专利名称：非晶合金精密零部件高效模锻成形装置的制作方法
技术领域：
本发明属于模锻技术领域，特别是提供了一种非晶合金精密零部件高效模锻成形装置。
背景技术：
成形工艺的短流程化和高效化，即缩短生产工艺流程、简化工艺环节、提高生产效率，是金属材料加工技术的主要发展方向之一[谢建新.材料加工技术的发展现状与展望.机械工程学报，2003，39(9)29-34]。而作为先进制造技术重要组成之一的精密塑性成形技术，在国内外获得了广泛的发展和应用[李敏贤等.精密成形技术发展前沿.中国机械工程，2000，11(1-2)183-186]。但是由于多晶材料存在晶粒和晶界，在塑性变形过程中表现出各向异性，导致制品表面精度低、工具异常磨损等不利因素。因此，采用新型成形材料(如大块非晶合金等)，发展快速高效成形工艺，促进精密塑性成形技术在高新技术领域获得更大规模的应用具有重要意义。
大块非晶合金具有优异的室温物理和力学性能[Inoue A，et al.Amorphous and Nanocrystalline Materials.TokyoSpringer，2001]。但由于成本高、成形加工困难等原因，大块非晶合金作为结构材料尚未获得广泛应用。大块非晶合金在过冷液相区(即玻璃转变温度和晶化开始温度之间)呈应变速率敏感指数m＝1的牛顿粘性流体状态(即便出现少量析晶，其在过冷区域的应变速率敏感指数也远远大于一般超塑性材料m≥0.3的要求)，是理想的超塑性材料[张志豪等.Zr基大块非晶合金的超塑性成形性能.中国有色金属学报，2004，14(7)1073-1077]。而且其较低的可加工温度，使其在模具材料的选用、减少对模具的热冲击以及节约能源等方面更具优势。
因此，开发大块非晶合金材料的快速高效精密塑性成形技术，有利于进一步拓展大块非晶合金材料和精密成形技术的应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非晶合金精密零部件高效模锻成形装置，集自动脱模、内置加热、气体保护、气体强制快冷等技术为一体的、用于大块非晶合金精密零部件快速高效模锻成形的装置，可对外廓直径尺寸1～100mm、厚度尺寸0.5～50mm的各种齿轮类或轴类零件进行快速高效精密塑性成形。
本发明包括组合压头、成形模具、顶出机构、内置加热器18。成形模具和内置加热器安放在模座12内，模座12与底座17相连，在成形与脱模过程中保持固定位置。组合压头通过压头座1与压力机连接，顶出机构置于顶出板16上；组合压头和顶出机构能相对成形模具作上下运动。组合压头由压杆2、压紧弹簧3、密封法兰4、挤压筒5、保护罩6、压头7构成；组合压头的压杆2和密封法兰4之间以及保护罩6与上盖板11之间的密封采用硅橡胶密封圈密封。可充氮气或氩气形成保护气氛，以防止大块非晶合金在加热和保温过程中氧化，并可利用保护气体在压头及成形型腔内的流动，实现在成形后对模具和工件的强制快冷，一方面提高成形效率，同时也能最大限度地减少成形件在高温区的停留时间，从而更有效地保证大块非晶成形件的物理力学性能。组合压头部分带有压紧弹簧3，以保证成形过程中挤压筒5与成形模9的紧密接触，防止坯料在二者之间的缝隙处形成飞边。顶出机构由轮毂模14、卸模块15、顶出板16构成。压头座1和底座17分别安装在成形压力机的中梁和工作台上。内置加热器18由4～10根200～500W的发热体构成，最高加热温度600℃。成形模具由2个成形模9和10构成。
本发明装置的主要工作过程为压头座1在成形压力机的驱动下向下运动，压紧弹簧3受压，使挤压筒5与成形模9以及保护罩6与上盖板11之间形成一定的压紧力，充入保护气体并加热到预定温度。然后压头座1再次向下运动，使组合压头中的压杆2和压头7将坯料压实并充填成形模9和10的型腔。成形结束后，断开加热电源，继续通入保护气体，实现对型腔的强制快冷。冷却到预定温度后，压头座1在压力机的带动下向上运动，此时压紧弹簧3松开，进而组合压头升起，同时滑杆13向上运动。当滑杆端部的定位螺栓与顶出板16接触后，带动卸模块15和轮毂模14将成形零件顶出模腔。
组合压头的压头7和轮毂模14可更换。对带中心孔的零件，则采用如附图所示的带芯杆压头7和空心轮毂模14。对实心零件的成形，将压头7更换为平压头，将轮毂模14更换为实心圆柱。
本发明的主要优点采用自动脱模机构实现成形后的自动脱模，缩短了工艺流程和工艺间隙时间；采用保护气氛，可防止成形零件表面的氧化；采用内置式加热器，提高了坯料加热效率；采用气体强制快冷，加快了成形件的冷却速度，缩短成形件在高温区的停留时间，缩短工艺流程，并有利于大块非晶制品获得良好的使用性能。其主要特点是将上述几种工艺集成为一体，有利于实现大块非晶合金精密零件的快速高效成形。
