一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置及方法与流程

本发明属于电热锻造领域，具体涉及一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置及方法。

背景技术：

随着汽车、摩托车等机械行业的飞速发展，对锻件的需求逐步向轻量化、精密化、复杂化、多样化的方向发展，精密锻造成形不但可以节材、节能，缩短产品制造周期，降低生产成本，而且由于可以使金属流线沿零件轮廓合理分布，获得更好的材料组织结构与性能。

精密锻造成形技术作为先进制造技术的主要组成部分，伴随着骑车、摩托车、兵器、航空、航天、电子及通用机械等支柱产业的需求与发展而得到了迅速的发展，并已成为提高产品性能与质量，提高市场竞争力的关键技术与重要途径。

闭塞锻造成形工艺是最先进的精密锻造成型技术之一，与传统锻造方式不同，它不是通过模具直接锻打坯料成形，而是在封闭的模具型腔内，通过冲头单向或双向挤压成形。

目前针对薄板件的闭塞式精密锻造装置中以电极与构件的面接触为主，通电方向是和锻造方向一致的，相同电流密度下需要更大功率的脉冲电源，限制了可锻造构件的尺寸，同时薄板构件的自阻加热过程，电极与构件形成面接触，导致大量热能散失，升温效率显著降低。

技术实现要素：

本发明为了解决现有对电流功率要求大、热能散失严重以及升温效率低的问题，而提供一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置即方法。

本发明的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置由左油缸、右油缸、正电极、负电极、电源、上凸模和下凹模组成，其特征在于预制坯置于所述下凹模中，所述正电极和负电极设置在预制坯两端端面，所述左油缸与负电极连接，所述右油缸与正电极连接，所述正电极和负电极分别与电源的正、负极相连。

本发明的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造方法按以下步骤进行：

一、向预制坯上、下表面喷涂防氧化剂；

二、将步骤一后的预制坯放入薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的下凹模内，使正电极和负电极在右油缸和左油缸的推动下沿水平方向移动至与预制坯端面接触；

三、通入脉冲电流，使预制坯温度在30s～40s的时间内由室温升温至500～900℃，然后使上凸模向下移动，完成合模，合模后通过下凹模底部的排气孔抽真空，排出型腔内的气体，然后通过调整脉冲电流使预制坯升温至1000～1350℃；

四、在温度为1000～1350℃、应变速率为3×10^-3s-¹～5×10^-3s-¹和加载载荷为2000kn～10000kn的条件下进行精密锻造；

五、锻造结束后，上凸模向上移动，正电极和负电极向外移动，通过顶杆自动顶出下凹模，得到薄板高筋件。

本发明的有益效果

本发明的装置和方法实现了横向通电的自阻加热闭塞式精密锻造，即将传统的与加载方向一致的通电方式，改为与加载方向垂直的通电方式，对于自阻加热精密锻造技术是一种新的拓展和应用，可实现金属间化合物等超高温难变形材料的锻造加工。在锻造过程中引入脉冲电流可显著改善复杂构件的成形难题。

本发明的装置和方法，一方面，电流通过的横截面积减小，对脉冲电源功率的依赖性减小，可以成形尺寸更大的构件；另一方面，可以实现差温成形，坯块锻造时的最高温度不再受模具的限制，对于超高温材料的成形具有重大意义。

经本发明装置和方法锻造后的薄板构件，塑性可提升60％～70％，热量损失减少20％～30％，加热效率提高80％～90％。

附图说明

图1为本发明薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的结构示意图；

图2为本发明薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的局部结构示意图；其中8为预制坯。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置由左油缸1、右油缸2、正电极3、负电极4、电源5、上凸模6和下凹模7组成，其特征在于预制坯置于所述下凹模7中，所述正电极3和负电极4设置在预制坯两端端面，所述左油缸1与负电极4连接，所述右油缸2与正电极3连接，所述正电极3和负电极4分别与电源5的正、负极相连。

本实施方式的装置和方法实现了横向通电的自阻加热闭塞式精密锻造，即将传统的与加载方向一致的通电方式，改为与加载方向垂直的通电方式，对于自阻加热精密锻造技术是一种新的拓展和应用，可实现金属间化合物等超高温难变形材料的锻造加工。在锻造过程中引入脉冲电流可显著改善复杂构件的成形难题。

本实施方式的装置和方法，一方面，电流通过的横截面积减小，对脉冲电源功率的依赖性减小，可以成形尺寸更大的构件；另一方面，可以实现差温成形，坯块锻造时的最高温度不再受模具的限制，对于超高温材料的成形具有重大意义。

