專利名稱：噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開了一種金屬材料致密化加工方法及裝置，特別是指- 種對(duì)大型噴射沉積材料進(jìn)行致密化加工的噴射沉積多孔材料的梯溫 楔壓變形方法及裝置。
背景技術(shù)：
噴射沉積作為一種新型的材料制備技術(shù)，噴射沉積技術(shù)具有一系 列優(yōu)越性，如沉積坯的冷卻速度高，組織細(xì)小均勻，合金成分偏析程
度小。材料的氧化程度小，工藝流程短，減輕了材料的污染程度；近 凈成形，生產(chǎn)率高，生產(chǎn)成本低等。噴射沉積技術(shù)尤其適用于制造由 于嚴(yán)重的偏析難以或無(wú)法利用通常鑄造技術(shù)制造、利用粉末冶金技術(shù) 制造成本過(guò)高、難以制備的大尺寸的材料，噴射沉積技術(shù)作為一種先 進(jìn)的材料制備新技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于制備合金及金屬基復(fù)合材 料。然而噴射沉積坯件通常存在一定量的孔隙，濺射顆粒表面存在一 定厚度的氧化膜，顆粒之間未能完全達(dá)到良好的冶金結(jié)合狀態(tài)。因此 噴射沉積坯件屬一種多孔材料，需要進(jìn)行后續(xù)致密化和塑性變形才能 獲得理想的組織和性能。
可用于噴射沉積多孔坯件致密化塑性變形的主要方法有熱等靜 壓、熱擠壓、熱軋、熱壓實(shí)等，這些工藝通常涉及設(shè)備昂貴、生產(chǎn)工 藝復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，限制了其大規(guī)模的應(yīng)用；特別是在大型噴射沉積多孔材料，通過(guò)模壓致密化對(duì)壓力機(jī)的噸位要求很 高，在小噸位壓力機(jī)上致密化大件噴射沉積材料一直是一個(gè)難以解決 的問(wèn)題。采用均溫楔壓(坯件各部分溫度均勻)的方法在一定程度上 解決了上述問(wèn)題，在小噸位壓機(jī)實(shí)現(xiàn)了大件噴射沉積材料的致密化， 特別是在厚度不大的寬板型坯件上具有優(yōu)越性，但在壓制厚度較大的 坯件時(shí)，變形主要會(huì)集中在坯料的上部，整體坯料尤其是底部并未達(dá) 到完全的致密化，這主要是由于坯件與模具壁之間的存在摩擦力，使 得壓制力沿坯料高向從上至下逐漸衰減所致。也就是說(shuō)，當(dāng)坯料的整 體溫度均勻分布時(shí)，坯料的變形抗力一致，其上部所受的壓制力達(dá)到 了致密化所需的壓制，而坯料下部的壓制力已被模壁摩擦力消耗并未 達(dá)到坯料致密化所需的壓制力，由此而造成了坯件底部沒有完全致密 化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服普通楔壓工藝難以使厚坯件底部直接致 密化的局限性，提供一種實(shí)現(xiàn)在小噸位壓機(jī)完全致密化大件噴射沉積 材料，明顯提高噴射沉積多孔材料的致密度及綜合性能的梯溫楔壓變 形方法及裝置。
本發(fā)明一-噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方法是釆用下述 方案實(shí)現(xiàn)的將坯件置于帶有加熱與冷卻裝置的模具中，壓制所用 的壓頭為楔形，利用楔形壓頭在模具中對(duì)存在溫度梯度的坯料進(jìn)行 局部加熱，循環(huán)壓制后使得坯料產(chǎn)生整體變形。
本發(fā)明中，采用熱壓工藝，壓制前在模具高向不同部位進(jìn)行加 熱或冷卻處理，使得模具至上而下存在一定的溫度梯度，同時(shí)坯料
在放入模具前進(jìn)行預(yù)熱，放入模具中通過(guò)模具的熱輻射使坯料產(chǎn)生 與模具同樣的溫度梯度，模具與坯料的溫度由所壓制的坯料本身決 定。
本發(fā)明中，坯料的加熱溫度為其熔點(diǎn)的2/3左右。
本發(fā)明---噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置是采用下述
方案實(shí)現(xiàn)的包括壓機(jī)、楔壓模具、楔形壓頭，其特征在于所述 模具的底部設(shè)有加熱底板，模具側(cè)壁上設(shè)置有加熱和冷卻裝置；所 述模具的方形箱體的四壁設(shè)有冷卻水管與電加熱裝置；所述楔形壓
