一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具及擠壓工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具及擠壓工藝，模具包括通用標(biāo)準(zhǔn)框架和分瓣式組合模芯，通用標(biāo)準(zhǔn)框架包括上模座、下模座，上模座和下模座之間支撐著配合后能上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)柱、導(dǎo)套，傳力桿通過(guò)傳力桿固定板固定在上模座上，傳力桿的下端設(shè)有壓頭，固定座在下模座上，下模座的下面設(shè)有頂出桿與固定座底部相通，分瓣式組合模芯放在固定座上，分瓣式組合模芯由至少兩塊模芯拼塊拼成，模芯拼塊拼合面沿著豎直方向，模芯拼塊內(nèi)表面帶有凹槽拼合后能形成圓柱狀凸起所需的模芯腔。可快速更換模芯并保證非晶態(tài)合金零件的成形精度及表面質(zhì)量，可以防止表面氧化，具有較高的生產(chǎn)效率，節(jié)能降耗，避免非晶態(tài)合金零件的晶化現(xiàn)象。
【專利說(shuō)明】一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具及擠壓工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非晶態(tài)金屬玻璃擠壓成形工藝及模具，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(dú)特的無(wú)序微觀結(jié)構(gòu)，使其既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn)，又克服了它們各自的弊端。玻璃易碎，沒(méi)有延展性；但金屬玻璃的強(qiáng)度高于鋼，硬度超過(guò)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(qiáng)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(duì)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(duì)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(duì)上述原材料用超聲波在酒精介質(zhì)中進(jìn)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(shí)要避免原料銅和銅坩堝相接觸，以防止原料銅熔化時(shí)與銅坩堝發(fā)生粘結(jié)；然后合爐進(jìn)行抽真空，充入0.05MPa的氬氣保護(hù)，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(duì)試件進(jìn)行簡(jiǎn)單的清理即可獲得所需工件。利用可潰型模具通過(guò)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(shí)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?100_、厚度尺寸0.1?50mm的各種復(fù)雜形狀零部件，如齒輪類、實(shí)心或?qū)嵭呐_(tái)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(shí)成形不產(chǎn)生表面缺陷的成形品，利用使用了構(gòu)造簡(jiǎn)單的模具的簡(jiǎn)化工序成形高尺寸精度的成形部件，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(jiǎn)單地成形。
[0004]非晶態(tài)合金在模具成形后，存在兩方面的問(wèn)題:一是成形后如果直接通過(guò)模具的頂出系統(tǒng)頂出零件，由于零件在成形后還是過(guò)冷液態(tài)，頂出零件易導(dǎo)致零件損壞，如:頂穿、變形、破裂等；二是成形后如果讓成形零件在模具內(nèi)隨著模具空冷，將需要很長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，容易導(dǎo)致成形的零件部分晶化，無(wú)法得到完全的非晶態(tài)合金件，另外生產(chǎn)效率也很低。
