技术领域
[0001] 本
发明涉及一种大长径比空心薄壁轴挤压制备装置及方法，属于材料加工制造技术领域，它涉及到制造大长径比空心薄壁轴，不仅可以制备空心通孔轴坯，同时也可以用于制备空心深
盲孔轴，将极大满足国内外对于大长径比空心薄壁轴的需求。
背景技术
[0002] 随着工业技术以及武器装备需求的发展，对于零件的技术要求日益提高。尤其是在高温高强的环境下对空心薄壁轴坯的要求更加苛刻，此类环境下空
心轴类零件均是采用高温
合金或者超高强度
钢，此类材料以其高温强度以及持久蠕变性能优异占据着国内外
发动机材料市场，但是也正是由于此类合金高温抗
变形能
力以及一体化设计限制了挤压技术在空心轴坯制备上的发展；同时要获得良好的使用性能，又要求零件的成形应没有或者少去余量，以免造成制造
流线的缺失。而目前对于空心轴坯的制备，主要有
机械加工，包括钻、扩、铰、镗、磨等，以及冷成形，包括楔横轧、径向
锻造、
冷挤压等方法；而对于大长径比空心薄壁轴的制备，目前没有一种高效的工艺技术，仍是使用大直径棒料利用传统机械加工制备而成。大直径棒材成形后，由于变形量的不均匀，局部变形不充分，晶粒很难实现均匀化，而采用多次多方向锻造又会增加制造成本；另外，采用棒材通过机械加工制备的空心轴坯，通过加工过程去除了变形流线，导致零件的使用性能大幅下降；更重要的是超过一定长度后，由于加工工具的自身强度限制，加工过程中易发生挠曲，无法保证加工的
精度。因此，探索一种新型的大长径比空心薄壁轴坯制备技术迫在眉睫。
[0003] 目前，空心挤压在
型材制备以及零件成形方面，已有一些应用。
专利公开号为CN105057529A的《变截面空心轴锻件
挤压成型方法》以及专利公开号为CN106862471A《一种空心挤压C250
合金钢长轴类锻件的成型方法》中均介绍了空心轴坯的制备方法，并且得到了组织均匀性好、锻件性能稳定的空心长轴，而且极大程度地降低了锻件原材料的使用率，但是对于大长径比的薄壁管成形，运用此种方法成形，第一需要制造高度极大的下凹模，第二运用下顶杆顶出空心轴坯的过程中，很容易发生轴坯的变形；专利公开号为CN105921671A《一种阶梯空心轴类件的反
挤压成形方法及模具》中介绍了一种反挤压制备变截面空心长轴的方法，但是此种制造方法成形的长轴的高度有限，当高度达到一定长度时，挤压杆就会很难出模，甚至因为强度不够被拉断。
发明内容
[0004] 本发明的目的是针对
现有技术中的不足，提出一种新型的大长径比空心薄壁轴挤压装置及方法。该方法可以得到大长径比薄壁空心轴，满足越来越苛刻的材料使用环境；同时，通过该方法，可以实现原材料利用率提高，极大地缩短生产周期，生产成本降低。
[0005] 本发明的技术解决方法方案：空心薄壁轴为长度与直径比不小于10、壁厚不大于20mm的空心薄壁轴坯，挤压制备装置包括挤压杆、上垫板、上模座、左半凹模、右半凹模、导柱、挤压模芯、挤压缸、左
液压缸、右液压缸、挤压内筒；挤压杆通过联接
螺栓与上垫板连接后，安装在挤压机上模座上；左半凹模与右半凹模拼接组装成凹模，挤压模芯置于左半凹模与右半凹模拼接组装成凹模中，导柱置于挤压缸和上垫板之间，左液压缸和右液压缸分别置于左半凹模与右半凹模两侧，挤压
缸套在挤压内筒外。
[0006] 使用大长径比空心薄壁轴挤压制备装置的方法，其操作步骤是，
[0007] 第一步，将挤压杆通过联接螺栓与上垫板组装好后，安装在挤压机上模座上；
[0008] 第二步，将左半凹模与右半凹模拼接组装成凹模后，启动左液压缸和右液压缸，使左半凹模与右半凹模相互之间不能移动；
[0009] 第三步，将挤压模芯放入凹模中；
[0010] 第四步，将挤压缸和挤压内筒挤压内筒组装成挤压筒后，加热至200℃～300℃，置于凹模上，挤压机上垫板沿着导柱下行至挤压缸上并使挤压杆与挤压模芯同轴，挤压缸与凹模通过紧固螺栓连接固定；
