液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法
【專利摘要】一種液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法，其特征在于包括如下步驟：①依照常規(guī)的多層圓筒強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)方法計(jì)算出三層縮套擠壓缸盈量；在縮套時(shí)，內(nèi)筒與中筒有0.52mm的過盈量；②對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行機(jī)械自緊，自緊度選擇為70%；使內(nèi)筒的內(nèi)表面達(dá)到塑性變形，缸體沿厚度方向產(chǎn)生應(yīng)力梯度；③將三件筒體進(jìn)行熱縮套合，熱套合時(shí)溫度為375～425℃左右進(jìn)行，套合冷卻后，將缸體內(nèi)徑絎磨至Φ49.2mm；④對(duì)組合筒體進(jìn)行自緊工藝處理；⑤切除自緊處理后缸體端部效應(yīng)長度部分；⑥對(duì)缸體內(nèi)孔進(jìn)行精磨工。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：采用了機(jī)械自緊、熱套合和液壓自緊的組合工藝技術(shù)結(jié)合，使缸體的彈性內(nèi)壓比原來提高了30%以上，達(dá)到1800MPa。
【專利說明】液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體，尤其設(shè)計(jì)超高壓缸體的制作方法，屬于金屬加工成型【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]靜液擠壓的工作原理是將坯料置于充滿液體的高壓容器中，通過液體介質(zhì)的作用，坯料從所需要制品形狀的模具中流出，整個(gè)工作過程在超高靜壓液體壓力的作用下完成材料成形加工的過程。對(duì)于高強(qiáng)度難變形材料，擠壓過程中液體壓力通常達(dá)到IOOOMPa以上。因此，擠壓缸體的內(nèi)徑尺寸與承壓壓力是液力擠壓設(shè)備的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，體現(xiàn)了設(shè)備擠壓材料的選擇范圍。液力擠壓的工藝特點(diǎn)是:①僅一次擠壓即可獲得較大的變形量，且變形強(qiáng)化過程是在常溫下完成；②坯料在擠壓過程處于超高液體壓力的包圍中，避免了普通擠壓因鐓粗階段而產(chǎn)生的細(xì)微裂紋。同時(shí)還可以防止坯料內(nèi)部縮孔及裂紋的形成坯料和擠壓缸內(nèi)壁之間完全不接觸，高壓液體的潤滑效果使擠壓模和坯料的摩擦減少，較傳統(tǒng)擠壓壓力明顯降低；④成形速度快，生產(chǎn)效率高。
[0003]金屬材料具有高壓下塑性增強(qiáng)的物理特性，液力擠壓的技術(shù)正是利用材料這一特性，材料成型的同時(shí)制品料強(qiáng)度得到大幅度提高，并能保持足夠的韌性，是難變形材料成形及強(qiáng)化的一種有效的技術(shù)手段。為使鎢、鉭合金等高強(qiáng)度難變形材料也能利用液力擠壓技術(shù)達(dá)到進(jìn)一步的強(qiáng)化效果，這就對(duì)液力擠壓設(shè)備中的重要部件超高壓缸體提出更高的要求。
[0004]傳統(tǒng)三層縮套擠壓缸盈量的設(shè)計(jì)，筒體強(qiáng)度可以依據(jù)目前常用的Manning多層圓筒強(qiáng)度計(jì)算和自緊計(jì)算公式，多層縮套后缸體最大彈性內(nèi)壓為1375.5MPa。難以滿足鎢、鉭、鈮等高強(qiáng)度難變形合金材料的成型加工要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述的技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種缸體的彈性內(nèi)壓比明顯提高的液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法，其特征在于包括如下步驟:
[0007]①依照常規(guī)的曼尼多層圓筒強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)方法計(jì)算出三層縮套擠壓缸盈量，總徑比K=450/50=9，三層縮套的過盈配合分別為Λ 1=0.52mm, Δ 2=1.29mm，三個(gè)缸體的內(nèi)外徑尺寸如下:
