一种轴套零件连续式触变挤压装置及方法
阅读说明：本技术 一种轴套零件连续式触变挤压装置及方法 (Continuous thixoextrusion device and method for shaft sleeve part ) 是由 肖寒 周瑀杭 陈昊 张雄超 陈磊 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种轴套零件连续式触变挤压装置及方法,属于半固态成形领域。本发明所述方法为：在模具上设置具有4个工位的回转机构,合模时2号工位对金属管感应加热至固相线温度以上并保温的同时,3号工位对金属管挤压变形并保压,开模后回转机构逆时针旋转90°后在1号工位放置金属管并在4号工位取下挤压后轴套零件,然后进行快速水淬,最后进行T6热处理；本发明所述方法采用连续半固态成形技术,生产效率高、能耗低、产品质量高、材料利用率高、可实现机械化和自动化生产。(The invention discloses a continuous thixoextrusion device and method for a shaft sleeve part, and belongs to the field of semi-solid forming. The method comprises the following steps: arranging a rotary mechanism with 4 stations on a die, carrying out induction heating on the metal pipe to a temperature above a solidus temperature and keeping the temperature at the time of die assembly at a station 2, carrying out extrusion deformation and pressure maintaining on the metal pipe at a station 3, placing the metal pipe at a station 1 after the rotary mechanism rotates anticlockwise by 90 degrees after die opening, taking down an extruded shaft sleeve part at a station 4, then carrying out rapid water quenching, and finally carrying out T6 heat treatment; the method adopts a continuous semi-solid forming technology, has high production efficiency, low energy consumption, high product quality and high material utilization rate, and can realize mechanized and automatic production.)
技术领域
本发明涉及一种轴套零件连续式触变挤压装置及方法，属于半固态成形领域。
背景技术
金属轴套零件具有支撑回转轴、增加轴承承受载荷、定位和导向等作用，常被用于机械、印染、化工、航天、石油、汽车、治金等诸多领域。传统轴套零件生产方法一般采用离心铸造等液态成形管状毛坯料，然后经过机械加工，最终将管状毛坯料用车床加工成所需轴套零件形状。采用传统方法成形的轴套零件，一方面由于液态成形的毛坯为粗大枝晶组织或缩松缩孔等缺陷，导致轴套零件综合力学性能不高，严重影响零件的使用寿命；另一方面，从毛坯到最终的成品件的加工过程中，加工去除的坯料占比比较大，材料利用率低，同时生产周期也比较长。另一种生产方法就是采用塑性成形技术制备毛坯管材，然后再经过机械加工为轴套零件。该方法一方面要求轴套零件的金属材料具有良好塑性成形能力，以保证在塑性成形过程中的金属材料的成形，大部分金属材料的塑性都比较低，所以对大部分金属材料来说都不适合；另一方面机械加工导致材料浪费严重、生产周期长、产品生产成本比较高。
金属半固态成形技术是将金属加热到固液两相温度区间，再而近净成形。与传统铸造和锻造相比，具有组织致密气孔少、成形温度低、成形载荷小、材料利用率高等特点：因此采用半固态成形方法制备轴套零件有望解决现有轴套生产中力学性能低、材料利用率低，生产周期长等问题，实现近终形、低成本、高性能的轴套生产。在采用半固态触变成形制备轴套零件过程中往往需要将制备好的半固态坯料重新加热至半固态区间再向模具中转移后挤压成形；若采用人工的方式转移，过程中不稳定因素较多，使得转移过程不但危险性较高、严重降低生产效率，且容易出现固液分离的现象，这使得挤压后组织中固液两相分布不均匀，最终影响产品的性能；若采用机械手等自动化的方式转移，过程中也很难避免出现固液分离的现象，对产品质量也有较大影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有轴套制备方法中材料利用率低、力学性能差、生产周期长等问题，提供一种轴套零件连续式触变挤压装置，包括加热线圈1、连接装置2、凹模3、凸模4、回转机构5；回转机构5上设有4个凸模4分别对应工位1、工位2、工位3和工位4，回转机构5带动凸模4转动；加热线圈1通过连接装置2与凹模3相连，凹模3与液压机顶端相连，液压机控制凹模3、连接装置2和感应线圈1上下移动；凸模4固定在液压机工作台面上，凹模3、凸模4合模后形成的型腔与轴套零件形状相对应。
优选的，本发明所述凹模3、凸模4模具材料选用H13模具钢，
优选的，本发明所述凸模4外部设置拔模斜度1°。
本发明的另一目的在于提供所述装置用于制备轴套零件的方法，利用半固态成形技术，连续制备出材料利用率高、生产效率高、力学性能优异的轴套零件，具体包括以下步骤：
（1）在1号工位和2号工位上放置金属管。
（2）模具合模，在2号工位将金属管感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温10s。
（3）模具开模，回转机构逆时针旋转90°，在1号工位放置金属管。
（4）模具合模，在2号工位将金属管局部感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温10s，同时在3号工位对加热后的金属管进行挤压变形并保压。
（5）模具开模，回转机构逆时针旋转90°后在1号工位放置金属管并在4号工位上取下挤压后的轴套零件。
