專利名稱：大型動觸頭精密鍛造工藝及模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及精密鍛造技術領域，具體涉及一種在高壓開關上使用的重要導電構件之一大型動觸頭的精密鍛造工藝及模具。
背景技術：
我國高壓輸變電行業中應用的高壓開關元器件，由幾萬伏到幾十萬伏到目前的百萬伏的安全運行，因各方面原因其結構變化很大，性能差異也很大。尤其動觸頭類導電器件不僅結構復雜尺寸精度要求高，而且對材料的致密度要求也較高。如圖3，大型動觸頭截面尺寸變化較大，總長為380 mm,小端Φ50 mm X293.5 mm,大端Φ 116 mm X86.5 mm，材料為T2銅。該件初期試制時用Φ120 mm擠制棒，鋸切下料后經機加工而成，材料加工余量大，材料利用率低。小批量試制時采用自由鍛制坯加工，但存在鍛坯兩端面有較深的不規則凹陷，鍛坯形體既不一致又無一個較統一的加工基準，后續機加工工藝很難一致且加工余量比較大，也不經濟。

發明內容
本發明創造所要解決的技術問題是提供一種材料用量少且高效的大型動觸頭精密鍛造工藝，經該工藝加工的成品具有較高的致密度，保證和滿足了桿部硬度要求SHB75。本發明創造同時提供一種鍛造配套用的節材制坯模具。本發明創造為解決上述技術問題，采用以下技術方案:
本發明創造的大型動觸頭精密鍛造工藝，包括將銅棒鋸切下料成坯料的步驟；
坯料進行軟化處理使坯料的硬度控制在HB40 43范圍內的步驟；
軟化處理后坯料噴丸的步驟；
坯料在預成形模具中預成形為一端細長動觸頭桿部，一端動觸頭頭部，桿部和頭部錐面過渡，頭部內有內錐孔，外形如同桿部加長的手榴彈的中間鍛坯的步驟；
中間鍛坯經終成形模具，動觸頭桿部長度增加、直徑減小至成形鍛坯尺寸，動觸頭頭部外緣形狀成型，內錐孔形成為過渡錐孔的步驟。為更好的實施本發明創造，下料步驟時，對坯料的重量按與成品產品質量1:
0.9 I進行控制。為更好的實施本發明創造，所述軟化處理步驟時，坯料在加熱爐內加溫至500 780° C，保溫1.5 2.5 h，隨爐冷至260 400° C出爐水冷。進一步，所述軟化處理步驟時，坯料在加熱爐內加溫至680 750° C，保溫2
2.5小時，在爐內冷至280 350° C出爐水冷。為更好的實施本發明創造，所述噴丸步驟時，噴丸鋼球直徑Φ0.5 0.8 mm。進一步優選的，噴丸鋼球直徑Φ0.5 0.7 mm，該直徑的噴丸鋼球對材料表面的輕微氧化清除的比較好，噴丸鋼球在坯料表面形成微小均勻的凹坑。為更好的實施本發明創造，還包括預成形前對坯料涂抹擠壓油的步驟。要求擠壓油在坯料全表面均勻涂抹。涂抹擠壓油可以減小擠壓壓力，還可以防止干坯料和模具干摩擦造成模具表面拉毛擦傷的現象。模具表面拉毛擦傷一是損害磨具壽命，二是影響鍛件表面質量。噴丸步驟時坯料表面形成均勻的凹坑表面使得擠壓油能涂抹的多且更均勻，因均勻的凹坑能夠存儲擠壓油，使坯料在預成型模腔擠壓成形的過程中減少與模腔的摩擦力，有利于坯料成形也提高了模具的使用壽命。還包括終成形前對中間鍛坯表面涂抹擠壓油的步驟。本工序涂抹擠壓油一是使得預成形鍛坯不與模具發生干摩擦，二是使終鍛產品容易脫模。為更好的實施本發明創造，還包括終成形后對成形鍛坯后序機加工成產品結構及所要求的幾何尺寸的步驟。實施上述精密鍛造工藝時，預成型過程中使用的模具，包括模座、凸模和凹模，所述凹模設置在模座上，由外而內設置為凹模外圈、凹模筒和凹模芯，凹模芯嵌設在模座上段中部；凹模筒的內腔內設有凸模，凸模上端連接凸模限位套；凹模筒的內腔、凹模芯的中孔及上端面錐形凹槽、模座的中孔構成坯料流動空間；其中，凸模下端凸起軸向截面形狀與中間鍛坯的動觸頭頭部內錐孔軸向截面形狀配合。實施上述精密鍛造工藝時，終成型過程中使用的模具，包括外圈，外圈內上段設置上模套，外圈內下段設置下凹模；上模套下凹模之間設有限位圈；上模套內上段設有墊環，下段設有上凹模；下凹模內設有頂件器；墊環的內腔、上凹模的內腔、限位圈的內腔和下凹模的內腔構成中間鍛坯流動空間；其中，頂件器上端凸起軸向截面形狀與成形鍛坯過渡內錐孔軸向截面形狀配合。由于采用了上述技術方案，本發明創造具有如下有益效果:1、采用本發明創造工藝制坯時用料比直接用棒料加工制件節約270%左右，節材轉化為直接經濟收入，T2銅若按目前期貨56.38元/千克計算，每一件大型觸頭僅料錢可省1600余元人民幣，若按年產2500件計算，僅料錢每年可節約近400萬元人民幣。2、本發明創造制坯 料通過退火軟化處理后，再進行冷精鍛能夠使坯料組織致密硬度高，導電性能好，鍍銀性能和抗插拔抗拉毛性能均達到較高水平。3、經過預成形和終成形兩序冷精鍛，利用大變形量的冷作硬化效果提高桿部硬度，產品硬度值HB ^ 80，解決了其他工藝難以保證的硬度問題；鍛坯致密度及形體一致性聞，強度提聞，使用壽命提聞。4、通過軟化處理使坯料的硬度控制在HB40 43范圍內，該硬度范圍有利于坯料在模腔擠壓過程中的變形和流動性。


