一种热作模具裂纹修复装置及修复方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种热作模具裂纹修复装置及修复方法，属于模具裂纹修复领域。该装置包括高温扩散系统、脉冲电流发生系统及模具工装夹具。本发明专利技术通过高温加压使得裂纹间隙减小甚至压合，通过组织蠕变和元素扩散愈合裂纹。同时辅助电流可自行有效的检测裂纹萌生及扩展位置，可控的注入能量愈合微裂纹，合适的真空扩散工艺参数获得优良的裂纹修复质量和成功率，此修复方法可以作为热作模具裂纹修复和寿命提升的新方法，具备广泛适用性和环保经济性。

【技术实现步骤摘要】
一种热作模具裂纹修复装置及修复方法
本专利技术属于模具裂纹修复领域，特别是涉及一种热作模具裂纹修复装置及修复方法。
技术介绍
热作模具承受着周期加载与冷热温度的变化，产生的热疲劳或者热机械疲劳现象致使热作模具裂纹破坏是主要的失效形式。热作模具的使用寿命由于裂纹的萌生和扩展受到制约，针对裂纹的修复与延长裂纹扩展时间有重要的工程、经济意义。对于热作模具裂纹修复和延长寿命而言，以往的主要方法有热处理法、表面处理法、裂纹补焊等。如专利CN105252203A，2016-01-20.中提到的使用TIG补焊法旨在修复肉眼可见、尺寸较大的裂纹，焊接产生的残余应力和氧化层还需消除，且零件还需进一步机加工；专利CN104673974A，2015-06-03.主要旨在原材料的准备上，通过控制组织转变提升热作模具的韧性，降低材料裂纹扩展；专利CN104962723A，2015-10-07.是借助微胶囊粘合剂，使用激光冲击强化实现表面组织致密和裂纹修复；专利CN104439887A，2015-03-25.利用的尖端放电理论修复一定尺度的裂纹，但针对大尺寸效果差且焊接出组织变化梯度大，同时其设计装置仅适用于薄板。这些方法容易对热作模具本身产生附加影响，更多的用于表面裂纹的处理而提升使用寿命，不具备广泛适用性和环保经济性。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术的目的是提供一种热作模具裂纹修复装置及修复方法，该方法不仅可以用于表面裂纹的处理而提升使用寿命，且具有广泛适用性和环保经济性。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种热作模具裂纹修复装置，包括高温扩散系统、脉冲电流发生系统及热作模具装夹装置；所述热作模具装夹装置与脉冲电流发生系统相连接，并放置于高温扩散系统中。进一步的，所述高温扩散系统包括真空系统、加热系统、冷却系统、液压压力机、控制系统及扩散炉体；所述脉冲电流发生系统包括脉冲发生器、放电模块、充电模块、放电采集模块和PLC控制模块；所述脉冲发生器、放电模块与热作模具装夹装置串联形成放电电路，充电模块与脉冲发生器并联在所述放电电路中，所述放电采集模块连接在所述放电电路的支路上，所述PLC控制模块分别连接放电模块、充电模块和放电采集模块；所述热作模具装夹装置放置于扩散炉体中，正对扩散炉体顶端的液压压力机的中心；所述扩散炉体分别连接真空系统、加热系统、冷却系统和控制系统；所述控制系统分别连接真空系统、加热系统、冷却系统及液压压力机；所述扩散炉体提供密封的环境。进一步的，所述热作模具装夹装置包括绝缘陶瓷、导电石墨和石墨电极；所述两导电石墨之间固定需要修复的热作模具，且外侧各设置一所述绝缘陶瓷，所述导电石墨上连接有石墨电极；所述热作模具的型面与导电石墨形状互补；绝缘陶瓷两端凸台与液压压力机压头、扩散炉体底座配合定位。进一步的，所述绝缘陶瓷、导电石墨及石墨电极通过螺栓、螺母固定为一体，所述绝缘陶瓷的螺钉孔之上使用陶瓷片绝缘螺栓所带的电流，所述螺栓的下端压在石墨电极上。一种热作模具裂纹修复方法，具体步骤如下：a.