具体实施方式二：本实施方式的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造方法按以下步骤进行：

一、向预制坯上、下表面喷涂防氧化剂；

二、将步骤一后的预制坯放入薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的下凹模7内，使正电极3和负电极4在右油缸2和左油缸1的推动下沿水平方向移动至与预制坯端面接触；

三、通入脉冲电流，使预制坯温度在30s～40s的时间内由室温升温至500～900℃，然后使上凸模6向下移动，完成合模，合模后通过下凹模7底部的排气孔抽真空，排出型腔内的气体，然后通过调整脉冲电流使预制坯升温至1000～1350℃；

四、在温度为1000～1350℃、应变速率为3×10^-3s-¹～5×10^-3s-¹和加载载荷为2000kn～10000kn的条件下进行精密锻造；

五、锻造结束后，上凸模6向上移动，正电极3和负电极4向外移动，通过顶杆自动顶出下凹模7，得到薄板高筋件。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中所述的防氧化剂为氧化物陶瓷。其他步骤及参数与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：所述氧化物陶瓷为氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷或二氧化钛陶瓷。其他步骤及参数与具体实施方式二或三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤三中通入脉冲电流的电流密度为12a/mm²～15a/mm²，电流功率为3000w～4000w。其他步骤及参数与具体实施方式二至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤三中使预制坯温度由室温升温至800℃，然后使上凸模6向下移动。其他步骤及参数与具体实施方式二至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤三中然后通过调整脉冲电流使预制坯升温至温度为1200～1300℃。其他步骤及参数与具体实施方式二至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式二至七之一不同的是：步骤四中所述温度为1200～1300℃。其他步骤及参数与具体实施方式二至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式二至八之一不同的是：步骤四中所述应变速率为4×10^-3s-¹。其他步骤及参数与具体实施方式二至八之一相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式二至九之一不同的是：步骤四中所述加载载荷为5000kn～8000kn。其他步骤及参数与具体实施方式二至九之一相同。

用以下试验验证本发明的有益效果：

试验一：本试验的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置由左油缸1、右油缸2、正电极3、负电极4、电源5、上凸模6和下凹模7组成，其特征在于预制坯置于所述下凹模7中，所述正电极3和负电极4设置在预制坯两端端面，所述左油缸1与负电极4连接，所述右油缸2与正电极3连接，所述正电极3和负电极4分别与电源5的正、负极相连。

试验二：利用试验一所述的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置精密锻造薄板高筋件的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、向预制坯上、下表面喷涂防氧化剂；

二、将步骤一后的预制坯放入薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的下凹模7内，使正电极3和负电极4在右油缸2和左油缸1的推动下沿水平方向移动至与预制坯端面接触；

三、通入脉冲电流，使预制坯温度在30s的时间内由室温升温至800℃，然后使上凸模6向下移动，完成合模，合模后通过下凹模7底部的排气孔抽真空，排出型腔内的气体，然后通过调整脉冲电流使预制坯升温至1200℃；

所述脉冲电流的电流密度为15a/mm²，电流功率为为4000w；

四、在温度为1200℃、应变速率为4×10^-3s-¹和加载载荷为5000kn的条件下进行精密锻造；

五、锻造结束后，上凸模6向上移动，正电极3和负电极4向外移动，通过顶杆自动顶出下凹模7，得到薄板高筋件；

步骤一中所述的防氧化剂为氧化物陶瓷，具体为二氧化钛陶瓷。

本试验中预制坯为nial板材。

试验三：利用试验一所述的一种薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置精密锻造薄板高筋件的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

一、向预制坯上、下表面喷涂防氧化剂；

二、将步骤一后的预制坯放入薄板高筋件脉冲电流作用下闭塞式精密锻造装置的下凹模7内，使正电极3和负电极4在右油缸2和左油缸1的推动下沿水平方向移动至与预制坯端面接触；

三、通入脉冲电流，使预制坯温度在30s的时间内由室温升温至800℃，然后使上凸模6向下移动，完成合模，合模后通过下凹模7底部的排气孔抽真空，排出型腔内的气体，然后通过调整脉冲电流使预制坯升温至1300℃；

所述脉冲电流的电流密度为15a/mm²，电流功率为为4000w；

四、在温度为1300℃、应变速率为4×10^-3s-¹和加载载荷为8000kn的条件下进行精密锻造；

五、锻造结束后，上凸模6向上移动，正电极3和负电极4向外移动，通过顶杆自动顶出下凹模7，得到薄板高筋件；

步骤一中所述的防氧化剂为氧化物陶瓷，具体为二氧化钛陶瓷。

本试验中预制坯为nial板材。

(一)对试验二得到的薄板高筋件进行高温拉伸实验，实验温度1000℃，应变速率10^-3s^-1，结果显示，材料塑性显著上升，从17.86％增加至74.87％。