专利名称：一种扇形锻件及其精锻工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及精密温锻技术领域，具体涉及到高压开关操作机构中的零件之一扇形蜗轮的锻造制坯工艺。
背景技术：
目前行业内扇形锻件的制造方法比较麻烦一种工艺是将棒料镦粗预成型两遍，再利用开式模锻将预成型后的中间毛坯进行终锻；另一种工艺是将棒料利用自由锻将毛坯预锻，锻后利用开式模锻将预成型后的中间毛坯进行终锻。这两种工艺过程繁琐，锻件精度差，飞边毛刺大且料耗高。我国高压输变电行业中应用的高压开关操作机构，因各方面原因其操作机构中的零件结构形状变化较大，制造工艺难度大，使用性能差异也很大，连带至操作机构中所用的控制元器件的变化。其中对本发明创造的控制器件之一的蜗轮，所要求有严格的固定旋转使用角度。目前国内用在高压开关操作机构中的蝸轮普遍是整体圆形(如图1所示)，而高压开关因各方面原因在操作机构中蝸轮真正严格的固定旋转角度不超过180°，往返操作均如此，即整体圆形蝸轮的另一多半是陪着空转，不参与实质啮合操作控制工作。又由于蝸轮用铜合金(招青铜)材质制造，该铜合金属于贵金属材料，市场售价较高。综上，现有在高压开关产品中应用的蜗轮锻件结构及现有扇形锻件制造工艺不尽合理。
发明内容
本发明创造所要解决的技术问题是提供一种棒材锻制复杂扇形蝸轮的闭式模温精锻工艺，进而提供一种新型结构的扇形蝸轮及该工艺中使用的模具。为实现上述发明目的，本发明创造采用如下技术方案
本发明创造的扇形锻件精锻工艺，包括棒料备料的步骤；加热棒料至760 900°C的步骤；将棒料置于预成型模具中形成扇形预成型坯料的步骤；加热预成型坯料至760 900°C的步骤；将预成型坯料置于终成型模具中形成外圈突缘及中心孔的终成型坯件扇形蝸轮的步骤。为更好的实施本发明创造，还包括预成形和终成形锻造前对模具模腔喷涂润滑剂的步骤。润滑剂减轻了坯料与模具的摩擦，使坯料塑性成形流畅，产品形体饱满美观，同时延长了模具的使用寿命。为更好的实施本发明创造，还包括在预成形和终成形锻造前对模具上下模进行预热的步骤，使模具温度达到200 360°C。将模具预热在锻造过程中利于金属流动，能够减少冲型时间，加快生产节拍，从而降低生产成本。为更好的实施本发明创造，还包括预成形和终成形锻造后对模具模腔进行清洗及喷涂润滑剂的步骤。该步骤的设置，是为了保证工业化连续生产的流畅性和延长模具的使用寿命。
为更好的实施本发明创造，所述润滑剂是水基石墨乳。为更好的实施本发明创造，还包括终成型坯件冷却后表面喷丸处理的步骤。喷丸处理的步骤，一是为了去除终成型坯件表面的氧化皮和喷涂物，二是为了消除由于温锻引起的材料内部应力，三是能够使零件表面硬化外观美观。为更好的实施本发明创造，还包括机加形成蜗轮齿及外形修整符合图纸要求尺寸的步骤。为更好的实施本发明创造，所述预成型模具包括凸模、凹模，所述凸模外设置凸模套，凸模上端设置压板；所述凹模外依次设置预应力圈、压板；凸模伸入凹模内腔，顶件器设置在凹模内腔内，凹模内腔的剩余空间为坯料的流动空间。为更好的实施本发明创造，所述终成型模具包括凸模、凹模，所述凸模外设置凸模套，凸模上端设置压板；所述凹模外依次设置预应力圈、压板；凸模伸入凹模内腔，顶件器设置在凹模内腔内，凸模下端、顶件器上端和凹模内腔形成坯料的流动空间。—种上述工艺制造的扇形锻件，为扇形角135°的大角度扇形蜗轮,扇形角120°的小角度扇形蝸轮。由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果1.由于本发明创造按蝸轮实际操作固定工作角度制造成扇形蝸轮，与原整体圆形蝸轮用料比节材显著，大角度135°扇形蝸轮用料节材60-70%，小角度120°扇形蝸轮用料节材100-110%。按目前市场铝青铜价61元/千克计算，大角度每件可节约70-90元，小角度每件可节约100-120元。2.由于本发明创造一改蝸轮常规整体圆形结构，节材显著，因此也大幅度降低了高压开关操作机构的配套成本。
