本發(fā)明涉及一種電場輔助擠壓成形方法。

背景技術(shù)：

難變形材料復(fù)雜形狀鍛件是航空天領(lǐng)域的常用零件品種。利用切削加工方法加工復(fù)雜形狀零件，生產(chǎn)工序多，效率低，材料浪費(fèi)嚴(yán)重，并且破壞零件的金屬流線形結(jié)構(gòu)，不宜采用。

由于難變形材料塑性較差，利用通常的鍛造方法成形很容易造成組織的不均勻和微觀鍛造缺陷的產(chǎn)生，嚴(yán)重影響制品的力學(xué)性能和使用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種成形力小、成形速度快的難變形材料復(fù)雜形狀零件的放電多向擠壓成形方法。該方法在擠壓成形過程中對變形體材料加以輔助電場即加載脈沖電流，其定向電子會對合金中的位錯(cuò)施加一定的推動力，幫助位錯(cuò)越過前進(jìn)中的障礙，從而提高了合金的塑性和韌性，促進(jìn)了材料的變形速率，改善其微觀組織與力學(xué)性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一、放電多向擠壓模具：

該模具包括：上、下模和上、下墊塊，它們的材質(zhì)均為高強(qiáng)度石墨。其中，圓柱形上模的型腔設(shè)在下端面上，該型腔中部為與設(shè)計(jì)零件上半部分外形對應(yīng)的型腔，其中某一軸線呈直線的枝杈型腔兩端設(shè)有與其相連且直徑相同的上半部分孔道，該兩孔道的另一端設(shè)在上模外周面上。與上模對應(yīng)的圓柱形下模的型腔設(shè)在上端面上，該型腔中部為與設(shè)計(jì)零件下半部分外形對應(yīng)的型腔，其中某一軸線呈直線的枝杈型腔兩端設(shè)有與其相連且直徑相同的下半部分孔道，該兩孔道的另一端設(shè)在下模外周面上。上模非設(shè)型腔的上端面上設(shè)有直徑小于上模直徑的圓柱形凸臺，該凸臺上面與一個(gè)圓柱形上墊塊相連；下模非設(shè)型腔的下端面上設(shè)有直徑小于下模直徑的圓柱形凸臺，該凸臺下面與一個(gè)圓柱形下墊塊相連。上下模具合模即兩者型腔相對組成完整型腔。

二、復(fù)雜形狀零件的成形方法：

1、制備圓柱體形待加工件，其與模具型腔中某一軸線呈直線的枝杈直徑相同，并且該待加工件的體積≥設(shè)計(jì)零件的體積；

2、將步驟1制備的圓柱體待加工件放入上述放電多向擠壓模具的上、下模型腔中部某一軸線呈直線的枝杈型腔及兩側(cè)的孔道內(nèi)，并保持圓柱體待加工件的兩端面相對于中軸線對稱；

3、將上述模具組裝后置于放電多向燒結(jié)擠壓機(jī)內(nèi)，在圓柱體待加工件的端面外側(cè)的孔道內(nèi)設(shè)有壓頭，每個(gè)壓頭的另一端與上下模腔外左、右兩側(cè)對稱的兩個(gè)加載液壓缸相連，該加載液壓缸帶動模具的側(cè)向壓頭運(yùn)動，對合金試樣的兩端加載同樣大小的預(yù)擠壓力，此時(shí)下模腔受加載液壓缸的作用上行并給上模腔10～30MPa的壓力使上、下模腔緊密接觸，達(dá)到密封、導(dǎo)熱效果。之后上下爐體嚴(yán)緊閉合，并將放電多向燒結(jié)擠壓機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10^-3Pa，防止合金被氧化；

4、通過對上模腔凸起的上表面加載脈沖電流(2000～8000A)，使圓柱體合金試樣迅速升溫至所需溫度(400～2000℃)，然后進(jìn)行保溫1～10min，在保溫過程中，放電多向擠壓機(jī)的側(cè)向液壓缸通過側(cè)向壓頭對合金試樣的兩端緩慢加載同樣大小的擠壓力(3～20t)進(jìn)行擠壓，當(dāng)液壓缸行走位移達(dá)(待加工件長度-設(shè)計(jì)零件該方向長度)/2時(shí)停止加載；

5、最后多向放電燒結(jié)擠壓機(jī)斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，擠壓機(jī)的側(cè)向加載液壓缸回程，開爐后取出放電多向擠壓模具，并取出擠壓出的產(chǎn)品。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

