專利名稱：高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛成形技術(shù)和用途的制作方法
〔技術(shù)領(lǐng)域〕本發(fā)明涉及一種高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛成形技術(shù)，屬加工制造業(yè)工程材料領(lǐng)域。
〔背景技術(shù)〕圓錐齒輪成形一般采用鍛造圓錐齒輪毛坯——切削加工成形或鑄造圓錐齒輪毛坯——切削加工成形的方法。但鍛造加工效率較低，加工成本較高。鑄造加工則齒輪致密度低，強度、硬度低，塑性、韌性差，齒輪使用壽命低，不能滿足重載運轉(zhuǎn)的要求。
〔發(fā)明內(nèi)容〕本發(fā)明的目的是利用一種新型的工程材料高強度鋅鋁合金，采用液態(tài)模鍛將液態(tài)金屬澆入模具型腔，在高壓作用下成形、結(jié)晶凝固，獲得外表輪廓清晰、精度高，內(nèi)部組織致密、力學(xué)性能好的液態(tài)模鍛件，如齒輪、蝸輪、軸套、軸瓦、導(dǎo)套、滑塊等耐磨零件，制造成本低，使用壽命長，取得良好的效果。
為實現(xiàn)上述目的，采用一種高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛成形技術(shù)，由Al、Cu、Mg、Zn組成，其中含Al為22～27％、含Cu為1.2～1.9％、含Mg為0.02～0.05％、含Zn為71.05～76.78％。工藝方法為液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造，將液態(tài)金屬澆入模具型腔，在高壓作用下成形、結(jié)晶、凝固。生產(chǎn)高強度鋅鋁合金圓錐齒輪模鍛工藝過程為高強度鋅鋁合金熔煉，模具清理，預(yù)熱——打開模具，定量澆注——合模，加壓成形——保壓，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固——卸壓，開模取件，獲得的液態(tài)模鍛高強度鋅鋁合金圓錐齒輪力學(xué)性能接近甚至達(dá)到模鍛件水平，齒輪輪齒部分基本不用加工，只需在齒輪安裝配合處作切削加工即可，高壓下結(jié)晶，減小了表面凝固層與型腔壁之間的間隙，加快熱傳導(dǎo)和冷卻速度，細(xì)化晶粒，高壓冷卻作用隨著上模的壓下會產(chǎn)生少量的塑性變形，晶粒不易長大，未凝固的液態(tài)金屬可通過晶粒間隙進(jìn)行補縮，消除顯微縮松、成分偏析等鑄造缺陷，強化相分布均勻。高強度鋅鋁合金圓錐液態(tài)模鍛模具，安裝在三梁四柱通用液壓機(jī)上，模具的上模成型部分為分開的上模鑲塊和型芯，之間用彈壓板、彈簧、卸料螺釘連接。這種技術(shù)對本專業(yè)的人來說是比較清楚的。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，材料結(jié)構(gòu)合理，采用液態(tài)模鍛工藝，高強度鋅鋁合金材料加工制成的圓錐齒輪組織致密、晶粒細(xì)小、強化相分布均勻，強度、硬度高，耐磨性能好，使用壽命長。鋅鋁合金的高阻尼特性可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪音低、抗振性能好。其無火花性可使齒輪安全用于油田、煤礦、天然氣等危險場合的機(jī)械上，高強度鋅鋁合金可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、儀表等工業(yè)，具有廣闊的市場前景。
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〕圖1是高強度鋅鋁合金圓錐齒輪產(chǎn)品圖。
圖2是高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛件圖。
圖3是高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛模具結(jié)構(gòu)圖。
圖4是液態(tài)模鍛澆注，成形工藝時的結(jié)構(gòu)圖。
圖5是液態(tài)模鍛開模取件時的結(jié)構(gòu)圖。
把圖3作為本發(fā)明的摘要附圖。
圖中上模板(1)墊板(2)型芯固定板(3)型芯(4)彈壓板(5)上模鑲塊(6)彈簧(7)卸料螺釘(8)導(dǎo)套(9)導(dǎo)柱(10)下模套(11)下模(12)下模鑲塊(13)下模板(14)頂桿(15)下面結(jié)合實施例附圖進(jìn)一步說明。
如圖3所示，加壓時，上模鑲塊6先與液態(tài)金屬接觸，使之初始成形，隨著活動橫梁的下降，型芯4逐步插入，進(jìn)一步壓實、補縮，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固。高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛成形后，液壓機(jī)活動橫梁帶動上模部分上升到一定高度，如圖5液壓機(jī)下頂缸帶動頂桿頂出圓錐齒輪液態(tài)模鍛件，如將上模鑲塊6下模12和下模鑲塊13拆卸或替換成其它形狀模具可獲得圓柱齒輪或其它零件。
〔具體實施方式
〕實施例11、高強度鋅鋁合金ZA22由21-23％的Al、1.1-1.3％的Cu、0.01-0.03％的Mg和其余為Zn組成，其力學(xué)性能為σb＝425Mpa、135HB、δ＝20％。