3.由于本发明创造与铸造成形方法比对材料的加热温度低，没有材料挥发现象，无需设置浇冒口系统，因此没有辅助材料的废弃，不会对环境产生污染，材料利用率高，符合国家提倡的节能减排的倡导要求。4.本发明创造工艺制造出产品与传统两种开式模锻方法成型产品比，具有材料致密度高，外形规整美观没有飞边毛刺，加工余量小，不仅节材还利于机加工的优点。
5.由于本发明创造的两种扇形蝸轮的角度均小于180°，作为制齿的滚刀的使用寿命与加工原整体圆形蝸轮时比也相应提高了一倍。6.对棒料和预成形扇形蝸轮坯进行加热，使棒料和预成形扇形蝸轮坯既不氧化又利于金属流动，使终成形扇形蝸轮坯形非常饱满。
图1是现有整体圆形蝸轮的结构示意 图2是本发明创造预成形坯料的结构示意 图3是本发明创造小角度120°扇形蝸轮的结构示意 图4是本发明创造大角度135°扇形蝸轮的结构示意 图5是本发明创造预成形模具的结构示意 图6是本发明创造终成形模具的结构示意具体实施例方式 选用Φ55 mm铝青铜棒材用带锯床下料，控制下料长度和重量。大角度135°扇形蝸轮用料长度118+0.5mm,重量2.10 2.11千克，小角度120。扇形蝸轮用料长度97+0.5mm,重量1.7Γ1.72千克。棒料直径直接关系到预成形充型分配塑性变形量合适与否，选用合适直径棒料，预成形充型时棒料在自行分配时变形量适中，不产生撕裂和折叠现象，在锯切时端面引起的重量误差较小，对闭式模锻有利。直径太小的话料长加长，一是锻造时材料变形量太大，增大加工难度；二是模具长度尺寸一定，长度大的料则会出现难以放进去的现象。直径太大的话，增大料段在模具内定位难度，且下料时端面斜度误差增大，锻造挤压时材料向模具四周流动变形不均匀，直径方向在模腔流动快、某些区域会出现折叠现象，长度方向在模腔流动慢、可能未等型腔充满因材料温度下降就压不动了，同样模腔内材料流动变形不均匀会伤害模具，降低模具使用寿命，也同样增大加工难度。将备好的两种长度尺寸的铝青铜棒料分别装入箱式电炉，分别加热至760 900°C，优选的，加热棒料至780 850°C，该加热温度使棒料既不氧化又利于金属流动，使预成形扇形蜗轮还形饱满。将预成形模具预热至200 360°C，进一步优选为260 330°C，加热后棒料进入预成形模具进行预成型锻造，如图5和图2，棒料金属流动填充预成形模具型腔，形成扇形预成型坯料；加热的模具和棒料更利于金属流动。预成型模具包括凸模2、凹模4，凸模外设置凸模套3，凸模上端设置压板I ;凹模4外依次设置预应力圈4、压板5 ;凸模2伸入凹模内腔，顶件器7设置在凹模内腔内，凹模内腔的剩余空间为坯料的流动空间。将预成形后扇形蜗轮还再次加热至760 900°C,优选的,加热预成型扇形蜗轮还至780 850°C，该加热温度使扇形蝸轮坯既不氧化又利于金属流动，使终成形扇形蝸轮坯形饱满。将终成形模具预热至200 360°C，进一步优选为260 330°C，加热后预成型扇形蝸轮坯进入终成形模具进 行扇形蝸轮终成型锻造，如图6，预成型扇形蝸轮坯金属流动填充终成形模具型腔，形成扇形蝸轮外圈突缘及中心孔的终成型坯件；加热的模具和轮坯更利于金属流动。终成型模具包括凸模2’、凹模4’，所述凸模外设置凸模套3’，凸模上端设置压板I’ ；所述凹模4’外依次设置预应力圈5’、压板6’ ；凸模伸入凹模内腔，顶件器7’设置在凹模内腔内，凸模下端、顶件器上端和凹模内腔形成预成型坯料的流动空间。其中，在预成形和终成形锻造前后对模腔均应进行喷涂润滑剂，每锻造一件产品后均对模腔进行高压空气清理和润滑一次，具体方法为:用高压空气双管吹气喷雾枪，第一下先吹气清理模腔，第二下往上下模腔喷涂一薄层水基石墨乳润滑剂。如图2和图3，终成形后的扇形角135°的大角度扇形蝸轮和扇形角120°的小角度扇形蝸轮，自然冷却后全部表面进行喷丸处理。然后经机加工钻、粗车、精车、镗、铰、滚齿、去毛刺等，按照各自图中尺寸终检，使几何形状和工程尺寸满足设计图纸要求。本发明创造的扇形蝸轮按适用的工作角度范围制造成，既能可靠的满足往返动作操作要求，又能大量降低材料消耗和生产成本，从而使该档高压开关操作机构中的蝸轮达到优化配置和使用目标。