[0011] 第五步，在挤压坯料表面
喷涂抗
氧化剂以及
润滑剂；
[0012] 第六步，在挤压内筒内表面喷涂
石墨润滑剂；
[0013] 第七步，将挤压坯料加热至450℃～1150℃，保湿时间3～10小时，转移至挤压凹模中，挤压杆下行对轴坯挤压，成形为大长径比空心薄壁轴；
[0014] 第八步，挤压杆上行至挤压杆脱离挤压筒；
[0015] 第九步，松开挤压缸与凹模的紧固螺栓，取出挤压筒；
[0016] 第十步，将左半凹模与右半凹模两侧的液压缸脱离后，取出大长径比空心薄壁轴挤压件。
[0017] 导柱根据不同的精度需要，导柱的数量不少于2根。
[0018] 挤压缸与挤压内筒的配合为
过盈配合，通过加
热挤压缸，采用热装方式，与挤压内筒配合。
[0019] 根据大长径比空心薄壁轴材料的不同，使用不同的润滑剂。
[0020] 根据不同的大长径比空心薄壁轴材料选择不同的挤压坯料加热
温度，然后挤压成形。
[0021] 控制挤压杆的压下量和挤压坯料大小，实现带
法兰边的薄壁空心轴挤压件成形。
[0022] 通过本发明制备装置及方法制得的大长径比空心薄壁轴，具有以下优点：
[0023] 1.无需机械加工或者少量机械加工，缩短制造周期，降低生产成本，极大地提高了材料的利用率；
[0024] 2.机械加工去除量少，保证了锻件的流线不被切断，增加了零件的强度，特别是高温服役条件下的材料抗变形性能；
[0025] 3.挤压变形量大，变形充分，晶粒细化、分布均匀；
[0026] 4.相较于反挤压进行空心轴坯的制造，变形结束时，贴近挤压杆出模部位的坯料温度变化的少，收缩力小，挤压杆易于取出；
[0027] 5.利用导柱的装置充分确保了挤压杆的对中
定位，保证了空心轴坯壁厚的均匀性；
[0028] 6.不需要使用顶出杆装置，增加了挤压装置垂直方向的运动空间，同时也减少了挤压凹模的冗余，节省了模具制造成本；
[0029] 7.装置中挤压筒由挤压缸和挤压内筒过盈配合组成，不仅利用预紧
应力保护了挤压内筒，防止横向压力过大导致的开裂，同时在挤压筒内壁发生损坏时，只需要更换挤压内筒即可，降低了制造成本；
[0030] 8.运用分半凹模技术取代了挤压顶出装置，简化了大长径比空心薄壁挤压件脱模问题，又可有效避免因顶出大长径比空心薄壁轴的挠曲变形；
[0031] 9.合理设计挤压坯料和挤压压下量，可以制造带有法兰边的空心轴；
[0032] 10.只要挤压筒及挤压凹模设计允许，理论上可以得到不限长度的大长径比空心薄壁轴；
[0033] 11.此装置不仅适合难变形材料的空心薄壁轴挤压成形，也适用于强度低、硬度小的
铝合金类金属材料大长径比空心薄壁轴挤压成形；
[0034] 12.本发明装置可通过调节挤压杆与挤压模芯出口直径达大小，控制其间隙，可得到不同需要的大长径比空心薄壁挤压件。
附图说明
[0035] 图1是本发明的通孔挤压结构示意图。
[0036] 图2是本发明的盲孔挤压结构示意图。
[0037] 附图标记说明。
[0038] 1-上模座；2-上垫板；3-挤压杆；4-导柱；5-挤压缸；6-左半凹模；7-左液压缸；8-右液压缸；9-右半凹模；10-挤压模芯；11-紧固螺栓；12-挤压内筒；13-联结螺栓。
具体实施方式
[0039] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0040] 挤压制备装置包括挤压杆3、上垫板2、上模座1、左半凹模6、右半凹模9、导柱4、挤压模芯10、挤压缸5、左液压缸7、右液压缸8、挤压内筒12；挤压杆3通过联接螺栓13与上垫板2连接后，安装在挤压机上模座1上；左半凹模6与右半凹模9拼接组装成凹模，挤压模芯10置于左半凹模6与右半凹模9拼接组装成凹模中，导柱4置于挤压缸5和上垫板2之间，左液压缸
7和右液压缸8分别置于左半凹模6与右半凹模9两侧，挤压缸5套在挤压内筒12外。