高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛工藝參數(shù)如下合金澆注溫度為500-620℃。
模具預(yù)熱溫度為180-250℃。
保壓單位壓力為80～120Mpa；液態(tài)模鍛單位壓力為50～120Mpa。
保壓時間根據(jù)液態(tài)模鍛件壁厚取0.5～1.2s/mm。
實施例2高強度鋅鋁合金ZA27由26-28％的Al、1.8-2.0％的Cu、0.04-0.06％的Mg和其余為Zn組成，其力學(xué)性能為σb＝478Mpa、142HB、δ＝19.6％。
高強度鋅鋁合金錐齒輪液態(tài)模鍛工藝參數(shù)如下合金澆注溫度500-620℃。
模具預(yù)熱溫度180-250℃。
保壓單位壓力80～120Mpa；液態(tài)模鍛單位壓力50～120Mpa。
保壓時間根據(jù)液態(tài)模鍛件壁厚取0.5～1.2s/mm。
權(quán)利要求
1.一種高強度鋅鋁合金材料，包括Al等原料，其特征在于由Al、Cu、Mg、Zn組成，其中含Al為22～27％、含Cu為1.2～1.9％、含Mg為0.02～0.05％、含Zn為71.05～76.78％。
2.如專利要求1所述的，一種高強度鋅鋁合金材料，其特征在于高強度鋅鋁合金材料ZA22由21-23％的Al、1.1-1.3％的Cu、0.01-0.03％的Mg和其余為Zn組成，其力學(xué)性能為σb＝425Mpa、135HB、δ＝20％。
3.如專利要求1所述的，一種高強度鋅鋁合金材料，其特征在于高強度鋅鋁合金材料ZA27由26-28％的Al、1.8-2.0％的Cu、0.04-0.06％的Mg和其余為Zn組成，其力學(xué)性能為σb＝478Mpa、142HB、δ＝19.6％。
4.如專利要求1所述的高強度鋅鋁合金材料，其特征在于生產(chǎn)高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛工藝過程包括以下步驟高強度鋅鋁合金熔煉，模具清理，預(yù)熱——打開模具，定量澆注——合模，加壓成形——保壓，直至液態(tài)金屬在高壓下完全凝固——卸壓，開模取件，其工藝參數(shù)合金澆注溫度為500-620℃；模具預(yù)熱溫度為180-250℃；保壓單位壓力為80～120Mpa；液態(tài)模鍛單位壓力為50～120Mpa；保壓時間為根據(jù)液態(tài)模鍛件壁厚取0.5～1.2s/mm。
5.如權(quán)利要求4所述的工藝過程，其特征在于高壓下結(jié)晶凝固，減小了表面凝固層與型腔壁之間的間隙，加速熱傳導(dǎo)和冷卻速度，細(xì)化晶粒。
6.如權(quán)利要求4所述的工藝過程，其特征在于高壓冷卻作用隨著上模的壓下產(chǎn)生少量的塑性變形，晶粒不易長大，未凝固的液態(tài)金屬可通過晶粒間隙進(jìn)行補縮，消除顯微縮松、成分偏析等鑄造缺陷，強化相分布均勻。
7.如權(quán)利要求4所述高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛模具，安裝在三梁四柱通用液壓機(jī)上，其特征在于模具的上模成型部分為分開的上模鑲塊和型芯，之間用彈壓板、彈簧、卸料螺釘連接。
8.如權(quán)利要求7所述的模具，其特征在于將上模鑲塊、下模和下模鑲塊拆卸或替換成其它形狀模具可獲得圓柱齒輪或其它零件。
9.權(quán)利要求1所述的高強度鋅鋁合金材料，其特征在于它的高阻尼特性可使齒輪傳動平穩(wěn)噪音低。
10.如權(quán)利要求1所述的高強度鋅鋁合金材料，其特征在于它的無火花性可使齒輪安全用于油田、煤礦、天然氣等危險場合的機(jī)械上，也可用于汽車、儀表等工業(yè)領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強度鋅鋁合金圓錐齒輪液態(tài)模鍛成型技術(shù)，屬加工制造業(yè)工程材料領(lǐng)域。由Al、Cu、Mg、Zn組成，其中含Al為22～27％、含Cu為1.2～1.9％、含Mg為0.02～0.05％、含Zn為71.05～76.78％。工藝方法為液態(tài)模鍛，又稱擠壓鑄造，將液態(tài)金屬澆入模具型腔，在高壓作用下成型、結(jié)晶、凝固。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，材料結(jié)構(gòu)合理，采用液態(tài)模鍛工藝，高強度鋅鋁合金材料加工制成的圓錐齒輪組織致密、晶粒細(xì)小、強化相分布均勻，強度、硬度高，耐磨性能好，使用壽命長。鋅鋁合金的高阻尼特性可使齒輪傳動平穩(wěn)、噪音低、抗振性能好。其無火花性可使齒輪安全用于油田、煤礦、天然氣等危險場合的機(jī)械上，高強度鋅鋁合金可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、儀表等工業(yè)，具有廣闊的市場前景。
文檔編號C22C18/00GK1546254SQ20031010921
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月9日
發(fā)明者徐紀(jì)平 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)