增分熔融凝固加工工藝的設備的製作方法
2023-11-10 01:41:12 2
專利名稱：增分熔融凝固加工工藝的設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於材料成形加工技術，提供一種材料成形加工的設備。
常用的金屬材料成形加工方法主要有鑄造、鍛造，粉末冶金，機械加工等。所對應的設備有熔化爐及鑄造設備，鍛壓設備，燒結爐，工具機等。
各類方法都有其優點，但也有其不足之處。例如，鑄造法容易產生縮孔和偏析；鍛造法難以對應複雜的形狀；粉末冶金法因達不到理論密度而影響性能；機械加工法成本較高等(田原昭素型材入門，時評社，東京，1990；複合加工研究會編複合結果技術，產業圖書，東京，1982)。
增分熔融凝固加工技術是近幾年提出的材料成形加工的新方法，是利用高頻加熱和成形模具相對加熱源的移動，使原材料在模內熔融和凝固自下而上連續進行並逐步完成，實現材料的加工成形。
本發明目的是提供一種材料成形加工的設備。適用於各類金屬材料和金屬基複合材料的成形與加工。
本發明的構成增分熔融凝固加工技術的設備主要由六部分組成，第一部分是高頻電源(1)及感應線圈(6)，第二部分是供料設備，包括振動供料器(3)、螺旋供料器(5)和漏鬥(4)，第三部分由成形模具(2)和支撐架組成，第四部分由升降臺(7)及升降設備(8)組成，第五部分是密閉的工作腔體(9)，第六部分是控制臺(10)。
高頻感應電源及感應線圈提供電力使成形模內的材料熔化。由於是熔融加工，可以使材料達到理論密度。通過電源輸出的調節和感應線圈的設計可以使成形模內的材料熔融區域保持一個2～40mm範圍的深度，有利於材料的組織和性能的控制。同時，高頻加熱具有電磁攪拌作用，有利於材料的成分和組織的均勻化以及有害不純物的排出。
供料設備採用螺旋供料或振動供料的形式從成形模的上方供料。由於原材料是以顆粒或粉末的形式提供的，所以材料的成分配比能夠容易地控制，而且還可以連續變化。採用2～6臺供料器分別供料，則可以實現對多種原材料的供料速度及成份比例的控制。可以用於複合材料和梯度材料的開發和加工。
成形模採用陶瓷模或中空金屬水冷模。由於材料在模內熔融的時間較短，可以避免或減輕材料與成形模之間的反應。採用類似於精密鑄造的複雜內腔形狀的成形模，則可以直接加工成具有或接近最終所需要形狀的零件。採用中空金屬水冷模可以避免材料與模的反應，而且由於成形模可以永久或半永久使用，可以進一步降低成本。中空金屬水冷模的冷卻速度較大，可以獲得微細的組織結構，從而使被加工零件的性能得到進一步提高。由於導電性的金屬會對電磁感應的磁力線屏蔽，所以需將中空金屬水冷模分割為若干個塊，並以絕緣體物質填充於分割體之間。在成形模內置以適當形狀的型心，可以加工成形中空的零件。
升降臺是使成形模相對於加熱源移動的機構。採用帶式傳動及渦輪蝸杆減速器傳動，用直流電機帶動升降臺實現上下行程運動。由於成形模相對於加熱源向下移動，且上部不斷地由供料器提供新的原材料，成形模內的材料熔融區域可以保持上述適當的範圍。整個模內材料的熔融和凝固則自下而上連續進行。這樣逐步進行的熔融和凝固可以防止或減輕成分和組織的偏析，而且具有一定的定向凝固的效果，加上感應加熱的電磁攪拌效果，有利於提高材料的性能。
將成形模置於密閉腔體之中，可以使材料的成形加工在真空或保護氣氛下進行。加上中空金屬水冷模的使用，可以用於鈦等活潑金屬材料的開發和加工。即使是對於一般的材料，也可以提高其性能。
增分熔融凝固加工技術是新型的材料製備手段，其特徵在於將金屬基材料以顆粒或粉末狀連續提供到成形模內，用高頻加熱使材料在模內熔化，並通過模與加熱源的相對移動使熔融區保持一定的範圍，使熔融和凝固在模內自下而上逐步完成，達到材料成形和加工的目的。
本發明的優點在於可以一次達到或接近預定產品形狀，減少工序，降低綜合成本。加工過程中的各類參數都可以採用自動控制，整個工藝也就容易實現自動控制。可以改善工作環境，提高效率。
