一种钢部件的成形方法
【专利摘要】本发明涉及一种钢部件的成形方法，属于机械加工【技术领域】。首先将待成形钢部件从上而下依次分层，得到每层的几何形状；采用铸造、轧制或挤压的加工方法加工出板材，采用高压水、线切割或机械加工的方法，将板材加工成相应的几何形状；对加工后的板材进行酸洗加工，将最下一层的板材点焊在基板上，将第二层板材层叠在第一层板材上；采用无针搅拌加工和连接方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上；同时对板材外表面和空腔的内表面进行铣削或磨削加工；重复上述过程，直至成形出整个钢部件。本方法对原材料的要求低、制备钢部件的组织细小而且均匀，使钢部件的性能稳定、材料利用率高，工作效率高。
【专利说明】一种钢部件的成形方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢部件的成形方法，属于机械加工【技术领域】。
【背景技术】
[0002]在制备金属结构件时，例如高强钢结构，为了制备出高性能的零件，往往需要对铸造后的结构件进行热机械加工，例如挤压、锻造、轧制等热机械加工，从而可以打碎粗大的原始铸态晶粒，使组织得到细化，从而得到高性能结构件。但是，传统的制备工艺对铸造后的预制坯进行热机械加工，一般需要大型的热机械加工设备，例如，挤压设备、锻造设备等，对于大尺寸的零件热机械加工还存在变形不均匀，造成组织、性能不均匀的问题。而且采用传统的成形方法，例如锻造、轧制、挤压成形等热机械加工工艺可以改善结构件组织和性能，但是在制备很多具有复杂外形和内部空心结构的结构件的难度较大。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提出一种钢部件的成形方法，针对现有制造高强钢部件时存在的一些不足，采用热机械加工和无针搅拌加工连接相结合的方法，成形高性能钢部件，以提高原材料的利用率，并提高工作效率。
[0004]本发明提出的钢部件的成形方法，包括以下步骤:
[0005](I)根据钢部件的几何形状，将待成形钢部件从上而下依次分层，每层的厚度为0.3毫米?I毫米，得到待成形钢部件每层的几何形状；
[0006](2)采用铸造、轧制或挤压的加工方法加工出板材，板材的厚度为0.3毫米?I毫米;
[0007](3)采用高压水、线切割或机械加工的方法，根据上述每层的几何形状，分别将板材加工成相应的几何形状；
[0008](4)分别对加工后的板材进行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢；
[0009](5)将最下一层的板材点焊在基板上，按照从下向上的顺序，将第二层板材层叠在第一层板材上；
[0010](6)采用无针搅拌加工和连接方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上；
[0011](7)对经过无针搅拌加工和连接的板材外表面以及板材空腔的内表面进行铣削或磨削加工；
[0012](8)重复(5)?(7)，直至成形出整个钢部件。
[0013]本发明提出的钢部件的成形方法，与传统的制备钢结构的方法相比较，本发明采用热机械加工和搅拌加工相组合的方法制备钢部件，具有以下优点:
[0014]1、本发明提出的钢部件成形方法，原材料可以采用铸造、热机械加工的板材，对原材料的要求低。
[0015]2、本发明提出的钢部件成形方法，在对板材进行连接的同时，对板材进行了搅拌加工，制备钢部件的组织细小而且均匀，使钢部件的性能稳定。
[0016]3、本发明提出的钢部件的成形方法，根据钢部件的外形，将钢板材进行无针搅拌加工和连接，可以逐层近净成形出钢部件，材料利用率高，工作效率高。
[0017]4、本发明提出的钢部件成形方法，可用于制备多材料的结构件。
【具体实施方式】
[0018]本发明提出的钢部件的成形方法，包括以下步骤:
[0019](I)根据钢部件的几何形状，将待成形钢部件从上而下依次分层，每层的厚度为0.3毫米?I毫米，得到待成形钢部件每层的几何形状；
[0020](2)采用铸造、轧制或挤压的加工方法加工出板材，板材的厚度为0.3毫米?I毫米;
[0021](3)采用高压水、线切割或机械加工的方法，根据上述每层的几何形状，分别将板材加工成相应的几何形状；
[0022](4)分别对加工后的板材进行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢；
[0023](5)将最下一层的板材点焊在基板上，按照从下向上的顺序，将第二层板材层叠在第一层板材上；