通过所述高温扩散系统调控热作模具修复需要的温度及真空度，通过所述液压压力机对热作模具施加压力，并严格控制温度及压力；b.根据所述热作模具无损探伤的裂纹长度或深度结果确定脉冲电流密度，从而设定所述脉冲电流发生系统的充电电压；c.通过所述PLC控制模块控制充放电，完成一次放电，液压压力机施加一次压力并保压，完成一次修复循环；d.每完成数三次循环后，利用无损探伤检测技术检测效果，若裂纹愈合，停止修复循环，否则继续三次循环，直至裂纹愈合。进一步的，所述步骤a中，真空度应保持在10-2Pa以下，温度T≈0.5Tm，Tm为金属熔点，且温度小于相变温度，升温速度平稳，到达设定温度后保温5-15分钟，初始压力为F＝S*1MPa，S为热作模具与导电石墨的接触面积，单位为m2。进一步的，所述步骤b中，热作模具存在中心裂纹和表面深度裂纹，中心裂纹方向随机，表面深度裂纹垂直于表面；所述裂纹的方向垂直于压力、电流施加方向，若无损检测到存在与表面深度裂纹垂直的中心裂纹，则必须需要二次装夹，即热作模具旋转90度装夹，再次进行修复循环周期；所述脉冲电流密度的确定方法为：脉冲电流密度应大于裂纹尖端电磁热效应致尖端熔化的临界电流密度，小于使模具整体升温超过相变温度的临界电流密度，方程式为：其中J脉冲电流密度，为Cp为比热容，ρ为材料电阻率，d为材料密度，ΔT为材料熔点温度减去环境温度，l为无损探伤检测到裂纹长度或深度的最大值，Δθ为相变温度减去环境温度，tp为脉冲时间，单位为国标；初始充电电压V由J*ρ*H决定，H为装夹高度。进一步的，所述步骤c中，充电完成后，所述PLC控制模块控制耐高压的球隙气缸进行放电；放电后所述液压压力机施加压力，压力值由材料扩散连接的最佳压强值与接触面积之积决定；保压时间由材料应力松弛特性决定，时间长度大于应力松弛的时间长度；严格控制炉内温度在相变温度以下。进一步的，所述步骤d中，后几次修复循环充电电压比前次增加0.05-0.1倍的初始充电电压，压力比前次增加0.2MPa*接触面积Am2，即表示压强增加0.2MPa。进一步的，所述步骤a中，到达设定温度后保温15分钟，所述步骤d中，后两次修复循环充电电压比前次增加0.1倍的初始充电电压。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术对需要裂纹修复和寿命延升的热作模具在真空高温的环境下实施修复循环，包括施加压力和脉冲电流两种能量递增注入。高压下能够使热作模具内部非垂直于压力方向的裂纹间隙减小甚至压合，真空高温的环境促进了组织的蠕变和元素的扩散。在脉冲电流注入时，针对受压的大尺寸裂纹，瞬间电流会集中在裂纹尖端形成高密度电流场，产生的热效应使材料熔化形成愈合；针对初步愈合大尺寸裂纹、微裂纹和压合的裂纹，脉冲电流形成的定向电磁场降低元素的扩散激活能，显著提高了合金元素的扩散系数，提高扩散连接效率。随后压力的施加进一步给予愈合组织以压应力场促进扩散连接，温度的控制减小愈合部位组织的差距和残余应力。在提升修复效率的同时获得更好的修复质量。2、在无机加工和二次热处理的情况下实现热作模具裂纹修复和单次修复寿命提升1/2以上，扩散连接造成的尺寸变化小，温度和真空环境的控制极大限度的保证了不对模具组织、性能造成不良影响。3、两种都是传递性的能量可以自动出现在裂纹或者愈合区域，无需定点辅助，对热作模具日常服役过程中出现的裂纹均可实现修复；压力可以是长尺寸裂纹间隙减小实现更好脉冲电流愈合，电流热效应降低周围材料的屈服促进压力的作用，两种能量相互促进扩散连接，是无污染、高效且优质延长全寿命周期的再制造方法。4、本专利技术针对同一种或类似模具批量装夹方便，参数设置简便，可实现批量修复；装置适用于各种金属材料的装夹以通入脉冲电流。综上所述，本专利技术可以针对不同材质存在裂纹或服役一段时间的热作模具进行修复处理，适应性广泛，可广泛应用于金属材质模具的寿命提升。