下面結合附圖對本發明進一步說明。
圖1是本發明的裝置示意圖，(1)為高頻電源；(2)為成形模具；(3)為振動供料器；(4)為漏鬥；(5)為螺旋供料器；(6)為感應線圈，(7)為支撐架；(8)為升降設備；(9)為密閉的工作腔體；(10)為控制臺。
實施例1)成形加工原材料不鏽鋼316(顆粒，粒度0.6mm)。
採用上述工藝，電源額定輸出40kW，供料速度20～40g/min，模下降速度6～10mm/min(供料速度和模下降速度隨工件截面積的大小和形狀而變化)。製備出了管接頭。微觀組織均勻、純淨，無有害夾雜，晶粒細小。表面光潔度達精密鑄造水平。拉伸強度620MPa，延伸率75％，不僅大幅度超過鑄件(拉伸強度～480MPa，延伸率～30％)，而且超過了鍛造件。2)新材料開發原材料高鉻鑄鋼，鑄鐵(顆粒，粒度0.7mm)。
採用上述工藝，電源額定輸出30kW，模下降速度10mm/min。用兩個供料器，供料速度分別為0.1～25g/min和25～0.1g/min，其中一個逐漸增大，而另一個逐漸減小，將提供的原材料由高鉻鑄鋼鑄件變化到鑄鐵。製備出了高鉻鑄鋼/鑄鐵梯度材料。硬度和用電子探針對鐵和鉻成分分析的結果表明，實現了材料由鑄鐵到高鉻鑄鋼的成分連續變化(鐵由99.1％到90.0％，鉻由0.02％到9.1％)以及性能的連續變化(硬度HRC47～67)。
權利要求
1．一種增分熔融凝固加工技術的設備主要由六部分組成，第一部分是高頻電源(1)及感應線圈(6)，第二部分是供料設備，包括振動供料器(3)、螺旋供料器(5)和漏鬥(4)，第三部分由成形模(2)和支撐架組成，第四部分由升降臺(7)及傳動結構(8)組成，第五部分是工作腔體(9)，第六部分是控制臺(10)；高頻感應電源及感應線圈提供電力使成形模內的材料熔化，通過電源輸出的調節和感應線圈的設計可以使成形模內的材料熔融區域保持一個2～40mm範圍的深度，有利於材料的組織和性能的控制；同時，高頻加熱具有電磁攪拌作用，有利於材料的成分和組織的均勻化以及有害不純物的排出；供料設備採用螺旋供料或振動供料的形式從成形模的上方供料，由於原材料是以顆粒或粉末的形式提供的，所以材料的成分配比能夠容易地控制，而且還可以連續變化，採用2～6臺供料器分別供料，則可以實現對多種原材料的供料速度及成份比例的控制，可以用於複合材料和梯度材料的開發和加工；成形模採用陶瓷模或中空金屬水冷模；升降臺是使成形模相對於加熱源移動的機構，採用帶式傳動及渦輪蝸杆減速器傳動，用直流電機帶動升降臺實現上下行程運動，由於成形模相對於加熱源向下移動，且上部不斷地由供料器提供新的原材料，成形模內的材料熔融區域可以保持上述適當的範圍，整個模內材料的熔融和凝固則自下而上連續進行，這樣逐步進行的熔融和凝固可以防止或減輕成分和組織的偏析，而且具有一定的定向凝固的效果，加上感應加熱的電磁攪拌效果，有利於提高材料的性能；將成形模置於密閉腔體之中，可以使材料的成形加工在真空或保護氣氛下進行，加上中空金屬水冷模的使用，可以用於鈦等活潑金屬材料的開發和加工，即使是對於一般的材料，也可以提高其性能。
全文摘要
本發明提供一種材料成形加工的設備,由高頻電源、感應加熱線圈、成形模、供料器、升降機、控制部分等組成。其特徵在於將顆粒或粉末狀的原材料連續提供到成形模內,用高頻加熱使材料在模內熔化,並通過模與加熱源的相對移動使熔融區保持一定的範圍,使熔融和凝固在模內自下而上逐步完成,達到材料成形和加工的目的。其優點在於一次成形,降低成本和提高性能。
文檔編號B22D23/06GK1236684SQ9810189
公開日1999年12月1日 申請日期1998年5月26日 優先權日1998年5月26日
發明者賈成廠, 林濤, 郭志猛, 田宏波, 王俊華, 解子章 申請人:北京科技大學