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
技術領域：
本發明公開了一種金屬材料致密化加工方法及裝置，特別是指- 種對大型噴射沉積材料進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：
噴射沉積作為一種新型的材料制備技術，噴射沉積技術具有一系 列優越性，如沉積坯的冷卻速度高，組織細小均勻，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，生產率高，生產成本低等。噴射沉積技術尤其適用于制造由 于嚴重的偏析難以或無法利用通常鑄造技術制造、利用粉末冶金技術 制造成本過高、難以制備的大尺寸的材料，噴射沉積技術作為一種先 進的材料制備新技術，已經被廣泛應用于制備合金及金屬基復合材 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到良好的冶金結合狀態。因此 噴射沉積坯件屬一種多孔材料，需要進行后續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、熱壓實等，這些工藝通常涉及設備昂貴、生產工 藝復雜、生產周期長，生產成本高，限制了其大規模的應用；特別是在大型噴射沉積多孔材料，通過模壓致密化對壓力機的噸位要求很 高，在小噸位壓力機上致密化大件噴射沉積材料一直是一個難以解決 的問題。采用均溫楔壓(坯件各部分溫度均勻)的方法在一定程度上 解決了上述問題，在小噸位壓機實現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越性，但在壓制厚度較大的 坯件時，變形主要會集中在坯料的上部，整體坯料尤其是底部并未達 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，當坯料的整 體溫度均勻分布時，坯料的變形抗力一致，其上部所受的壓制力達到 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。
發明內容
本發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，提供一種實現在小噸位壓機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 方案實現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存在溫度梯度的坯料進行 局部加熱，循環壓制后使得坯料產生整體變形。
本發明中，采用熱壓工藝，壓制前在模具高向不同部位進行加 熱或冷卻處理，使得模具至上而下存在一定的溫度梯度，同時坯料
在放入模具前進行預熱，放入模具中通過模具的熱輻射使坯料產生 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。
本發明中，坯料的加熱溫度為其熔點的2/3左右。
本發明---噴射沉積多孔材料的梯溫楔壓變形裝置是采用下述
方案實現的包括壓機、楔壓模具、楔形壓頭，其特征在于所述 模具的底部設有加熱底板，模具側壁上設置有加熱和冷卻裝置；所 述模具的方形箱體的四壁設有冷卻水管與電加熱裝置；所述楔形壓
頭端面為平面、側面為斜面光滑過度連接組成。 本發明一-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)，對模具進行冷卻，待模具整體溫度產生 由上至下逐漸變大的梯度時，將坯料放入模具中保持--段時間，利用 模具的熱輻射使坯料產生與模具一樣的溫度梯度時，釆用普通壓機對 楔形壓頭施壓，從坯料的一端開始對其進行壓制，對模具中欲致密化 的大型噴射沉積坯件進行局部小變形，坯料與楔形壓頭端面小平面接 觸部分為主變形區，與楔形壓頭端面斜面為預變形區，楔形壓頭逐步 向斜面方向推進，進行逐次壓制，最后實現噴射沉積坯件的整體壓制。 逐次壓制過程中，采用楔形沖頭移動或模具及噴射沉積坯件反向移動 的方式，每次移動的距離小于楔形沖頭小平面寬度。由上述壓制過程 可見，楔形壓制為局部小變形，逐步進行使噴射沉積大型坯件整體單 道次小變形，經多道次累計實現整體大變形直至完全致密化的過程。 局部小變形時，所需壓力較小，可根據使用的壓機噸位和坯件特點設 計小變形區的面積。本發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，坯料下部與上部同時發生 變形，實現坯料整體致密化的目的，綜上所述本發明其模具結構簡 單，制造方便、性能可靠，操作簡便，坯件尺寸不受壓力機噸位和工 作臺尺寸限制，壓制坯件密度分布均勻；可有效消除產品的組織缺陷， 使得產品組織、性能均勻；工藝可重復性高，生產成本低，可以實現 大規模連續生產。為大型噴射沉積坯件致密化加工提供了一種切實可 行的加工方法及裝置。
附圖1為本發明…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為本發明實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一楔形壓頭，3—坯料，2—模具，6…加熱裝置，4—冷 卻裝置。
具體實施例方式
參見附圖1、 2、 3、 4，將梯溫楔壓所用模具2放在壓機工作臺上, 模具2的四壁裝有冷卻裝置4，底板設有加熱裝置6，楔形壓頭1安 裝在壓機壓頭上,調整壓頭與模具之間的相對位置關系，使得楔形壓 頭1可以在模具2中自由運動，壓制所選坯料3為噴射沉積態SiC增 強7075鋁基復合材料，坯料的原始相對密度為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，待模具整體達到一定溫度時，開啟模具上部的冷卻裝 置4，對模具進行局部冷卻，待模具本身自上而下呈現出逐漸增大的溫 度梯度時，將加熱好的坯料放入模具中，保持一定時間，分別對坯料
上、中、下三個部位進行溫度測試，待坯料與模具溫度梯度一致時， 對坯料進行壓制，壓制過程為首先將楔形壓頭與模具的側壁接觸，從
坯料的一端進行第一次壓制，壓下量為5mm，抬起壓頭，將壓頭向 前平移一小段距離，進行第二次壓制，隨后重復以上操作，單次壓下 量均為5mm，壓頭前進距離小于壓頭的壓制平面長度，待高向尺寸 為150mm時停止壓制。壓制后坯料如圖3所示。壓制后對坯料進行 密度及硬度測試，相對密度最大處可達99.2°/。。硬度最大處可達 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，若采用傳統的均溫楔壓方法重復上述的壓 制過程，壓制后坯料的外觀如圖4所示。比較可知，通過梯溫楔壓后 的坯料下部發生較大的流動與變形，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均溫楔壓工藝進行了改進，解決了均溫楔壓工藝 中存在的下部變形不明顯的問題，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存在溫度梯度的坯料進行局部加熱，循環壓制后使得坯料產生整體變形。
2、 根據權利要求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，同時坯 料在放入模具前進行預熱，放入模具中通過模具的熱輻射使坯料產 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、 根據權利要求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、楔壓模 具、楔形壓頭，其特征在于所述模具的底部設有加熱底板，模具 側壁上設置有加熱和冷卻裝置。
5、 根據權利要求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有冷卻水管與電加熱 裝置。
6、 根據權利要求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、側面為斜面光滑過度連 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，使用楔形壓頭對其進行局部壓制，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。本發明結構合理，工藝簡單，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象，特別適合于大型噴射沉積材料的致密化加工過程，擴展了噴射沉積材料的大型件的應用前景。
文檔編號B21C29/00GK101168177SQ200710036070
公開日2008年4月30日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者嚴紅革, 夏偉軍, 凱 王, 剛 陳, 鼎 陳, 陳振華 申請人:湖南大學