一种金属环件的粉末增材-轧制近净成形装备及方法技术

本发明专利技术属于金属材料加工领域，并具体公开了一种金属环件的粉末增材

【技术实现步骤摘要】
一种金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备及方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工领域，更具体地，涉及一种金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备及方法。

技术介绍

[0002]进入21世纪以来，随着科学技术的飞速发展，各类尺寸金属环件的作为高端战略装备的重要组成部分，更加严苛的服役环境对其提出更高要求和更广需求。
[0003]当前，各类尺寸金属环件的整体制造主要采用铸锭环轧成形，其工艺流程主要包括：熔炼铸锭
→
开坯改锻
→
墩粗冲孔
→
环轧成形。该工艺不仅成产周期长、加工成本高、能源损耗剧烈，同时在制备各类尺寸环件过程中还存在诸多工艺本征缺陷带来的固有问题始终难以解决。首先，各类重量合金锭铸造在长时、缓慢凝固过程中不可避免地会因溶质富集而导致成分偏析；其次，各类尺寸铸锭在开坯改锻过程中不可避免地会由于力能参数局限导致的变形量不足，造成芯部与表面组织不均问题；镦粗冲孔工艺则不可避免地存在材料的高损耗；最后，装备力能参数的局限同时也会使环件尺寸提升陷入瓶颈，目前世界最大尺寸环轧机也仅能成形直径12米金属环件。
[0004]因此，面对各类尺寸金属环件的巨大需求，目前亟待开发一种金属环件高效近净成形方法及装备，用以实现各类尺寸环件的短流程、低成本、一体化制造。

