高速鋼毛坯5與擠壓模7進行裝配，並對連接處塗上潤滑油脂進行潤滑，油脂選用葵二酸二辛脂。
[0058]4將裝配好的高速鋼毛坯5與擠壓模7安裝到擠壓筒2中，並保證其與底座的密封配合。採用擠壓杆密封裝置3對擠壓杆I進行密封，再向擠壓筒2內注入液壓油4，液壓油選用蓖麻油。
[0059]5開啟擠壓機，緩慢加壓，使得擠壓杆I下落來實現靜液擠壓變形，高速鋼毛坯在1200MPa左右的壓力下完成變形。
[0060]6升起擠壓杆1，取出變形後的高速鋼毛坯，進行脫模處理，取得成品。
[0061]本實施例在未經熱處理時，抗拉強度達到IlOOMPa左右。所得製品表面光潔度高，同軸度高，表面質量良好。
【權利要求】
1.一種高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於包括如下步驟: ①設計模具； ②根據模具尺寸，按設計的擠壓變形量計算W18Cr4V高速鋼毛坯尺寸，並加工W18Cr4V聞速鋼毛還； ③將W18Cr4V高速鋼毛坯與模具裝配到一起，用密封裝置密封； ④將裝配好的W18Cr4V高速鋼毛坯與模具安裝到靜液擠壓裝置中，並對模具尾部進行固定； ⑤將擠壓杆用密封裝置密封並安裝到擠壓機上，吊裝擠壓筒於液壓機上並在筒內加滿液壓油； ⑥合模，設定擠壓壓力，開啟擠壓機，對W18Cr4V高速鋼毛坯實行靜液擠壓變形； ⑦擠壓完畢後取出W18Cr4V高速鋼毛坯，進行脫模處理。
2.根據權利要求1所述的高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於步驟②中所述的擠壓變形量設計為10%?45%。
3.根據權利要求1所述的高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於步驟②中所述的擠壓變形量設計為30%
4.根據權利要求1所述的高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於步驟②中所述W18Cr4V高速鋼毛坯的前端加工成錐度過度，該錐度為W18Cr4V高速鋼毛坯錐面與垂直中心線的夾角，所述的錐度為29.8°?30.2°。
5.根據權利要求1或2或3所述的高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於步驟⑥中所述的擠壓壓力為500MPa?1200MPa。
6.根據權利要求5所述的高速鋼靜液擠壓變形強化方法，其特徵在於步驟⑥中所述的擠壓壓力為800MPa。
【文檔編號】B21C23/02GK103433315SQ201310371449
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月23日 優先權日:2013年8月23日
【發明者】黃建文, 胡俊, 任澤寧, 呂彥, 田雨江, 高永亮, 蔡波 申請人:中國兵器工業第五二研究所