[0024](6)采用无针搅拌加工和连接方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上；为了更好地实现两层板材之间的连接，可以在进行搅拌加工和连接前进行预热，预热的方式可以是电子束加热、感应加热，电阻加热等方式；
[0025](7)对经过无针搅拌加工和连接的板材外表面以及板材空腔的内表面进行铣削或磨削加工；
[0026](8)重复(5)?(7)，直至成形出整个钢部件。
[0027]本发明的成形方法，在制备易氧化材料的钢部件时，可以在真空条件或氩气保护下对坯料进行热机械加工，以防止氧化。
[0028]本发明成形方法中，可以采用搅拌加工和连接的方法，也可以采用热等静压来实现扩散连接的方法。
[0029]以下介绍本发明方法的实施例:
[0030]实施例1:
[0031](I)根据钢部件的几何形状，将待成形钢部件从上而下依次分层，每层的厚度为0.3毫米?I毫米，得到待成形钢部件每层的几何形状；
[0032](2)采用铸造、轧制或挤压的加工方法加工出板材，板材的厚度为0.3毫米?I毫米;
[0033](3)采用高压水、线切割或机械加工的方法，根据上述每层的几何形状，分别将板材加工成相应的几何形状；
[0034](4)分别对加工后的板材进行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份为:盐酸、水，盐酸的体积百分比浓度为:10%，酸洗时间为6分钟，酸洗温度为45°C ；
[0035](5)将最下一层的板材点焊在基板上，按照从下向上的顺序，将第二层板材层叠在第一层板材上；
[0036](6)采用无针搅拌加工和连接方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上。搅拌头的转动速度为:500转/分，搅拌头与基板的相对运动速度为0.4毫米/秒。搅拌头的尺寸为:轴肩直径为8mm。为了更好地实现两层板材之间的，在搅拌头加工的下一个位置，在进行搅拌加工和连接前进行预热，预热的方式是感应加热，预热温度为600°C ；
[0037](7)对经过无针搅拌加工和连接的板材外表面以及板材空腔的内表面进行铣削或磨削加工；
[0038](8)重复(5)?(7)，直至逐层成形出整个钢部件。
[0039]实施例2:
[0040](I)根据钢部件的几何形状厚度对其进行分层，确定每层的几何形状，每层的厚度为0.3臟；
[0041](2)采用轧制的方法加工出钢板材、钛板材，板材的厚度为0.3mm ；
[0042](3)采用高压水切割的方法，将板材加工成按照分层后每层的几何形状；
[0043](4)对加工后的钢板材和钛板材进行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份为:盐酸、水，盐酸的体积百分比浓度为:10%，酸洗时间为8分钟，酸洗温度为45°C ；
[0044](5)将第一层钢板材点焊在基板上，按照从下向上的顺序，将第二层钛板材层叠在第一层板材上；
[0045](6)采用无针搅拌加工和连接的方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层钛板材连接在第一层钢板材上。搅拌头的转动速度为:500转/分，搅拌头与基板的相对运动速度为0.4毫米/秒。搅拌头的尺寸为:轴肩直径为8mm ；
[0046](7)采用数控加工的方法对经过无针搅拌加工和连接的板材的外表面、以及空腔部分的内表面进行加工，数控加工的方法是铣削加工；
[0047](8)重复(5)?(7)，直至逐层成形出整个钢/钛复合材料的部件。
[0048]实施例3:
[0049]( I)根据钢部件的几何形状，按照一定的厚度对其进行分层，从而确定每层的几何形状，每层的厚度为1.0mm ；
[0050](2)采用铸造的方法加工出一个铸锭，采用线切割的方法将铸锭切割成厚度为Imm的板材；
[0051](3)采用线切割的方法，将板材加工成按照分层后每层的几何形状；
[0052](4)对加工后的板材进行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份为:盐酸、水，盐酸的体积百分比浓度为:10%，酸洗时间为6分钟，酸洗温度为55°C ；
[0053](5)将第一层板材点焊在基板上，按照从下向上的顺序，将第二层板材层叠在第一层板材上；
