CN106623580B - 一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法 - Google Patents

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Abstract

一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，它涉及一种卫浴水龙头支管的制造方法。本发明的目的是为了解决现有以铜合金、锌铝合金为材质的卫浴水龙头铸造成形中存在高能耗，易产生砂型固废和气废，同时还存在外观微细结构成形困难的问题。方法：一、机械切割；二、热处理；三、将模具升温施压；四、向左右压头施加压力；五、降低左右压头压力；六、升高模具温度，向管坯中通入气体；七、取出成型件，去除氧化膜，得到热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管。本发明即解决了单一超塑成形过度减薄问题，又解决了单一热挤压无法成形外部微细结构的难题，是一种全新的绿色制造技术。本发明可获得卫浴水龙头支管。

Description

一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法
技术领域
本发明涉及一种卫浴水龙头支管的制造方法。
背景技术
目前，卫浴水龙头材质包括锌铝合金、铜合金、铸铁等，其中以锌铝合金和铜合金使用频率更高，钛合金由于其优良的耐腐蚀以及生物相容性，在卫浴水龙头上也具有潜在的优势。然而，以上材质的卫浴水龙头制造工艺主要依赖于铸造，众所周知卫浴水龙头铸造流程复杂，工艺过程多，主要的工艺过程包括压蜡、砂型制造、浇注、去浇口、震壳、打磨等，工序复杂往往导致较高的次品率，对外观平整度要求较高的构件尤为突出，另外铸造过程会产生沙子固废以及气废，所以急需寻求一种全新的制造技术来代替或弥补传统铸造技术。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有以铜合金、锌铝合金为材质的卫浴水龙头铸造成形中存在高能耗，易产生砂型固废和气废，同时还存在外观微细结构成形困难的问题，而提供一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法。
一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、机械切割：将挤压管材进行剪裁，得到剪裁的挤压管材；
二、热处理：对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为200℃～800℃的马弗炉中热处理1h～6h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯；
三、首先将模具安装到超塑成形机上，然后将热处理后的管坯置于上模和下模之间的圆筒形内腔中，再将左压头和右压头置于圆筒形内腔中热处理后的管坯两侧；将模具的温度升温至300℃～800℃，通过超塑成形机的液压缸向温度为300℃～800℃的上模施加恒定压力以保持上模和下模的相对位置不变；
步骤三中所述的施加压力为11MPa～20MPa；
四、通过右压头的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在2MPa～30MPa，再在热处理后的管坯中的气体压力为2MPa～30MPa和模具温度为300℃～800℃的条件下分别向左压头和右压头施加相同的侧向压力；
步骤四中所述的侧向压力为20MPa～30MPa，左压头和右压头的位移速度为1mm/s～20mm/s；
五、当热处理后的管坯充满盲孔时，降低左压头和右压头的侧向压力，侧向压力降至原有压力的60％～80％，左压头和右压头的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体；
六、将模具的温度升高至400℃～950℃，再在模具温度为400℃～950℃下通过右压头的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在1MPa～8MPa，并保温保压5min～10min；
七、取出成型件，再通过砂带去除成型件表面的氧化膜，得到卫浴水龙头支管。
本发明的原理及优点：
一、本发明所提出的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，原材料为工艺管材，成形过程无需金属融化，可显著降低能耗，同时不会产生浇口、浇道等，提高了材料的利用率；另外成形工艺环节减小为两个，即热挤压和超塑胀形，可有效保证产品良品率，将热挤压与超塑成形相结合，即解决了单一超塑成形过度减薄问题，又解决了单一热挤压无法成形外部微细结构的难题，是一种全新的绿色制造技术；
二、本发明解决了现有以铜合金、锌铝合金为材质的卫浴水龙头铸造成形中存在高能耗，易产生砂型固废和气废，同时还存在外观微细结构成形困难的问题。
本发明可获得卫浴水龙头支管。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的模具的结构示意图；
图2为图1的B-B向剖视图；
图3为图1的A-A向剖视图；
图4为图1的D-D向剖视图；
图5为具体实施方式一中步骤四中所述的向热处理后的管坯中通入气体的过程示意图；
图6为具体实施方式一中步骤六中所述的成型过程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式是一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、机械切割：将挤压管材进行剪裁，得到剪裁的挤压管材；
二、热处理：对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为200℃～800℃的马弗炉中热处理1h～6h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯；