頭端面為平面、側(cè)面為斜面光滑過(guò)度連接組成。 本發(fā)明一-噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方法及裝置的工
作原理簡(jiǎn)述于下先將坯料和模具分別加熱到所需的溫度，然后開啟 模具上的冷卻裝置(水管)，對(duì)模具進(jìn)行冷卻，待模具整體溫度產(chǎn)生 由上至下逐漸變大的梯度時(shí)，將坯料放入模具中保持--段時(shí)間，利用 模具的熱輻射使坯料產(chǎn)生與模具一樣的溫度梯度時(shí)，釆用普通壓機(jī)對(duì) 楔形壓頭施壓，從坯料的一端開始對(duì)其進(jìn)行壓制，對(duì)模具中欲致密化 的大型噴射沉積坯件進(jìn)行局部小變形，坯料與楔形壓頭端面小平面接 觸部分為主變形區(qū)，與楔形壓頭端面斜面為預(yù)變形區(qū)，楔形壓頭逐步 向斜面方向推進(jìn)，進(jìn)行逐次壓制，最后實(shí)現(xiàn)噴射沉積坯件的整體壓制。 逐次壓制過(guò)程中，采用楔形沖頭移動(dòng)或模具及噴射沉積坯件反向移動(dòng) 的方式，每次移動(dòng)的距離小于楔形沖頭小平面寬度。由上述壓制過(guò)程 可見，楔形壓制為局部小變形，逐步進(jìn)行使噴射沉積大型坯件整體單 道次小變形，經(jīng)多道次累計(jì)實(shí)現(xiàn)整體大變形直至完全致密化的過(guò)程。 局部小變形時(shí)，所需壓力較小，可根據(jù)使用的壓機(jī)噸位和坯件特點(diǎn)設(shè) 計(jì)小變形區(qū)的面積。本發(fā)明由于采用上述工藝方法及裝置，使坯料下 部溫度較上部的溫度高，因此，在壓制時(shí)，坯料下部與上部同時(shí)發(fā)生 變形，實(shí)現(xiàn)坯料整體致密化的目的，綜上所述本發(fā)明其模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單，制造方便、性能可靠，操作簡(jiǎn)便，坯件尺寸不受壓力機(jī)噸位和工 作臺(tái)尺寸限制，壓制坯件密度分布均勻；可有效消除產(chǎn)品的組織缺陷， 使得產(chǎn)品組織、性能均勻；工藝可重復(fù)性高，生產(chǎn)成本低，可以實(shí)現(xiàn) 大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)。為大型噴射沉積坯件致密化加工提供了一種切實(shí)可 行的加工方法及裝置。


附圖1為本發(fā)明…噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置示意圖。
附圖2為本發(fā)明…噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置的工 作原理示意圖。
附圖3為本發(fā)明實(shí)施例梯溫楔壓后坯料外觀圖。 附圖4為常溫楔壓后坯料外觀圖。
圖l中l(wèi)一楔形壓頭，3—坯料，2—模具，6…加熱裝置，4—冷 卻裝置。
具體實(shí)施例方式
參見附圖1、 2、 3、 4，將梯溫楔壓所用模具2放在壓機(jī)工作臺(tái)上, 模具2的四壁裝有冷卻裝置4，底板設(shè)有加熱裝置6，楔形壓頭1安 裝在壓機(jī)壓頭上,調(diào)整壓頭與模具之間的相對(duì)位置關(guān)系，使得楔形壓 頭1可以在模具2中自由運(yùn)動(dòng)，壓制所選坯料3為噴射沉積態(tài)SiC增 強(qiáng)7075鋁基復(fù)合材料，坯料的原始相對(duì)密度為85%,硬度為75HB， 尺寸為157xll2x200mm，在壓制前將坯料加熱到450°C，開啟模具上 的加熱裝置6，待模具整體達(dá)到一定溫度時(shí)，開啟模具上部的冷卻裝 置4，對(duì)模具進(jìn)行局部冷卻，待模具本身自上而下呈現(xiàn)出逐漸增大的溫 度梯度時(shí)，將加熱好的坯料放入模具中，保持一定時(shí)間，分別對(duì)坯料
上、中、下三個(gè)部位進(jìn)行溫度測(cè)試，待坯料與模具溫度梯度一致時(shí)， 對(duì)坯料進(jìn)行壓制，壓制過(guò)程為首先將楔形壓頭與模具的側(cè)壁接觸，從
