CN114789250B - 一种粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,该制备方法利用了粉末材料良好的流动性,将粉末装到包套中预制成锭坯,然后将粉末材料加热到再结晶温度以上,在锻造模具内,利用较快的变形速度和较高应力状态力下,使粉末颗粒产生剧烈塑性变形,相比于热等静压一般为10%的变形量,同时,采用原位二次成形的方法,预锻和终锻不需要对锻件二次加热以及二次出模,提高了锻件尺寸精度。
Description
技术领域
本发明是一种粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,属于热加工技术领域。
背景技术
齿轮的模锻精密成形工艺最早由德国于上世纪六十年代首先提出,并率先建立了汽车用锥齿轮模锻生产线。随后,英国对齿轮和齿轮类零件的锻造成形进行了深入的研究,实现了直齿轮等复杂零件的无飞边精锻成形,目前,完全锻造的齿轮比锻坯锻造的齿轮冲击强度提高25%左右。国内在齿轮模锻精密成形方面化进行了大量的研究。目前己经掌握齿轮的锻造生产技术,在圆柱直齿轮锻造方面积累了大量经验,并针对大模数直齿圆柱齿轮锻造进行了探索研究,但依然存在许多技术问题,主要表现在:第一,齿轮需要制备中间坯以完成最终成形,成形工序繁多;第二,齿部尖角充填不满,齿轮尺寸精度差;第三,锻造成形力随着模数及径向尺寸増大而成形力急剧増大;第四,大部分航空用齿轮采用改锻后的棒材加工,机械加工量大,间接切断了塑性流线,影响了齿轮的使用寿命。
发明内容
本发明正是针对上述现有国内现有技术中存在的不足而设计提供了一种用于粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其目的是提高粉末高温合金齿轮构件的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
该种粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法的步骤是:
步骤一、粉末高温合金锭坯包套制备
根据圆柱直齿轮构件的体积计算制作粉末高温合金锭坯包套尺寸,粉末高温合金锭坯包套为圆柱体结构,包括导粉管1、上端盖2、筒体3和下端盖4,其中导粉管1与上端盖2为焊接连接,上端盖2、筒体3和下端盖4为焊接连接;
步骤二、粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料制备
在真空环境中,将高温合金粉末通过导粉管1填装在粉末高温合金锭坯包套中,并将导粉管1封焊,防止空气进入粉末高温合金锭坯内部,在粉末高温合金锭坯包套的上端通过焊接连接一个用于保护导粉管1的上保护盖5,在粉末高温合金锭坯包套的下端通过焊接连接一个与上保护盖5形状相同的使粉末高温合金锭坯包套受压均匀的下保护盖6;
步骤三、成形模具制备
该成形模具包括控形筒7、一级成形模腔8、成形模拉杆9,其中,控形筒7呈杯状,其内腔的内径与上保护盖5和下保护盖6的外径相适应以装入粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料,对应成形直齿轮的控形筒7的中部向外环状凹出为一级成形模腔8,在一级成形模腔8的最外缘上加工有均匀分布的贯通控形筒7侧壁的通孔,该通孔内插装成形模拉杆9并能够沿该通孔移动,成形模拉杆9的内端面为二级成形模面10,该二级成形模面10在挤压成型初期能够作为一级成形模腔8的内壁的一部分;
步骤四、成形准备
将成形模具和粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热,成形模具预热温度为300~500℃,粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热温度为900~1100℃,预热结束后,将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,此时,成形模拉杆9的内端面作为一级成形模腔8的内壁的一部分,成形模拉杆9的外端面与控形筒7的外壁平齐;
步骤五、齿轮锻件一级成形
将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,利用液压机,对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料下压,待一级成形模腔8被填充满后,完成齿轮锻件一级成形;
步骤六、齿轮锻件二级成形
液压机继续对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯进行下压,同时,成形模拉杆9从所述通孔中移动、退出,待退出后形成的空间被填充满后,完成齿轮锻件二级成形;
步骤七、锻件机加
从控形筒7中取出齿轮锻件,待冷却至室温后,将粉末高温合金锭坯包套去掉,即得到粉末高温合金圆柱直齿轮构件。
在实施时,步骤一中,焊接连接前,用酒精和丙酮仔细清洗粉末高温合金锭坯包套的各组件。
在实施时,步骤一中,粉末高温合金锭坯包套的材料为304不锈钢。
在实施时,步骤二中,所述上保护盖5和下保护盖6所用材料为304不锈钢。
在实施时,步骤三中,成形模具采用H13钢材料制备。
在实施时,步骤三中,所述通孔与一级成形模腔8的相交的边缘加工成圆角以形成过渡连接。
