具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法及其一体化液压机技术

本发明专利技术公开一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法及其一体化成形液压机。本发明专利技术将烧结、原位反复挤压和镦粗成形一体化，成形制品微观组织更加细小和综合力学性能更优；本发明专利技术的一体化成形液压机包括机架、工作台、炉体、加热装置、冷却系统和液压系统。机架包括上横梁、下横梁、固定横梁和立柱，构成两侧封闭、前后开放的框架结构；工作台安装在固定横梁上，炉体固定在工作台上，并设有加热装置、保温装置和保护层，炉体内部有模具组；上压头、上凸模、下凸模、凹模与下压头同轴配合，并有液压系统控制加载和回程，冷却系统能够有效的保护液压装置。

Integrated forming method of in-situ extrusion and upsetting after sintering of metal powder with atmosphere protection and its integrated hydraulic press

【技术实现步骤摘要】
具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法及其一体化液压机
本专利技术涉及一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法及其一体化成形液压机，尤其是气氛保护环境下金属粉末烧结和烧结坯连续原位反复挤压及镦粗成形一体化的液压设备，即涉及一种具有气氛保护的金属粉末一体化成形方法及其液压机。
技术介绍
粉末冶金是利用粉末作为原材料，经过烧结和成形，制造各种类型制品的一种工艺。粉末冶金工艺可以最大限度地减少合金成分偏析，消除粗大不均匀的铸造组织，制备非晶、准晶、纳米晶、超饱和固溶体及复合材料等，制品具有独特的化学性能和物理性能，具有传统熔铸方法无法比拟的优势。粉末冶金工艺制备高性能制品的主要工艺流程为：粉末材料的制备、粉末预制坯料、坯块烧结、后续变形工艺、产品的后处理，在上述工艺过程中，坯料需要经过多次加热冷却、多次坯料的转移等，不仅造成能源浪费和时间成本提高，而且多次加热冷却易造成制品晶粒粗化，导致机械性能下降。原位反复挤压和镦粗成形工艺能够在保持坯料的初始形状不变的条件下有效地细化烧结试样的微观组织和显著改善烧结试样的综合力学性能，是一种优良的大塑性成形工艺。随着粉末冶金技术和大塑性变形成形工艺的快速发展，特别是易氧化金属粉末的烧结和后续高温大塑性变形成形，对金属粉末的烧结设备和后续的大塑性变形成形设备提出了更高、更专业化要求。然而，传统液压机只能满足一般成形过程，不能够满足易氧化金属粉末材料的气氛保护、烧结和多道次高温大塑性变形的工艺要求；烧结设备可以实现金属粉末材料的烧结，但不能实现金属粉末材料烧结完成后的多道次高温大塑性变形工艺，且烧结坯料在后续多道次高温大塑性变形时需进行二次加热或多次加热，不利于材料的微观组织细化和综合力学性能的改善，且二次加热或多次加热造成能源浪费，费时费力。目前，传统的液压设备或烧结设备，均不能同时满足易氧化金属粉末气氛保护条件下的烧结和烧结坯料气氛保护条件下的高温原位反复挤压和镦粗成形一体化的需求。
技术实现思路
本专利技术致力于解决易氧化金属粉末气氛保护条件下的烧结和气氛保护条件下的多道次高温大塑性变形成形不能一体化和工艺流程复杂的问题，防止易氧化金属粉末烧结坯料在后续多道次高温大塑性变形过程的二次或多次加热导致烧结材料的微观组织粗化和力学性能下降，专利技术一种具有气氛保护的金属粉末烧结-原位反复挤压和镦粗成形一体化的液压设备，从而细化材料的微观组织和改善材料的综合力学性能，缩短工艺流程、提高生产效率、节约能源。