大型喷射沉积环件的致密化加工方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大型喷射沉积环件的致密化加工方法，采用一斜面或一小平面与一斜面光滑过渡组成的楔形压头，采用普通压机施以一定压力，对模具中欲致密化大型喷射沉积坯件进行局部小变形，小平面部分为主变形区，斜面为预变形区，逐步向斜面方向推进，进行逐次压制，最后实现喷射沉积坯件的整体压制。本发明专利技术还公开了一种实现该方法的装置。本发明专利技术的方法能实现对大型喷射沉积环件进行致密化加工，若对模具和压头形状进行相适应的调整，可以实现喷射沉积方形坯件、圆形锭坯实现致密化加工。实现该方法的装置结构简单、制造方便、性能可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种致密化加工方法，特别是涉及一种对大型喷射沉积环件进行致密化加工的方法，本专利技术还涉及一种实现该致密化加工方法的装置。
技术介绍
航天航空、兵器、高速列车等领域都需要一些大型和特大型的轻质化零部件，主要是铝合金、镁合金及其复合材料。如飞船前端框体(环件，直径＞1200mm)，空间站框体(直径＞3000mm)、蒙皮(大面积高性能铝合金或钛合金薄板)、运载火箭燃料储箱(大型板材和框架结构)、深水鱼雷壳体(直径＞500mm的带加强筋管材)，高速列车制动盘(直径＞1000mm的铝基复合材料环件)。在众多的金属材料制备技术中，湖南大学陈振华教授等人提出并专利技术的一项新型的坩埚移动式自动化控制喷射沉积技术及一系列装置是制备大型快速凝固高性能合金材料的理想技术。该技术克服了铸造成型大型零部件，由于坯件的冷却速度很慢，锭坯内外的温差极大，容易产生很大的内应力，造成锭坯炸裂，以及在制备大型复合材料的制备，铸造成型由于存在增强相搅拌不均匀，产生不良的界面反应等问题遇到了难以逾越的障碍。同时，解决了传统喷射沉积技术难以高质量制备大型坯件的问题。目前采用该技术已制备重达1000kg的耐热铝合金大直径厚壁管坯，直径达到800mm以上，壁厚达到250mm以上，冷速达到104K/s以上；圆柱锭的直径最大已经达到750mm，冷速达到103～104K/s，环件的最大直径达到3500mm坯件。这些坯件的晶粒尺寸一般在5μm以下。喷射沉积坯件均含有一定的孔隙度，属于非连续介质体系，必须经过后续塑性变形进一步致密化加工才能真正实现其高性能。然而，采用通常的挤压、锻造、轧制等技术，却难以实现大型环件的致密化加工。一方面，受到设备吨位的限制，如高速列车制动盘用直径＞1000mm的铝基复合材料环件的致密化压制需要压机吨位大于12000吨，国内目前还不具备此吨位的设备。另一方面，若采用挤压或模锻，则受到模具尺寸和性能的限制，如对于直径3500mm环件，模具制备困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能对大型喷射沉积环件进行致密化加工的方法。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种实现该致密化加工方法的装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是采用一小平面与一斜面光滑过渡组成或斜面组成的楔形压头，采用普通压机施以一定压力，对模具中欲致密化的大型喷射沉积坯件进行局部小变形，小平面部分为主变形区，斜面为预变形区，逐步向斜面方向推进，进行逐次压制，最后实现喷射沉积坯件的整体压制。逐次压制过程的逐步推进，采用楔形冲头移动或模具及喷射沉积坯件反向移动的方式，每次移动的距离小于楔形冲头小平面宽度。模具及坯件可采用模具加热装置进行预热，以实现对喷射沉积坯件的热致密化加工。为了实现该致密化加工方法的装置，本专利技术提供的装置是一种喷射沉积大型坯件的压制成型装置，包括压机工作台和压机压头，在所述的压机工作台上安装有环形模具，在压机压头顶部上设有旋转盘，在所述的旋转盘上至少设有两个与所述的环形模具对应的、成轴向对称布置的楔形冲头，在所述的压机工作台上设有与所述的压机压头对应的限位装置。所述的楔形冲头端面为弧形或端面一小部分为平面其余部分为斜面，平面部分与斜面采用小角度过渡，角度值为3～7度。作为本专利技术的一种改进，在所述的环形模具外模壁内和内模壁内设有模具加热装置。