[0008]內(nèi)筒內(nèi)徑為50mm,內(nèi)筒外徑為104mm ；
[0009]中筒內(nèi)徑為104mm，中筒外徑為216mm ；
[0010]外筒內(nèi)徑為216mm,夕卜筒外徑為450mm ；
[0011]在縮套時(shí)，內(nèi)筒與中筒有0.52mm的過盈量；中筒外徑與外層內(nèi)徑有1.30mm的過盈量，內(nèi)筒的經(jīng)機(jī)械自緊后仍需內(nèi)徑留0.3mm精加工余量，內(nèi)筒、中筒及外筒的高度均為150 ?600mm ;
[0012]②對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行機(jī)械自緊，自緊度選擇為70%;使內(nèi)筒的內(nèi)表面達(dá)到塑性變形，缸體 沿厚度方向產(chǎn)生應(yīng)力梯度；
[0013]③將三件筒體進(jìn)行熱縮套合，熱套合時(shí)溫度為375?425°C進(jìn)行，套合冷卻后，將 缸體內(nèi)徑絎磨至049. 2mm ；
[0014]④對(duì)組合筒體進(jìn)行自緊工藝處理，自緊壓力為1800MPa ；
[0015]⑤切除自緊處理后缸體端部效應(yīng)長度為75mm的部分；
[0016]⑥對(duì)缸體內(nèi)孔進(jìn)行精磨工至①50mm尺寸。
[0017]作為優(yōu)選，所述的內(nèi)筒、中筒及外筒均采用牌號(hào)為PCrN3W0MVA的超高強(qiáng)度鋼
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明中的超高壓缸體內(nèi)徑為50mm，采用 了機(jī)械自緊、熱套合和液壓自緊的組合工藝技術(shù)結(jié)合，在不改變制造材料的基礎(chǔ)上，使缸體 的彈性內(nèi)壓比原來提高了 30%以上，達(dá)到1800MPa，可以滿足鎢、鉭、鈮等高強(qiáng)度難變形合金 材料的成型加工要求。是至今為止我國高壓缸體承壓能力的最高水平。通過有限元模擬計(jì) 算和其后的液壓耐壓試驗(yàn)均表明，該工藝可使缸體的承壓滿足設(shè)計(jì)要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為實(shí)施例中內(nèi)筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為實(shí)施例中中筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3為實(shí)施例中外筒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4為實(shí)施例加熱套合成整體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖5為實(shí)施例實(shí)施壓緊處理時(shí)的狀態(tài)圖。
[0024]圖6為實(shí)施例切除兩端效應(yīng)長度時(shí)的狀態(tài)圖。
[0025]圖7為實(shí)施例使用狀態(tài)參考圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0027]液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法，包括如下步驟：
[0028]①依照常規(guī)的Manning(曼尼）多層圓筒強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)方法計(jì)算出三層縮套擠壓 缸盈量，總徑比K=450/50=9，三層縮套的過盈配合分別為A 1=0. 52mm, A 2=1. 29mm，三個(gè)缸 體的內(nèi)外徑尺寸如下：
[0029]內(nèi)筒內(nèi)徑為50mm，內(nèi)筒外徑為104mm(見圖1所示）；
[0030]中筒內(nèi)徑為104mm，中筒外徑為216mm(見圖2所示）；
[0031]外筒內(nèi)徑為216mm,夕卜筒外徑為450mm(見圖3所示）；
[0032]在縮套時(shí)，內(nèi)筒與中筒有0. 52mm的過盈量；中筒外徑與外層內(nèi)徑有1. 30mm的過 盈量，內(nèi)筒的經(jīng)機(jī)械自緊后仍需內(nèi)徑留0. 3mm精加工余量，內(nèi)筒、中筒及外筒的高度均為 600mm ;
