一种阵列弧形孔结构件及其成形系统和粉末冶金制备方法技术方案

本发明专利技术属于金属材料加工领域，并具体公开了一种阵列弧形孔结构件及其成形系统和粉末冶金制备方法，包括压制成形模具，该压制成形模具包括阴模、上模冲、下模冲和柔性芯棒组件，阴模为用于容纳金属粉末的中空结构，其壁面上设有定位孔，定位孔的位置和数量与待制备弧形孔结构件一致；上模冲和下模冲形状分别与待制备弧形孔结构件的上端面和下端面相同；柔性芯棒组件包括与定位孔对应的多个柔性芯棒，柔性芯棒为可变形结构，进出定位孔过程中，其为收缩状态，在金属粉末压制时，其为胀形状态，此时柔性芯棒外轮廓与目标弧形孔内轮廓相同。本发明专利技术可降低生产成本、减少环境污染、提高产品质量，推动阵列弧形孔结构件的高质量制备和大规模应用。模应用。模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种阵列弧形孔结构件及其成形系统和粉末冶金制备方法


[0001]本专利技术属于金属材料加工领域，更具体地，涉及一种阵列弧形孔结构件及其成形系统和粉末冶金制备方法。

技术介绍

[0002]弧形金属结构件作为大型军用装备的“铠甲”，其制造水平与服役性能至关重要。面对尺寸大型化带来的构件增重与技战水平提升所需的构件轻量化之间的对冲矛盾，多孔结构提供了新的解决方案。一般而言，多孔结构件能有效减重20％～40％，但不影响构件的结构强度与刚度，且多孔结构独具优异的隔音、隔热、减震等功效，因而广泛应用于航空、航天、航海等关键领域的军用装备。
[0003]在传统加工方式中，受限于弧形孔的特殊性，该类阵列弧形孔结构件只能通过等材或增材的方法制造。等材制造的主要成形方法为精密铸造，其产品适应性强、生产效率高，但铸造天然易形成夹杂、偏析等成分不均缺陷，且金属熔炼能耗高、污染严重。对于钛合金等活性金属，还需使用特种装备进行熔炼，其能源浪费更为严重。增材制造的主要成形方法为3D打印，其灵活性强、加工精度高，但3D打印专用粉末制备困难、生产效率低，因而加工成本居高不下，无法实现规模化生产。
[0004]在现有加工方式中，粉末冶金是一种短流程、绿色化、低成本的制造技术，具有组织均匀、无成分偏析、组分无限可调、生产成本低等明显优势，因而拥有着巨大的市场潜力和广阔的发展空间。立足该技术，通过优化设计实现阵列弧形孔结构件的制备，有望同时解决精密铸造成分不均、环境污染、能源浪费的难题和3D打印生产成本高、加工效率低的问题。这对于推进阵列弧形孔结构件的高质量制备和大规模应用，乃至装备的大型化、轻量化发展具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种阵列弧形孔结构件及其成形系统和粉末冶金制备方法，其目的在于，实现阵列弧形孔结构件的高质量、高效率制备。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一方面，提出了一种阵列弧形孔结构件的成形系统，包括压制成形模具，该压制成形模具包括阴模、上模冲、下模冲、柔性芯棒组件和芯棒调节机构，其中：
[0007]所述阴模为用于容纳金属粉末的中空结构，且其壁面上设有定位孔，所述定位孔的位置和数量与待制备阵列弧形孔结构件上的弧形孔一致；
[0008]所述上模冲和下模冲用于分别从所述阴模上下两侧对金属粉末进行压制，且形状分别与待制备阵列弧形孔结构件的上端面和下端面相同；
[0009]所述柔性芯棒组件包括与所述定位孔对应的多个柔性芯棒，所述柔性芯棒为可变形结构，该柔性芯棒进出定位孔过程中，为收缩状态，柔性芯棒在金属粉末压制时，为胀形
状态，此时柔性芯棒外轮廓与待制备阵列弧形孔结构件的弧形孔内轮廓相同。
[0010]作为进一步优选的，所述柔性芯棒为液压胀形芯棒、气压胀形芯棒、电磁胀形芯棒或形状记忆合金芯棒。
[0011]作为进一步优选的，所述柔性芯棒包括芯轴和辊套，所述辊套套设在所述芯轴外侧，且辊套和芯轴之间设有液压腔；所述芯轴中轴向开设有油孔，该油孔两侧与所述液压腔连通。
[0012]作为进一步优选的，所述压制成形模具还包括芯棒调节机构，该芯棒调节机构用于控制所述柔性芯棒的位置和形状；所述芯棒调节机构为液压调节机构。
[0013]作为进一步优选的，还包括烧结装置和弧形拉刀，所述烧结装置用于对通过压制成形模具压制得到的阵列弧形孔结构件生坯进行烧结，得到烧结坯；所述弧形拉刀用于对烧结坯上的弧形孔进行拉销加工，得到满足要求的目标弧形孔。
[0014]作为进一步优选的，所述弧形拉刀呈弧形，其曲率半径与目标弧形孔曲率半径一致；该弧形拉刀包括依次设置的切削齿、校准齿和后导部，所述校准齿外轮廓与目标弧形孔内轮廓一致，所述切削齿的高度由前侧至校准齿侧逐渐增大；所述后导部的弧长不小于目标弧形孔深度。
[0015]作为进一步优选的，所述切削齿上开设有导流槽，该导流槽用于导流润滑油。
[0016]按照本专利技术的第二方面，提供了一种基于上述成形系统的阵列弧形孔结构件的粉末冶金制备方法，包括如下步骤：
[0017](1)将柔性芯棒以收缩状态插入定位孔中，然后使其处于胀形状态；下模冲位于阴模下侧，形成空腔；
[0018](2)将金属粉末加入空腔中，并将粉体表面刮为弧形面；通过上模冲对空腔中的金属粉末进行压制成形；
