镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于镁合金成形相关技术领域，其公开了一种镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置，方法包括：S1：将镁合金板材加工成圆形板坯，并放入液氮中浸泡，直至达到液氮温度；S2：将所述圆形板坯快速转移到旋压机床，通过尾顶固定在芯模端部，以随芯模和主轴同步转动；S3：沿所述圆形板坯的径向对所述圆形板坯进行超声辅助增厚旋压，得到预变形板坯；S4：将所述预变形板坯加热至成形温度，沿所述芯模的母线对预变形板坯进行超声辅助变薄旋压获得所需回转体零件。本申请可以极大促进镁合金材料的基面织构弱化，改善力学性能各向异性和成形性能，并且可以降低整体成形力和改善材料的流动状况，提高成形零件的表面质量。提高成形零件的表面质量。提高成形零件的表面质量。

【技术实现步骤摘要】
镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置


[0001]本专利技术属于镁合金成形相关
，更具体地，涉及一种镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置。

技术介绍

[0002]镁合金的密度低、比强度和比刚度高，目前越来越倾向于采用镁合金来制造各类轻质薄壁件。镁合金锥形或曲母线形薄壁回转体零件是典型的高性能轻量化构件之一，广泛应用于航空航天、武器装备等领域高端装备。
[0003]镁合金具有密排六方晶体结构，室温延伸率低，而温度的升高可以促进非基面滑移的启动，使镁合金的加工性能大幅改善，故其塑性变形主要在加热状态下进行。变薄旋压是实现回转体零件精密近净成形的有效方法，包括流动旋压、剪切旋压等。中国专利CN107855394B公开了一种镁合金薄壁筒形件的交叉旋压强化方法，以及中国专利CN10998595公开了一种制备镁合金带内筋筒形件的热强旋成形方法，均是通过加热旋压的方式实现镁合金的变形，但加热旋压过程占据主导地位的基面滑移极易导致强烈的基面织构，并表现出明显的各向异性，严重制约了镁合金力学性能和成形性能的提升。同时，由于材料与芯模之间摩擦阻力的存在，内外表面材料流动差异较大，易出现壁厚分布和圆度分布不均等问题，影响零件的尺寸精度。中国专利CN112029973、CN111069393及CN104438536B公开了采用超声辅助变形来实现细化晶粒和改善零件表面质量，但针对镁合金而言，基面织构引起的力学性能各向异性和较差的成形性能仅通过超声辅助变形难以改善，这极大限制了镁合金材料的推广与应用。/>
技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置，本申请可以在镁合金中引入大量的孪晶组织，有效降低材料的各向异性和改善成形性能，并且可以促进镁合金晶粒细化和改善材料的流动状况，显著提升成形零件的力学性能和表面质量。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法，所述方法包括：S1：将镁合金板材加工成圆形板坯，并放入液氮中浸泡，直至达到液氮温度；S2：将所述圆形板坯快速转移到旋压机床，通过尾顶固定在芯模端部，以随芯模和主轴同步转动；S3：沿所述圆形板坯的径向对所述圆形板坯进行超声辅助增厚旋压，得到预变形板坯；S4：将所述预变形板坯加热至成形温度，沿所述芯模的母线对预变形板坯进行超声辅助变薄旋压获得所需回转体零件。
[0006]优选的，步骤S3中采用液氮装置对所述圆形板坯喷射液氮和降温。
[0007]优选的，步骤S3中预变形板坯的变形量为1％～10％。
[0008]优选的，步骤S4中采用激光或者火焰对所述圆形板坯变形区进行局部加热。
[0009]优选的，步骤S3中采用增厚旋轮对所述圆形板坯进行增厚旋压；步骤S4中采用蝶
形旋轮进行变薄旋压。
[0010]优选的，步骤S3具体为：开启所述旋压机床，使圆形板坯随芯模和主轴进行同步转动，采用增厚旋轮沿所述圆形板坯的径向逐步进给进行增厚。
[0011]优选的，步骤S4中在超声辅助变薄旋压过程中还包括对旋压变形区域进行局部加热。
[0012]优选的，步骤S1还包括对所述圆形板坯进行打中心孔，所述尾顶通过所述中心孔将所述圆形板坯固定在芯模上。
[0013]优选的，所述芯模与待成形回转体零件的形状相同。
[0014]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种用于上述镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法的装置，所述装置包括：液氮装置，用于使板坯充分降温；尾顶，用于固定待变形板材；芯模，其为锥形或曲母线形，与旋压机床主轴相连，以在主轴的带动下进行转动；超声电源、换能器和变幅杆依次连接，变幅杆的端部为可拆卸末端；增厚旋轮以及蝶形旋轮，用于与所述可拆卸末端连接。
