【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及金属粉末加工，特别是涉及一种复合材料筒形件成形装置及方法。
技术介绍
1、筒形件作为容器、保护壳体、密封端盖等关键基础件，在航空航天、核科学、新能源等领域应用广泛，通常采用传统冲压、充液拉深、旋压等常规塑性成形工艺制成。而由板坯经塑性变形而成的筒形件，其微观组织主要由板坯的初始组织决定，在成形过程中晶粒变化较小，这仅可以满足各种工况对普通性能筒形件的需求。
2、但是，在核反应堆等特殊应用场景，对筒形件的组织性能有严苛的要求，服役的筒形件要求达到超细晶（平均晶粒直径≤500nm）级别，这是因为超细晶筒形件具有优异的力学性能、耐腐蚀性、抗辐照性能等优势。通过剧烈塑性变形可以实现材料的晶粒细化，如何在筒形件的成形过程中实现剧烈塑性变形、实现超细晶筒形件的高品质高效率成形，成为行业的研究热点。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：本专利技术针对现有技术存在的不足，提出一种复合材料筒形件成形装置及方法，通过转动模、控形模和压缩模之间的组配位置的切换，在一套复合模具中，实现复合材料粉体的多阶段、多形式地塑性变形，实现短流程、近净成形，使材料的组织晶粒得到细化，从而实现超细晶筒形件的成形；并通过超声振动辅助成形，提升粉体固结致密度，从而改善成形后的筒形件的综合性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：
3、一种复合材料筒形件成形装置，包括液压机，所述液压机的动力输出端固定连接有超声振动器、液压机的工作台顶面上固
4、所述从动齿轮的顶部同轴连接有转动模，所述转动模内活动套设有同轴设置的控形模，所述转动模的外侧设置有电加热装置，所述安装台的顶部设置有控形模升降驱动机构，控形模升降驱动机构驱动控形模在转动模内升降，所述超声振动器的底部动力输出端固定连接有与控形模同轴设置的压缩模，压缩模可活动插入控形模内或从控形模内抽出；
5、控形模的外壁与转动模的腔体内壁滑动配合，压缩模的侧壁与控形模的内壁滑动配合，控形模的内壁、压缩模的底面与转动模的腔体底面合围形成第一变形区，控形模的底部与转动模的腔体底面合围形成第二变形区，控形模的外壁与转动模的腔体侧壁合围形成第三变形区。
6、进一步的，所述液压机的顶梁板底面上固定连接有导轨支架，所述导轨支架的侧面固定安装有垂向设置的导轨，所述超声振动器的外侧固定设置有滑动连接于导轨上的导向滑块。
7、进一步的，所述电加热装置的外侧固定设置有保温层。
8、进一步的，所述控形模升降驱动机构包括固定连接于安装台的顶部的盘形架板、固定安装于盘形架板顶面上的至少一个第一辅助液压缸和至少一个第二辅助液压缸，所述第一辅助液压缸的输出轴端固定连接有第一压模板，所述第二辅助液压缸的输出端固定连接有第二压模板；
9、所述第一压模板伸出、第二压模板收缩状态时，所述控形模底面与转动模的腔体底面接触、控形模的顶面与第一压模板的底面滑动接触，且控形模与转动模插接；
10、所述第一压模板收缩、第二压模板伸出状态时，所述控形模的底面悬置于转动模的腔体底面上方、控形模的顶部边缘搭接于第二压模板的顶面上，转动模的顶面与第二压模板的底面滑动接触。
11、进一步的，所述第一辅助液压缸和第二辅助液压缸的数量均为3个，且在盘形架板的顶面上交替地围绕转动模的轴线呈圆周阵列均匀分布。
12、进一步的，所述控形模的顶部外侧一体设置有第一环形板，第一环形板的底面边缘开设有与第二压模板相对应地插接缺口，插接缺口的底面为斜面，所述第二压模板的自由端顶面为与斜面相匹配地楔形面。
13、进一步的，所述转动模的顶面上固定设置若干个第一连接柱，所述控形模的第一环形板上开设有与第一连接柱对应分布的插接孔。
14、进一步的，所述转动模的顶面边缘设置有位于第一连接柱外侧的环形阶梯面。
15、进一步的，所述压缩模的顶部外侧固定设置有第二环形板，第二环形板的底面上固定设置有与插接孔相匹配的第二连接柱。
16、还提供了一种复合材料筒形件成形方法，应用于所述的一种复合材料筒形件成形装置，包括以下步骤：
17、s1：控形模升降驱动机构执行控形模下降工作模式，使控形模下降并与转动模插接，直至控形模的下端与转动模的腔体底面接触；
18、s2：将预设重量的复合材料粉体投入控形模内，启动液压机工作，驱动超声振动器和压缩模下行，使压缩模插入控形模内至压缩模的底面与复合材料粉体充分紧压接触，启动电加热装置工作，将处于加热工作区的转动模、控形模和复合材料粉体加热至预设温度后进行保温，复合材料粉体发生高温固结形成固结体；
19、s3：启动超声振动器和驱动电机工作，使压缩模产生共振，压缩模的超声振动传递至固结体，驱动电机驱动转动模和控形模同步周向转动，在液压机的压力作用下，固结体在第一变形区发生第一次剧烈塑性变形，转动模转动预设圈数后，固结体的累积应变达到预设值，停止驱动电机工作；
20、s4：控形模升降驱动机构执行控形模上升工作模式，使控形模上升而与转动模分离；
21、s5：液压机驱动压缩模继续下行，将完成第一次剧烈塑性变形后的固结体挤压通过控形模底部，并向上反向流动至控形模与转动模之间的空间，使固结体流经第二变形区而发生第二次剧烈塑性变形，直至压缩模搭接在控形模上，此时压缩模的底面与控形模的底端位于同一平面内，固结体形成与最终筒形件具有相同几何尺寸的预成型件；
22、s6：再次启动驱动电机工作，驱动转动模周向转动，使预成型件的筒壁在第三变形区发生第三次剧烈塑性变形，预成型件的筒底也在压缩模的底面、控形模的底端与转动模内腔的底面共同作用下继续产生剧烈塑性变形，待转动模转动预设的圈数，使预成型件的累积应变达到预设值后，得到筒形件；
23、s7：停止驱动电机、超声振动器和电加热装置工作，控制液压机复位工作，驱动压缩模上行复位，依次取出控形模和筒形件，再将控形模放回至转动模内；