图1为本发明的一种快速高效模锻成形装置示意图。其中，压头座1、压杆2、压紧弹簧3、密封法兰4、挤压筒5、保护罩6、压头7、成形模压板8、成形模具9和10、上盖板11、模座12、滑杆13、轮毂模14、卸模块15、顶出板16、底座17、加热器18、热电偶19。
具体实施例方式
图1为本发明的一种具体实施方式
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成形模具和内置加热器安放在模座12内，模座12与底座(17)相连，在成形与脱模过程中保持固定位置；组合压头通过压头座(1)与压力机连接，压头座1和底座17分别安装在成形压力机的中梁和工作台上；顶出机构置于顶出板16上；组合压头和顶出机构能相对成形模具作上下运动。
工作过程为压头座1在成形压力机的驱动下向下运动，压紧弹簧3受压，使挤压筒5与成形模9以及保护罩6与上盖板11之间形成一定的压紧力，充入保护气体并加热到预定温度。然后压头座1再次向下运动，使组合压头中的压杆2和压头7将坯料压实并充填成形模9和10的型腔。成形结束后，断开加热电源，继续通入保护气体，实现对型腔的强制快冷。冷却到预定温度后，压头座1在压力机的带动下向上运动，此时压紧弹簧3松开，进而组合压头升起，同时滑杆13向上运动。当滑杆端部的定位螺栓与顶出板16接触后，带动卸模块15和轮毂模14将成形零件顶出模腔。
权利要求
1.一种非晶合金精密零部件高效模锻成形装置，其特征在于该装置包括组合压头、成形模具、顶出机构、内置加热器；成形模具和内置加热器安放在模座(12)内，模座(12)与底座(17)相连，在成形与脱模过程中保持固定位置；组合压头通过压头座(1)与压力机连接，压头座(1)和底座(17)分别安装在成形压力机的中梁和工作台上；顶出机构置于顶出板(16)上；组合压头和顶出机构能相对成形模具作上下运动。
2.按照权利要求1所述的模锻成形装置，其特征在于组合压头由压杆(2)、压紧弹簧(3)、密封法兰(4)、挤压筒(5)、保护罩(6)、压头(7)构成；组合压头的压杆(2)和密封法兰(4)之间以及保护罩(6)与上盖板(11)之间的密封采用硅橡胶密封圈密封；充氮气或氩气形成保护气氛，以防止大块非晶合金在加热和保温过程中氧化，利用保护气体在压头及成形型腔内的流动，实现在成形后对模具和工件的强制快冷，提高成形效率减少成形件在高温区的停留时间，保证大块非晶成形件的物理力学性能；组合压头部分带有压紧弹簧(3)，以保证成形过程中挤压筒(5)与成形模(9)的紧密接触，防止坯料在二者之间的缝隙处形成飞边；顶出机构由轮毂模(14)、卸模块(15)、顶出板(16)构成；内置加热器(18)由由4～10根200～500W的发热体构成，最高加热温度600℃；成形模具由2个成形模(9)和(10)构成。
3.按照权利要求1或2所述的模锻成形装置，其特征在于工作过程为压头座(1)在成形压力机的驱动下向下运动，压紧弹簧(3)受压，使挤压筒(5)与成形模(9)以及保护罩(6)与上盖板(11)之间形成一定的压紧力，充入保护气体并加热到预定温度；然后压头座(1)再次向下运动，使组合压头中的压杆(2)和压头(7)将坯料压实并充填成形模(9、10)的型腔；成形结束后，断开加热电源，继续通入保护气体，实现对型腔的强制快冷；冷却到预定温度后，压头座(1)在压力机的带动下向上运动，此时压紧弹簧(3)松开，进而组合压头升起，同时滑杆(13)向上运动；当滑杆端部的定位螺栓与顶出板(16)接触后，带动卸模块(15)和轮毂模(14)将成形零件顶出模腔。
4.按照权利要求2所述的模锻成形装置，其特征在于组合压头的压头(7)和轮毂模(14)可更换；对带中心孔的零件，则采用带芯杆的压头(7)、空心轮毂模(14)；对实心零件的成形，将压头(7)更换为平压头，将轮毂模(14)更换为实心圆柱。
全文摘要
非晶合金精密零部件高效模锻成形装置，属于模锻技术领域。该装置包括组合压头、成形模具、顶出机构、内置加热器；成形模具和内置加热器安放在模座(12)内，模座(12)与底座(17)相连，在成形与脱模过程中保持固定位置；组合压头通过压头座(1)与压力机连接，压头座(1)和底座(17)分别安装在成形压力机的中梁和工作台上；顶出机构置于顶出板(16)上；组合压头和顶出机构能相对成形模具作上下运动。优点在于采用自动脱模机构实现成形后的自动脱模，缩短了工艺流程和工艺间隙时间；采用保护气氛，可防止成形零件表面的氧化；采用内置式加热器，提高了坯料加热效率；采用气体强制快冷，加快了成形件的冷却速度，并有利于大块非晶制品获得良好的使用性能。
文档编号B21J13/14GK1861289SQ200610012278
公开日2006年11月15日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者谢建新, 张志豪 申请人:北京科技大学