权利要求
1.一种扇形锻件精锻工艺，其特征是:包括棒料备料的步骤；加热棒料至760 900°C的步骤；将棒料置于预成型模具中形成扇形预成型坯料的步骤；加热预成型坯料至760 900°C的步骤；将预成型坯料置于终成型模具中形成外圈突缘及中心孔的终成型坯件扇形蝸轮的步骤。
2.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:还包括预成形和终成形锻造前对模具模腔喷涂润滑剂的步骤。
3.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:还包括在预成形和终成形锻造前对模具上下模进行预热的步骤，使模具温度达到200 360°C。
4.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:还包括预成形和终成形锻造后对模具模腔进行清洗及喷涂润滑剂的步骤。
5.根据权利要求2或4所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:所述润滑剂是水基石墨乳。
6.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:还包括终成型坯件冷却后表面喷丸处理的步骤。
7.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:还包括机加形成蜗轮齿及外形修整符合图纸要求尺寸的步骤。
8.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:所述预成型模具包括凸模(2)、凹模(4)，所述凸模(2)外设置凸模套(3)，凸模上端设置压板(I);所述凹模(4)外依次设置预应力圈 (5)、压板(6);凸模⑵伸入凹模内腔，顶件器(7)设置在凹模内腔内，凹模内腔的剩余空间为坯料的流动空间。
9.根据权利要求1所述的扇形锻件精锻工艺，其特征是:所述终成型模具包括凸模(2’)、凹模(4’)，所述凸模(2’ )外设置凸模套(3’)，凸模上端设置压板(Γ );所述凹模(4’ )外依次设置预应力圈(5’)、压板(6’ );凸模(2’ )伸入凹模内腔，顶件器(7’ )设置在凹模内腔内，凸模下端、顶件器上端和凹模内腔形成坯料的流动空间。
10.一种根据权利要求1-9任一工艺锻造的扇形锻件，其特征是:为扇形角135°的大角度扇形蜗轮，扇形角120°的小角度扇形蜗轮。
全文摘要
本发明公开了一种扇形锻件精锻工艺，该扇形锻件为高压开关操作机构中的零件之一扇形蜗轮；包括棒料备料的步骤；加热棒料至760～900℃的步骤；将棒料置于预成型模具中形成扇形预成型坯料的步骤；加热预成型坯料至760～900℃的步骤；将预成型坯料置于终成型模具中形成外圈突缘及中心孔的终成型坯件扇形蝸轮的步骤。本发明还公开了由该工艺锻造出的扇形角135°的大角度扇形蝸轮，扇形角120°的小角度扇形蝸轮。本发明创造按蝸轮实际操作固定工作角度制造成扇形蝸轮，与原整体圆形蝸轮用料比节材显著；且该工艺锻造出的产品材料致密度高，外形规整美观没有飞边毛刺，加工余量小，不仅节材还利于机加工。
文档编号B21J3/00GK103071747SQ20131001812
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月18日 优先权日2013年1月18日
发明者辛选荣, 贺成松, 刘新成, 史志欣, 史颂华 申请人:洛阳秦汉冷锻有限公司