本发明专利技术公开了一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法，涉及金属材料成形技术领域，包括以下步骤：步骤1、将金属材料放入真空室，并将真空室抽真空；步骤2、调整真空室的环境，并预热压力成形机构至目标温度；步骤3、对金属材料进行悬浮熔配，实现金属熔体的无容器状态；步骤4、待金属熔体降温至目标温度后，使金属熔体在真空室内自由下落，获取微重力水平；步骤5、待金属熔体下落至合适位置后，驱动压力成形机构对金属熔体进行压力成形；步骤6、开启真空室，取出铸件。本发明专利技术还公开了一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置。本发明专利技术能够解决现有铸造成形技术中出现的服役性能较差，小型件、单件/小批量生产效率低的问题。题。题。
【技术实现步骤摘要】
基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法及装置
[0001]本专利技术涉及金属材料成形领域，特别是涉及一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法及装置。
技术介绍
[0002]铸造成形技术如浇注和压铸是将金属熔体浇入/压入模具经冷却凝固后获得特定形状的金属件的成形方法。因为其技术要求相对简单、价格低廉等特点，其已被应用于大规模工业生产。但是在传统铸造成形过程中，金属件容易出现缩孔、裂纹、气孔、氧化、偏析等缺陷和不足，极大的影响金属件的服役性能。且传统铸造成形技术仅适用于铝合金、镁合金及钢铁等少数几种金属材料，局限性较大。此外，传统铸造成形技术不适用于小型件、单件/小批量生产，在其生产过程中工人劳动强度大，较大的影响了生产效率。
[0003]材料的制备和成形对于其加工过程所处的环境非常敏感，金属材料在以微重力、无容器、高真空为主要特征的空间环境下的凝固能够有效抑制缩孔、裂纹、气孔、氧化、偏析等缺陷和不足，显著细化晶粒，提高金属件服役性能，因此近年来研究人员对于空间环境展现出了浓厚兴趣。但由于空间实验机会少且成本极高，空间环境的地面模拟技术得到了各国科研人员的广泛关注和重视。文献“Structural Evolution and Micromechanical Properties of Ternary Ni
‑
Fe
‑
Ti Alloy Solidified Under Microgravity Condition[J].Metallurgical and Materials Transactions A，2020(51)：3461
–
3472.”报道了通过落管技术在Ni
41
Fe
40
Ti
19
合金的凝固过程中耦合了无容器状态及微重力效应，使Ni
41
Fe
40
Ti
19
合金的硬度得到了显著提升。文献“Peritectic Solidification Kinetics and Mechanical Property Enhancement in a Rapidly Solidified Ti
–
48at％Al
–
8at％Nb Alloy via Hierarchical Twin Microstructure[J].Advanced Engineering Materials，2021(23)：2100101.1
–
2100101.13.”报道了通过电磁悬浮技术对Ti
44
Al
48
Nb8合金进行无容器处理，使Ti
44
Al
48
Nb8合金的屈服强度、韧性及硬度均得到了显著提升。可以发现，现有空间环境地面模拟技术有效解决了常规凝固及传统铸造条件下金属材料会产生缺陷的问题，显著提升了金属材料的性能，但无法实现对金属材料的加工成形。
[0004]因此，亟待一种能够对金属进行无容器和微重力效应处理并成形的一体化集成方法和装置，充分利用空间环境的地面模拟技术优势，用于高效地制备成分均匀、组织细化、缺陷较少的具有优异服役性能的金属材料。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法及装置，能够解决现有铸造成形技术中出现的服役性能较差，小型件、单件/小批量生产效率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术提供一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将金属材料放入真空室，并将所述真空室抽真空；
[0009]步骤2、调整所述真空室的环境，并预热压力成形机构至目标温度；
[0010]步骤3、对所述金属材料进行悬浮熔配，实现金属熔体的无容器状态；
[0011]步骤4、待所述金属熔体降温至目标温度后，使所述金属熔体在所述真空室内自由下落，获取微重力水平；
[0012]步骤5、待金属熔体下落至合适位置后，驱动所述压力成形机构对所述金属熔体进行压力成形；
[0013]步骤6、开启真空室，取出铸件。
[0014]优选的，所述步骤1中，将所述真空室抽真空至9.0
×
10
‑3～1
×
10
‑5Pa；
[0015]所述步骤3中，通过静电悬浮、电磁悬浮、气动悬浮或超声悬浮对所述金属材料进行悬浮熔配。