三、首先将模具安装到超塑成形机上，然后将热处理后的管坯置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中，再将左压头3和右压头4置于圆筒形内腔中热处理后的管坯两侧；将模具的温度升温至300℃～800℃，通过超塑成形机的液压缸向温度为300℃～800℃的上模1施加恒定压力以保持上模1和下模2的相对位置不变；
步骤三中所述的施加压力为11MPa～20MPa；
四、通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在2MPa～30MPa，再在热处理后的管坯中的气体压力为2MPa～30MPa和模具温度为300℃～800℃的条件下分别向左压头3和右压头4施加相同的侧向压力；
步骤四中所述的侧向压力为20MPa～30MPa，左压头3和右压头4的位移速度为1mm/s～20mm/s；
五、当热处理后的管坯充满盲孔7时，降低左压头3和右压头4的侧向压力，侧向压力降至原有压力的60％～80％，左压头3和右压头4的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体；
六、将模具的温度升高至400℃～950℃，再在模具温度为400℃～950℃下通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在1MPa～8MPa，并保温保压5min～10min；
七、取出成型件，再通过砂带去除成型件表面的氧化膜，得到卫浴水龙头支管。
本实施方式步骤三中将模具的温度升温至300℃～800℃，是为了达到管坯的热挤压温度，当挤压管材为锌铝合金时模具的温度升温至300℃～350℃，当挤压管材为黄铜或紫铜时模具的温度升温至350℃～600℃，当挤压管材为纯钛或钛合金时，模具的温度升温至500℃～800℃；
本实施方式步骤四中通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在2MPa～30MPa，当管坯为锌铝合金时，管坯中的气体压力控制在2MPa～15MPa，当管坯为黄铜或紫铜时，管坯中的气体压力控制在5MPa～20MPa，当管坯为纯钛或钛合金时，管坯中的气体压力控制在10MPa～30MPa；
本实施方式步骤六中将模具的温度升高至400℃～950℃，是为了达到管坯的超塑成型温度，进而在卫浴水龙头支管上形成棱角、表面图案等局部微细结构的目的；当管坯为锌铝合金时，模具的温度升高至400℃～550℃，当管坯为黄铜或紫铜时，模具的温度升高至550℃～800℃，当管坯为纯钛或钛合金时时，模具的温度升高至800℃～950℃。
图1为具体实施方式一所述的模具的结构示意图，图1中1为上模，2为下模，3为左压头，4为右压头，5为上凹槽，6为下凹槽，7为盲孔；
图2为图1的B-B向剖视图，图2中7为盲孔；
图3为图1的A-A向剖视图；
图4为图1的D-D向剖视图；
图5为具体实施方式一中步骤四中所述的向热处理后的管坯中通入气体的过程示意图，图5中7为盲孔，8为热处理后的管坯；
图6为具体实施方式一中步骤六中所述的成型过程示意图，图6中9为卫浴水龙头支管。
本实施方式的原理及优点：
一、本实施方式所提出的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，原材料为工艺管材，成形过程无需金属融化，可显著降低能耗，同时不会产生浇口、浇道等，提高了材料的利用率；另外成形工艺环节减小为两个，即热挤压和超塑胀形，可有效保证产品良品率，将热挤压与超塑成形相结合，即解决了单一超塑成形过度减薄问题，又解决了单一热挤压无法成形外部微细结构的难题，是一种全新的绿色制造技术；
二、本实施方式解决了现有以铜合金、锌铝合金为材质的卫浴水龙头铸造成形中存在高能耗，易产生砂型固废和气废，同时还存在外观微细结构成形困难的问题。
本实施方式可获得卫浴水龙头支管。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤三中所述的模具包括上模1、下模2、左压头3和右压头4；上模1下表面设置有半圆形上凹槽5，上凹槽5开口方向向下；上凹槽5的弧形面与上模1上表面之间设置有与上模1上表面垂直的盲孔7，盲孔7的开口方向朝向下模2；下模2上表面设置有与半圆形上凹槽5尺寸相同的下凹槽6，下凹槽6的开口方向向上；下凹槽6与上凹槽5合围成圆筒形内腔；
所述的左压头3为圆柱体；右压头4左部为圆柱体，右部为进气管；右压头4左部的圆柱体中心设置有贯穿的进气孔，进气孔与进气管相连通；所述的左压头3和右压头4置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中。其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤二中所述的防氧化剂为质量分数为5％～15％的氮化硼水溶液或质量分数为6％～20％的氧化锆水溶液。其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一中所述的挤压管材为锌铝合金、黄铜、紫铜、纯钛或钛合金。其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的锌铝合金为ZnAl22；所述的黄铜为H59或H62；所述的钛合金为TA1、TA2、TC1或TC4。其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤四中所述的气体为氩气或氮气。其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤六中所述的气体为氩气或氮气。其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为600℃～800℃的马弗炉中热处理3h～6h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯。其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤六中将模具的温度升高至550℃～800℃，再在模具温度为550℃～800℃下通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在4MPa～6MPa，并保温保压5min～10min。