[0019](3)重复步骤(1)和(2)，将柔性芯棒逐层插入，金属粉末逐层压制成形，直至达到目标结构要求，得到阵列弧形孔结构件生坯；
[0020](4)对阵列弧形孔结构件生坯进行后续处理，得到阵列弧形孔结构件。
[0021]作为进一步优选的，对阵列弧形孔结构件生坯进行后续处理，包括如下步骤：
[0022]通过烧结装置对阵列弧形孔结构件生坯进行烧结，得到烧结坯；烧结方式为电阻加热、微波加热、电磁感应加热、放电等离子加热中的一种或耦合；
[0023]通过弧形拉刀对烧结坯上的弧形孔进行拉销加工，具体为：使弧形拉刀沿预设圆弧轨迹进入弧形孔，切削齿使弧形孔尺寸逐渐增大，进而校准齿精切削弧形孔使其达到目标尺寸要求，得到阵列弧形孔结构件。
[0024]按照本专利技术的第三方面，提供了一种阵列弧形孔结构件，其采用上述阵列弧形孔结构件的粉末冶金制备方法制备而成。
[0025]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0026]1.本专利技术设计的压制成形模具，通过设置柔性芯棒组件巧妙解决了模压成形制备弧形内孔的难题；本专利技术可彻底解决铸造成形的夹杂、偏析等成分不均缺陷，彻底解决3D打印成形加工成本高、生产效率低的难题，实现阵列弧形孔结构件的高质量、高效率制备。
[0027]2.本专利技术提供的方法制备阵列弧形孔结构件，流程短、效率高，能耗少、成本低，污
染小、绿色化，对于推进阵列弧形孔结构件的高质量制备和大规模应用，乃至军工装备的大型化、轻量化发展具有重要意义。
[0028]3.本专利技术柔性芯棒优选采用液压胀形芯棒，并对其结构进行了具体设计，保证芯棒均匀胀形、收缩，并配合采用液压调节机构，可以实现芯棒位置和形状调整。
[0029]4.本专利技术对弧形拉刀进行设计，对烧结导致的收缩弧形孔进行加工，通过切削齿和校准齿的设计，确保弧形孔满足目标尺寸，同时提高构件精度。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例压制成形模具结构示意图；
[0031]图2中(a)、(b)为本专利技术实施例柔性芯棒结构示意图；
[0032]图3为本专利技术实施例弧形拉刀阵列示意图；
[0033]图4为本专利技术实施例弧形拉刀整体结构示意图；
[0034]图5为本专利技术实施例弧形拉刀局部结构示意图。
[0035]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：11
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上模冲，12
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阴模，13
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下模冲，14
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阵列弧形孔结构件的成形系统，其特征在于，包括压制成形模具，该压制成形模具包括阴模(12)、上模冲(11)、下模冲(13)、柔性芯棒组件(14)和芯棒调节机构(15)，其中：所述阴模(12)为用于容纳金属粉末的中空结构，且其壁面上设有定位孔(21)，所述定位孔(21)的位置和数量与待制备阵列弧形孔结构件上的弧形孔一致；所述上模冲(11)和下模冲(12)用于分别从所述阴模(12)上下两侧对金属粉末进行压制，且形状分别与待制备阵列弧形孔结构件的上端面和下端面相同；所述柔性芯棒组件(14)包括与所述定位孔(21)对应的多个柔性芯棒，所述柔性芯棒为可变形结构，该柔性芯棒进出定位孔(21)过程中，为收缩状态，柔性芯棒在金属粉末压制时，为胀形状态，此时柔性芯棒外轮廓与待制备阵列弧形孔结构件的弧形孔内轮廓相同。2.如权利要求1所述的阵列弧形孔结构件的成形系统，其特征在于，所述柔性芯棒为液压胀形芯棒、气压胀形芯棒、电磁胀形芯棒或形状记忆合金芯棒。3.如权利要求2所述的阵列弧形孔结构件的成形系统，其特征在于，所述柔性芯棒包括芯轴(31)和辊套(32)，所述辊套(32)套设在所述芯轴(31)外侧，且辊套(32)和芯轴(31)之间设有液压腔(33)；所述芯轴(31)中轴向开设有油孔(34)，该油孔(34)两侧与所述液压腔(33)连通。4.如权利要求3所述的阵列弧形孔结构件的成形系统，其特征在于，所述压制成形模具还包括芯棒调节机构(15)，该芯棒调节机构(15)用于控制所述柔性芯棒的位置和形状；所述芯棒调节机构(15)为液压调节机构。5.如权利要求1
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4任一项所述的阵列弧形孔结构件的成形系统，其特征在于，还包括烧结装置和弧形拉刀，所述烧结装置用于对通过压制成形模具压制得到的阵列弧形孔结构件生坯进行烧结，得到烧结坯；所述弧形拉刀用于对烧结坯上的弧形孔进...

【专利技术属性】
技术研发人员：李元元，李宁，王宝，孙明翰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：