一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法与流程
本发明涉及粉末冶金近净成形领域，具体而言，涉及一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法。
背景技术：
1、粉末冶金技术生产的制件具有晶粒细小、组织均匀、无宏观偏析、力学性能优异的特性，在航空、航天、光电、核电等先进领域有着广泛应用。而对于带有多条内环筋的筒形零件的成形，现有的粉末冶金技术只能先经冷等静压、热等静压等工艺制备圆柱形的锭坯，而后热挤压为厚壁管，最后进行机械加工去除大量材料，保留内环筋结构，这种生产流程存在的问题主要有：(1)热挤压要求高，材料损失：挤压设备吨位大、模具要求高，挤压存在变形不稳定区和变形死区，挤出管的头、尾段需舍去，且挤压筒内留有无效的压余材料，粉末冶金工艺流程长，废料也都经历了整个工艺流程，成本高；(2)机加工去除材料的浪费：挤压厚壁管的厚度大于内环筋处最大厚度，零件为薄壁结构，需要加工去除掉大量原材料，粉末冶金制坯的工艺流程长，锭坯成本高；(3)机加工成本高：大量材料需要机加工，加工的时间成本，刀具设备成本高。
2、由于内环筋特征形状的难成形，造成内环筋管生产工艺流程长，材料利用率低，生产周期长，生产成本高的后果，因此亟需改进生产工艺。
3、有鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提出一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法，以解决现有技术中生产工艺流程长，材料利用率低，生产周期长，生产成本高的问题。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，所述成形工装包括封套、限位环组件、分瓣模组件和芯棒，所述芯棒设置在成形工装的中心，所述芯棒设置为圆台体，所述分瓣模组件包裹设置在所述芯棒的圆周外侧，在所述分瓣模组件远离芯棒的一侧上设置环形凹槽，所述限位环组件设置在所述分瓣模组件的上下两侧，所述封套、限位环组件与分瓣模组件共同限定出用于成形多内环筋筒型件的型腔。
4、本发明所述的多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，通过对成形工装的合理设计，缩短工艺流程，无需冷等静压和热挤压；提高材料利用率，减少机加工周期和成本。
5、进一步的，所述分瓣模组件与芯棒的配合面与竖直方向的斜度为α，α为3～5°。
6、进一步的，在所述环形凹槽靠近芯棒的一侧上设置第一圆角，在所述环形凹槽靠近型腔的一侧上设置第二圆角，所述第一圆角与第二圆角之间的配合面与水平方向的夹角为γ，γ为9～11°。
7、进一步的，所述分瓣模组件包括第一分瓣模、第二分瓣模、第三分瓣模和第四分瓣模，所述第一分瓣模与第三分瓣模、第四分瓣模的配合面拔模斜度为β，所述第二分瓣模与第三分瓣模、第四分瓣模的配合面拔模斜度为β，β为9～11°。
8、进一步的，所述限位环组件、分瓣模组件和芯棒的材质均为模具钢。
9、进一步的，所述封套的材质为纯铝或变形铝合金。
10、进一步的，所述限位环组件包括下限位环和上限位环，在所述上限位环上设置第一热除气孔，所述封套包括下封盖、上封盖和封管，在所述上封盖上设置第二热除气孔，所述第二热除气孔与所述第一热除气孔相配合。
11、本发明的第二方面，提出一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法，所述多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法使用权利要求～任意一项所述的多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，所述多内环筋筒型件使用铝合金粉末成形，所述成形方法包括以下步骤：
12、s1、先将下限位环、芯棒和分瓣模组件组装起来形成预组装体；再将下封盖与封管焊接封底，并与预组装体进行组装形成用于成形多内环筋筒型件的型腔；
13、s2、将铝合金粉末装入型腔，并进行振实，而后补满粉末再振实装满型腔，安装上限位环、上封盖，将上封盖与封管焊接紧密；
14、s3、真空热除气；
15、s4、热等静压；
16、s5、拆掉上封盖与下封盖，顶出芯棒，依次拆下第一分瓣模、第二分瓣模、第三分瓣模、第四分瓣模，而后加工掉与制件焊合的封管，得到多内环筋筒型件。
17、本发明所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法，缩短了生产流程，无需冷等静压和热挤压，降低了产品的制造成本和加工周期。
18、进一步的，在步骤s3中，真空热除气时，除气至封套内的真空度在500℃下达到10-2pa，焊接密封好除气后的成形工装。
19、进一步的，在步骤s4中，将成形工装放入热等静压炉中进行热等静压，在480℃，145mpa下保温保压2h，而后随炉冷却。
20、相对于现有技术而言，本发明所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法具有以下有益效果：
