[發(fā)明專利]梯度材料模具制造方法及設(shè)備

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110104561.2
• 申請(qǐng)日: 2011-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN102240860A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅鍵;王穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅鍵
• 主分類號(hào): B23K28/02
• 分類號(hào): B23K28/02;B23K20/10;B23K9/16;B23K9/32;B23K9/08;B23K9/095
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1.一種梯度材料模具制造方法，其特征在于：在基體上，采用外場(chǎng)復(fù)合-帶模-強(qiáng)制溫度控制-整體順序生長-電弧熔化焊接-快速成型近凈制造技術(shù)，結(jié)合原位合金化梯度功能材料的制備，按照尺寸設(shè)計(jì)和精度要求，高效、近凈、低成本制造微觀結(jié)構(gòu)晶粒細(xì)化、焊縫無分層、無成份偏析、內(nèi)部具有高塑性與高韌性、表面耐磨、耐腐蝕、耐高溫的梯度材料模具；所述焊接快速成型技術(shù)是電弧、熔滴、熔池和焊縫在外加復(fù)合能量場(chǎng)中，發(fā)生電磁控制電弧等離子旋轉(zhuǎn)和熔滴過渡作用、電磁攪拌作用、電磁冶金作用、超聲焊接作用，綜合有序系統(tǒng)控制和促成大體積焊接熔池液態(tài)金屬順序定向凝固過程，在大電流高速送絲系統(tǒng)、高效焊接電源系統(tǒng)、帶模強(qiáng)制溫度控制系統(tǒng)、氣體保護(hù)系統(tǒng)、原位合金化梯度功能材料的配合下，實(shí)現(xiàn)梯度材料模具近凈無分層順序生長整體焊接成型快速制造加工。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度材料模具制造方法，其特征在于：所述外加復(fù)合能量場(chǎng)由電磁能量場(chǎng)和超聲能量場(chǎng)組成；電磁能量場(chǎng)包括電磁熔池?cái)嚢枘芰繄?chǎng)和電磁焊縫處理能量場(chǎng)；電磁能量場(chǎng)是恒定磁場(chǎng)，或者頻率、強(qiáng)度、占空比以及方向變化的時(shí)變電磁場(chǎng)；電磁熔池?cái)嚢枘芰繄?chǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)范圍是：時(shí)變磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01~0.3T，磁場(chǎng)頻率為0~30Hz，占空比為30~70%，或者恒定磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01~2.0T；電磁焊縫處理能量場(chǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)范圍是：磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.1~10T，磁場(chǎng)頻率為1~2KHz，電磁場(chǎng)功率為1K~?20KW；超聲能量場(chǎng)參數(shù)調(diào)節(jié)范圍是：超聲頻率為10K~400KHz，超聲功率為0.1~2.5KW，占空比為20~80%；所述焊接技術(shù)包括高效焊接技術(shù)，高效焊接工藝參數(shù)調(diào)節(jié)范圍是:焊接電流200~1800A，焊接送絲速度0.1~60m/min，焊絲直徑0.6~4m，采用單絲焊接方式，或者雙絲焊接方式，或者三絲焊接方式，或者兩個(gè)雙焊絲方式。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度材料模具制造方法，其特征在于：所述帶模強(qiáng)制溫度控制順序生長整體焊接成型技術(shù)是導(dǎo)熱性高的、與待制造型面相同的金屬材料作為焊接成型模板，成型模板可自由運(yùn)動(dòng)，在成型模板內(nèi)部通以循環(huán)冷卻介質(zhì)，通過循環(huán)冷卻介質(zhì)的散熱作用，強(qiáng)制冷卻和控制由成型模板和基體所構(gòu)成的大尺寸焊接熔池空間中熔融液態(tài)金屬的凝固過程，當(dāng)焊接熔池底部的液態(tài)金屬凝固成型后，成型模板沿工件的軸向或者徑向方向順序合理運(yùn)動(dòng)，從而使得焊接熔池中液態(tài)金屬在底部基體上實(shí)現(xiàn)無分層的順序凝固和焊縫方向性定向生長，成型模板的內(nèi)表面與待制造模具的外觀形狀和尺寸相同，其精度滿足模具設(shè)計(jì)要求，連續(xù)焊接大尺寸焊接熔池金屬順序冷卻凝固后形成具有與待制造模具相同外觀形狀的樣件，無需大量的后續(xù)機(jī)械加工，實(shí)現(xiàn)梯度材料模具的近凈、快速、整體、低成本的焊接成型制造；在帶模方法、強(qiáng)制溫度控制方法、整體順序生長方法、快速近凈成型方法、外加復(fù)合能量場(chǎng)、高效焊接方法、原位合金化方法、多種焊接材料的共同作用下，制備新型梯度材料模具，使其具有內(nèi)部微觀晶粒細(xì)化，表面組織耐磨、耐腐蝕，梯度材料模具的焊縫因連續(xù)順序凝固沒有明顯的分層現(xiàn)象，焊縫無偏析現(xiàn)象發(fā)生，焊縫內(nèi)部金屬成份、表面金屬成份與基體母材成份均勻過渡形成材料梯度，完成內(nèi)部具有高韌塑性、表面具有高耐磨性，具備耐腐蝕性、耐高溫的梯度材料模具的低成本、高性能電弧熔化焊接快速整體成型近凈制造技術(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度材料模具制造方法，其特征在于：所述原位合金化梯度材料模具制備方法是采用多種成份的焊絲，根據(jù)模具設(shè)計(jì)技術(shù)要求和使用壽命，在基體上原位合金化形成中間過渡層和外部功能層的梯度材料模具，使得模具內(nèi)部具有足夠的強(qiáng)度、韌塑性與抗沖擊能力，同時(shí)表面具有高耐磨性、耐腐蝕性能，并保證梯度功能層與母材基體具有良好的結(jié)合能力，不容易脫落，解決層間剝離和成份偏析的問題，形成原位合金化牢固結(jié)合的梯度材料模具制造方法；所述超聲是在焊接電弧上單獨(dú)施加，或者在焊縫上單獨(dú)施加，或者在電弧、熔池和焊縫上復(fù)合施加，產(chǎn)生超聲波控制復(fù)合焊接作用，促進(jìn)焊接殘余應(yīng)力的重新分布以降低焊接殘余應(yīng)力水平，加快熔池氣體溢出，減少焊縫氣孔缺陷，改善合金元素的流動(dòng)性和強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)的活性，提高焊接接頭的整體質(zhì)量。