其他步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤五中当热处理后的管坯充满盲孔7时，降低左压头3和右压头4的侧向压力，侧向压力降至原有压力的70％，左压头3和右压头4的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体。其他步骤与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤二中对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为260℃的马弗炉中热处理2.5h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯。其他步骤与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一之一不同点是：步骤三中所述的施加压力为11MPa。其他步骤与具体实施方式一至十一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二之一不同点是：步骤四中所述的侧向压力为24MPa。其他步骤与具体实施方式一至十二相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一、一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、机械切割：将挤压管材进行剪裁，得到剪裁的挤压管材；
步骤一中所述的挤压管材为黄铜；所述的黄铜为H62；
二、热处理：对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为550℃的马弗炉中热处理3h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯；
步骤二中所述的防氧化剂为质量分数为10％的氧化锆水溶液；
三、首先将模具安装到超塑成形机上，然后将热处理后的管坯置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中，再将左压头3和右压头4置于圆筒形内腔中热处理后的管坯两侧；将模具的温度升温至600℃，通过超塑成形机的液压缸向温度为600℃的上模1施加恒定压力以保持上模1和下模2的相对位置不变；
步骤三中所述的施加压力为15MPa；
四、通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在10MPa，再在热处理后的管坯中的气体压力为10MPa和模具温度为600℃的条件下分别向左压头3和右压头4施加相同的侧向压力；
步骤四中所述的侧向压力为25MPa，左压头3和右压头4的位移速度为10mm/s；
步骤四中所述的气体为氮气；
五、当热处理后的管坯充满盲孔7时，降低左压头3和右压头4的侧向压力，侧向压力降至原有压力的70％，左压头3和右压头4的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体；
六、将模具的温度升高至800℃，再在模具温度为800℃下通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在4MPa，并保温保压10min；
步骤六中所述的气体为氮气；
七、取出成型件，再通过砂带去除成型件表面的氧化膜，得到卫浴水龙头支管；
步骤三中所述的模具包括上模1、下模2、左压头3和右压头4；上模1下表面设置有半圆形上凹槽5，上凹槽5开口方向向下；上凹槽5的弧形面与上模1上表面之间设置有上凹槽5垂直的盲孔7；下模2上表面设置有与半圆形上凹槽5尺寸相同的下凹槽6，下凹槽6的开口方向向上；下凹槽6与上凹槽5合围成圆筒形内腔；所述的左压头3为圆柱体；右压头4左部为圆柱体，右部为进气管；右压头4左部的圆柱体中心设置有贯穿的进气孔，进气孔与进气管相连通；所述的左压头3和右压头4置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中。
实施例一的优点：
一、超塑状态下材料一次延伸率大，黄铜可超过300％，所以较传统胀形，胀形次数可显著降低，通常1道次胀形即可获得所需外部形状，成本降低；
二、超塑状态下材料变形抗力显著降低，因此对产品厚度的局限显著降低，同时外部棱角等微细结构更易实现，产品范围拓宽。
三、超塑成形内压显著降低，因此设备合模力、侧缸封气力均明显降低，对成形大尺寸产品优势更为显著，设备投入降低。
实施例二、一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，具体是按以下步骤完成的：
一、机械切割：将挤压管材进行剪裁，得到剪裁的挤压管材；
步骤一中所述的挤压管材为钛合金；所述的钛合金为TC4；
二、热处理：对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为700℃的马弗炉中热处理4h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯；
步骤二中所述的防氧化剂为质量分数为12％的氧化锆水溶液；
三、首先将模具安装到超塑成形机上，然后将热处理后的管坯置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中，再将左压头3和右压头4置于圆筒形内腔中热处理后的管坯两侧；将模具的温度升温至700℃，通过超塑成形机的液压缸向温度为700℃的上模1施加恒定压力以保持上模1和下模2的相对位置不变；
步骤三中所述的施加压力为19MPa；
四、通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在20MPa，再在热处理后的管坯中的气体压力为20MPa和模具温度为700℃的条件下分别向左压头3和右压头4施加相同的侧向压力；
步骤四中所述的气体为氮气；
步骤四中所述的侧向压力为30MPa，左压头3和右压头4的位移速度为20mm/s；
五、当热处理后的管坯充满盲孔7时，降低左压头3和右压头4的侧向压力，侧向压力降至原有压力的75％，左压头3和右压头4的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体；