技术实现思路

[0005]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金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备及方法，其目的在于，解决各类尺寸金属环件制备过程生产周期长、能源消耗剧烈、材料损耗大、加工成本高，成形件成分偏析、组织不均、尺寸瓶颈严重等诸多问题，提供一种金属环件短流程、低能耗、低成本、尺寸无限可调的高效近净成形方法及装备。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提出了一种金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，包括凸字形机架、铺送粉机构、快速加热烧结装置和环轧机抱辊机构，其中：
[0007]两套所述凸字形机架竖向对向放置，且一套固定，另一套可移动；
[0008]所述凸字形机架上依次设置有环轧机芯辊辊系、铸轧机侧封机构和环轧机压下辊辊系，三者包围形成粉池区域，通过所述铺送粉机构向粉池区域送粉；所述环轧机芯辊辊系和环轧机压下辊辊系形成一对轧辊，用于对附着在环件上的金属粉末施加轧制或粘附力，且一对轧辊间距离可调；
[0009]所述快速加热烧结装置固定在所述凸字形机架上，用于对环件表面在轧制作用下附着的金属粉末进行加热烧结；
[0010]所述环轧机抱辊机构固定在所述凸字形机架上，用于驱动环件转动并对环件施加抱辊力以进行形状控制。
[0011]作为进一步优选的，所述快速加热烧结装置为一套或者多套，沿环件圆周方向排布；该快速加热烧结装置包括快速加热器，其环绕于环件截面，且一侧可开合；快速加热器
加热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热，且加热功率可调节。
[0012]作为进一步优选的，所述快速加热烧结装置还包括加热器位置调控机构，其用于调节所述快速加热器的空间位置，其驱动方式为液压驱动、电力驱动或气压驱动；所述加热器位置调控机构上配备有位移传感器，用以进行位移闭环反馈调节。
[0013]作为进一步优选的，所述快速加热烧结装置还包括测温机构，用于监测环件温度，从而闭环反馈调节快速加热器的加热功率。
[0014]作为进一步优选的，所述铺送粉机构的铺送粉形式为传送带铺送、螺旋推送、重力传送或正负压输送，其送粉速度与轧辊转速相匹配，保证粉池区域中粉末高度恒定。
[0015]作为进一步优选的，所述环轧机抱辊机构为两套或多套，并沿环件圆周方向排布。
[0016]作为进一步优选的，通过储粉罐为铺送粉机构供粉，该储粉罐上加装有加热装置，用于提前预热粉末，预热温度可调节；储粉罐的预热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热。
[0017]作为进一步优选的，该装备适用于成形环形、异环形或异形工件。
[0018]作为进一步优选的，还包括真空系统，该真空系统包括依次连接的真空腔室、真空管道和真空泵组，将其他所有构件放置在所述真空腔室中，所述真空泵组用于将所述真空腔室抽至真空状态。
[0019]按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备的成形方法，包括如下步骤：
[0020]初始时，设置固定凸字形机架中轧辊间距大于可移动凸字形机架中轧辊间距；向固定凸字形机架中的粉池区域送粉，在轧辊的轧制作用下形成曲形薄板粉坯；曲形薄板粉坯经过快速加热烧结装置加热迅速合金化为合金板坯，形成初步环件；
[0021]合金板坯在环轧机抱辊机构的引导下，穿过可移动凸字形机架中轧辊，经由其轧制作用使合金板坯厚度减薄；然后合金板坯回到固定凸字形机架的轧辊中，粉池区域内的金属粉末粘接于合金板坯的外表面，合金层与粉末层在轧制作用下协同变形，然后进行加热烧结；
[0022]逐渐增大两个凸字形机架中的轧辊间距，环件转动，重复上述过程逐层粉末增材，直至达到目标尺寸，完成环件成形。
[0023]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，主要具备以下的技术优点：
[0024]1、采用本专利技术提供的装备进行各类尺寸金属环件制备，彻底改变了金属环件的传统成形方式，通过金属粉末在一台装备上直接完成全部制造过程，不仅大幅降低了装备投入与产线占地面积，同时因为只有单道工序一火成形，无需反复加热，从而有效降低了能源损耗，实现各类尺寸环件的整体、短流程、低成本制备。
[0025]2、本专利技术提供的装备通过金属粉末快速逐层烧结的方式省去了各类锭铸造长时缓慢的凝固过程，彻底解决了各类重量合金锭凝固偏析难题，同时也省去了镦粗冲孔工序，实现了近净近终成形，材料损耗大幅降低。
[0026]3、本专利技术所提供装备全流程通过逐层增材
‑
轧制方式成形，通过多步热碾调质组织，省去了开坯改锻工序，极大降低了成形装备对于力能参数的依赖，提升制造尺寸极限。
[0027]4、采用本专利技术装备进行目标尺寸金属环件一体成形，能够有效突破熔炼铸锭
→
开坯改锻
→
墩粗冲孔
→
环轧成形制备各类型金属环件中面临的：成分均质难、组织均一难、材料损耗高、形性调控难等诸多瓶颈难题，对于满足航空、航天、海洋、核电、石化等领域对各类尺寸环件的重大需求，实现目标尺寸环件的一体化近净成形具有重要意义。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备总体结构示意图；
[0029]图2为本专利技术实施例快速加热烧结装置结构示意图。
[0030]在所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，其特征在于，包括凸字形机架、铺送粉机构(12)、快速加热烧结装置(5)和环轧机抱辊机构(6)，其中：两套所述凸字形机架竖向对向放置，且一套固定，另一套可移动；所述凸字形机架上依次设置有环轧机芯辊辊系(4)、铸轧机侧封机构(14)和环轧机压下辊辊系(9)，三者包围形成粉池区域，通过所述铺送粉机构(12)向粉池区域送粉；所述环轧机芯辊辊系(4)和环轧机压下辊辊系(9)形成一对轧辊，用于对附着在环件上的金属粉末施加轧制或粘附力，且一对轧辊间距离可调；所述快速加热烧结装置(5)固定在所述凸字形机架上，用于对环件表面在轧制作用下附着的金属粉末进行加热烧结；所述环轧机抱辊机构(6)固定在所述凸字形机架上，用于驱动环件转动并对环件施加抱辊力以进行形状控制。2.如权利要求1所述的金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，其特征在于，所述快速加热烧结装置(5)为一套或者多套，沿环件圆周方向排布；该快速加热烧结装置(5)包括快速加热器(15)，其环绕于环件截面，且一侧可开合；快速加热器(15)加热方式为射频等离子加热、等离子电弧喷枪加热、高中频感应加热、钼带热场加热、电阻丝加热、硅钼棒加热或硅碳棒加热，且加热功率可调节。3.如权利要求2所述的金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，其特征在于，所述快速加热烧结装置(5)还包括加热器位置调控机构(16)，其用于调节所述快速加热器(15)的空间位置，其驱动方式为液压驱动、电力驱动或气压驱动；所述加热器位置调控机构(16)上配备有位移传感器，用以进行位移闭环反馈调节。4.如权利要求2所述的金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，其特征在于，所述快速加热烧结装置(5)还包括测温机构，用于监测环件温度，从而闭环反馈调节快速加热器(15)的加热功率。5.如权利要求1所述的金属环件的粉末增材
‑
轧制近净成形装备，其特征在于，所述铺送粉机构(12)的铺送粉形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元元，李宁，孙明翰，赵超，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：