21、本发明所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法，采用成形工装限制铝合金粉末热等静压过程收缩变形的方式，在成形工装内形成环形凹槽的型腔，使铝合金粉末沿径向收缩致密化近净成形；此外通过设计分瓣模组件的方式解决了多内环筋筒型件芯模的脱模问题，达到了近净成形的目的，大大节省了粉末原材料，缩短了生产流程，无需冷等静压和热挤压，提高了材料利用率，降低了机加工量，有效缩短了粉冶法生产铝合金内环筋筒型件的生产流程，降低了产品的制造成本和加工周期。
技术特征：
1.一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述成形工装(100)包括封套(1)、限位环组件(2)、分瓣模组件(3)和芯棒(4)，所述芯棒(4)设置在成形工装(100)的中心，所述芯棒(4)设置为圆台体，所述分瓣模组件(3)包裹设置在所述芯棒(4)的圆周外侧，在所述分瓣模组件(3)远离芯棒(4)的一侧上设置环形凹槽(301)，所述限位环组件(2)设置在所述分瓣模组件(3)的上下两侧，所述封套(1)、限位环组件(2)与分瓣模组件(3)共同限定出用于成形多内环筋筒型件的型腔(5)。
2.根据权利要求1所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述分瓣模组件(3)与芯棒(4)的配合面与竖直方向的斜度为α，α为3～5°。
3.根据权利要求2所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，在所述环形凹槽(301)靠近芯棒(4)的一侧上设置第一圆角(3011)，在所述环形凹槽(301)靠近型腔(5)的一侧上设置第二圆角(3012)，所述第一圆角(3011)与第二圆角(3012)之间的配合面与水平方向的夹角为γ，γ为9～11°。
4.根据权利要求3所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述分瓣模组件(3)包括第一分瓣模(31)、第二分瓣模(32)、第三分瓣模(33)和第四分瓣模(34)，所述第一分瓣模(31)与第三分瓣模(33)、第四分瓣模(34)的配合面拔模斜度为β，所述第二分瓣模(32)与第三分瓣模(33)、第四分瓣模(34)的配合面拔模斜度为β，β为9～11°。
5.根据权利要求4所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述限位环组件(2)、分瓣模组件(3)和芯棒(4)的材质均为模具钢。
6.根据权利要求5所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述封套(1)的材质为纯铝或变形铝合金。
7.根据权利要求6所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，其特征在于，所述限位环组件(2)包括下限位环(21)和上限位环(22)，在所述上限位环(22)上设置第一热除气孔(223)，所述封套(1)包括下封盖(11)、上封盖(12)和封管(13)，在所述上封盖(12)上设置第二热除气孔(121)，所述第二热除气孔(121)与所述第一热除气孔(223)相配合。
8.一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法，其特征在于，所述多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法使用权利要求1～7任意一项所述的多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，所述多内环筋筒型件使用铝合金粉末成形，所述成形方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法，其特征在于，在步骤s3中，真空热除气时，除气至封套(1)内的真空度在500℃下达到10-2pa，焊接密封好除气后的成形工装(100)。
10.根据权利要求8所述的一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形方法，其特征在于，在步骤s4中，将成形工装(100)放入热等静压炉中进行热等静压，在480℃，145mpa下保温保压2h，而后随炉冷却。
技术总结
本发明提供一种多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装及方法，所述成形工装包括封套、限位环组件、分瓣模组件和芯棒，所述芯棒设置在成形工装的中心，所述芯棒设置为圆台体，所述分瓣模组件包裹设置在所述芯棒的圆周外侧，在所述分瓣模组件远离芯棒的一侧上设置环形凹槽，所述限位环组件设置在所述分瓣模组件的上下两侧，所述封套、限位环组件与分瓣模组件共同限定出用于成形多内环筋筒型件的型腔。与现有技术相比，本发明所述的多内环筋筒型件用粉末热等静压的成形工装，通过对成形工装的合理设计，缩短了生产工艺流程，无需冷等静压和热挤压，提高了材料利用率，减少机加工周期和成本。
技术研发人员：刘英泽,王德升,任江毅,刘国元,高源,李文甫,杨云傲
受保护的技术使用者：洛阳船舶材料研究所（中国船舶集团有限公司第七二五研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23