六、将模具的温度升高至920℃，再在模具温度为920℃下通过右压头4的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在6MPa，并保温保压10min；
步骤六中所述的气体为氮气；
七、取出成型件，再通过砂带去除成型件表面的氧化膜，得到卫浴水龙头支管；
步骤三中所述的模具包括上模1、下模2、左压头3和右压头4；上模1下表面设置有半圆形上凹槽5，上凹槽5开口方向向下；上凹槽5的弧形面与上模1上表面之间设置有上凹槽5垂直的盲孔7；下模2上表面设置有与半圆形上凹槽5尺寸相同的下凹槽6，下凹槽6的开口方向向上；下凹槽6与上凹槽5合围成圆筒形内腔；所述的左压头3为圆柱体；右压头4左部为圆柱体，右部为进气管；右压头4左部的圆柱体中心设置有贯穿的进气孔，进气孔与进气管相连通；所述的左压头3和右压头4置于上模1和下模2之间的圆筒形内腔中。
实施例二的优点：
一、超塑状态下材料一次延伸率大，钛合金可超过400％，所以较传统胀形，胀形次数可显著降低，通常1道次胀形即可获得所需外部形状，成本降低；
二、超塑状态下材料变形抗力显著降低，因此对产品厚度的局限显著降低，同时外部棱角等微细结构更易实现，产品范围拓宽。
三、超塑成形内压显著降低，因此设备合模力、侧缸封气力均明显降低，对成形大尺寸产品优势更为显著，设备投入降低。

Claims (8)

1.一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于该方法具体是按以下步骤完成的：
一、机械切割：将挤压管材进行剪裁，得到剪裁的挤压管材；
步骤一中所述的挤压管材为锌铝合金、黄铜、紫铜、纯钛或钛合金管材；
所述的锌铝合金为ZnAl22；所述的黄铜为H59或H62；所述的钛合金为TA1、TA2、TC1或TC4；
二、热处理：对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为200℃～800℃的马弗炉中热处理1h～6h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯；
三、首先将模具安装到超塑成形机上，然后将热处理后的管坯置于上模(1)和下模(2)之间的圆筒形内腔中，再将左压头(3)和右压头(4)置于圆筒形内腔中热处理后的管坯两侧；将模具的温度升温至300℃～800℃，通过超塑成形机的液压缸向温度为300℃～800℃的上模(1)施加恒定压力以保持上模(1)和下模(2)的相对位置不变；
步骤三中所述的施加压力为11MPa～20MPa；
四、通过右压头(4)的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在2MPa～30MPa，再在热处理后的管坯中的气体压力为2MPa～30MPa和模具温度为300℃～800℃的条件下分别向左压头(3)和右压头(4)施加相同的侧向压力；
步骤四中所述的侧向压力为20MPa～30MPa，左压头(3)和右压头(4)的位移速度为1mm/s～20mm/s；
五、当热处理后的管坯充满盲孔(7)时，降低左压头(3)和右压头(4)的侧向压力，侧向压力降至原有压力的60％～80％，左压头(3)和右压头(4)的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体；
六、将模具的温度升高至400℃～950℃，再在模具温度为400℃～950℃下通过右压头(4)的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在1MPa～8MPa，并保温保压5min～10min；
七、取出成型件，再通过砂带去除成型件表面的氧化膜，得到卫浴水龙头支管。
2.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤三中所述的模具包括上模(1)、下模(2)、左压头(3)和右压头(4)；上模(1)下表面设置有半圆形上凹槽(5)，上凹槽(5)开口方向向下；上凹槽(5)的弧形面与上模(1)上表面之间设置有与上模(1)上表面垂直的盲孔(7)，盲孔(7)的开口方向朝向下模(2)；下模(2)上表面设置有与半圆形上凹槽(5)尺寸相同的下凹槽(6)，下凹槽(6)的开口方向向上；下凹槽(6)与上凹槽(5)合围成圆筒形内腔；
所述的左压头(3)为圆柱体；右压头(4)左部为圆柱体，右部为进气管；右压头(4)左部的圆柱体中心设置有贯穿的进气孔，进气孔与进气管相连通；所述的左压头(3)和右压头(4)置于上模(1)和下模(2)之间的圆筒形内腔中。
3.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤二中所述的防氧化剂为质量分数为5％～15％的氮化硼水溶液或质量分数为6％～20％的氧化锆水溶液。
4.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤四中所述的气体为氩气或氮气。
5.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤六中所述的气体为氩气或氮气。
6.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤二中对剪裁的挤压管材的外表面喷涂防氧化剂；再将外表面喷涂有防氧化剂的挤压管材置于温度为600℃～800℃的马弗炉中热处理3h～6h，再随炉冷却，得到热处理后的管坯。
7.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤六中将模具的温度升高至550℃～800℃，再在模具温度为550℃～800℃下通过右压头(4)的进气管向热处理后的管坯中通入气体，使热处理后的管坯中的气体压力控制在4MPa～6MPa，并保温保压5min～10min。
8.根据权利要求1所述的一种热挤压与超塑胀形复合制造卫浴水龙头支管的方法，其特征在于步骤五中当热处理后的管坯充满盲孔(7)时，降低左压头(3)和右压头(4)的侧向压力，侧向压力降至原有压力的70％，左压头(3)和右压头(4)的位移速度降至0mm/s，再停止向热处理后的管坯中通入气体。
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