一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，裝置包括液壓式擠壓結(jié)構(gòu)、擠壓模具、擠壓工裝框架，擠壓模具包括擠壓凸模、擠壓筒、擠壓凹模、定形套，擠壓筒、擠壓凹模、定形套依次連接固定在一起，擠壓模具內(nèi)形成的腔體有坯料室、分流室、焊合室和成形室四部分，所述的擠壓凹模設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，每個拼塊的拼合線選擇在焊合室處，擠壓凹模為圓柱形模體，模體軸線上有型芯，擠壓凹模外套有擠壓凹模夾緊套，擠壓凹模的外表面與擠壓凹模夾緊套的內(nèi)表面以漸進式錐形面的方式結(jié)合，擠壓凹模夾緊套固定在擠壓工裝框架上。本實用新型擠壓成形裝置拆裝方便、結(jié)構(gòu)合理，成形的圓管尺寸精度高、表面質(zhì)量好，擠壓廢料清理容易，生產(chǎn)效率高。
【專利說明】一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及非晶態(tài)金屬玻璃圓管擠壓成形裝置，屬于非晶態(tài)金屬成形【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬玻璃又稱非晶態(tài)合金，由于其獨特的無序微觀結(jié)構(gòu)，使其既有金屬和玻璃的優(yōu)點，又克服了它們各自的弊端。玻璃易碎，沒有延展性；但金屬玻璃的強度高于鋼，硬度超過高硬工具鋼，且具有一定的韌性和剛性，所以，人們稱金屬玻璃為“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”。非晶態(tài)合金具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和耐蝕性等較好的力學(xué)、物理和化學(xué)性能，從而決定其應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]鋯基非晶對于極限冷卻速度的要求較低，可以在低于lOOK/s以下的冷卻速度下得到完全的非晶態(tài)組織，因而針對鋯基非晶的零件有多種成形工藝。專利CN102877010A “一種鋯基塊體非晶合金鑄件的鑄造成形方式”公開了一種鋯基塊體非晶合金鑄件的鑄造成形方法，其鑄件的化學(xué)成分的3丨％是:Zr 35-45、Ti 11-16、Cu 10-15、Ni 8-12、Be 16-25，熔煉前對上述原材料用超聲波在酒精介質(zhì)中進行凈化處理，再將每一種平均分成兩份，按其各自的密度，由下到上兩次重復(fù)布料裝入坩堝中，布料時要避免原料銅和銅坩堝相接觸，以防止原料銅熔化時與銅坩堝發(fā)生粘結(jié)；然后合爐進行抽真空，充入0.05MPa的氬氣保護，開始加熱熔煉，在60KW、80KW、120KW各保持5分鐘后將功率加至140KW使合金熔體的溫度達(dá)到800°C以上。專利CN101164722A “一種非晶合金工件的制備加工凈成形一體化方法”公開一種非晶合金工件的制備加工凈成形一體化方法。本發(fā)明方法是把合金母料加熱熔化后注入可潰型模具中，待熔融合金冷卻后形成非晶態(tài)合金，模具潰型后對試件進行簡單的清理即可獲得所需工件。利用可潰型模具通過鑄造的方法制備出任何復(fù)雜形狀的臨界厚度在一定范圍內(nèi)的非晶合金工件，實現(xiàn)了復(fù)雜非晶合金工件的制備、加工，凈成形一體化技術(shù)。專利CN 1199747C “一種非晶合金精密零部件超塑性模鍛成形裝置及方法”公開了一種用于大塊非晶合金精密零部件超塑性模鍛成形的裝置及采用這種裝置制備大塊非晶合金精密零件的工藝?？梢猿尚瓮饫睆匠叽?.1?100mm、厚度尺寸0.1?50mm的各種復(fù)雜形狀零部件，如齒輪類、實心或?qū)嵭呐_階軸(錐度軸)類以及等軸類扁薄零件等。所發(fā)明的裝置由真空爐、可更換壓頭和模具三部分組成。專利CN100473472C “金屬玻璃的成形方法”公開了一種金屬玻璃的成形方法。該方法在保持金屬玻璃的非晶質(zhì)的同時成形不產(chǎn)生表面缺陷的成形品，即便是薄壁或厚度不等的成形品或復(fù)雜形狀的成形品也可簡單地成形。
