一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法技术

本发明专利技术涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，通过对圆形板料实施不同道次的摆辗模压变形以获得不同应变累积的效果，进而实现晶粒尺寸细化。这种采用错齿型模具结构的摆辗模压成形及模具混合轨迹运动形式的优势在于成形过程上模与坯料局部接触，具备连续局部加载成形特征，成形后其最大轴向载荷仅为使用常规模锻模具整体加载的1/8，能够在较小的吨位设备下实现限制模压积累大塑性变形的效果，应变累计高达9以上，应变均匀性好，标准差为0.510，成形质量良好。成形质量良好。成形质量良好。

【技术实现步骤摘要】
一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法


[0001]本专利技术涉及金属材料加工
，具体涉及一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天、交通运输和军事装备等领域的飞速发展，制备具有高比强度和良好塑性相匹配的材料，实现产品的轻量化和降低能耗，成为国际材料领域的研究热点。细化晶粒能够有效改善金属材料的综合力学性能。与传统材料相比，超细晶材料表现出更为优越的力学性能、成形性能以及物理与化学性能，应用前景十分广阔。
[0003]大塑性变形是在20世纪70年代末发展起来的先进塑性成形工艺方法，可以在保证材料外形尺寸基本不发生变化的前提下，引入尽可能多的大应变来达到细化晶粒的目的，进而制备出性能优异的超细晶材料。传统的大塑性变形工艺如高压扭转、等径角挤压、多向锻造等仍存在所制备的材料组织结构不均匀以及生产效率低、成本高、工艺路线复杂等缺陷，且多用于成形小尺寸块体材料。只有累积叠轧焊接和反复折弯
‑
压直工艺适用于板材的制备，但由于累积叠轧焊接存在工艺条件要求苛刻，反复折弯
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压直存在变形效果不足等缺点，其在制备大尺寸超细晶金属板材的工程应用上也受到了较大的限制。
[0004]限制模压变形(CGP)作为一种新型的大塑性变形方法，在制备大体积超细晶金属板材方面具有明显优势。该方法利用一套压弯模具和压平模具对试样反复施加纯剪切变形，能够在基本不改变试样原始尺寸和形状的情况下，在材料内部累积大量剪切应变，从而达到细化晶粒的目的。与其他工艺相比，限制模压变形工艺不仅克服了等径角挤压，高压扭转和多向锻造难以制备大体积超细晶板材的缺点，而且避免了累积叠轧焊接工艺过程中对板材和轧辊的表面质量以及环境气氛的苛刻要求。不同于反复折弯
‑
压直工艺，限制模压变形对板材施加的是纯剪切变形，更容易累积足够的等效塑性应变。除此之外，其工艺过程相对简单，对设备要求较低，具有良好的工业应用前景。然而，现在研究对象大多局限于塑性较好的金属或合金，而对于那些极具工业应用潜力、但室温塑性加工能力较差的镁合金、钛合金而研究较少，除此之外，在难变形材料大塑性变形制备超细晶构件一直存在设备吨位不足的技术瓶颈。
[0005]传统塑性变形方法的累积应变效果差强人意且工序繁琐，设备难以满足新工艺的进一步发展，严重限制了大体积超细晶板材的发展与应用。
[0006]鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于解决传统塑性变形方法的累积应变效果差强人意且工序繁琐，设备难以满足新工艺的进一步发展的问题，提供了一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术公开了一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，包括以下步骤：
[0009]S1，将待加工圆形坯料放入第一副辗弯模具进行第一阶段辗弯；
[0010]S2，使用辗平模具对已辗弯的坯料进行第一阶段辗平；
[0011]S3，使用第二副错齿型辗弯模具将第一阶段辗平后的坯料进行第二阶段辗弯；
[0012]S4，使用与前述S2中形状尺寸相一致的辗平模具对完成第二阶段辗弯的坯料进行第二阶段辗平，经过上述两个阶段的摆辗模压变形过程，整个坯料产生了均匀的变形；
[0013]S5，重复上述一道次步骤S1～S4，增加有效变形的累积，从而在不改变板坯外形尺寸的情况下获得超细晶薄盘件。
[0014]所述摆辗模压成形所使用的模具包括两副辗弯模具和一副辗平模具，每副碾弯模具均包括上模和下模，所述上模和下模的波峰和波谷相互啮合。
[0015]所述步骤S1～S5均在恒温下进行，加热温度T为毛坯材料的温成形温度。。
[0016]所述步骤S1之前，采用有限元软件对摆辗模压成形过程进行有限元数值分析，确定摆辗工艺参数。