[0033]②對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行機(jī)械自緊，自緊度選擇為70%;使內(nèi)筒的內(nèi)表面達(dá)到塑性變形，缸體 沿厚度方向產(chǎn)生應(yīng)力梯度；
[0034]③將三件筒體進(jìn)行熱縮套合，如圖4所示，熱套合時(shí)溫度為400°C進(jìn)行，套合冷卻后，將缸體內(nèi)徑絎磨至Φ49.2mm ；
[0035]④對(duì)組合筒體進(jìn)行自緊工藝處理，如圖5所示，自緊壓力為1800MPa ；
[0036]⑤切除自緊處理后缸體端部效應(yīng)長度為75mm (為內(nèi)筒內(nèi)徑的1.5倍)的部分，如圖6所示；
[0037]⑥對(duì)缸體內(nèi)孔進(jìn)行精磨工至Φ 50mm尺寸。
[0038]本實(shí)施例中的內(nèi)筒、中筒及外筒采用牌號(hào)為PCrN3W0MVA的超高強(qiáng)度鋼，其抗拉強(qiáng)度為1200MPa，屈強(qiáng)比為0.9。
[0039]下面以W243鎢合金為材料，通過四個(gè)應(yīng)用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0040]實(shí)施例1:
[0041]如圖7所示，擠壓設(shè)備包括擠壓桿2、超高壓缸體1、模具4及底座5。設(shè)計(jì)擠壓比為1.20，模具尺寸Φ7.5mm。工藝步驟如下:
[0042]1.將柱塞桿組件裝在油壓機(jī)上平臺(tái)，柱塞桿可以在小的晃動(dòng)量。
[0043]2.將底座5安裝在油壓機(jī)的下端面，底座的內(nèi)孔需與油壓機(jī)下端面的內(nèi)孔保證同心。
[0044]3.將超高壓缸體I放入底座的配合尺寸內(nèi)，以保證超高壓缸體內(nèi)徑與底座I內(nèi)孔同心。
[0045]4.依照設(shè)計(jì)的擠壓比，計(jì)算出制品的加工直徑尺寸為Φ9.0mm,棒還尾部需留有尺寸為2?4mm的臺(tái)階。
[0046]5.將加工好的高強(qiáng)度棒坯3與密封的模具4進(jìn)行裝配。
[0047]6.將裝配好的棒坯3從超高壓缸體I的下方一起安裝到擠壓缸體內(nèi)，并將裝好棒坯3的超高壓缸體I一同裝配在底座5上。
[0048]7.裝好防爆裝置。
[0049]8.對(duì)柱塞的頭部裝好密封組件，并向超高壓缸體I內(nèi)注入高壓介質(zhì)6。
[0050]9.啟油壓機(jī)，落下擠壓桿2，壓力通過油壓機(jī)的動(dòng)力源傳遞到柱塞桿上，高壓傳感器顯示擠壓壓力在1500?1800MPa范圍時(shí)，棒坯3在超高三向壓應(yīng)力作用可以從模具4中被擠出。
[0051]實(shí)施例2:
[0052]設(shè)計(jì)擠壓比為1.78,模具尺寸Φ7.5mm。工藝步驟如下:
[0053]1.將柱塞桿組件裝在油壓機(jī)上平臺(tái)，柱塞桿可以在小的晃動(dòng)量。
[0054]2.將底座安裝在油壓機(jī)的下端面，底座的內(nèi)孔需與油壓機(jī)下端面的內(nèi)孔保證同心。
[0055]3.將超高壓缸體放入底座的配合尺寸內(nèi)，以保證缸體內(nèi)徑與底座內(nèi)孔同心。
[0056]4.依照設(shè)計(jì)的擠壓比,計(jì)算出制品的加工直徑尺寸為Φ 10.0mm,棒還尾部需留有尺寸為2?4mm的臺(tái)階。
[0057]5.將加工好的高強(qiáng)度棒坯與密封的模具進(jìn)行裝配。
[0058]6.將裝配好的棒坯從超高壓缸體的下方一起安裝到擠壓缸體內(nèi)，并將裝好棒坯的超高壓缸體一同裝配在底座上。
[0059]7.裝好防爆裝置。[0060]8.對(duì)柱塞的頭部裝好密封組件，并向超高壓缸內(nèi)注入高壓介質(zhì)。
[0061]9.啟油壓機(jī)，落下擠壓桿，壓力通過油壓機(jī)的動(dòng)力源傳遞到柱塞桿上，高壓傳感器顯示擠壓壓力在1500?1800MPa范圍時(shí)，棒坯在超高三向壓應(yīng)力作用可以從模具中被擠出。
[0062]實(shí)施例3:
[0063]設(shè)計(jì)擠壓比為2.15，模具尺寸Φ7.5mm。工藝步驟如下:
[0064]1.將柱塞桿組件裝在油壓機(jī)上平臺(tái)，柱塞桿可以在小的晃動(dòng)量。
[0065]2.將底座安裝在油壓機(jī)的下端面，底座的內(nèi)孔需與油壓機(jī)下端面的內(nèi)孔保證同心。