附图说明图1是热作模具裂纹修复装置示意图；图2是热作模具装夹装置示意图；图3是热作模具装夹装置剖面图；图4是热作模具装夹装置型面受力示意图；图5是导电石墨、绝缘陶瓷与石墨电极连接示意图；图6是实施例流程图。附图标记：A、高温扩散系统；B、脉冲电流发生系统；1、真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，包括高温扩散系统(A)、脉冲电流发生系统(B)及热作模具装夹装置(6)；所述热作模具装夹装置(6)与脉冲电流发生系统(B)相连接，并放置于高温扩散系统(A)中。

【技术特征摘要】
1.一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，包括高温扩散系统(A)、脉冲电流发生系统(B)及热作模具装夹装置(6)；所述热作模具装夹装置(6)与脉冲电流发生系统(B)相连接，并放置于高温扩散系统(A)中。2.根据权利要求1所述的一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，所述高温扩散系统(A)包括真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)、液压压力机(4)、控制系统(5)及扩散炉体(7)；所述脉冲电流发生系统(B)包括脉冲发生器(8)、放电模块(9)、充电模块(10)、放电采集模块(11)和PLC控制模块(12)；所述脉冲发生器(8)、放电模块(9)与热作模具装夹装置(6)串联形成放电电路，充电模块(10)与脉冲发生器(8)并联在所述放电电路中，所述放电采集模块(11)连接在所述放电电路的支路上，所述PLC控制模块(12)分别连接放电模块(9)、充电模块(10)和放电采集模块(11)；所述热作模具装夹装置(6)放置于扩散炉体(7)中，正对扩散炉体(7)顶端的液压压力机(4)的中心；所述扩散炉体(7)分别连接真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)和控制系统(5)；所述控制系统(5)分别连接真空系统(1)、加热系统(2)、冷却系统(3)及液压压力机(4)；所述扩散炉体(7)提供密封的环境。3.根据权利要求2所述的一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，所述热作模具装夹装置(6)包括绝缘陶瓷(61)、导电石墨(62)和石墨电极(64)；所述两导电石墨(62)之间固定需要修复的热作模具(63)，且外侧各设置一所述绝缘陶瓷(61)，所述导电石墨(62)上连接有石墨电极(64)；所述热作模具(63)的型面与导电石墨(62)的形状互补；绝缘陶瓷(61)两端凸台与液压压力机(4)压头、扩散炉体(7)底座配合定位。4.根据权利要求3所述的一种热作模具裂纹修复装置，其特征在于，所述绝缘陶瓷(61)、导电石墨(62)及石墨电极(64)通过螺栓(642)、螺母(643)固定为一体，所述绝缘陶瓷(61)的螺钉孔之上使用陶瓷片(641)绝缘螺栓(642)所带的电流，所述螺栓(642)的下端压在石墨电极(64)上。5.一种使用权利要求1-4任一项所述装置的热作模具裂纹修复方法，其特征在于，具体步骤如下：a.通过所述高温扩散系统(A)调控热作模具(63)修复需要的温度及真空度，通过所述液压压力机(4)对热作模具(63)施加压力，并严格控制温度及压力；b.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明和，苏楠，谢兰生，吴荣华，叶建华，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32