[0005]綜觀已有的關(guān)于非晶態(tài)合金成形方面的專利成果，有的為了保護(hù)非晶態(tài)合金坯料和零件不被氧化，采用了真空爐將成形工裝包裹在內(nèi)部；有的直接不采取任何防護(hù)措施。如果不采取防護(hù)措施，將導(dǎo)致非晶態(tài)合金的坯料和零件表面被氧化，影響零件的表面外觀質(zhì)量，也會(huì)影響零件的成形精度。如果采用真空爐將成形工裝包裹在內(nèi)部，主要存在以下幾方面的問(wèn)題:(1)由于真空爐較大，而且每成形一個(gè)零件就要抽真空，充填保護(hù)氣氛，因而生產(chǎn)效率較低，對(duì)于保護(hù)氣氛的損耗也較大。(2)在成形過(guò)程中，工裝必須要超過(guò)非晶態(tài)合金的玻璃化溫度，而且要低于非晶態(tài)合金的晶化溫度，這樣才可以保證非晶態(tài)合金坯料才能順利成形；但是，通過(guò)真空爐的電阻加熱方式對(duì)于整個(gè)工裝進(jìn)行加熱，工裝的溫度不易控制。(3)在頂出零件時(shí)，非晶態(tài)合金坯料在成形以后，仍入于過(guò)冷液體狀態(tài)，強(qiáng)度不高，如果直接頂出，將導(dǎo)致非晶態(tài)合金零件表面的損壞。(4)非晶態(tài)合金零件頂出以后，必須拿出并快速冷卻，否則將導(dǎo)致非晶態(tài)合金零件的晶化，導(dǎo)致成形工藝失敗。(5)在零件拿出真空爐以后，高溫狀態(tài)的非晶態(tài)合金零件將接觸空氣，從而導(dǎo)致非晶態(tài)合金零件的表面被氧化，嚴(yán)重影響非晶態(tài)合金零件的表面質(zhì)量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)不足，而提供一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具及擠壓工藝?？煽焖俑鼡Q模芯并保證非晶態(tài)合金零件的成形精度及表面質(zhì)量，可以防止表面氧化，具有較高的生產(chǎn)效率，避免非晶態(tài)合金零件的晶化現(xiàn)象。
[0007]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，包括通用標(biāo)準(zhǔn)框架和分瓣式組合模芯，通用標(biāo)準(zhǔn)框架包括上模座、下模座，上模座和下模座之間支撐著配合后能上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)柱、導(dǎo)套，傳力桿通過(guò)傳力桿固定板固定在上模座上，傳力桿的下端設(shè)有壓頭，固定座在下模座上，下模座的下面設(shè)有頂出桿與固定座底部相通，分瓣式組合模芯放在固定座上，分瓣式組合模芯由至少兩塊模芯拼塊拼成，模芯拼塊拼合面沿著豎直方向，模芯拼塊內(nèi)表面帶有凹槽拼合后能形成圓柱狀凸起所需的模芯腔。
[0009]所述的固定座的上表面設(shè)置有凹槽，凹槽的內(nèi)表面有3?5°的斜度；分瓣式組合模芯下部設(shè)置有與凹槽配合的臺(tái)階，臺(tái)階的外表面有3?5°的斜度，而且凹槽內(nèi)表面的斜度與模芯臺(tái)階的外表面斜度相同，通過(guò)固定座的凹槽保證各瓣模芯之間的配合精度，并使各瓣模芯結(jié)合在一起。
[0010]所述的分瓣式組合模芯外面設(shè)有夾緊套，防止模芯分開。分瓣式組合模芯的外表面有3?5°的斜度，夾緊套的內(nèi)表面也有3?5°的斜度，兩者相配合，而且模芯的斜度與夾緊套的斜度相同。
[0011]所述的上模座與傳力桿固定板之間設(shè)有上墊板，所述的固定座與下模座之間設(shè)有下墊板。
[0012]所述的上模座、上墊板、傳力桿固定板通過(guò)銷釘或螺釘固定在一起。下模座、下墊板、固定座通過(guò)銷釘或螺釘固定在一起。