圖1是坯料預成型后形成的中間鍛坯結構示意 圖2是坯料經冷精鍛終成型后的成形鍛坯結構示意 圖3是經機加工后廣品成品的結構不意 圖4是預成型模具 圖5是終成形模具具體實施方式
結合圖1-圖3,以總長為380 mm,小端Φ50 mm X293.5 mm,大端Φ116 mm X86.5 mm的大型動觸頭為加工實例，采用Φ92 mm的T2銅棒帶鋸下料長173±0.3 mm。鋸好坯料經箱式爐加熱至650 800° C溫度保溫1.5 2.5小時，在爐內冷至260 400° C出爐水冷。其中，上述參數優選為經箱式爐加熱至680 750° C溫度保溫2
2.5小時，在爐內冷至280 350° C出爐水冷；上述參數進一步優選為經箱式爐加熱至690 720° C溫度保溫2 2.5小時，在爐內冷至290 320° C出爐水冷。合適的加熱溫度、保溫時間及出爐溫度的選擇，使銅材料的變形量及流動性達到最佳狀態，使之在后續模具中鍛壓的擠壓抗力減小，減少了材料的撕裂，保證了金屬纖維按產品形體連續分布，材料充型飽滿；同時進一步增加了模具使用壽命。經過上述退火軟化處理，坯料的硬度控制在HB40 43。對坯料進行噴丸處理，噴丸鋼球直徑Φ0.6 mm。噴丸后轉入預成形模具中預成型，坯料入模前全部表面涂抹擠壓油。預成型后的鍛件稱為中間鍛坯，如圖1，中間鍛坯一端為細長動觸頭桿部1，一端為動觸頭頭部3，動觸頭桿部和動觸頭頭部采用錐面2過渡，動觸頭頭部內形成孔深60mm的內錐孔4，中間鍛坯整體外形如同桿部加長的手榴彈。預成形后將中間鍛坯轉入終成形模具中成型，終成形入模前將中間鍛坯表面涂抹擠壓油。如圖2，終成形后的成形鍛坯動觸頭桿部I’比中間鍛坯加長20mm，動觸頭頭部3’外緣形狀成型，內錐孔4’形成為過渡錐孔；動觸頭桿部I’和動觸頭頭部3’錐面2’過渡外緣處也形成為直角。終成形完成將成形鍛坯轉入機加工，經過粗車、鉆、鏜、鉸、鉆、擴六個錐孔，再精車、去毛刺等，按照圖中尺寸終檢完全達到設計要求后防銹包裝清點入庫。如圖4，上述精密鍛造工藝實施時，預成形步驟中使用預成型模具，包括模座10、凸模和凹模，所述凹模設置在模座10上，由外而內設置為凹模外圈8、凹模筒7和凹模芯9，凹模芯9嵌設在模座10上段中部；凹模筒7的內腔24內設有凸模6，凸模上端連接凸模限位套5 ;凹模筒7的內腔24、凹模芯9的中孔26及上端面錐形凹槽25、模座10的中孔27構成坯料流動空間；其中，凸模下端凸起23軸向截面形狀與中間鍛坯的動觸頭頭部內錐孔4軸向截面形狀配合。如圖5，上述精密鍛造工藝實施時，終成形步驟中使用終成型模具，包括外圈15，外圈內上段設置上模套12，外圈內下段設置下凹模16 ;上模套下凹模之間設有限位圈14 ；上模套內上段設有墊環11，下段設有上凹模13 ;下凹模內設有頂件器17 ;墊環的內腔18、上凹模的內腔19、限位圈的內腔20和下凹模的內腔22構成中間鍛坯流動空間；其中，頂件器上端凸起21軸向截面形狀與成形鍛坯過渡內錐孔軸向4’截面形狀配合。本發明工藝為兩序冷擠壓，冷作硬化效果保證了桿部的硬度滿足圖紙要求。預成形、終成型模具的結構設置，能夠準確的使預成形、終成形過程中的材料充填、流動分配合理結合，使終成形后產品形體比較一致，簡化后加工。預成形和終成形模具材料選用在滿足結構強度的同時盡量節約模具開支費用，合理組合運用模具材料，提高模具壽命，降低生產成本的效果，從而更好的提高冷精鍛成品質量。
權利要求
