專利名稱:一種制備硬質合金空心球體的模具及制備方法
技術領域:
本發(fā)明屬于硬質合金材料中空心球體零件的制備技術領域。特別是提供了一種適用于各種硬質合金空心球體零件的工業(yè)化生產的硬質合金空心球體模具及制備方法。
背景技術:
硬質合金在國民經濟中占有極重要的作用和地位,如在機械制造工業(yè)、石油工業(yè)、 礦業(yè)開采工業(yè)、交通運輸工業(yè)、計算機制造,紡織、醫(yī)療、人造金剛石生產、聚乙烯原材料高壓合成等,幾乎遍及國民經濟各個工業(yè)部門。近年來石油工業(yè)中抽油井底部單向閥,開始大量采用硬質合金球體零件。在機械零件制造中,也開始研究采用硬質合金球體的高速滾動軸承。對于硬質合金材質的性能來說,其具有極高的抗壓強度和表面硬度,同時又具有極佳的紅硬性,耐磨性和抗腐蝕性能, 這些優(yōu)異的性能完全能勝任閥體和軸承零件的性能要求,但遺憾的是,硬質合金的比重一般較大,如YG8 YGlO合金的密度為(13. 4 15. 3克/厘米3)。這一缺點往往限制了硬質合金的應用范圍。例如石油深井抽油球閥會因比重過大而造成出油量降低的理象。多年來為了解決這一矛盾,開始從零件的結構設計上進行了各種探討,其中采用空心結構的硬質合金球體來制造單向閥球體的技術方案最為理想。近20年的文獻檢索可知,有關硬質合金空心球體的制備技術報導很少。已有的技術可分兩類,其一是采用硬質合金混合粉的泥漿掛模(石膏模)成形法。其二是軟模有芯壓制成形法(包括石蠟球芯,聚胺脂球芯、錫或其它低熔點固態(tài)金屬球芯)。第一種方法雖然容易制成空心球坯,但空心球坯的相對密度過低(28% 30%),表面光潔度、尺寸精度均很差,燒結變形嚴重,脫蠟時間長,廢品率太高,生產效率低、機械強度低、不適合于工業(yè)化大規(guī)模生產。第二種方法主要是低熔點的芯球,在熔化后必須經球殼體某處開孔放出,另外球殼體表面一般不是標準的球面,仍需機械加工才能制成球形毛坯,這種方法最大的缺點是由于芯球的變形很難控制,很容易造成球體壁厚不均勻,最終易形成重量偏心,故這種方法的生產效率很低,原材料消耗大,成品率也不高,不適合于大規(guī)模生產。本發(fā)明的目的是通過硬質合金空心球體的特種成形制備技術,利圖從零件的總體密度上能夠自由降低和改變,從而能達到進一步擴大硬質合金材料的應用范圍。
發(fā)明內容
為了解決上述問題,本發(fā)明的目的是提供一種可以在很大范圍內控制和改變空心球體的整體重量和密度,明顯節(jié)省原材料,精確的控制空心球體的壁厚和防止重量偏心。產品表面光潔,大幅度提高了空心球體的抗壓和抗沖擊強度,且工藝簡單成品率高,易于推廣,適合工業(yè)化大批量生產的一種制備硬質合金空心球體的模具。本發(fā)明的技術方案是一種制備硬質合金空心球體的模具,該模具由上模(1)、下模和用于固定所述上模和下模的外套組成;其中,所述上模為球冠型組合上沖頭,用于半球坯的內部成型;所述球冠型組合上沖頭由采用同心圓套筒式結構,由內到外依次是上沖頭I、上沖頭II和上沖頭III ;
所述下模由齒形壓環(huán)和半球芯棒組成,所述齒形壓環(huán)套接在所述半球芯棒外部;所述齒形壓環(huán)的上端面為沿中心點向外輻射狀的鋸齒形端面,于半球坯的兩個端面的成型;所述半球芯棒用于半球坯的內部成型;
所述外套由陰膜和外膜組成,所述外膜套接在所述陰膜外部。進一步,所述陰膜采用高強度高硬度的工具鋼制造,所述外膜采用韌性很強的45 號鋼制造。本發(fā)明的另一目的提供上述制備硬質合金空心球體模具的制備空心球體的方法, 具體包括以下步驟
1.先將球冠型組合上沖頭由內到外依次上沖頭I(11)、上沖頭II (1 和上沖頭 III (1 組合好,然后套接陰膜(31)和外膜(3 倒置在裝粉墊上以保證上沖頭I (11)、上沖頭II (12)和上沖頭III (13)精確的降低到裝粉高度;