（6）回到步骤（4）模具进入连续工作状态。
（7）对挤压后轴套零件进行快速水淬；对水淬后轴套零件进行T6热处理。
优选的，本发明所述模具预热温度为350-450℃。
优选的，本发明步骤（4）中所述挤压为快速挤压，挤压速度为10-15mm/s。
本发明所述金属管为塑性变形后的管件，可以为挤压管、轧制管、旋压管、拉拔管等。
本发明所采用连续式触变挤压方法既省去了重新加热半固态坯料的过程，节约能源、降低成本、提高生产效率，而且提高了转移过程的速度和稳定性，进一步提高了半固态轴套的力学性能和成品率。
本发明的有益效果：
（1）本发明采用触变挤压方法制备轴套零件，能够实现金属无湍流平稳充型，不发生喷溅，卷入的气体少，铸件组织致密气孔少，使得组织致密，零件力学性能高；另一方面，成形过程属于近净成形，后期切削加工量小或者无需切削，材料利用率高。
（2）本发明采用回转机构将感应加热与触变挤压结合来制备轴套零件，可以快速连续生产轴套零件，充分发挥感应加热速度快的特点，大幅提高生产效率，极大地降低了零件的生产周期和成本。
（3）本发明采用连续式触变挤压方法制备半固态轴套零件，提高了转移半固态坯料过程的速度和稳定性，使组织中固液两相均匀分布，进一步提高了半固态轴套的生产效率、力学性能和成品率。
（4）本发明挤压成形后快速水淬，水淬后轴套零件进行T6热处理，进一步改善组织均匀性、成分均匀性，提高力学性能。
（5）本发明采用凸模在下、凹模在上的模具结构，适用于安装在立式挤压机上，实现连续式生产的同时占地空间更小、节约成本。
（6）本发明所述模具由凸模、凹模组成模具型腔，使金属管在挤压变形过程中，受到三向压应力作用，增加轴套零件的致密性，提高轴套综合力学性能。
（7）本发明所述模具结构合理，操作简单方便，可实现机械化和自动化生产，节约了成本，提高了效率。
附图说明
图1是本发明所述连续式触变挤压模具的结构示意图；
图2是本发明的工艺流程图；
图3是本发明所述模具合模时成型部分的结构示意图。
图1中：1-加热线圈；2-连接装置；3-凹模；4-凸模；5-回转机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
包括加热线圈1、连接装置2、凹模3、凸模4、回转机构5；加热线圈1通过连接装置2与凹模3相连，凹模3与液压机顶端相连，液压机控制凹模3、连接装置2和感应线圈1上下移动；凸模4固定在液压机工作台面上，凸模4外部设置拔模斜度1°；凹模3、凸模4、合模后形成的型腔与轴套零件形状相对应，所述凹模3、凸模4、模具材料选用H13模具钢。
本发明所述模具的使用过程：轴套零件挤压成形前，液压机控制凹模3、连接装置2及加热线圈1退至液压机最顶端；对凹模3、凸模4表面喷涂石墨脱模剂；首先在1号工位和2号工位上放置金属管，模具合模，在2号工位将金属管感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温10s，模具开模，回转机构逆时针旋转90°后在1号工位放置金属管。模具合模，在2号工位将金属管局部感应加热至固相线温度以上5-10℃并保温10s，同时在3号工位对加热后的金属管进行挤压变形并保压。模具开模，回转机构逆时针旋转90°后在1号工位放置金属管并在4号工位上取下挤压后的轴套零件，模具进入连续工作状态。对挤压后轴套零件进行快速水淬，对水淬后轴套零件进行T6热处理。
整个挤压成形过程，模具操作简单，易于实现机械化、连续化生产，且节约能源，最终获得的轴套零件组织性能均匀，综合力学性能较好。
实施例1
本实施例所述一种铜合金轴套零件连续式触变成形方法，模具结构如图1所示，工艺流程如图2所示，模具连续工作时具体步骤如下：
（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测得ZCuSn10P1铜合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。
（2）模具合模，在3号工位将加热后的内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的挤压态ZCuSn10P1铜合金管以10mm/s运动速度挤压变形并保压，同时在2号工位对ZCuSn10P1铜合金管进行感应加热至886℃并保温10s。
（3）摸具开模，回转机构逆时针旋转90°后，在4号工位取下挤压后的轴套零件同时在1号工位放置ZCuSn10P1铜合金管。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至550℃并保温1小时，随后空冷至室温，获得轴套零件。
本实施例制备得到的铜合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。
实施例2
本实施例所述一种7075铝合金轴套零件连续触变成形方法，模具结构如图1所示，工艺流程如图2所示，模具连续工作时具体步骤如下：
（1）本实施例材料为7075铝合金，测得7075铝合金固液相线温度区间为540~638℃。
（2）模具合模，在3号工位将加热后的内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的挤压态7075铝合金管以10mm/s运动速度挤压变形并保压，同时在2号工位对7075铝合金管进行感应加热至545℃并保温10s。
（3）摸具开模，回转机构逆时针旋转90°后，在4号工位取下挤压后的轴套零件同时在1号工位放置7075金属管。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至380℃并保温30分钟，随后空冷至室温，获得轴套零件。
本实施例制备得到的铝合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。
实施例3
本实施例所述一种AZ91D镁合金轴套零件连续触变成形方法，模具结构如图1所示，工艺流程如图2所示，模具连续工作时具体步骤如下：
（1）本实施例材料为AZ91D镁合金，测得AZ91D镁合金固液相线温度区间为470~595℃。
（2）模具合模，在3号工位将加热后的内径26mm、壁厚7mm、高度52mm的挤压态AZ91D镁合金管以10mm/s运动速度挤压变形并保压，同时在2号工位对AZ91D镁合金管进行感应加热至478℃并保温10s。
（3）摸具开模，回转机构逆时针旋转90°后，在4号工位取下挤压后的轴套零件同时在1号工位放置AZ91D镁合金管。
（4）将挤压后轴套零件快速水淬，然后加热至320℃并保温90分钟，随后空冷至室温，获得轴套零件。