1.大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:包括將銅棒鋸切下料成坯料的步驟； 坯料進行軟化處理使坯料的硬度控制在HB40 43范圍內的步驟； 軟化處理后坯料噴丸的步驟； 坯料在預成形模具中預成形為一端細長動觸頭桿部(I)，一端動觸頭頭部(3)，桿部和頭部錐面(2)過渡，頭部內有內錐孔(4)，外形如同桿部加長的手榴彈的中間鍛坯的步驟； 中間鍛坯經終成形模具，動觸頭桿部(I)長度增加、直徑減小至成形鍛坯尺寸，動觸頭頭部⑶外緣形狀成型，內錐孔⑷形成為過渡錐孔的步驟。
2.根據權利要求1所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:下料步驟時，對坯料的重量按與成品產品質量1:0.9 I進行控制。
3.根據權利要求1所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:所述軟化處理步驟時，坯料在加熱爐內加溫至650 800° C，保溫1.5 2.5 h，爐內冷至260 400° C出爐水冷。
4.根據權利要求3所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:所述軟化處理步驟時，坯料在加熱爐內加溫至680 750° C，保溫2 2.5小時，在爐內冷至280 350° C出爐水冷。
5.根據權利要求1所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:所述噴丸步驟時，噴丸鋼球直徑Φ0.5 0.8 mm，噴丸鋼球在坯料表面形成微小均勻的凹坑。
6.根據權利要求1所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:還包括預成形前和終成形前對鍛料涂抹擠壓油的步驟。
7.根據權利要求1所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，其特征是:還包括終成形后對成形鍛坯后序機加工構造孔及幾何尺寸到位的步驟。
8.實施權利要求1-7任一所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，預成型過程中使用的模具，其特征是:所述預成形模具包括模座(10)、凸模和凹模，所述凹模設置在模座(10)上，由外而內設置為凹模外圈(8)、凹模筒(7)和凹模芯(9)，凹模芯(9)嵌設在模座(10)上段中部；凹模筒⑵的內腔(24)內設有凸模(6)，凸模上端連接凸模限位套(5);凹模筒(7)的內腔(24)、凹模芯(9)的中孔(26)及上端面錐形凹槽(25)、模座(10)的中孔(27)構成坯料流動空間；其中，凸模下端凸起(23)軸向截面形狀與中間鍛坯的動觸頭頭部內錐孔(4)軸向截面形狀配合。
9.實施權利要求1-7任一所述的大型動觸頭精密鍛造工藝，終成型過程中使用的模具，其特征是:所述終成形模具包括外圈(15)，外圈內上段設置上模套(12)，外圈內下段設置下凹模(16);上模套下凹模之間設有限位圈(14);上模套內上段設有墊環(11)，下段設有上凹模(13);下凹模內設有頂件器(17);墊環的內腔(18)、上凹模的內腔(19)、限位圈的內腔(20)和下凹模的內腔(22)構成中間鍛坯流動空間；其中，頂件器上端凸起(21)軸向截面形狀與成形鍛坯過渡內錐孔(4)軸向截面形狀配合。
全文摘要
本發明公開的大型動觸頭精密鍛造工藝，包括鋸切下料成坯料的步驟；坯料進行軟化處理使坯料的硬度控制在HB40～43范圍內的步驟；軟化處理后坯料噴丸的步驟；坯料在預成形模具中預成形為一端細長動觸頭桿部(1)，一端動觸頭頭部(3)，桿部和頭部錐面(2)過渡，頭部內有內錐孔(4)，外形如同桿部加長的手榴彈的中間鍛坯的步驟；中間鍛坯經終成形模具，動觸頭桿部(1)長度增加、直徑減小至成形鍛坯尺寸，動觸頭頭部(3)外緣形狀成型，內錐孔(4)形成為過渡錐孔的步驟。兩序冷精鍛，保證了產品硬度；預成形、終成型模具的結構設置，能夠準確的使預成形、終成形過程中的材料充填、流動分配合理結合，使終成形后產品形體比較一致，簡化后加工。
文檔編號B21J5/02GK103071748SQ201310018150
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月18日 優先權日2013年1月18日
發明者辛選榮, 賀成松, 劉新成, 史志欣, 史頌華 申請人:洛陽秦漢冷鍛有限公司