[0004]專利CN 200967064A公開了一種用實心棒材擠壓成管的冷擠壓裝置，包括具有上、下油缸的液壓機和模具，所述模具由圓柱形壓頭、中模、下模、推板組成，壓頭的法蘭盤與液壓機上油缸的活塞固定連接；中模、下模通過中模上端圓形凸臺上的連接法蘭由螺桿固定在支撐板上，中模的中心設(shè)有圓柱形中模腔，下模的中心設(shè)有圓柱形模芯，壓頭、中模腔、模芯在同一軸線上；推板置于支撐板的下面，與液壓機下油缸的活塞固定連接，推板上設(shè)有至少3根推桿，推桿均勻分布在中模腔與模芯之間所形成的圓環(huán)上。本實用新型的一種用實心棒材擠壓成管的冷擠壓裝置，可以用實心棒材擠壓成管，其金屬的致密性比拉伸形成的管材高，用其加工的圓管形金屬零部件使用壽命長，節(jié)約材料，加工成本低。非晶態(tài)合金在溫度低于玻璃化溫度時，具有很高的強度和硬度，利用專利CN 200967064A中的冷擠壓裝置根本無法完成非晶態(tài)合金圓管的擠壓成形工藝。對于非晶態(tài)合金圓管的擠壓成形，必須要滿足以下條件:要將非晶態(tài)合金加熱至玻璃化和晶化溫度之間，在該溫度區(qū)間，非晶態(tài)合金具有較低的粘度、強度和硬度，可以很容易地對其進行超塑性成形；圓管成形后要盡快采用保護氣體進行冷卻，避免非晶態(tài)合金晶化。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的是克服上述不足而提供一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，擠壓成形裝置拆裝方便、結(jié)構(gòu)合理，成形的圓管尺寸精度高、表面質(zhì)量好，擠壓廢料清理容易，生產(chǎn)效率高。
[0006]本實用新型采取的技術(shù)方案如下:
[0007]—種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，包括液壓式擠壓結(jié)構(gòu)、擠壓模具、擠壓工裝框架，擠壓模具包括擠壓凸模、擠壓筒、擠壓凹模、定形套，擠壓筒、擠壓凹模、定形套依次連接固定在一起，擠壓模具內(nèi)形成的腔體有坯料室、分流室、焊合室和成形室四部分，所述的擠壓凹模設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，每個拼塊的拼合線選擇在焊合室處，擠壓凹模外套有擠壓凹模夾緊套，擠壓凹模的外表面與擠壓凹模夾緊套的內(nèi)表面以漸進式錐形面的方式結(jié)合，擠壓凹模夾緊套固定在擠壓工裝框架上。
[0008]所述的擠壓凹模為圓柱形模體，模體軸線上有型芯，型芯上加工有盲孔，型芯周圍為多個焊合室腔，模體壁上也設(shè)有盲孔。
[0009]所述的擠壓凹模內(nèi)設(shè)置有冷卻氣體的通道，通道的一部分是沿著擠壓凹模的型芯中心線加工的盲孔，另一部分從擠壓凹模側(cè)壁往擠壓凹模中心線方向加工的盲孔，這兩部分盲孔相交叉。在擠壓過程中，為了避免冷卻氣體影響擠壓凹模和非晶態(tài)合金坯料的溫度，在擠壓凹模的冷卻氣體的通道布置有隔熱管。
[0010]所述的隔熱管通過管路與氮氣系統(tǒng)相連接，氮氣系統(tǒng)主要包括氮氣發(fā)生器、壓縮機、油水分離器、儲氣罐、壓力表，氮氣系統(tǒng)向隔熱管通氮氣。
[0011]所述的擠壓筒及定形套中均設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置，擠壓凹模中設(shè)置有溫度測量裝置，這些電熱元件、溫度測量裝置均與溫度控制器相連接。擠壓凸模與擠壓筒之間以過渡配合的形式相結(jié)合。
[0012]所述的擠壓筒、擠壓凹模、定形套通過螺釘和銷釘緊固在一起；定形套固定在擠壓工裝框架上。
[0013]所述的液壓式擠壓結(jié)構(gòu)包括油缸、液壓系統(tǒng)，擠壓凸模與液壓式擠壓結(jié)構(gòu)中油缸的柱塞相連接。
[0014]擠壓模具的夾緊套通過螺釘與擠壓工裝框架相連接。
