銅合金是一種具有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、抗磁以及良好延展性的金屬,在電氣、航天、家電、交通等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著對銅合金零件精度、復(fù)雜程度、耐磨性、鍍銀等其他特殊性能需求的提高和對零件加工成本要求的降低,傳統(tǒng)的熱鍛成形配合切削加工已難以滿足這些要求,因此銅合金冷鍛技術(shù)在近些年開始被大量的使用。冷鍛技術(shù)包括冷擠壓、室溫閉塞鍛造、室溫閉式模鍛和開式模鍛等,其中室溫開式模鍛難度最大。
由于開式模鍛型腔遠(yuǎn)比回轉(zhuǎn)體類零件的常規(guī)擠壓復(fù)雜,應(yīng)力集中現(xiàn)象非常嚴(yán)重,模具壽命很低,對模具強(qiáng)度、制坯、工藝的要求很高,因此難度很大。室溫開式模鍛時,材料的冷作硬化現(xiàn)象嚴(yán)重,導(dǎo)致冷鍛坯料不能通過類似熱模鍛那樣反復(fù)鍛打來獲得,從而制坯難度更高。因此,掌握室溫開式模鍛技術(shù)是制造高精度開式模鍛件的先決條件。
銅合金室溫開式模鍛產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)。
(1)無氧化、表面質(zhì)量好:冷鍛技術(shù)是在室溫下成形,材料不需要加熱,所以產(chǎn)品表面不存在氧化現(xiàn)象,沒有氧化皮坑,表面質(zhì)量好,一般不需要進(jìn)行額外的機(jī)械切削加工即可使用。一般冷鍛銅零件表面粗糙度可達(dá)到Ra3.2~Ra0.8μm。
(2)精度高、質(zhì)量穩(wěn)定:銅合金的塑性較好,變形抗力較小,現(xiàn)有的模具材料能夠滿足鍛造的要求,變形過程易得到控制,且不存在熱收縮問題,因此相較熱鍛或溫鍛精度要高得多。冷鍛產(chǎn)品的精度還主要與模具的精度相關(guān),隨著高精度數(shù)控加工中心的普及,模具精度已經(jīng)大幅度提高,目前冷鍛產(chǎn)品的精度基本可控制在0.05~0.15mm以內(nèi),甚至小的回轉(zhuǎn)體零件可達(dá)到0.02mm的水平,且生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的精度穩(wěn)定、質(zhì)量好,很多零件直接通過鍛造可達(dá)到裝配使用的精度水平。
(3)硬度高、強(qiáng)度高、耐磨性好:通過常溫下的塑性變形,銅材得到加工硬化,獲得了比普通熱鍛更高的硬度,提高了材料的強(qiáng)度,也具有了更好的耐磨性。
純銅、黃銅以及白銅均無法像鋼材那樣熱處理強(qiáng)化,則這些材料的熱模鍛件只能是軟狀態(tài),強(qiáng)度、硬度和耐磨性較差,在很多情況下都無法滿足使用要求。例如高壓開關(guān)的純銅導(dǎo)電觸指要求鍍硬銀后,有抗插拔、抗拉毛、抗輕微碰撞的能力,若采用熱鍛成形,材質(zhì)基體太軟,鍍銀后銀層結(jié)合不牢固,經(jīng)過輕微碰撞就會掉片,引起開關(guān)放電爆炸,造成重大的事故,因此大多數(shù)情況下有運(yùn)動摩擦要求的高壓開關(guān)導(dǎo)電觸指都必須是硬態(tài)的,必須采用冷鍛成形,此點(diǎn)可從日本東芝、ABB、西門子等高壓開關(guān)導(dǎo)電觸指的設(shè)計上得到驗證。
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