在实施时,步骤五中,齿轮锻件一级成形过程的下压时间不超过2s。
在实施时,步骤六中,齿轮锻件二级成形过程的下压时间不超过4s。
本发明技术方案具有的特点和有益效果是:
本发明主要针对前面背景技术中所阐述的齿轮成形存在的问题,采用粉末高温合金作为齿轮材料,以及对齿轮成形模具进行原位二次成形功能改造,实现了圆柱直齿轮的直接锻造成形。
本发明的基本原理是利用了粉末材料良好的流动性,将粉末装到包套中预制成锭坯,然后将粉末材料加热到再结晶温度以上,在成形模具内,利用较快的变形速度(10~20mm/s)使粉末颗粒产生剧烈塑性变形,相比于热等静压一般为10%的变形量,齿圆变形量能达到60-70%,齿部变形量能达到60-80%,同时,采用原位二次成形的方法,预锻和终锻不需要对锻件二次加热以及二次出模,提高了锻件尺寸精度,齿部流线完整地保留下来,增强了齿轮的疲劳寿命。
本发明技术方案与与国内外齿轮的制备技术相比,其优点主要体现在:
1、利用粉末良好的流动性,将粉末装入预先设计好的包套内直接锻造成型锻坯,减少了锻坯加工余量,提高了锻件材料利用率;
2、将粉末材料加热到再结晶温度以上,在较快变形速度下,使粉末颗粒产生剧烈塑性变形并发生再结晶,制备出的锻件组织致密且具有细小再结晶晶粒;
3、简化了工艺流程,缩短了研制周期,降低构件制造成本;
4、采用原位二次成形的方法,预锻和终锻不需要对锻件二次加热以及二次出模,提高了锻件尺寸精度,齿部流线完整地保留下来,增强了齿轮的疲劳寿命。
5、相比于热压烧结、锻坯锻造的齿轮相比,本发明技术方案获得的齿轮锻件组织细小,性能优越。
6、本发明选择粉末高温合金作为齿轮锻件原材料,是由于粉末高温合金具备室温下装填不易氧化的特点,与有色金属,例如钛合金、铝合金、镁合金不同。锻造成形过程中,在封闭的坯料内部的粉末高温合金经过加热后,不易产生水、气体等有害致密性的物质。
附图说明
图1为本发明技术方案中的粉末高温合金锭坯包套的结构示意图
图2为本发明技术方案中的粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料的结构示意
图3为本发明技术方案中的成形模具在一级成形状态时的结构示意图
图4为本发明技术方案中的成形模具在二级成形状态时的结构示意图
图5为本发明技术方案中的成形模具在成形前初始状态时的结构示意图
图6为本发明技术方案中的一级成形状态示意图
图7为本发明技术方案中的二级成形状态示意图
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述:
本实施例中采用本发明技术方案所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法的步骤是:
步骤一、粉末高温合金锭坯包套制备
根据圆柱直齿轮构件的体积计算制作粉末高温合金锭坯包套尺寸,粉末高温合金锭坯包套为圆柱体结构,包括导粉管1、上端盖2、筒体3和下端盖4,其中导粉管1与上端盖2为焊接连接,上端盖2、筒体3和下端盖4为焊接连接,焊接连接前,用酒精和丙酮仔细清洗粉末高温合金锭坯包套的各组件;粉末高温合金锭坯包套的材料为304不锈钢;
步骤二、粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料制备
在真空环境中,将高温合金粉末通过导粉管1填装在粉末高温合金锭坯包套中,并将导粉管1封焊,防止空气进入粉末高温合金锭坯内部,在粉末高温合金锭坯包套的上端通过焊接连接一个用于保护导粉管1的上保护盖5,在粉末高温合金锭坯包套的下端通过焊接连接一个与上保护盖5形状相同的使粉末高温合金锭坯包套受压均匀的下保护盖6;上保护盖5和下保护盖6所用材料为304不锈钢;
步骤三、成形模具制备
该成形模具包括控形筒7、一级成形模腔8、成形模拉杆9,其中,控形筒7呈杯状,其内腔的内径与上保护盖5和下保护盖6的外径相适应以装入粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料,对应成形直齿轮的控形筒7的中部向外环状凹出为一级成形模腔8,在一级成形模腔8的最外缘上加工有均匀分布的贯通控形筒7侧壁的通孔,该通孔与一级成形模腔8的相交的边缘加工成圆角以形成过渡连接,该通孔内插装成形模拉杆9并能够沿该通孔移动,成形模拉杆9的内端面为二级成形模面10,该二级成形模面10在挤压成型初期能够作为一级成形模腔8的内壁的一部分;成形模具采用H13钢材料制备;
步骤四、成形准备
将成形模具和粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热,成形模具预热温度为300~500℃,粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热温度为900~1100℃,预热结束后,将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,此时,成形模拉杆9的内端面作为一级成形模腔8的内壁的一部分,成形模拉杆9的外端面与控形筒7的外壁平齐;
步骤五、齿轮锻件一级成形