[0013]成形時(shí)，將分瓣式組合模芯放入固定座，將非晶態(tài)合金坯料通過(guò)組合式模腔中間的孔放入模腔中，然后將壓頭放入組合式模腔中間的孔。采用斜面保證分瓣式組合模芯與固定座之間的裝配精度，通過(guò)過(guò)渡配合方式保證壓頭與組合式模腔之間的裝配精度。工藝過(guò)程主要包括分瓣式組合模芯的組裝、加熱、成形、頂出、冷卻、打開模芯并取出零件等過(guò)程。
[0014]為了保證生產(chǎn)效率，在成形過(guò)程中需要加工4?5套分瓣式組合模芯，這樣可以保證有一套模芯在組裝，一套模芯在加熱，一套模芯在成形，一套模芯在冷卻，保證成形流程順利進(jìn)行，節(jié)約非晶態(tài)合金零件的生產(chǎn)時(shí)間。
[0015]一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓工藝，包括步驟如下:
[0016](I)在通有保護(hù)氣氛(如:気氣)的箱體中組裝分瓣式組合模芯，并將非晶態(tài)合金坯料和壓頭放入模芯孔；
[0017](2)將組合好的模芯放入通有保護(hù)氣氛(如:氬氣)的箱式電阻爐中加熱，箱式電阻爐的加熱溫度需要位于非晶態(tài)合金的玻璃化溫度和晶化溫度之間，一般應(yīng)高于玻璃化溫度15?20度；將組合模芯放在爐中加熱10?30分鐘(加熱時(shí)間要模芯的直徑確定)；
[0018](3)將加熱后的模芯用工具夾持放入夾緊套中，啟動(dòng)成形設(shè)備，通過(guò)傳力桿將壓頭壓入到模芯的深處，促使非晶態(tài)合金坯料充填模芯的腔體；
[0019](4)成形結(jié)束后，利用成形設(shè)備的頂出機(jī)構(gòu)，通過(guò)頂出桿將組合式模芯頂出；
[0020](5)用工具把模芯夾持到冷卻介質(zhì)(如:淬火油、淬火液、水等)中冷卻；
[0021](6)打開模芯并取出零件。
[0022]本發(fā)明的有益效果是:
[0023](I)利用封閉的模腔對(duì)非晶態(tài)合金坯料和成形的非晶態(tài)合金零件進(jìn)行保護(hù)，防止氧化。
[0024](2)通用標(biāo)準(zhǔn)框架不用加熱，在室溫下操作即可，節(jié)能降耗。
[0025](3)分瓣式組合模芯頂出后在冷卻介質(zhì)(如:淬火油、淬火液、水等)中冷卻，提高非晶態(tài)合金零件的冷卻速度，避免非晶態(tài)合金零件出現(xiàn)晶化現(xiàn)象。
[0026](4)成形結(jié)束后，在頂出過(guò)程中頂桿直接作用于固定座上，頂桿不與非晶態(tài)合金零件接觸，可保證零件的表面尺寸精度和表面質(zhì)量；
[0027](5)分瓣式組合模芯的分模面是沿著豎直方向，保證零件成形之后可以順利取出零件。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為實(shí)施例1階梯軸的分瓣式組合模芯爆炸圖(成形之前)；
[0030]圖3實(shí)施例1階梯軸的分瓣式組合模芯的組合圖；
[0031]圖4實(shí)施例1階梯軸的分瓣式組合模芯的組合后內(nèi)部示意圖；
[0032]圖5實(shí)施例1階梯軸的分瓣式組合模芯的成形后內(nèi)部示意圖；
[0033]圖6實(shí)施例1階梯軸的分瓣式組合模芯的爆炸圖(成形之后)；
[0034]圖7為實(shí)施例2銷軸的分瓣式組合模芯的爆炸圖；
[0035]圖8為實(shí)施例2三銷軸的分瓣式組合模芯的組合圖；
[0036]圖9為實(shí)施例2三銷軸的分瓣式組合模芯的組合后內(nèi)部示意圖；
[0037]圖10為實(shí)施例2三銷軸的分瓣式組合模芯的成形后內(nèi)部示意圖；
[0038]圖11為實(shí)施例2三銷軸的分瓣式組合模芯的爆炸圖(成形之后)；
[0039]其中，Ia和lb、導(dǎo)柱，2、下模座，3、，內(nèi)六角圓柱頭螺釘，4、分瓣式組合模芯，5、下墊板，6、頂出桿，7、非晶態(tài)合金坯料，8、固定座，9、銷釘，10、上模座，Ila和lib、導(dǎo)套，12、上墊板，13、銷釘，14、傳力桿固定板，15、傳力桿，16、壓頭，17、螺釘，18、夾緊套，19a和19b、階梯軸組合式模芯的分瓣，20、階梯軸，21a、21b和21c、三銷軸組合式模芯的分瓣，22、三銷軸。

【具體實(shí)施方式】
[0040]下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