2.稱取YGlO硬質合金混合料將混合料倒入成形模具內然后同時壓入齒形壓環(huán)(21)和半球芯棒(22),打平后,再將模具倒置;
3.將裝好粉料的模具置于油壓機上,以壓坯正壓面上100 150MPa的壓應力調好總壓力,壓制成半球坯,脫模后將半球坯的齒形端面朝向上方,放在石墨弧形凹面托架上,待第二個半球坯脫模后與其齒面嚙合,形成一完整的球體成形毛坯;
4.將上述毛坯裝入真空爐或H2氣燒結爐中,在溫度為1420士 5°C,進行60分燒結釬焊, 得到硬質合金空心球體。本發(fā)明的技術原理是,采用空心球體特殊的半球鋼模成形模設計,并用兩半球坯特殊的燒結纖焊結合面結構來提高球體零件的整體抗壓,抗沖擊強度??招那蝮w的整體密度(d。)是通過空心球體的空心體積V1與球總體積V2的比值(
u=尋)來決定,并按下式(1)計算
de = Md"'d^1) = P1(I-Il)(1)
(1)式又可成為下式
式中A為硬質合金材質的密度(克/厘米3LD1為球體空心處的直徑(厘米)D2為球體外徑(厘米)。若設球體外徑為6 (厘米)球體空心處直徑為3 (厘米),A為14. 2克/厘米3則
j =14. 2 (1-蕓)=12. 425 (克 / 厘米 3)。 216顯然空心球體整體密度只為實心球體密度的87. 5%。若球體空心處直徑為4 (厘米),球體外徑不變(6厘米),則球體空心后的整體密度為之=9. 993克/厘米3
球體總重量由1605. 97克減少到1130. 137克。半球坯成形模具的設計是采用不等高制品一端沖頭分型的原理,將半球面上部的整體成型沖頭設計成三件上沖頭I、上沖頭II和上沖頭III的同心圓套筒式的組合沖頭,在裝粉墊的幫助下可以解決不等高制品各區(qū)裝粉高度和壓縮比基本相等的難題。每個半球坯在最大直徑處的端面上設計成沿中心點向外輻射狀的鋸齒形端面。在半球坯成形后將兩半球坯的齒形端面相對嚙合,放在石墨制成的半球弧形凹面托架上,在燒結過程中利用上半球坯的自重,將兩半球燒結釬焊成一個整體。這種鋸齒形端面的設計, 燒結釬焊后,可大大提高組合空心體燒結件的抗壓,及抗沖擊強度。本發(fā)明的優(yōu)點
1、可以在很大范圍內控制和改變空心球體的整體重量和密度,明顯節(jié)省原材料。2、由于采用高精度的鋼模成形和輻射狀齒形端面,從而可精確的控制空心球體的壁厚和防止重量偏心。產品表面光潔。3、輻射狀齒形端面,不僅保證了兩半球嚙合時的準確定位,而且大大增強了燒結釬焊面的面積和連接強度,從而大幅度提高了空心球體的抗壓和抗沖擊強度。4、工藝簡單成品率高,易于推廣,適合工業(yè)化大批量生產。5、經濟效益,社會效益十分明顯。
圖1為本發(fā)明的制備硬質合金空心球體的模具的剖面結構示意圖。圖中
1.上模,11.上沖頭I,12.上沖頭II,,13.上沖頭III,2.下模,21.齒形壓環(huán),
22 .半球芯棒,3.外套,31、陰膜,32、外膜,4半球坯。
具體實施例方式下面結合具體附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案做進一步說明。如圖1所示,本發(fā)明一種制備硬質合金空心球體的模具,該模具由上模1、下模2和用于固定所述上模1和下模2的外套3組成;
其中,所述上模1為球冠型組合上沖頭,用于半球坯的內部成型;所述球冠型組合上沖頭由采用同心圓套筒式結構,由內到外依次是上沖頭I 11、上沖頭II 12和上沖頭III 13;
所述下模2由齒形壓環(huán)21和半球芯棒22組成,所述齒形壓環(huán)21套接在所述半球芯棒22外部;所述齒形壓環(huán)21的上端面為沿中心點向外輻射狀的鋸齒形端面,用于于半球坯的兩個端面的成型;所述半球芯棒22用于半球坯的內部成型;