将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,利用液压机,对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料下压,待一级成形模腔8被填充满后,完成齿轮锻件一级成形;齿轮锻件一级成形过程的下压时间不超过2s;
步骤六、齿轮锻件二级成形
液压机继续对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯进行下压,同时,成形模拉杆9从所述通孔中移动、退出,待退出后形成的空间被填充满后,完成齿轮锻件二级成形;齿轮锻件二级成形过程的下压时间不超过4s;
步骤七、锻件机加
从控形筒7中取出齿轮锻件,待冷却至室温后,将粉末高温合金锭坯包套去掉,即得到粉末高温合金圆柱直齿轮构件。
Claims (8)
1.一种粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:该方法的步骤是:
步骤一、粉末高温合金锭坯包套制备
根据圆柱直齿轮构件的体积计算制作粉末高温合金锭坯包套尺寸,粉末高温合金锭坯包套为圆柱体结构,包括导粉管(1)、上端盖(2)、筒体(3)和下端盖(4),其中导粉管(1)与上端盖(2)为焊接连接,上端盖(2)、筒体(3)和下端盖(4)为焊接连接;
步骤二、粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料制备
在真空环境中,将高温合金粉末通过导粉管(1)填装在粉末高温合金锭坯包套中,并将导粉管(1)封焊,防止空气进入粉末高温合金锭坯内部,在粉末高温合金锭坯包套的上端通过焊接连接一个用于保护导粉管(1)的上保护盖(5),在粉末高温合金锭坯包套的下端通过焊接连接一个与上保护盖(5)形状相同的使粉末高温合金锭坯包套受压均匀的下保护盖(6);
步骤三、成形模具制备
该成形模具包括控形筒(7)、一级成形模腔(8)、成形模拉杆(9),其中,控形筒(7)呈杯状,其内腔的内径与上保护盖(5)和下保护盖(6)的外径相适应以装入粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料,对应成形直齿轮的控形筒(7)的中部向外环状凹出为一级成形模腔(8),在一级成形模腔(8)的最外缘上加工有均匀分布的贯通控形筒(7)侧壁的通孔,该通孔内插装成形模拉杆(9)并能够沿该通孔移动,成形模拉杆(9)的内端面为二级成形模面(10),该二级成形模面(10)在挤压成型初期能够作为一级成形模腔(8)的内壁的一部分;
步骤四、成形准备
将成形模具和粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热,成形模具预热温度为300~500℃,粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料预热温度为900~1100℃,预热结束后,将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,此时,成形模拉杆(9)的内端面作为一级成形模腔(8)的内壁的一部分,成形模拉杆(9)的外端面与控形筒(7)的外壁平齐;
步骤五、齿轮锻件一级成形
将粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料放入成形模具内,利用液压机,对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯料下压,待一级成形模腔(8)被填充满后,完成齿轮锻件一级成形;
步骤六、齿轮锻件二级成形
液压机继续对粉末高温合金圆柱直齿轮构件坯进行下压,同时,成形模拉杆(9)从所述通孔中移动、退出,待退出后形成的空间被填充满后,完成齿轮锻件二级成形;
步骤七、锻件机加
从控形筒(7)中取出齿轮锻件,待冷却至室温后,将粉末高温合金锭坯包套去掉,即得到粉末高温合金圆柱直齿轮构件。
2.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤一中,焊接连接前,用酒精和丙酮仔细清洗粉末高温合金锭坯包套的各组件。
3.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤一中,粉末高温合金锭坯包套的材料为304不锈钢。
4.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤二中,所述上保护盖(5)和下保护盖(6)所用材料为304不锈钢。
5.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤三中,成形模具采用H13钢材料制备。
6.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤三中,所述通孔与一级成形模腔(8)的相交的边缘加工成圆角以形成过渡连接。
7.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤五中,齿轮锻件一级成形过程的下压时间不超过2s。
8.根据权利要求1所述的粉末高温合金圆柱直齿轮构件的制备方法,其特征在于:步骤六中,齿轮锻件二级成形过程的下压时间不超过4s。
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