[0066]3.將超高壓缸體放入底座的配合尺寸內(nèi)，以保證缸體內(nèi)徑與底座內(nèi)孔同心。
[0067]4.依照設(shè)計(jì)的擠壓比,計(jì)算出制品的加工直徑尺寸為Φ 11.0mm,棒還尾部需留有尺寸為3?5mm的臺(tái)階。
[0068]5.將加工好的高強(qiáng)度棒坯與密封的模具進(jìn)行裝配。
[0069]6.將裝配好的棒坯從超高壓缸體的下方一起安裝到擠壓缸體內(nèi)，并將裝好棒坯的超高壓缸體一同裝配在底座上。
[0070]7.裝好防爆裝置。
[0071]8.對(duì)柱塞的頭部裝好密封組件，并向超高壓缸內(nèi)注入高壓介質(zhì)。
[0072]9.啟油壓機(jī)，落下擠壓桿，壓力通過油壓機(jī)的動(dòng)力源傳遞到柱塞桿上，高壓傳感器顯示擠壓壓力在1500?1800MPa范圍時(shí)，棒坯在超高三向壓應(yīng)力作用可以從模具中被擠出。
[0073]實(shí)施例4:
[0074]設(shè)計(jì)擠壓比為3.10,模具尺寸Φ7.5mm。工藝步驟如下:
[0075]1.將柱塞桿組件裝在油壓機(jī)上平臺(tái)，柱塞桿可以在小的晃動(dòng)量。
[0076]2.將底座安裝在油壓機(jī)的下端面，底座的內(nèi)孔需與油壓機(jī)下端面的內(nèi)孔保證同心。
[0077]3.將超高壓缸體放入底座的配合尺寸內(nèi)，以保證缸體內(nèi)徑與底座內(nèi)孔同心。
[0078]4.依照設(shè)計(jì)的擠壓比，計(jì)算出制品的加工直徑尺寸為Φ 13.21mm,棒還尾部需留有尺寸為3?5mm的臺(tái)階。
[0079]5.將加工好的高強(qiáng)度棒坯與密封的模具進(jìn)行裝配。
[0080]6.將裝配好的棒坯從超高壓缸體的下方一起安裝到擠壓缸體內(nèi)，并將裝好棒坯的超高壓缸體一同裝配在底座上。
[0081]7.裝好防爆裝置。
[0082]8.對(duì)柱塞的頭部裝好密封組件，并向超高壓缸內(nèi)注入高壓介質(zhì)。
[0083]9.啟油壓機(jī)，落下擠壓桿，壓力通過油壓機(jī)的動(dòng)力源傳遞到柱塞桿上，高壓傳感器顯示擠壓壓力在1500?1800MPa范圍時(shí)，棒坯在超高三向壓應(yīng)力作用可以從模具中被擠出。
【權(quán)利要求】
1.一種液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法，其特征在于包括如下步驟:①依照常規(guī)的曼尼多層圓筒強(qiáng)度計(jì)算設(shè)計(jì)方法計(jì)算出三層縮套擠壓缸盈量，總徑比K=450/50=9，三層縮套的過盈配合分別為Λ 1=0.52mm, Δ 2=1.29mm，三個(gè)缸體的內(nèi)外徑尺寸如下:內(nèi)筒內(nèi)徑為50mm,內(nèi)筒外徑為104mm ；中筒內(nèi)徑為104mm,中筒外徑為216mm ；外筒內(nèi)徑為216mm,外筒外徑為450mm ；在縮套時(shí)，內(nèi)筒與中筒有0.52mm的過盈量；中筒外徑與外層內(nèi)徑有1.30mm的過盈量，內(nèi)筒的經(jīng)機(jī)械自緊后仍需內(nèi)徑留0.3mm精加工余量，內(nèi)筒、中筒及外筒的高度均為150?600mm ;②對(duì)內(nèi)筒進(jìn)行機(jī)械自緊，自緊度選擇為70%;使內(nèi)筒的內(nèi)表面達(dá)到塑性變形，缸體沿厚度方向產(chǎn)生應(yīng)力梯度；③將三件筒體進(jìn)行熱縮套合，熱套合時(shí)溫度為375?425°C進(jìn)行，套合冷卻后，將缸體內(nèi)徑絎磨至Φ49.2mm ；④對(duì)組合筒體進(jìn)行自緊工藝處理，自緊壓力為1800MPa；⑤切除自緊處理后缸體端部效應(yīng)長度為75mm的部分；⑥對(duì)缸體內(nèi)孔進(jìn)行精磨工至Φ50mm尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液力擠壓試驗(yàn)設(shè)備中超高壓缸體制作方法，其特征在于所述的內(nèi)筒、中筒及外筒均采用牌號(hào)為PCrN3W0MVA的超高強(qiáng)度鋼。
【文檔編號(hào)】B23P15/00GK103433702SQ201310355678
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月15日
【發(fā)明者】錢學(xué)梅, 田雨江, 聶砂, 賀新民, 閆微, 蔡波, 劉國孝 申請(qǐng)人:中國兵器工業(yè)第五二研究所