[0015]在擠壓筒中設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置。溫度控制器根據(jù)溫度測量裝置測試得到的擠壓筒的溫度，控制電熱元件的電力供應(yīng)，從而將擠壓筒的溫度控制在要求的范圍之內(nèi)。
[0016]在定形套中設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置。溫度控制器根據(jù)溫度測量裝置測試得到的定形套的溫度，控制電熱元件的電力供應(yīng)，從而將定形套的溫度控制在要求的范圍之內(nèi)。
[0017]擠壓筒及定形套均與擠壓凹模堅固在一起，在成形過程中，擠壓筒和定形套的熱量將傳遞給擠壓凹模，并將擠壓凹模的溫度控制在要求的溫度范圍之內(nèi)。在擠壓凹模中只設(shè)置有溫度測量裝置，通過溫度測量裝置測試擠壓凹模的溫度。
[0018]利用上述裝置進行非晶態(tài)合金圓管擠壓成形的工藝:將非晶態(tài)合金坯料經(jīng)擠壓在分流室進行分流，分流后的坯料進入焊合室；在焊合室中有擠壓凹模的型芯用于成形空心圓管的內(nèi)孔，而且分流后的坯料在焊合室沿著圓管的縱向接合面進行融合；焊合以后的管材沿著定形套擠出，最終得到非晶態(tài)合金圓管。
[0019]以恒定壓力的方式進行擠壓成形，根據(jù)模具材料的屈服強度，選擇成形壓力，F(xiàn) =0.8XPXA(F為成形壓力，單位為牛頓(N)，P模具材料的屈服強度，單位為兆帕(MPa)，A是擠壓筒垂直于中心線的截面積，單位為平方毫米(_2)，也就是擠壓筒中坯料的端面面積，0.8是安全系數(shù)，無量綱)。
[0020]在加熱過程中，當(dāng)非晶態(tài)合金的溫度高于玻璃化溫度時，非晶態(tài)合金就以較慢的應(yīng)變速率開始緩慢變形；隨著非晶態(tài)合金溫度的逐漸升高，材料的粘度越來越小，非晶態(tài)合金的應(yīng)變速率越來越大；在成形過程中，通過成形設(shè)備的伺服控制系統(tǒng)將成形壓力控制在設(shè)定的值。
[0021]擠壓溫度設(shè)置在非晶態(tài)合金玻璃化和晶化溫度之間，一般比玻璃化溫度高20?30。。。
[0022]本實用新型的有益效果是:
[0023](I)將擠壓凹模設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，在擠壓結(jié)束后，有部分剩余坯料會留在分流室、焊合室，這樣便于清理擠壓凹模分流室中的剩余材料；
[0024](2)擠壓凹模夾緊套的設(shè)置在擠壓過程中可保證擠壓凹模的精度，避免由于擠壓力的作用導(dǎo)致拼塊沿著拼合面分開；可保證擠壓凹模的各拼塊可以緊緊地結(jié)合在一起，而且擠壓力越大，拼合的越結(jié)實。另外，擠壓凹模的外表面與夾緊套的內(nèi)表面以錐面的形式結(jié)合，還便于擠壓模具的拆裝。
[0025](3)在成形過程中，擠壓筒和定形套的熱量將傳遞給擠壓凹模，并將擠壓凹模的溫度控制在要求的溫度范圍之內(nèi)。在擠壓凹模中只設(shè)置有溫度測量裝置，通過溫度測量裝置測試擠壓凹模的溫度。
[0026](4)冷卻氣體通道的設(shè)置確保擠出成形后的非晶態(tài)合金圓管的溫度盡快降至室溫附近，避免非晶態(tài)合金圓管的晶化和氧化，隔熱管可避免冷卻氣體影響擠壓過程中凹模和^巨晶態(tài)合金坯料的溫度。
[0027](5)該成形工藝以恒定壓力、非恒定的應(yīng)變速率對非晶態(tài)合金成形，在整個成形過程中控制非晶態(tài)合金的流動應(yīng)力，避免非晶態(tài)合金在成形過程中損壞，也對成形模具進行保護，避免過大的成形力導(dǎo)致模具表面損壞或整體破壞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1本實用新型非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為隔熱管與擠壓凹模的位置關(guān)系圖；
[0030]圖3擠壓凹模的主視圖；
[0031 ] 圖4擠壓凹模的俯視圖；
[0032]圖5擠壓凹模的軸側(cè)視圖；
