[發明專利]一種基于真空感應加熱的成形裝置及成形方法

有效

• 申請號: 201710903384.1
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN109201982B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發明（設計）人: 趙冰;李志強;侯紅亮
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: B21J5/00
• 分類號: B21J5/00;B21J13/02;B21J1/06;B21J1/02
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本發明提供了一種基于真空感應加熱的成形裝置，其技術要點在于：包括裝置本體，裝置本體包括真空室，真空室內設置有鍛造裝置和感應線圈，鍛造裝置內設置有冷卻裝置，鍛造裝置的底部設置有預制坯，一種基于真空感應加熱的成形方法，在真空環境中，將擠壓與鍛造結合在一起，并采用感應凝殼熔煉的方法將金屬原材料熔化后并按照軌跡進行鋪覆，在鋪覆到預制坯上的熔滴凝固后立刻對其進行熱機械加工，從而通過熱機械加工；本發明金屬材料從擠壓式鍛造頭中被擠出，具有良好的加工流線，然后對其進行鍛造加工，通過鍛焊與預制坯連接在一起，層間結合金屬未熔覆，而是固相連接，不存在冶金缺陷，結合質量好，成本低，效率高。

技術領域

本發明涉及金屬零件成形技術領域，特別是涉及一種基于真空感應加熱的成形裝置及成形方法。

背景技術

增材制造技術主要分為兩類，一類是粉末床類增材制造技術，包括電子束、激光束選區熔覆，粉末床方法一般用于成形復雜結構；另一類是沉積類增材制造技術，主要包括電弧(氬弧或等離子弧)熔絲自由成形、電子束與激光束熔絲自由成形、激光送粉直接沉積成形、金屬液滴噴射沉積技術等幾種，目前適用于大型整體復雜結構的方法主要是沉積類增材制造技術，常用的沉積類方法主要包括激光(同軸送粉、送絲)沉積技術、電子束(送絲)沉積技術、電弧沉積等幾種。激光、電子束沉積技術一般不能兼顧高效率、低成本的特征。電弧增材制造技術以電弧為載能束，電弧可以是氬弧焊、等離子焊，采用逐層堆焊的方式制造金屬實體構件。

沉積類增材制造技術的原材料一般需要金屬絲材、粉末為原材料，原材料的制造成本高、對性能的要求也高，有些材料難于制造出絲材，例如金屬間化合物、鈮硅合金等材料，采用粉末材料，控制氧、氮等含量難度較大，還會出現空心粉等缺陷，對成形結構件的性能影響較大。金屬液滴噴射沉積技術的原材料形式不受粉末、絲材的限制，但現有的金屬液滴噴射沉積技術一般只能用于制造低熔點合金，例如鋁合金、鎂合金，用于制造鈦合金和鈦鋁合金、鋁鋰合金、鈮硅合金的較少，還不能滿足應用的需求。

最近，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室與伍斯特理工學院合作開發了一種全新的金屬3D打印工藝—直接金屬書寫。目前，大多數金屬3D打印工藝，如選擇性激光熔化，使用的是細金屬粉末，這導致了一些局限性，如3D打印部件存在間隙或缺陷。直接金屬書寫方法可以幫助克服這些基于粉末的金屬3D打印技術的局限性。新方法使用一種半固體金屬，也可以稱其為一種剪切稀化材料，而不是粉末。這種特殊的金屬材料在靜止時表現得像固體，但被施加力時則可以像液體一樣流動。新方法涉及將一種金屬錠加熱至半固體狀態，然后將其從噴嘴擠出。擠出力使得這種剪切稀化材料液體足以被擠出，但當被靜置時，它表現得像一個固體并隨著材料的冷卻而變硬。研究表明，該方法減少了放入3D打印部件中的氧化物和殘留應力。這種方法也可以擴展應用到其他合金上。目前，直接金屬書寫還存一定的不足，現有技術中使用的主要材料是一種鉍錫混合物，由于這種混合物熔點較低，因此效果很好，但是對于鋁合金、鈦合金等材料則很難實現。

綜上所述，現有一些增材制造方法用于制造鋁合金及鋁鋰合金、鈦合金及鈦鋁合金、鈮硅合金等材料的大尺寸、復雜高性能結構件，現有技術中的增材制造技術存在一些不足：1)原材料成本較高，采用粉末、絲材成本較高，尤其是一些高性能粉末，絲材；2)部分原材料絲材難于制備出來，例如高溫鈦合金(Ti6242、Ti60等)、鈦鋁合金、鈦二鋁鈮合金等；3)采用沉積類增材制造方法獲得零件一般都是快速凝固組織，容易產生裂紋、未熔合、裂紋等缺陷，與鍛造組織相比較，性能存在不足。

發明內容

本發明的目的就是解決以上技術中存在的問題，并為此提供一種基于真空感應加熱的成形裝置及成形方法。

一種基于真空感應加熱的成形裝置，包括裝置本體，裝置本體包括真空室，真空室內設置有鍛造裝置和感應線圈，鍛造裝置內設置有冷卻裝置，鍛造裝置的底部設置有預制坯。

進一步地，鍛造裝置包括擠壓式鍛造頭，擠壓式鍛造頭的上部設置有振動器，振動器的下部連接有螺桿式傳動器，螺桿式傳動器之間設置有活塞桿，活塞桿的底部連接有擠壓活塞；