坯料的一端進(jìn)行第一次壓制，壓下量為5mm，抬起壓頭，將壓頭向 前平移一小段距離，進(jìn)行第二次壓制，隨后重復(fù)以上操作，單次壓下 量均為5mm，壓頭前進(jìn)距離小于壓頭的壓制平面長(zhǎng)度，待高向尺寸 為150mm時(shí)停止壓制。壓制后坯料如圖3所示。壓制后對(duì)坯料進(jìn)行 密度及硬度測(cè)試，相對(duì)密度最大處可達(dá)99.2°/。。硬度最大處可達(dá) 92HB，較原始坯料均有很大的提高，梯溫楔壓工藝在噴射沉積材料 致密化的工藝上效果明顯，若采用傳統(tǒng)的均溫楔壓方法重復(fù)上述的壓 制過(guò)程，壓制后坯料的外觀如圖4所示。比較可知，通過(guò)梯溫楔壓后 的坯料下部發(fā)生較大的流動(dòng)與變形，致密化效果明顯，采用均溫楔壓， 坯料的變形只集中在上部，下部并沒有得到致密化。因此，梯溫楔壓 工藝在一定程度上對(duì)均溫楔壓工藝進(jìn)行了改進(jìn)，解決了均溫楔壓工藝 中存在的下部變形不明顯的問(wèn)題，是一種較好的大型噴射沉積多孔材 料致密化的好方法。
權(quán)利要求
1、噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方法，其特征在于將坯件置于帶有加熱與冷卻裝置的模具中，壓制所用的壓頭為楔形，利用楔形壓頭在模具中對(duì)存在溫度梯度的坯料進(jìn)行局部加熱，循環(huán)壓制后使得坯料產(chǎn)生整體變形。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方 法，其特征在于采用熱壓工藝，壓制前在模具高向不同部位進(jìn)行 加熱或冷卻處理，使得模具自上而下存在一定的溫度梯度，同時(shí)坯 料在放入模具前進(jìn)行預(yù)熱，放入模具中通過(guò)模具的熱輻射使坯料產(chǎn) 生與模具同樣的溫度梯度，模具與坯料的溫度由所壓制的坯料本身 決定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方 法，其特征在于坯料的加熱溫度為其熔點(diǎn)的2/3左右。
4、 噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置，包括壓機(jī)、楔壓模 具、楔形壓頭，其特征在于所述模具的底部設(shè)有加熱底板，模具 側(cè)壁上設(shè)置有加熱和冷卻裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝 置，其特征在于所述模具的方形箱體的四壁設(shè)有冷卻水管與電加熱 裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝 置，其特征在于所述楔形壓頭端面為平面、側(cè)面為斜面光滑過(guò)度連 接組成。
全文摘要
噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形方法與裝置，是將坯料置于由上至下溫度逐步增加的梯溫模具中，坯料底面接觸加熱的底板，待坯料由上至下也存在一定的溫度梯度時(shí)，使用楔形壓頭對(duì)其進(jìn)行局部壓制，坯料逐步由局部變形積累為整體的大變形。噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置包括帶有加熱與冷卻裝置的模具，帶有加熱管的底板，楔形壓頭。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，工藝簡(jiǎn)單，引入梯溫后，使坯件從上至下變形抗力減弱，克服了大型坯件在模壓致密化過(guò)程中由于模具壁的摩擦力使得壓制壓力衰減所造成坯料底部致密化效果不佳的現(xiàn)象，特別適合于大型噴射沉積材料的致密化加工過(guò)程，擴(kuò)展了噴射沉積材料的大型件的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B21C29/00GK101168177SQ200710036070
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者嚴(yán)紅革, 夏偉軍, 凱 王, 剛 陳, 鼎 陳, 陳振華 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)