[0033]圖6定形套的剖視圖；
[0034]圖7非晶態(tài)合金圓管擠壓模具結(jié)構(gòu)示意圖(爆炸圖)；
[0035]其中，1、液壓式擠壓結(jié)構(gòu)，2、擠壓凸模，3、擠壓筒螺釘，4、擠壓筒，5、非晶態(tài)合金坯料，6、擠壓凹模，6a、6b和6c、擠壓凹模拼塊，7、隔熱管，8、銷釘，9、定形套，10、擠壓凹模夾緊套，11、擠壓工裝框架，12、非晶態(tài)合金圓管，13、夾緊圈螺釘。

【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合實施例進一步說明。
[0037]實施例
[0038]一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，包括液壓式擠壓結(jié)構(gòu)1、擠壓模具、擠壓工裝框架11，擠壓模具包括擠壓凸模2、擠壓筒4、擠壓凹模6、定形套9，擠壓筒4、擠壓凹模6、定形套9依次連接固定在一起，擠壓模具內(nèi)形成的腔體有坯料室、分流室、焊合室和成形室四部分，所述的擠壓凹模6設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，每個拼塊的拼合線選擇在焊合室處，擠壓凹模6外套有擠壓凹模夾緊套10，擠壓凹模的外表面與擠壓凹模夾緊套10的內(nèi)表面以漸進式錐形面的方式結(jié)合，擠壓凹模夾緊套10固定在擠壓工裝框架11上。
[0039]整個擠壓模具的腔體有坯料室、分流室、焊合室和成形室等部分組成。在擠壓結(jié)束后，有部分剩余坯料會留在分流室、焊合室，為了便于清理擠壓凹模分流室中的剩余材料，將擠壓凹模設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，每個拼塊的拼合線選擇在焊合室處。液壓式擠壓結(jié)構(gòu)包括油缸、液壓系統(tǒng)，擠壓凸模與液壓式擠壓結(jié)構(gòu)中油缸的柱塞相連接。
[0040]在擠壓過程中，為了保證擠壓凹模的精度，避免由于擠壓力的作用導(dǎo)致拼塊沿著拼合面分開，在擠壓模具中設(shè)計有擠壓凹模夾緊套。擠壓凹模的外圓面與夾緊套的內(nèi)圓面以錐面的形式結(jié)合，而且擠壓凹模夾緊套通過螺釘固定在擠壓工裝框架上，這種設(shè)計方式可保證擠壓凹模的各拼塊可以緊緊地結(jié)合在一起，而且擠壓力越大，拼合的越結(jié)實。另外，擠壓凹模的外圓面與擠壓凹模夾緊套的內(nèi)圓面以錐面的形式結(jié)合，還便于擠壓模具的拆裝。
[0041]在擠壓筒中設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置。溫度控制器根據(jù)溫度測量裝置測試得到的擠壓筒的溫度，控制電熱元件的電力供應(yīng)，從而將擠壓筒的溫度控制在要求的范圍之內(nèi)。在定形套中設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置。溫度控制器根據(jù)溫度測量裝置測試得到的定形套的溫度，控制電熱元件的電力供應(yīng)，從而將定形套的溫度控制在要求的范圍之內(nèi)。
[0042]擠壓筒及定形套均與擠壓凹模堅固在一起，在成形過程中，擠壓筒和定形套的熱量將傳遞給擠壓凹模，并將擠壓凹模的溫度控制在要求的溫度范圍之內(nèi)。在擠壓凹模中只設(shè)置有溫度測量裝置，通過溫度測量裝置測試擠壓凹模的溫度。定形套為軸心有階梯狀通孔的圓柱形套體，階梯狀通孔包括與焊合室相通部分、定徑部分、出管部分。
[0043]為了成形空心圓管，通過分流室將非晶態(tài)合金坯料進行分流，分流后的坯料進入焊合室；在焊合室中有擠壓凹模的型芯用于成形空心圓管的內(nèi)孔，而且分流后的坯料在焊合室沿著圓管的縱向接合面進行融合；焊合以后的管材沿著定形套擠出，最終得到非晶態(tài)合金圓管。在成形過程中，圓管的外徑尺寸由定形套的內(nèi)孔尺寸決定，圓管的內(nèi)徑尺寸由擠壓凹模上的型芯的外徑尺寸決定。
[0044]擠壓凹模為圓柱形模體，模體軸線上有型芯，型芯上加工有盲孔，型芯周圍為多個焊合室腔，模體壁上也設(shè)有孔。