該多向放電擠壓模具結(jié)構(gòu)簡單，其帶凸起式圓柱形上、下模腔為該放電擠壓裝置的主要成形部分，帶凸起式上模腔的下表面與帶凸起式下模腔的上表面緊密接觸，達(dá)到密封、導(dǎo)熱和擠壓成形的效果；該多向放電擠壓模具與自行設(shè)計(jì)的多向放電燒結(jié)擠壓機(jī)共同組成一套新型多向放電擠壓成形設(shè)備，在多向脈沖電流的作用下，其定向電子會對金屬合金中的位錯(cuò)施加一定的推動力，幫助位錯(cuò)越過前進(jìn)中的障礙，從而使金屬合金材料在高溫熔融態(tài)時(shí)成形不同形狀、尺寸的復(fù)雜形狀零件制品，而且可以提高金屬合金的塑性和韌性，促進(jìn)材料的變形速率，改善其微觀組織與力學(xué)性能；多向放電擠壓模具所需溫度比非電場輔助的鍛造成形所需溫度低，變形的流動應(yīng)力也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于非電場輔助的鍛造成形時(shí)的流動應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)了在多向脈沖電流作用下裝置內(nèi)部金屬合金低溫快速擠壓成形。

附圖說明

圖1為本發(fā)明制備十字軸的放電多向擠壓模具的主視剖面圖。

圖2為圖1的A-A視圖。

圖3為本發(fā)明制備十字軸的放電多向擠壓模具擠壓前的主視剖面圖。

圖4為圖3的B-B視圖。

圖5為本發(fā)明制備十字軸的放電多向擠壓模具擠壓后的主視剖面圖。

圖6為圖5的C-C視圖。

具體實(shí)施方式

在圖1和圖2所示的制備十字軸的放電多向擠壓模具的剖面圖中，該模具包括：上模2、下模3、上墊塊1及下墊塊4，它們的材質(zhì)均為高強(qiáng)度石墨。其中，圓柱形上模的型腔設(shè)在下端面上，該型腔中部為與設(shè)計(jì)零件上半部分外形對應(yīng)的型腔，其中某一軸線呈直線的枝杈型腔兩端設(shè)有與其相連且直徑相同的上半部分孔道，該兩孔道的另一端設(shè)在上模外周面上。與上模對應(yīng)的圓柱形下模的型腔設(shè)在上端面上，該型腔中部為與設(shè)計(jì)零件下半部分外形對應(yīng)的型腔，其中某一軸線呈直線的枝杈型腔兩端設(shè)有與其相連且直徑相同的下半部分孔道，該兩孔道的另一端設(shè)在下模外周面上。上模非設(shè)型腔的上端面上設(shè)有直徑小于上模直徑的圓柱形凸臺，該凸臺上面與一個(gè)圓柱形上墊塊相連；下模非設(shè)型腔的下端面上設(shè)有直徑小于下模直徑的圓柱形凸臺，該凸臺下面與一個(gè)圓柱形下墊塊相連。上下模具合模即兩者型腔相對組成完整型腔。

實(shí)施例1

制備47Zr-45Ti-5Al-3V圓柱體形待加工件5，其與模具中某一軸線呈直線的直徑相同為20mm，并且該待加工件的長度為80mm，使其體積等于設(shè)計(jì)零件的體積；將制備的合金圓柱體待加工件對稱放入上述放電多向擠壓模具的上、下模之間的型腔內(nèi)，并保持圓柱體待加工件的兩端面相對于中軸線對稱，如圖3和圖4所示。將上述模具組裝后放置于放電多向燒結(jié)擠壓機(jī)內(nèi)，在圓柱體待加工件的端面外側(cè)設(shè)有壓頭6，每個(gè)壓頭的另一端與上下模腔外左、右兩側(cè)對稱的兩個(gè)加載液壓缸相連，該加載液壓缸帶動模具的側(cè)向壓頭運(yùn)動，對合金試樣的兩端加載同樣大小的預(yù)擠壓力，此時(shí)下模腔受加載液壓缸的作用上行并給上模腔20MPa的壓力使上、下模腔緊密接觸，達(dá)到密封、導(dǎo)熱效果。之后上下爐體嚴(yán)緊閉合，并將放電多向燒結(jié)擠壓機(jī)內(nèi)抽為真空，真空度為10^-3Pa。通過對上模腔凸起的上表面加載4000A脈沖電流，使圓柱體合金試樣迅速升溫至800℃后保溫10min，在保溫過程中，放電多向擠壓機(jī)的側(cè)向液壓缸通過側(cè)向壓頭對合金試樣的兩端加載10t同樣大小的擠壓力，當(dāng)液壓缸行走位移達(dá)15mm時(shí)停止加載，如圖5和圖6所示，繼續(xù)保溫5min。最后將多向放電燒結(jié)擠壓機(jī)斷電，自然冷卻降溫，待該裝置冷卻后，擠壓機(jī)的側(cè)向加載液壓缸回程，開爐后取出多向放電擠壓模具，并取出擠壓后的十字軸型合金產(chǎn)品。