24、s8：重复进行步骤s1至步骤s7可完成下一个筒形件的成形加工。
25、与现有技术相比较，本专利技术的有益效果如下：
26、本专利技术通过转动模、控形模和压缩模之间的组配位置的切换，可在一套复合模具中，实现复合材料粉体的多阶段、多形式地塑性变形，实现短流程、近净成形，成形效率较高；
27、本专利技术通过转动模、控形模和压缩模之间的组配位置的切换，实现不同变形区域的切换，使复合材料粉体在第一变形区通过扭转和挤压实现高温固结，在第二变形区通过挤压实现塑性流动延展，在第三变形区再次通过扭转和挤压实现塑性定形，连续地剧烈塑性变形，使材料的组织晶粒得到细化，从而实现超细晶筒形件的成形；
28、本专利技术采用超声振动器对压缩模提供高频振本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料筒形件成形装置，包括液压机（1），其特征在于：所述液压机（1）的动力输出端固定连接有超声振动器（2）、液压机（1）的工作台顶面上固定安装有位于超声振动器（2）下方的安装台（3），所述安装台（3）顶面内转动连接有从动齿轮（4），安装台（3）上固定安装有驱动电机（5），驱动电机（5）的输出端固定连接有与从动齿轮（4）啮合传动的主动齿轮（6）；
2.根据权利要求1所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述液压机（1）的顶梁板底面上固定连接有导轨支架（11），所述导轨支架（11）的侧面固定安装有垂向设置的导轨（111），所述超声振动器（2）的外侧固定设置有滑动连接于导轨（111）上的导向滑块（112）。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述电加热装置（10）的外侧固定设置有保温层（12）。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述控形模升降驱动机构包括固定连接于安装台（3）的顶部的盘形架板（15）、固定安装于盘形架板（15）顶面上的至少一个第一辅助液压缸（1
5.根据权利要求4所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述第一辅助液压缸（13）和第二辅助液压缸（14）的数量均为3个，且在盘形架板（15）的顶面上交替地围绕转动模（7）的轴线呈圆周阵列均匀分布。
6.根据权利要求4所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述控形模（8）的顶部外侧一体设置有第一环形板（81），第一环形板（81）的底面边缘开设有与第二压模板（141）相对应地插接缺口（82），插接缺口（82）的底面为斜面，所述第二压模板（141）的自由端顶面为与斜面相匹配地楔形面。
7.根据权利要求6所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述转动模（7）的顶面上固定设置若干个第一连接柱（71），所述控形模（8）的第一环形板（81）上开设有与第一连接柱（71）对应分布的插接孔（83）。
8.根据权利要求7所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述转动模（7）的顶面边缘设置有位于第一连接柱（71）外侧的环形阶梯面（72）。
9.根据权利要求7所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述压缩模（9）的顶部外侧固定设置有第二环形板（91），第二环形板（91）的底面上固定设置有与插接孔（83）相匹配的第二连接柱（92）。
10.一种复合材料筒形件成形方法，应用于权利要求1至9任意一项所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料筒形件成形装置，包括液压机（1），其特征在于：所述液压机（1）的动力输出端固定连接有超声振动器（2）、液压机（1）的工作台顶面上固定安装有位于超声振动器（2）下方的安装台（3），所述安装台（3）顶面内转动连接有从动齿轮（4），安装台（3）上固定安装有驱动电机（5），驱动电机（5）的输出端固定连接有与从动齿轮（4）啮合传动的主动齿轮（6）；
2.根据权利要求1所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述液压机（1）的顶梁板底面上固定连接有导轨支架（11），所述导轨支架（11）的侧面固定安装有垂向设置的导轨（111），所述超声振动器（2）的外侧固定设置有滑动连接于导轨（111）上的导向滑块（112）。
3.根据权利要求1所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述电加热装置（10）的外侧固定设置有保温层（12）。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种复合材料筒形件成形装置，其特征在于：所述控形模升降驱动机构包括固定连接于安装台（3）的顶部的盘形架板（15）、固定安装于盘形架板（15）顶面上的至少一个第一辅助液压缸（13）和至少一个第二辅助液压缸（14），所述第一辅助液压缸（13）的输出轴端固定连接有第一压模板（131），所述第二辅助液压缸（14）的输出端固定连接有第二压模板（141）；
5.根据权利要求4所述的一种复合材...
【专利技术属性】
技术研发人员：张池，薛世博，石文超，李萍，田辙环，王可成，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。