标准件模具的超塑成形技术.pdf

本发明是一种模具制造技术，主要用于制造生产标准件的钢模具，也可以用于其它钢模具的制造。
    标准件是社会需求量相当大的产品，每年都需要消耗大量的模具用以生产标准件。标准件模具在工作中承受巨大的冲击力和单位压力、工作频率高、磨损严重，因而要求模具本身具有足够的强度、硬度、耐磨性、韧性和高的疲劳寿命，并要求有高的尺寸精度和表面光洁度。目前，用于标准件模具制造的方法主要是采用切削加工，或采用电火花、线切割等电加工技术，模具材料利用率低，模具制造工序多、周期长、成本高，使用寿命较低。采用温挤压成形可以明显节约模具材料，简化制造工序，成形速度也较快。但是，温挤压成形时，金属变形抗力较大、流动性差，对于要求精度高、变形量大、形状复杂的标准件模具不易成形，且所成形的模具寿命提高不多。利用金属材料在超塑状态下一次挤压成形模具的方法，是一种最新的少无切削模具制造技术。金属材料在超塑状态下，变形抗力非常小（最大流应变力仅有几十MPa），塑性和流动性极好（延伸率可由通常的百分之几十提高到百分之几百，甚至上千），且不产生加工硬化。英国Grafield Institute of Technology的E·W·J·Millere和R·Pearce曾采用超塑挤压法制造出一种铜币和一个小型“O”型密封圈的浅型腔模具（《Metallurgia》1981，5，206～210），比较好的解决了模具型腔加工困难及模具挤压成形过程中变形抗力大，成形模具尺寸精度低，光洁度差等问题。但是他们仅限于型腔凹模的成形，且成形出的模具型腔较浅，模具材料也仅限于几种热锻模具钢。目前对于标准件模具以及其它各种凸模、凹模、冲模、拉伸模、滚丝模等的超塑成形、对于型腔深、精度高、形状复杂模具的超塑成形均尚未见报道。

    本发明的任务是将钢地超塑性与超塑成形技术用于标准件模具及其它各种类型凹模、凸模、冲模、滚丝模等模具的制造，实现各种热作模具钢、冷作模具钢、基体钢类模具钢的超塑成形。

    实现本发明的原理是，利用模具钢在一定的组织条件和变形条件下具有组织（恒温）超塑性这一特点，将经过予先处理的显微组织满足一定要求的模具钢毛坯放在具有加热控温装置和速度可调的压机上，在一定的温度和速度下用耐热钢或耐热合金母模对毛坯进行一次挤压成形。超塑性的组织条件可以通过组织超细化的予处理来满足，供应状态的模具钢一般也能基本满足超塑性所要求的组织条件。组织超细化的予处理可采用高温固溶处理、快速加热循环淬火或热机械处理等方法细化碳化物（＜0.5μm）并实现基体晶粒的超细化（晶粒尺寸≤5μm）、等轴化和稳定化。具有这种稳定微细晶粒组织的模具钢加热到相变温度AC1附近，在10-1～10-3分-1的应变速率下，钢的延伸率可以达到200～1000%，而最大流变应力仅20～80MPa，并在变形过程中不产生加工硬化现象，钢在这样一种超塑状态下，便可一次挤压成形出所需的形状和尺寸。

    本发明的优点是，超塑挤压成形时钢的变形抗力小，成形温度低，塑性和流动性好，可在较低吨位压机上在中温一次成形出形状复杂、精度高、变形量大的各种模具;成形后的模具尺寸精度可达4～2级，表面光洁度为7～9，沟槽棱角清晰，清角半径＜0.1mm;具有少无切削的优点;模具毛坯的予处理工艺简单，甚至可不经予处理;成形后模具的组织超细化，寿命可以提高3-10倍，并可对因磨损或变形而失效的模具通过重新挤压成形修旧如新;本发明可对各种冷作模具钢、热作模具钢、基体钢类钢一次挤压成形，并可批量生产精度一致的模具;模具加工周期短、工序少、设备少、节材料、节能源、模具生产成本低。

    本发明的实施例为螺母六方冷镦凸模（图1）和螺栓六方切边凹模（图3）的超塑挤压成形。模具材料为高强韧性的基体钢类钢7Cr7Mo2V2Si（代号LD）和65Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb），也可以用其它冷作模具钢。超塑成形工艺流程为：毛坯下料→超塑予处理（或不进行予处理）→涂保护润滑剂→装入挤压模→加热并挤压成形→脱模。毛坯下料后若进行予处理，则可在950～1050℃循环淬火1～3次。图2为六方冷镦凸模超塑成形装置，图4为六方切边凹模超塑成形装置。成形装置由加热炉（1）、冲头（3）、上模（2）、下模（6）、顶杆（5）和外套（7）组成，冲头（3）、上模（2）和下模（6）均用耐热钢或耐热合金做成，在超塑成形温度下有足够的热强性。成形装置置于压力机工作台上，上模（2）和下模（6）装在外套（7）内，放入加热炉（1）中。将涂有保护润滑剂的标准件模具毛坯（4）放在温度为AC1-（10～50）℃的下模（6）和上模（2）内，保温3～15分钟，启动压力机，使冲头（3）以0.5～5mm/分的速度等温挤压毛坯（4），直至成形出标准件模具，然后用顶杆（5）将成形的模具顶出脱模。标准件模具一次挤压成形并可连续进行批量生产。总成形压力＜24吨，成形时间＜20分钟。与切削加工相比，模具材料可节约50%以上，工时减少80%以上，成本降低60%以上，模具使用寿命可提高3～10倍。