一种用于复杂形状零件的放电多向挤压成形方法与流程

本发明涉及一种电场辅助挤压成形方法。

背景技术：

难变形材料复杂形状锻件是航空天领域的常用零件品种。利用切削加工方法加工复杂形状零件，生产工序多，效率低，材料浪费严重，并且破坏零件的金属流线形结构，不宜采用。

由于难变形材料塑性较差，利用通常的锻造方法成形很容易造成组织的不均匀和微观锻造缺陷的产生，严重影响制品的力学性能和使用性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种成形力小、成形速度快的难变形材料复杂形状零件的放电多向挤压成形方法。该方法在挤压成形过程中对变形体材料加以辅助电场即加载脉冲电流，其定向电子会对合金中的位错施加一定的推动力，帮助位错越过前进中的障碍，从而提高了合金的塑性和韧性，促进了材料的变形速率，改善其微观组织与力学性能。

本发明的技术方案如下：

一、放电多向挤压模具：

该模具包括：上、下模和上、下垫块，它们的材质均为高强度石墨。其中，圆柱形上模的型腔设在下端面上，该型腔中部为与设计零件上半部分外形对应的型腔，其中某一轴线呈直线的枝杈型腔两端设有与其相连且直径相同的上半部分孔道，该两孔道的另一端设在上模外周面上。与上模对应的圆柱形下模的型腔设在上端面上，该型腔中部为与设计零件下半部分外形对应的型腔，其中某一轴线呈直线的枝杈型腔两端设有与其相连且直径相同的下半部分孔道，该两孔道的另一端设在下模外周面上。上模非设型腔的上端面上设有直径小于上模直径的圆柱形凸台，该凸台上面与一个圆柱形上垫块相连；下模非设型腔的下端面上设有直径小于下模直径的圆柱形凸台，该凸台下面与一个圆柱形下垫块相连。上下模具合模即两者型腔相对组成完整型腔。

二、复杂形状零件的成形方法：

1、制备圆柱体形待加工件，其与模具型腔中某一轴线呈直线的枝杈直径相同，并且该待加工件的体积≥设计零件的体积；

2、将步骤1制备的圆柱体待加工件放入上述放电多向挤压模具的上、下模型腔中部某一轴线呈直线的枝杈型腔及两侧的孔道内，并保持圆柱体待加工件的两端面相对于中轴线对称；

3、将上述模具组装后置于放电多向烧结挤压机内，在圆柱体待加工件的端面外侧的孔道内设有压头，每个压头的另一端与上下模腔外左、右两侧对称的两个加载液压缸相连，该加载液压缸带动模具的侧向压头运动，对合金试样的两端加载同样大小的预挤压力，此时下模腔受加载液压缸的作用上行并给上模腔10～30MPa的压力使上、下模腔紧密接触，达到密封、导热效果。之后上下炉体严紧闭合，并将放电多向烧结挤压机内抽为真空，真空度为10^-3Pa，防止合金被氧化；

4、通过对上模腔凸起的上表面加载脉冲电流(2000～8000A)，使圆柱体合金试样迅速升温至所需温度(400～2000℃)，然后进行保温1～10min，在保温过程中，放电多向挤压机的侧向液压缸通过侧向压头对合金试样的两端缓慢加载同样大小的挤压力(3～20t)进行挤压，当液压缸行走位移达(待加工件长度-设计零件该方向长度)/2时停止加载；

5、最后多向放电烧结挤压机断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，挤压机的侧向加载液压缸回程，开炉后取出放电多向挤压模具，并取出挤压出的产品。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

该多向放电挤压模具结构简单，其带凸起式圆柱形上、下模腔为该放电挤压装置的主要成形部分，带凸起式上模腔的下表面与带凸起式下模腔的上表面紧密接触，达到密封、导热和挤压成形的效果；该多向放电挤压模具与自行设计的多向放电烧结挤压机共同组成一套新型多向放电挤压成形设备，在多向脉冲电流的作用下，其定向电子会对金属合金中的位错施加一定的推动力，帮助位错越过前进中的障碍，从而使金属合金材料在高温熔融态时成形不同形状、尺寸的复杂形状零件制品，而且可以提高金属合金的塑性和韧性，促进材料的变形速率，改善其微观组织与力学性能；多向放电挤压模具所需温度比非电场辅助的锻造成形所需温度低，变形的流动应力也远远小于非电场辅助的锻造成形时的流动应力，从而实现了在多向脉冲电流作用下装置内部金属合金低温快速挤压成形。

附图说明

图1为本发明制备十字轴的放电多向挤压模具的主视剖面图。

图2为图1的A-A视图。

图3为本发明制备十字轴的放电多向挤压模具挤压前的主视剖面图。

图4为图3的B-B视图。

图5为本发明制备十字轴的放电多向挤压模具挤压后的主视剖面图。

图6为图5的C-C视图。

具体实施方式

在图1和图2所示的制备十字轴的放电多向挤压模具的剖面图中，该模具包括：上模2、下模3、上垫块1及下垫块4，它们的材质均为高强度石墨。其中，圆柱形上模的型腔设在下端面上，该型腔中部为与设计零件上半部分外形对应的型腔，其中某一轴线呈直线的枝杈型腔两端设有与其相连且直径相同的上半部分孔道，该两孔道的另一端设在上模外周面上。与上模对应的圆柱形下模的型腔设在上端面上，该型腔中部为与设计零件下半部分外形对应的型腔，其中某一轴线呈直线的枝杈型腔两端设有与其相连且直径相同的下半部分孔道，该两孔道的另一端设在下模外周面上。上模非设型腔的上端面上设有直径小于上模直径的圆柱形凸台，该凸台上面与一个圆柱形上垫块相连；下模非设型腔的下端面上设有直径小于下模直径的圆柱形凸台，该凸台下面与一个圆柱形下垫块相连。上下模具合模即两者型腔相对组成完整型腔。

实施例1

制备47Zr-45Ti-5Al-3V圆柱体形待加工件5，其与模具中某一轴线呈直线的直径相同为20mm，并且该待加工件的长度为80mm，使其体积等于设计零件的体积；将制备的合金圆柱体待加工件对称放入上述放电多向挤压模具的上、下模之间的型腔内，并保持圆柱体待加工件的两端面相对于中轴线对称，如图3和图4所示。将上述模具组装后放置于放电多向烧结挤压机内，在圆柱体待加工件的端面外侧设有压头6，每个压头的另一端与上下模腔外左、右两侧对称的两个加载液压缸相连，该加载液压缸带动模具的侧向压头运动，对合金试样的两端加载同样大小的预挤压力，此时下模腔受加载液压缸的作用上行并给上模腔20MPa的压力使上、下模腔紧密接触，达到密封、导热效果。之后上下炉体严紧闭合，并将放电多向烧结挤压机内抽为真空，真空度为10^-3Pa。通过对上模腔凸起的上表面加载4000A脉冲电流，使圆柱体合金试样迅速升温至800℃后保温10min，在保温过程中，放电多向挤压机的侧向液压缸通过侧向压头对合金试样的两端加载10t同样大小的挤压力，当液压缸行走位移达15mm时停止加载，如图5和图6所示，继续保温5min。最后将多向放电烧结挤压机断电，自然冷却降温，待该装置冷却后，挤压机的侧向加载液压缸回程，开炉后取出多向放电挤压模具，并取出挤压后的十字轴型合金产品。