[0017]所述摆辗工艺参数为：上模摆角4
°
、下模向上进给速度1mm/s、上模运动轨迹为圆形，自转和公转方向相反，转速6r/s。
[0018]所述上模和下模的波峰和波谷开口角度为58.4
°
。
[0019]所述步骤S2中第一阶段辗平和步骤S4中第二阶段辗平的摆辗工艺参数与所述步骤S1中第一阶段辗弯的摆辗工艺参数相同。
[0020]所述步骤S3中第二阶段辗弯的摆辗工艺参数为：上模摆角4
°
、下模向上进给速度1mm/s、上模运动轨迹为玫瑰线形状，内外偏心套转速分别为12r/s、
‑
14r/s。
[0021]与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过将摆辗工艺与限制模压工艺相结合，设计出摆辗模压模具，利用摆辗工艺中模具与坯料局部接触的特点，达到在较小载荷作用下，获得限制模压工艺积累大塑性变形的效果。从而突破难变形材料大塑性变形制备超细晶构件所面临设备吨位不足的技术瓶颈，实现低成本省力制备大尺寸高性能超细晶盘类件；
[0022]本专利技术在模具结构方面，于传统摆辗模具上引入齿形结构，开发出新的摆辗模压模具。模具存在两幅辗弯模具与一副辗平模具，辗弯模具上模仍为圆锥形状，但是在传统摆辗模具上模圆锥母线部分引入齿形结构，同时下模也增加与上模完全啮合的齿形结构以确保变形均匀性。两幅辗弯模具的齿形呈错齿分布特点，辗平模具与传统摆辗模具一致。其次，成形工艺方面，通过在辗弯和辗平两个阶段分别引入圆轨迹与玫瑰线轨迹运动模式，解决充填不满等质量问题。
附图说明
[0023]图1为本专利技术摆辗模压工艺的变形示意图；
[0024]图2为本专利技术两副辗弯模具错齿分布示意图；
[0025]图3为本专利技术的第一副辗弯模具的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术的第二副辗弯模具的结构示意图；
[0027]图5为本专利技术的辗平模具的结构示意图；
[0028]图6为stage1的载荷时间演变曲线；
[0029]图7为stage1采用常规模压方式载荷时间演变曲线；
[0030]图8为模拟二道次坯料塑性变形等效应变变化云图；
[0031]图9为模拟二道次坯料塑性变形等效应变变化柱状图。
具体实施方式
[0032]以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0033]本实施例提供一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法是在完成下料和坯料基本处理后，首先将坯料置于第一副辗弯模具进行初次辗弯，使坯料成形为具有预设的辗弯形状；再将预制坯料放置于辗平模具中进行辗平处理；使用错齿的第二副辗弯模具和辗平模具再次进行同样辗弯
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辗平处理。
[0034]以尺寸为Φ38
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2mm的Ti6Al4V为原料，制备超细晶薄盘类件的方法，按照具体按照以下工艺步骤进行：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将待加工圆形坯料放入第一副辗弯模具进行第一阶段辗弯；S2，使用辗平模具对已辗弯的坯料进行第一阶段辗平；S3，使用第二副错齿型辗弯模具将第一阶段辗平后的坯料进行第二阶段辗弯；S4，使用与前述S2中形状尺寸相一致的辗平模具对完成第二阶段辗弯的坯料进行第二阶段辗平，经过上述两个阶段的摆辗模压变形过程，整个坯料产生了均匀的变形；S5，重复上述一道次步骤S1～S4，增加有效变形的累积，从而在不改变板坯外形尺寸的情况下获得超细晶薄盘件。2.如权利要求1所述的一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，其特征在于，所述摆辗模压成形所使用的模具包括两副辗弯模具和一副辗平模具，每副碾弯模具均包括上模和下模，所述上模和下模的波峰和波谷相互啮合。3.如权利要求1所述的一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，其特征在于，所述步骤S1～S5均在恒温下进行，加热温度T为毛坯材料的温成形温度。4.如权利要求1所述的一种采用摆辗模压成形实现制备大尺寸均匀超细晶薄盘类构件的方法，其特征在于，所述步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟淼，严思梁，张晓丽，方晓刚，张百顺，许海峰，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：