[0041]一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，包括通用標(biāo)準(zhǔn)框架和分瓣式組合模芯，通用標(biāo)準(zhǔn)框架包括上模座10、下模座2，上模座10和下模座2之間支撐著配合后能上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)柱Ia和lb、導(dǎo)套Ila和Ilb,傳力桿15通過(guò)傳力桿固定板14、上墊板12固定在上模座10上，傳力桿15下端設(shè)有壓頭16，下墊板5固定在下模座2，固定座8在下墊板5上，固定座5下面有頂出桿6，固定座8上放有分瓣式組合模芯4，分瓣式組合模芯4由至少兩塊模芯拼塊拼成，模芯拼塊拼合面沿著豎直方向，模芯拼塊內(nèi)表面帶有凹槽拼合后能形成所需模芯腔。
[0042]固定座8的上表面設(shè)置有凹槽，凹槽的內(nèi)表面有3?5°的斜度；分瓣式組合模芯4下部設(shè)置有與凹槽配合的臺(tái)階，臺(tái)階的外表面有3?5°的斜度，而且凹槽內(nèi)表面的斜度與模芯臺(tái)階的外表面斜度相同，通過(guò)固定座的凹槽保證各瓣模芯之間的配合精度，并使各瓣模芯結(jié)合在一起。
[0043]分瓣式組合模芯的分模面是沿著豎直方向，保證零件成形之后可以順利取出零件。
[0044]分瓣式組合模芯4外面設(shè)有夾緊套18。分瓣式組合模芯4的外表面有3?5°的斜度，夾緊套18的內(nèi)表面也有3?5°的斜度，而且模芯的斜度與夾緊套的斜度相同。這樣可以通過(guò)擠壓過(guò)程中的擠壓力、模芯和夾緊套的斜度，確保三瓣可以緊密地貼合，保證零件的成形精度。
[0045]各瓣模芯與固定座組合以后，將非晶態(tài)合金坯料通過(guò)模芯孔放入組合式模芯中，然后將壓頭放入模芯孔，壓頭與模芯孔的尺寸關(guān)系是過(guò)渡配合的形式。通用標(biāo)準(zhǔn)框架具有通用性，只要分瓣式組合模芯的外徑相同、壓頭的外徑尺寸大于傳力桿的尺寸，可以幾個(gè)零件共用一個(gè)通用標(biāo)準(zhǔn)框架。
[0046]擠壓工藝，包括步驟如下:
[0047](I)在通有保護(hù)氣氛(如:気氣)的箱體中組裝分瓣式組合模芯，并將非晶態(tài)合金坯料和壓頭放入模芯孔；
[0048](2)將組合好的模芯放入通有保護(hù)氣氛(如:氬氣)的箱式電阻爐中加熱，箱式電阻爐的加熱溫度需要位于非晶態(tài)合金的玻璃化溫度和晶化溫度之間，一般應(yīng)高于玻璃化溫度15?20度；將組合模芯放在爐中加熱10?30分鐘(加熱時(shí)間要模芯的直徑確定)；
[0049](3)將加熱后的模芯用工具夾持放入夾緊套中，啟動(dòng)成形設(shè)備，通過(guò)傳力桿將壓頭壓入到模芯的深處，促使非晶態(tài)合金坯料充填模芯的腔體；
[0050](4)成形結(jié)束后，利用成形設(shè)備的頂出機(jī)構(gòu)，通過(guò)頂出桿將組合式模芯頂出；
[0051](5)用工具把模芯夾持到冷卻介質(zhì)(如:淬火油、淬火液、水等)中冷卻；
[0052](6)打開模芯并取出零件。
[0053]利用封閉的模腔對(duì)非晶態(tài)合金坯料和成形的非晶態(tài)合金零件進(jìn)行保護(hù)，防止氧化。
[0054]通用標(biāo)準(zhǔn)框架不用加熱，在室溫下操作即可。
[0055]分瓣式組合模芯頂出后在冷卻介質(zhì)(如:淬火油、淬火液、水等)中冷卻，提高非晶態(tài)合金零件的冷卻速度，避免非晶態(tài)合金零件出現(xiàn)晶化現(xiàn)象。
[0056]實(shí)施例1:階梯軸的分瓣式組合模芯，如圖2-6，模芯腔為階梯軸形。
[0057]非晶態(tài)合金為Zr58.5Cul5.6Ν?12.8A110.3Nb2.8，玻璃化溫度和晶化溫度分別為385°C和470°C。該非晶態(tài)合金在加熱溫度為405°C時(shí)，可以保溫30分鐘而沒(méi)有晶化現(xiàn)象，可以滿足工藝的要求。在加熱過(guò)程中，將箱式電阻爐的加熱溫度設(shè)置在403°C?407°C，力口熱時(shí)間為20分鐘。保護(hù)氣氛為氬氣。組合式模芯的材料為H13熱作模具鋼。冷卻介質(zhì)為淬火油。