[0015]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法及装置具有如下有益效果：
[0016]1.本申请在镁合金热塑性变形前，通过对被加工镁合金材料进行深冷处理并沿厚度方向施加小应变量的压缩预变形，在限制材料内部位错运动的同时可以在基体中引入大量的孪晶组织，有效改变晶粒取向和弱化基面织构。此外，利用超声振动的声软化效应和减摩擦效应，可以促进晶粒细化和材料流动状况，提高制件的力学性能和表面质量。因此，将深冷预变形和超声振动辅助相结合的冷热旋压成形方法为实现高品质镁合金回转体零件的制备提供了新的途径。
[0017]2.由于本申请的对象为镁合金，该材料在热塑性变形过程以基面滑移为主，这极易导致强烈的基面织构，使材料产生明显的力学性能各向异性并降低其成形性能，极大限制镁合金的应用范围，而单纯的超声辅助变形难以削弱基面织构，因此本申请在超声辅助变薄旋压前进行超声辅助增厚旋压，通过超低温条件下的小应变压缩预变形引入大量的孪晶组织，促进晶粒取向改变和基面织构弱化，进而克服了超声辅助变薄旋压过程镁合金材料各向异性显著和成形性能差的问题，这对于高品质镁合金回转体零件的制备至关重要。
[0018]3.本申请增厚预变形量在1～10％，合理的预变形量是控制所引入孪晶组织体积分数的关键。若预变形量过低(＜1％)则难以引入足够的孪晶组织来弱化镁合金的基面织构，而预变形量过大(＞10％)则容易导致镁合金由于低温成形性能差而出现裂纹等缺陷。
[0019]4.在超声辅助增厚旋压过程包括对旋压部位通过喷射液氮进行降温，可以最大程度保证材料处于超低温状态，极大促进孪晶组织的产生。
[0020]5.在超声辅助变薄旋压过程中包括对旋压部位进行局部加热，可以进一步改善镁合金的成形性能，诱发动态再结晶和促进晶粒细化。
[0021]6.本申请方法所用装置简单，只需在一套装置上通过简单的更换工具头即可实现回转体零件的制备，工艺简单，便于商业化应用。
附图说明
[0022]图1是本申请实施例镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法的步骤图；
[0023]图2是本申请实施例镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法中超声辅助旋压增厚过程的装置示意图；
[0024]图3是本申请实施例镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法中超声辅助旋压变薄过程的装置示意图。
[0025]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
[0026]1‑
液氮罐；2
‑
液氮喷嘴；3
‑
尾顶；4
‑
圆形板坯；5
‑
芯模；6
‑
增厚旋轮；7
‑
变幅杆；8
‑
换能器；9
‑
超声电源；10
‑
激光器；11
‑
蝶形旋轮。
具体实施方式
[0027]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁合金回转体零件的超声辅助冷热旋压成形方法，其特征在于，所述方法包括：S1：将镁合金板材加工成圆形板坯，并放入液氮中浸泡，直至达到液氮温度；S2：将所述圆形板坯快速转移到旋压机床，通过尾顶固定在芯模端部，以随芯模和主轴同步转动；S3：沿所述圆形板坯的径向对所述圆形板坯进行超声辅助增厚旋压，得到预变形板坯；S4：将所述预变形板坯加热至成形温度，沿所述芯模的母线对预变形板坯进行超声辅助变薄旋压获得所需回转体零件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中在增厚旋压时还包括采用液氮装置对所述圆形板坯喷射液氮和降温。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中预变形板坯的变形量为1％～10％。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4中采用激光或者火焰对所述圆形板坯变形区进行局部加热。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中采用增厚旋轮对所述圆形板坯进行增厚旋压；步骤S4中采用蝶形旋轮进行变薄旋压。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新云，龙锦川，李成，金俊松，邓磊，唐学峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：