所述外套3由陰膜31和外膜32組成,所述外膜32套接在所述陰膜31外部。本發(fā)明模具制備空心球體的工藝過程
制備YGlO硬質合金材質的空心球體(球外徑為6 cm空心處直徑4 cm)應按下例步驟完成。1.先將成型鋼模倒置在裝粉墊上以保證各分型上沖頭I 11、上沖頭II 12和上沖頭III 13精確的降低到裝粉高度。
2.稱取YGlO硬質合金混合料(1605、978克)將混合料倒入成形鋼模內然后同時壓入齒形壓環(huán)8和半球芯棒9,打平后,再將鋼模倒置。3.在油壓機上,以壓坯正壓面上(100 150MPa)的壓應力調好總壓力,壓制成半球坯,脫模后將半球坯的齒形端面朝向上方,放在石墨弧形凹面托架上,待第二個半球坯脫模后與其齒面嚙合,形成一完整的球體成形毛坯。4.將上述毛坯裝入真空爐或H2氣燒結爐中按1420士5°C,60分進行燒結釬輝,得到硬質合金空心球體。
權利要求
1.一種制備硬質合金空心球體的模具,該模具由上模(1)、下模( 和用于固定所述上模(1)和下模O)的外套C3)組成;其特征在于,所述上模(1)為球冠型組合上沖頭,用于半球坯的內部成型;所述球冠型組合上沖頭由采用同心圓套筒式結構,由內到外依次是上沖頭I (11)、上沖頭II (12)和上沖頭III (13);所述下模O)由齒形壓環(huán)和半球芯棒0 組成,所述齒形壓環(huán)套接在所述半球芯棒0 外部;所述齒形壓環(huán)(21)的上端面為沿中心點向外輻射狀的鋸齒形端面, 用于半球坯的兩個端面的成型;所述半球芯棒02)用于半球坯的內部成型;所述外套(3)由陰膜(31)和外膜(3 組成,所述外膜(3 套接在所述陰膜(31)外部。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備硬質合金空心球體的模具,其特征在于,所述陰膜(31) 采用高強度高硬度的工具鋼,所述外膜(3 采用韌性很強的45號鋼。
3.根據(jù)權利要求1所述的制備硬質合金空心球體的模具制備空心球體的方法,其特征在于,具體包括以下步驟(1).先將球冠型組合上沖頭由內到外依次上沖頭I (11)、上沖頭II (1 和上沖頭 III (1 組合好,然后套接陰膜(31)和外膜(3 倒置在裝粉墊上以保證上沖頭I (11)、上沖頭II (12)和上沖頭III (13)精確的降低到裝粉高度;(2 ).稱取YGlO硬質合金混合料將混合料倒入成形模具內然后同時壓入齒形壓環(huán)(21) 和半球芯棒(22),打平后,再將模具倒置;(3).將裝好粉料的模具置于油壓機上,以壓坯正壓面上100 150MPa的壓應力調好總壓力,壓制成半球坯,脫模后將半球坯的齒形端面朝向上方,放在石墨弧形凹面托架上, 待第二個半球坯脫模后與其齒面嚙合,形成一完整的球體成形毛坯;(4).將上述毛坯裝入真空爐或H2氣燒結爐中,在溫度為1420士5°C,進行60分燒結釬焊,得到硬質合金空心球體。
全文摘要
本發(fā)明一種制備硬質合金空心球體的模具及制備方法。該模具由上模、下模和用于固定上模和下模的外套組成;本發(fā)明的很大范圍內控制和改變空心球體的整體重量和密度,明顯節(jié)省原材料,由于采用高精度的鋼模成形和輻射狀齒形端面,從而可精確的控制空心球體的壁厚和防止重量偏心。增強了燒結釬焊面的面積和連接強度,從而大幅度提高了空心球體的抗壓和抗沖擊強度。工藝簡單成品率高,易于推廣,適合工業(yè)化大批量生產,經濟效益,社會效益十分明顯。
文檔編號B22F3/16GK102211190SQ20111013193
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2011年5月20日
發(fā)明者劉青, 吳成義, 季業(yè), 戚君婷, 李陽陽, 賈磊, 辛延君, 郭志猛 申請人:北京科技大學