[0016]本专利技术还提供一种基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，包括所述真空室，所述真空室包括由上至下依次密封连接的无容器状态室、微重力室和压力成形室，所述无容器状态室内设置有悬浮熔配装置，所述无容器状态室能够实现所述金属材料的无容器状态以及加热熔化；所述微重力室能够使所述金属材料熔化后形成的金属熔体进行自由落体运动；所述压力成形室内设置有压力成形机构，所述压力成形机构能够实现所述金属熔体的压力成形；所述真空室还连接有真空泵系统，所述悬浮熔配装置、所述压力成形机构以及所述真空泵系统均与集成控制系统连接。
[0017]优选的，所述无容器状态室采用球形真空室或柱形真空室，所述无容器状态室安装有多个观察窗和法兰接口；所述悬浮熔配装置选用静电悬浮装置、电磁悬浮装置、气动悬浮装置或超声悬浮装置。
[0018]优选的，所述微重力室与所述无容器状态室通过法兰连接，所述微重力室包括由上至下连接的多个柱形真空室，多个所述柱形真空室之间通过法兰连接；每个所述柱形真空室安装有多个用于金属熔体位置探测的观察窗，每个所述柱形真空室安装有多个法兰接口。
[0019]优选的，所述压力成形室为柱形腔，并与所述微重力室通过法兰连接；所述压力成形室安装有多个观察窗、电极法兰和法兰接口。
[0020]优选的，所述压力成形机构为双动模压力成形装置，所述双动模压力成形装置包括电源、滑槽底板、金属动模、金属推杆、传动套筒、驱动装置和模具预热装置；
[0021]所述驱动装置通过通孔固定于所述滑槽底板上，所述驱动装置与所述传动套筒连接；所述金属动模与所述金属推杆连接，所述金属推杆固定在所述传动套筒内；所述金属动模的下部设置有限位块，所述限位块与所述滑槽底板上的滑槽滑动配合，所述驱动装置、所述传动套筒、所述金属推杆以及所述金属动模轴对称放置有两组；所述模具预热装置安装于所述金属动模上，所述驱动装置与所述电源连接，所述电源以及所述模具预热装置均与所述集成控制系统连接。
[0022]优选的，所述驱动装置采用电磁铁装置或真空步进电机，所述驱动装置通过所述集成控制系统控制；
[0023]所述电磁铁装置采用真空环境优化的电磁铁装置，所述电磁铁装置包括漆包线圈、缠线管、外壳和磁芯，所述磁芯滑动安装于所述缠线管中部，所述漆包线圈安装于所述
缠线管上，所述磁芯位于所述漆包线圈的中部，所述磁芯连接有所述传动套筒本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将金属材料放入真空室，并将所述真空室抽真空；步骤2、调整所述真空室的环境，并预热压力成形机构至目标温度；步骤3、对所述金属材料进行悬浮熔配，实现金属熔体的无容器状态；步骤4、待所述金属熔体降温至目标温度后，使所述金属熔体在所述真空室内自由下落，获取微重力水平；步骤5、待金属熔体下落至合适位置后，驱动所述压力成形机构对所述金属熔体进行压力成形；步骤6、开启真空室，取出铸件。2.根据权利要求1所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法，其特征在于：所述步骤1中，将所述真空室抽真空至9.0
×
10
‑3～1
×
10
‑5Pa；所述步骤3中，通过静电悬浮、电磁悬浮、气动悬浮或超声悬浮对所述金属材料进行悬浮熔配。3.一种如权利1或2所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形方法所采用的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，其特征在于：包括所述真空室，所述真空室包括由上至下依次密封连接的无容器状态室、微重力室和压力成形室，所述无容器状态室内设置有悬浮熔配装置，所述无容器状态室能够实现所述金属材料的无容器状态以及加热熔化；所述微重力室能够使所述金属材料熔化后形成的金属熔体进行自由落体运动；所述压力成形室内设置有压力成形机构，所述压力成形机构能够实现所述金属熔体的压力成形；所述真空室还连接有真空泵系统，所述悬浮熔配装置、所述压力成形机构以及所述真空泵系统均与集成控制系统连接。4.根据权利要求3所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，其特征在于：所述无容器状态室采用球形真空室或柱形真空室，所述无容器状态室安装有多个观察窗和法兰接口；所述悬浮熔配装置选用静电悬浮装置、电磁悬浮装置、气动悬浮装置或超声悬浮装置。5.根据权利要求3所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，其特征在于：所述微重力室与所述无容器状态室通过法兰连接，所述微重力室包括由上至下连接的多个柱形真空室，多个所述柱形真空室之间通过法兰连接；每个所述柱形真空室安装有多个用于金属熔体位置探测的观察窗，每个所述柱形真空室安装有多个法兰接口。6.根据权利要求3所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，其特征在于：所述压力成形室为柱形腔，并与所述微重力室通过法兰连接；所述压力成形室安装有多个观察窗、电极法兰和法兰接口。7.根据权利要求3所述的基于悬浮熔配的金属材料双动模压力成形装置，其特征在于：所述压力成形机构为双动模压力成形装置，所述双动模压...
【专利技术属性】
技术研发人员：阮莹，肖瑞麟，胡亮，解文军，魏炳波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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