[0058]實(shí)施例2:三銷軸的分瓣式組合模芯，如圖7-11，模芯腔為三銷軸形。
[0059]非晶態(tài)合金為Zr58.5Cul5.6Ν?12.8A110.3Nb2.8，玻璃化溫度和晶化溫度分別為385°C和470°C。該非晶態(tài)合金在加熱溫度為405°C時(shí)，可以保溫30分鐘而沒(méi)有晶化現(xiàn)象，可以滿足工藝的要求。在加熱過(guò)程中，將箱式電阻爐的加熱溫度設(shè)置在403°C?407°C，力口熱時(shí)間為20分鐘。保護(hù)氣氛為氬氣。組合式模芯的材料為H13熱作模具鋼。冷卻介質(zhì)為淬火油。
【權(quán)利要求】
1.一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，包括通用標(biāo)準(zhǔn)框架和分瓣式組合模芯，通用標(biāo)準(zhǔn)框架包括上模座、下模座，上模座和下模座之間支撐著配合后能上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)柱、導(dǎo)套，傳力桿通過(guò)傳力桿固定板固定在上模座上，傳力桿的下端設(shè)有壓頭，固定座在下模座上，下模座的下面設(shè)有頂出桿與固定座底部相通，分瓣式組合模芯放在固定座上，分瓣式組合模芯由至少兩塊模芯拼塊拼成，模芯拼塊拼合面沿著豎直方向，模芯拼塊內(nèi)表面帶有凹槽拼合后能形成圓柱狀凸起所需的模芯腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，所述的固定座的上表面設(shè)置有凹槽，分瓣式組合模芯下部設(shè)置有與凹槽配合的臺(tái)階。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，凹槽的內(nèi)表面有3?5°的斜度；臺(tái)階的外表面有3?5°的斜度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，所述的分瓣式組合模芯外面設(shè)有夾緊套。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，分瓣式組合模芯的外表面有3?5°的斜度，夾緊套的內(nèi)表面也有3?5°的斜度，兩者相配合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，所述的上模座與傳力桿固定板之間設(shè)有上墊板，所述的固定座與下模座之間設(shè)有下墊板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可快速更換模芯的非晶金屬擠壓模具，其特征是，所述的上模座、上墊板、傳力桿固定板通過(guò)銷釘或螺釘固定在一起；下模座、下墊板、固定座通過(guò)銷釘或螺釘固定在一起。
8.利用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述模具進(jìn)行非晶金屬擠壓的工藝，其特征是，包括步驟如下: (1)在通有保護(hù)氣氛的箱體中組裝分瓣式組合模芯，并將非晶態(tài)合金坯料和壓頭放入模芯孔； (2)將組合好的模芯放入通有保護(hù)氣氛的箱式電阻爐中加熱，箱式電阻爐的加熱溫度需要位于非晶態(tài)合金的玻璃化溫度和晶化溫度之間，將組合模芯放在爐中加熱10?30分鐘； (3)將加熱后的模芯用工具夾持放入夾緊套中，啟動(dòng)成形設(shè)備，通過(guò)傳力桿將壓頭壓入到模芯的深處，促使非晶態(tài)合金坯料充填模芯的腔體； (4)成形結(jié)束后，通過(guò)頂出桿將組合式模芯頂出； (5)用工具把模芯夾持到冷卻介質(zhì)中冷卻； (6)打開模芯并取出零件。
【文檔編號(hào)】B21C25/02GK104190737SQ201410427429
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】賀連芳, 李輝平, 張如良, 孔令亮 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)