采用上述技术方案的喷射沉积大型环件的压制成型装置，第1步压制准备，将喷射沉积大型环件放入环形模具的外模壁内和内模壁之间的模槽内，若采用热压，则利用模具加热装置将环形模具和喷射沉积大型环件通过内置发热元件加热到预定温度；第2步进行第一次压制，坯件从左到右受到不同程度的变形；压下量可由限位装置精确控制；第3步抬起楔形冲头；第4步旋转盘带动楔形冲头旋转一定角度旋转小段距离；第五步第二次楔形压制。重复上述2-4步，将喷射沉积大型坯件整体压制完成后即实现了一道次压制，同样过程进行坯件的第二道次压制，直至喷射沉积大型坯件到达致密度要求。在压制过程中，楔形冲头单次压下量很小，并采取步进式方式，从一段开始压制，每次向前移动一个跨距，直至压完全程，通过逐道次累计，使多孔体喷射沉积大型坯件致密成形、压制出连续的喷射沉积大型环件。根据上述压制过程可见，楔形压制为局部小变形，逐步进行使喷射沉积大型环件整体单道次小变形，经多道次累计实现整体大变形直至完全致密化的过程。局部小变形时，所需压力较小，可根据使用的压机吨位和坯件特点设计小变形区的面积，小平面部分与斜面部分采用光滑过渡。其特点是模具结构简单，操作简便，环件尺寸不受压力计吨位和工作台尺寸限制，压制坯件密度分布均匀。可以消除产品的组织缺陷，使得产品组织、性能均匀。同时，工艺可重复性高，产品尺寸精确，生产成本降低，可以进行大规模连续生产。本专利技术“楔形压制”工艺与移动坩埚采用自动控制的喷射沉积装置和技术相结合，可以制备出高新
急需的大型复合材料。综上所述，本专利技术的方法能实现对大型喷射沉积环件进行致密化加工，实现该方法的装置结构简单、制造方便、性能可靠。附图说明图1是本专利技术的装置结构示意图；图2是本专利技术环件模具示意图；图3是本专利技术的一种楔形压头结构示意图；图4是本专利技术的另一种楔形压头结构示意图；图5是本专利技术的工作原理图；图6是对长条形坯件进行压制的装置结构示意图。具体实施例方式参见图1和图2、图3，在压机工作台10上安装有环形模具12，在环形模具12的外模5壁内和内模壁2内设有模具加热装置3，在压机压头6顶部通过凸形圆盘9和螺栓8设有旋转盘7，与压机压头6同步上下移动，在旋转盘7上设有两个与环形模具12对应的、成轴向对称布置的第一楔形冲头1和第二楔形冲头16，第一楔形冲头1和第二楔形冲头16的端面为弧形15，旋转盘7带动一对第一楔形冲头1和第二楔形冲头16绕凸形圆盘9可360度旋转，在压机工作台10上设有与压机压头6对应的限位装置11。参见图4，第一楔形冲头1和第二楔形冲头16的端面也可以是一小部分为平面13其余部分为斜面14。参见图1、图2、图3和图5，采用500T压力，对高速列车用喷射沉积Al-20％Si铝基SiC颗粒增强复合材料环件进行了楔形压制，环件外径1200mm，内径790mm，厚80mm。第1步压制准备，将喷射沉积大型坯件4放入环形模具12的外模5壁内和内模2壁之间的模槽内，若采用热压，则利用模具加热装置3将环形模具12和喷射沉积大型坯件4加热到预定稳定；第2步进行第一次压制，用第一楔形冲头1和第二楔形冲头16对喷射沉积大型坯件4从左到右受到不同程度的变形；单次压下量可由限位装置11精确控制；第3步抬起第一楔形冲头1和第二楔形冲头16；第4步旋转盘带7动第一楔形冲头1和第二楔形冲头16旋转一定角度旋转小段距离，每次移动的距离小于楔形冲头小平面宽度；第五步第二次楔压。重复上述2-4步，将喷射沉积大型坯件4整体压制完成后即实现了一道次压制，同样过程进行坯件的第二道次压制，直至喷射沉积大型坯件4到达致密度要求。在压制过程中，第一楔形冲头1和第二楔形冲头16单次压下量很小，并采取步进式方式，从一段开始压制，每次向前移动一个跨距，直至压完全程，通过逐道次累计，使多孔体喷射沉积大型坯件4致密成形、压制出连续的喷射沉积大型坯件。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型喷射沉积环件的致密化加工方法，其特征是：采用一斜面或一小平面与一斜面光滑过渡组成的楔形压头，采用普通压机施以一定压力，对模具中欲致密化大型喷射沉积环件进行局部小变形，小平面部分为主变形区，斜面为预变形区，逐步向斜面方向推进，进行逐次压制，最后实现喷射沉积坯件的整体压制。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振华，严红革，陈刚，腾杰，刘耀宗，李健健，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]