本专利技术提供一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法，其包括以下步骤：步骤1：通过电机驱动移动工作台，带动炉门开启，将下凸模、凹模和模具底座进行配合安装，装填定量金属粉末至所述凹模，将所述移动工作台向内移动至工作位置，关闭所述炉门，通过活塞式液压缸为所述下凸模提供背压，控制柱塞式液压缸和立柱运动，使下横梁、上横梁同步向下运动以带动上凸模向下运动,首先完成金属粉末的预压；步骤2：所述上凸模、所述下凸模通过液压系统提供的压力为金属粉末的烧结成形提供压力，打开所述气体保护装置，在惰性流动气氛保护下，依次打开冷却水路、加热装置，并调节加热装置将坯料加热至设定温度，进而实现金属粉末在给定时间和温度下的烧结；步骤3：控制所述液压系统，使所述下凸模处于无压力状态，使所述上横梁带动所述上凸模进行向下运动，以完成烧结坯的原位挤压工艺，再控制所述下凸模保持设定压力值，所述上凸模提供背压，进行镦粗工艺，完成一道次挤压-镦粗变形，循环上述原位挤压-镦粗变形工艺，从而实现金属粉末烧结、多道次原位挤压镦粗的一体化成形；步骤4：关闭加热装置，待试样冷却至设定温度，控制所述液压系统，使所述上横梁向上复位，所述活塞式液压缸驱动所述下凸模，向上运动以将试样顶出，关闭气体保护装置，打开所述炉门并移出所述移动工作台，从模具中取出试样，待炉内温度冷却至室温以后，关闭冷却水路，液压机复位至初始状态，烧结后原位挤压和镦粗一体化工艺完成，该工艺方法避免了传统工艺粉末烧结-挤压-镦粗变形的多次加热和冷却，能细化材料的微观组织和改善材料的综合力学性能，缩短工艺流程、节约时间及成本，并提高试样的综合力学性能。本专利技术的另一方面，提供一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形液压机，其包括机架、工作台、炉体和液压系统，所述机架为双柱下拉式框架结构，包括上横梁、下横梁、固定横梁和立柱，所述上横梁、所述固定横梁和所述下横梁自上而下平行设置，且两端均设有通孔，所述立柱依次穿过所述上横梁、所述固定横梁和所述下横梁上的通孔，构成两侧封闭、前后开放的框架结构；所述工作台包括固定工作台和移动工作台，所述固定工作台固连在所述固定横梁上，所述固定工作台的下端设有电机，所述电机与齿轮相连，所述移动工作台的下端两侧设有齿条，所述齿条与所述齿轮进行啮合传动，以控制所述移动工作台的运动；所述炉体包括固定炉体和炉门，所述固定炉体的下端与所述固定工作台固连，所述炉门固定在所述移动工作台上，所述炉门跟随所述移动工作台进行移动，以实现所述炉体的开合，完成模具和坯料的装夹卸载；所述液压系统包括柱塞式液压缸、活塞式液压缸和双回程装置，所述活塞式液压缸包括活塞缸和活塞杆，所述活塞缸固定在所述固定工作台的中心，所述活塞杆与下压头相连，所述柱塞式液压缸包括柱塞缸和柱塞杆，所述柱塞杆的上端与所述固定横梁相连，所述双回程装置分布在所述立柱内侧，所述双回程装置包括拉杆和回程缸，所述拉杆的第一端与所述上横梁固连，所述拉杆的第二端与所述回程缸连接，所述回程缸连接在所述固定横梁的两端，通过所述液压系统能实现对所述炉体内坯料的烧结、反复挤压、镦粗的一体化成形。优选地，所述固定炉体从内到外依次设有加热装置、保温装置和保护层，所述加热装置包括加热元件和耐火材料，能够对所述炉体内部空间进行加热，所述保温装置由保温材料砌筑而成，能够起到良好的保温作用，所述保护层为结构性材料，对所述固定炉体起到保护作用，所述炉门与所述固定炉体结合处设有密封条，以保证所述炉门与所述固定炉体的密封性；所述固定炉体上设有进气阀和出气阀，所述进气阀与保护气体存贮装置相连，能够保持所述炉体部的气氛环境，所述出气阀为开放式设置，以保证气体及时排出；所述炉门上还设置有观察镜和测温装置，所述观察镜能观察所述炉体内部工作状况，所述测温装置能测量所述炉体内部温度。优选地，所述固定炉体的上端设有通孔，所述上压头的第一端穿过所述通孔进入所述固定炉体内部，所述上压头的第二端固定在上横梁上，上凸模通过螺栓连接在所述上压头上，所述下压头与下凸模同轴配合连接，所述上压头与所述下压头内部均设有冷却水路，以降低压头温度，保护压头及所述液压系统。优选地，所述固定工作台上方与所述移动工作台的下端均设有T形导向装置，以实现相互配合，所述移动工作台上安装有模具底座，凹模安装在所述模具底座上，所述下压头通过所述移动工作台和所述模具底座上的通孔与所述下凸模配合，所述上凸模、所述下凸模与所述凹模同轴线配合。