[0045]為了確保擠出成形后的非晶態(tài)合金圓管的溫度盡快降至室溫附近，避免非晶態(tài)合金圓管的氧化，在擠壓凹模內(nèi)設(shè)置冷卻氣體的通道。冷卻氣體通道分為兩部分，一部分是位于擠壓凹模的中心的盲孔，另一部分是從凹模側(cè)壁加工的與中心盲孔相通的孔。為了避免冷卻氣體影響擠壓過程中凹模和非晶態(tài)合金坯料的溫度，在擠壓凹模的冷卻氣體通道中布置有隔熱管7。由于擠壓凹模是分為三部分，布置隔熱管的另一個作用是對冷卻氣體進行密封，避免冷卻氣體沿著擠壓凹模的拼接縫泄漏到其他的地方。隔熱管7與擠壓凹模6的位置關(guān)系如圖1所示。
[0046]實施例:
[0047]擠出成形的非晶態(tài)合金管外徑為10mm，非晶態(tài)合金管的壁厚為1mm，非晶態(tài)合金為 Zr58.5Cul5.6Ν?12.8A110.3Nb2.8。非晶態(tài)合金 Zr58.5Cul5.6Ν?12.8A110.3Nb2.8 的玻璃化溫度和晶化溫度分別為385°C和470°C，在加熱溫度為405°C時，可以保溫30分鐘而沒有晶化現(xiàn)象，可以滿足擠壓成形工藝的要求。在對非晶態(tài)合金擠壓成形時，通過溫度控制器將擠壓筒和定形套的加熱溫度控制在403°C?407°C。
[0048]定形套、擠壓凹模、擠壓凸模的材料為H13熱作模具鋼。
【權(quán)利要求】
1.一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，包括液壓式擠壓結(jié)構(gòu)、擠壓模具、擠壓工裝框架，其特征是，擠壓模具包括擠壓凸模、擠壓筒、擠壓凹模、定形套，擠壓筒、擠壓凹模、定形套依次連接固定在一起，擠壓模具內(nèi)形成的腔體有坯料室、分流室、焊合室和成形室四部分，所述的擠壓凹模設(shè)計為拼塊結(jié)構(gòu)，每個拼塊的拼合線選擇在焊合室處，擠壓凹模為圓柱形模體，模體軸線上有型芯，擠壓凹模外套有擠壓凹模夾緊套，擠壓凹模的外表面與擠壓凹模夾緊套的內(nèi)表面以漸進式錐形面的方式結(jié)合，擠壓凹模夾緊套固定在擠壓工裝框架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，在擠壓凹模內(nèi)設(shè)置冷卻氣體的通道，冷卻氣體通道分為兩部分，一部分是位于擠壓凹模的型芯的盲孔，另一部分是從凹模側(cè)壁加工的與中心盲孔相通的孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，所述的擠壓凹模的冷卻氣體的通道內(nèi)設(shè)有隔熱管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，所述的隔熱管通過管路與氮氣系統(tǒng)相連接，氮氣系統(tǒng)主要包括氮氣發(fā)生器、壓縮機、油水分離器、儲氣罐、壓力表,氮氣系統(tǒng)向隔熱管通氮氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，所述的擠壓筒及定形套中均設(shè)置有電熱元件和溫度測量裝置，擠壓凹模中設(shè)置有溫度測量裝置，這些電熱元件、溫度測量裝置均與溫度控制器相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，所述的擠壓筒、擠壓凹模、定形套通過螺釘和銷釘緊固在一起；定形套固定在擠壓工裝框架上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非晶態(tài)合金圓管擠壓成形裝置，其特征是，所述的液壓式擠壓結(jié)構(gòu)包括油缸、液壓系統(tǒng)，擠壓凸模與液壓式擠壓結(jié)構(gòu)中油缸的柱塞相連接。
【文檔編號】B21C29/04GK204108005SQ201420487840
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】李輝平, 賀連芳, 王鋮, 張春芝 申請人:山東科技大學(xué)