[0054](6)采用无针搅拌加工和连接的方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上。为了更好地实现两层板材之间的，在搅拌头加工的下一个位置，在进行搅拌加工和连接前进行预热，预热的方式是感应加热，预热温度为400°C。搅拌头的转动速度为:800转/分，搅拌头与基板的相对运动速度为0.8毫米/秒。搅拌头的尺寸为:轴肩直径为8mm ；
[0055](7)采用数控加工的方法对经过无针搅拌加工和连接的板材的外表面、以及空腔部分的内表面进行加工，数控加工的方法是铣削加工；[0056](8)重复(5)?(7)，直至逐层成形出整个钢部件。
[0057]实施例4:
[0058]( I)根据钢部件的几何形状，按照一定的厚度对其进行分层，从而确定每层的几何形状，每层的厚度为1.0mm ；
[0059](2)米用轧制的方法加工出钢窄条,尺寸为:20mmX5mmX Imm ;
[0060](3)对加工后的钢窄条进行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份为:盐酸、水，盐酸的体积百分比浓度为:10%，酸洗时间为8分钟，酸洗温度为55°C ；
[0061](4)按照设定的轨迹，将钢窄条铺覆到钢基板上，对刚刚铺覆的钢窄条进行感应加热，预热到800°C ；
[0062](5)采用无针搅拌头对加热后的钢窄条进行搅拌加工和连接，实现钢窄条与基板的连接，直至依据分层后每层的形状铺覆满一层。其中搅拌头的转动速度为:700转/分，搅拌头与基板的相对运动速度为0.6毫米/秒。搅拌头的尺寸为:轴肩直径为8mm ；
[0063](6)按照分层后每层的几何形状，采用数控加工的方法对刚刚铺覆完的一层进行加工，特别是对每层的外形和空腔部分的内表面进行磨削加工；
[0064](7)重复(4)?(6)，直至逐层成形出钢部件；
[0065]实施例5:
[0066](I)采用轧制的方法加工出钢板材，钢板材的厚度为0.3mm ；
[0067](2)对加工后的板材进行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份为:盐酸、水，盐酸的体积百分比浓度为:10%，酸洗时间为12分钟，酸洗温度为55°C ；
[0068](3)在钢板的表面不需要连接的部位涂覆止焊-发泡剂，其主要成分为:丙酮、乙酸乙酯、三氧化二钇、氢化钛，体积百分比为:70%:16%:7%:7%。在需要连接的部位则不涂覆止焊剂；
[0069](4)将10层涂覆了止焊-发泡剂的钢板叠层，最外面再包覆两层厚度为0.5mm不涂覆止焊剂的钢板作为面板，然后进行封边焊，并留出一个出气孔，使得焊接后口袋的内外相通；
[0070](5)将封边焊的口袋放入到真空炉中进行真空除气，工艺参数为:300°C，保温4h ；
[0071](6)在真空条件下，采用电子束焊接的方式对口袋上的出气孔进行封焊；
[0072](7)将封焊后的口袋放入到加热炉中，加热至300°C，保温0.5小时；
[0073](8)对从加热炉中取出的口袋立刻进行轧制，每道次的轧制量分别为:0.8mm、
0.6mm、0.4mm、0.2mm ；
[0074](9)将轧制后的预制坯放入到成形模具中，其中模具中空腔形状为长方体，其高度为20_，长宽尺寸根据需要确定，将模具和预制坯同时放入加热炉中，升温至500°C，保温4小时；
[0075](10)从加热炉中取出模具和预制坯，对预制坯采用高压水进行切割，获得具有多孔的钢结构。
【权利要求】
1.一种钢部件的成形方法，其特征在于该成形方法包括以下步骤: (1)根据钢部件的几何形状，将待成形钢部件从上而下依次分层，每层的厚度为0.3毫米?I毫米，得到待成形钢部件每层的几何形状；(2)采用铸造、轧制或挤压的加工方法加工出板材，板材的厚度为0.3毫米?I毫米； (3)采用高压水、线切割或机械加工的方法，根据上述每层的几何形状，分别将板材加工成相应的几何形状； (4)分别对加工后的板材进行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢； (5)将最下一层的板材点焊在基板上,按照从下向上的顺序，将第二层板材层叠在第一层板材上； (6)采用无针搅拌加工和连接方法，在对第二层板材进行搅拌加工的同时，将第二层板材连接在第一层板材上； (7)对经过无针搅拌加工和连接的板材外表面以及板材空腔的内表面进行铣削或磨削加工； (8)重复(5)?(7)，直至逐层成形出整个钢部件。
【文档编号】B23P15/00GK103481024SQ201310376494
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】赵冰, 谭谆礼, 白秉哲 申请人:赵冰, 谭谆礼, 白秉哲, 郑燕康