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术将烧结、原位反复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n步骤1：通过电机驱动移动工作台，带动炉门开启，将下凸模、凹模和模具底座进行配合安装，装填定量金属粉末至所述凹模，将所述移动工作台向内移动至工作位置，关闭所述炉门，通过活塞式液压缸为所述下凸模提供背压，控制柱塞式液压缸和立柱运动，使下横梁和上横梁同步向下运动以带动上凸模向下运动，完成金属粉末的预压；/n步骤2：所述上凸模、所述下凸模通过液压系统提供的压力为金属粉末的烧结成形提供压力，打开气体保护装置，在惰性流动气氛保护下，依次打开冷却水路、加热装置，并调节加热装置将坯料加热至设定温度，进而实现金属粉末在给定时间和温度下的烧结；/n步骤3：控制所述液压系统，使所述下凸模处于无压力状态，使所述上横梁带动所述上凸模进行向下运动，以完成烧结坯的原位挤压，再控制所述下凸模保持设定压力值，所述上凸模提供背压，进行镦粗，完成一道次挤压和镦粗变形，循环上述原位挤压与镦粗变形，从而实现金属粉末烧结、多道次原位挤压镦粗的成形；/n步骤4：关闭加热装置，待试样冷却至设定温度，控制所述液压系统，使所述上横梁向上复位，所述活塞式液压缸驱动所述下凸模，向上运动以将试样顶出，关闭气体保护装置，打开所述炉门并移出所述移动工作台，从模具中取出试样，待炉内温度冷却至室温以后，关闭冷却水路，液压机复位至初始状态，从而完成烧结后原位挤压和镦粗一体化加工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤1：通过电机驱动移动工作台，带动炉门开启，将下凸模、凹模和模具底座进行配合安装，装填定量金属粉末至所述凹模，将所述移动工作台向内移动至工作位置，关闭所述炉门，通过活塞式液压缸为所述下凸模提供背压，控制柱塞式液压缸和立柱运动，使下横梁和上横梁同步向下运动以带动上凸模向下运动，完成金属粉末的预压；
步骤2：所述上凸模、所述下凸模通过液压系统提供的压力为金属粉末的烧结成形提供压力，打开气体保护装置，在惰性流动气氛保护下，依次打开冷却水路、加热装置，并调节加热装置将坯料加热至设定温度，进而实现金属粉末在给定时间和温度下的烧结；
步骤3：控制所述液压系统，使所述下凸模处于无压力状态，使所述上横梁带动所述上凸模进行向下运动，以完成烧结坯的原位挤压，再控制所述下凸模保持设定压力值，所述上凸模提供背压，进行镦粗，完成一道次挤压和镦粗变形，循环上述原位挤压与镦粗变形，从而实现金属粉末烧结、多道次原位挤压镦粗的成形；
步骤4：关闭加热装置，待试样冷却至设定温度，控制所述液压系统，使所述上横梁向上复位，所述活塞式液压缸驱动所述下凸模，向上运动以将试样顶出，关闭气体保护装置，打开所述炉门并移出所述移动工作台，从模具中取出试样，待炉内温度冷却至室温以后，关闭冷却水路，液压机复位至初始状态，从而完成烧结后原位挤压和镦粗一体化加工。


2.一种实现权利要求1所述的具有气氛保护的金属粉末烧结后原位挤压和镦粗一体化成形方法的一体化成形液压机，其特征在于：
所述机架为双柱下拉式框架结构，包括上横梁、下横梁、固定横梁和立柱，所述上横梁、所述固定横梁和所述下横梁自上而下平行设置，且两端均设有通孔，所述立柱依次穿过所述上横梁、所述固定横梁和所述下横梁上的通孔，构成两侧封闭、前后开放的框架结构；
所述工作台包括固定工作台和移动工作台，所述固定工作台固连在所述固定横梁上，所述固定工作台的下端设有电机，所述电机与齿轮相连，所述移动工作台的下端两侧设有齿条，所述齿条与所述齿轮进行啮合传动，以控制所述移动工作台的运动；
所述炉体包括固定炉体和炉门，所述固定炉体的下端与所述固定工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岩，戴浩浩，刘孝轲，阎泽文，贾建波，李玮，虎鹏鸿，李明星，张春祥，骆俊廷，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13