[0041] 其操作步骤是，
[0042] (1)将挤压杆3通过联接螺栓13与上垫板2组装好后，安装在挤压机上模座1上；
[0043] (2)将左半凹模6与右半凹模9拼接组装成凹模后，启动左液压缸7和右液压缸8，使左半凹模6与右半凹模9相互之间不能移动；
[0044] (3)将挤压模芯10放入凹模中；
[0045] (4)将挤压缸5和挤压内筒挤压内筒12组装成挤压筒后，加热至200℃～300℃，置于凹模上，挤压机上垫板2沿着导柱4下行至挤压缸5上并使挤压杆3与挤压模芯10同轴，挤压缸5与凹模通过紧固螺栓11连接固定；
[0046] (5)在挤压坯料表面喷涂抗
氧化剂以及润滑剂；
[0047] (6)在挤压内筒内表面喷涂石墨润滑剂；
[0048] (7)将挤压坯料加热至450℃～1150℃，保湿时间3～10小时，转移至挤压凹模中，挤压杆3下行对轴坯挤压，成形为大长径比空心薄壁轴；
[0049] (8)挤压杆3上行至挤压杆3脱离挤压筒；
[0050] (9)松开挤压缸5与凹模的紧固螺栓11，取出挤压筒；
[0051] (10)将左半凹模6与右半凹模9两侧的液压缸脱离后，取出大长径比空心薄壁轴挤压件。
[0052] 特别地，当进行通孔空心轴坯挤压时，需要预先加工出一定大小的内孔径。
[0054] 挤压坯料为304
不锈钢棒料，规格为Ф200mm*150mm，目标大长径比空心薄壁轴外径为100mm，内径为85mm，长度不小于1500mm。其实施方案如下：
[0055] (1)将直径为85mm的挤压杆、上垫板依次安装在挤压机上模座上；
[0056] (2)将左半凹模与右半凹模拼接组装成凹模后，启动左液压缸和右液压缸，；
[0057] (3)将挤压出口直径为100mm挤压模芯放入凹模中；
[0058] (4)将挤压筒加热至200℃～300℃，置于凹模上，挤压机上垫板下行，确保挤压杆对中定位完成后，拧紧紧固螺栓；
[0059] (5)在304不锈钢坯料表面喷涂高温润滑剂；
[0060] (6)在挤压内筒内表面喷涂石墨润滑剂；
[0061] (7)将304不锈钢坯料加热至1100℃，保温时间4小时，转移至挤压凹模中，进行挤压，压下量设置为130mm，达到压下量后即停止挤压；
[0062] (8)挤压杆上行至挤压杆脱离挤压筒；
[0063] (9)松开挤压缸与凹模的紧固螺栓，取出挤压筒；
[0064] (10)将左半凹模与右半凹模两侧的液压缸脱离后，取出带有法兰边的304不锈钢大长径比盲孔空心薄壁轴挤压件。
[0065] 实施例2
[0066] 挤压坯料为TC4
钛合金棒料，规格为Ф150mm*200mm，中心预先线切割出直径为60mm的通孔，目标大长径比空心薄壁轴外径为80mm，内径为60mm，长度不小于1000mm。其实施方案如下：
[0067] (1)将直径为60mm的挤压杆、上垫板依次安装在挤压机上模座上；
[0068] (2)将左半凹模与右半凹模拼接组装成凹模后，启动左液压缸和右液压缸，；
[0069] (3)将挤压出口直径为80mm的挤压模芯放入凹模中；
[0070] (4)将挤压筒加热至200℃～300℃，置于凹模上，挤压机上垫板下行，确保挤压杆对中定位完成后，拧紧紧固螺栓；
[0071] (5)在TC4钛合金坯料表面喷涂玻璃润滑剂；
[0072] (6)在挤压内筒内表面喷涂石墨润滑剂；
[0073] (7)将TC4钛合金坯料加热至950℃，保温时间4小时，转移至挤压凹模中，进行挤压，压下量设置为180mm，达到压下量后即停止挤压；
[0074] (8)挤压杆上行至挤压杆脱离挤压筒；
[0075] (9)松开挤压缸与凹模的紧固螺栓，取出挤压筒；
[0076] (10)将左半凹模与右半凹模两侧的液压缸脱离后，取出带有法兰边的TC4钛合金大长径比通孔空心薄壁轴挤压件。
