CN104723031A - 波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺 - Google Patents

Abstract

波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，先对用于成形波导管的铜合金、铝合金、或镁合金材质的金属棒料进行预热并反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料；再利用畸变态金属棒料的余热对其进行径向锻造后淬火以获得径向断面的收缩率达到40％以上的径向锻造畸变态坯料；随后，进行二次重熔获得固相分数在40％～60％之间的波导管半固态坯料；最后，进行半固态挤压从而得到波导管，本发明具有所需成形力小、材料利用率高、成形件力学性能高的特点。

Description

波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺

技术领域

本发明属于波导管制造技术领域，特别涉及波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺。

背景技术

半固态加工是20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出的一种金属成形方法。所谓半固态加工，就是将金属加热到固相线和液相线之间的温度，保温一定时间，以获得球形或者近球形的晶粒，然后再对其进行成形的工艺技术，而半固态挤压工艺是指将半固态坯料加热到有50％左右体积液相的半固态状态后放到经过预热的模具型腔内，随后合模，实现金属熔体充填流动，并且施加较高的机械压力使金属熔体在高压条件下凝固并发生少量塑性变形的工艺，其成形过程中，球形或者近球形的半固态浆料具有流动性好、成形力低及成形后的零件性能好等优点，因此该工艺受到越来越多的重视。

波导管是一种空心的、内壁十分光洁的金属导管或内敷金属的管子，用来传送超高频电磁波，通过它脉冲信号可以以极小的损耗被传送到目的地，因此，波导管被广泛应用于通信、卫星地面站、微波测量等领域。随着科技和军工的发展，电子工业和高性能新型雷达等对波导管提出了越来越高的要求，因此，波导管的精密制造工艺成为研究的难点与热点。

目前，国内外常见波导管主要有矩形波导管，圆形波导管，半圆形波导管，雷达波导管和光线波导管等，其制造工艺主要有：(1)拉制波导管，采用较大体积的圆空金属管用拉模在波导拉深机上经过多次拉深变形而成，成本低、精度也高，但是存在壁厚不均、偏心、表面橘皮、滑伤等缺陷，其质量问题尤其是表面粗糙度问题长期困扰该领域；(2)电铸波导管，电铸波导管是用电解法电铸而成，先做一个芯胎，芯胎的外径尺寸就等于所需要波导管的内径尺寸，然后放入电镀槽内，进行电解，其过程与电镀相同，芯胎作为阴极，另一端悬挂所需波导管材料的金属板，作为阳极。通以一定时间的电流，镀层达到一定厚度后，从电镀槽内取出，外形经过光洁加工后，再把金属层与芯胎分开即可。该方法的优点是：容易做成准确、精度高、光洁度好的波导管。缺点是：因电解过程中需要消耗大量的电能，故制造成本较高；(3)焊接拼制波导管，是指利用铜板焊接或拼接而成，在没有拉深设备拉制波导管的条件下，经常采用焊接波导管来制造波导元件，但是大多情况下仅供实验室研究、试验使用；(4)铸造成形波导管，主要包括失蜡铸造、水银模铸造、石膏型或陶瓷模铸造等，尤其是失蜡铸造成本低、工艺简单，因而应用较广，但是铸造成形波导管存在晶粒粗大、组织分布不均匀，而且存在缩松、气孔等缺陷，产品力学性能差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，通过该工艺，可制备出具有非枝晶细小均匀球状微观组织的波导管。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，包括以下步骤：

1)棒料初步变形：先准备用于成形波导管的铜合金、铝合金或镁合金材质的金属棒料1；然后对金属棒料1预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料2；

2)棒料径向锻造：利用余热对步骤1)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造，具体为利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头7，对畸变态金属棒料2沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动畸变态金属棒料2边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸变态坯料3，且保证该径向锻造畸变态坯料3的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸变态坯料3进行淬火处理；

3)二次重熔：按照成形波导管所需坯料体积大小将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料3分割为合适大小后放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度为金属棒料1的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的波导管半固态坯料4；

4)半固态挤压工艺：先将步骤3)获得的波导管半固态坯料4放入半固态挤压模具的型腔后进行合模；接着，推动半固态挤压模具的压头挤压波导管半固态坯料4，从而完成波导管半固态坯料4在半固态挤压模具型腔内的充型，待充型完成后，继续施加较高的压力进行保压直至该波导管半固态坯料4完全凝固为止，则获得波导管半固态挤压毛坯件5；随后，开模取出波导管半固态挤压毛坯件5并切去其浇口及溢流槽处多余的坯料，则获得波导管成形件6，完成波导管的半固态挤压，波导管成形件6是圆形波导管或矩形波导管。

相对于现有技术，本发明提供了波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，具有以下优点：

1.金属半固态成形的特殊成形机理决定了成形产品的良好的内部组织和整体性能。与传统铸造成形工艺相比，利用本发明提供的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺制备的波导管成形件具有微观组织晶粒细小，分布均匀且不存在缩松、气孔等缺陷，产品力学性能好的特点。

2.本发明提供的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺中对波导管半固态坯料的制备采用了应变诱发法，而应变诱发法的工艺效果主要取决于两个关键的阶段，即较大的变形量以及二次重熔，在本发明中为产生较大的变形量，在对坯料进行径向锻之前，就已经通过对金属棒料的反复“镦粗-拔长”来使坯料整体产生较大的变形量，随后再利用径向锻造工艺使坯料产生更大的变形量，从而满足应变诱发法中对较大变形量的需求。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明中利用余热对步骤1)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造以获得径向锻造畸变态坯料3的原理示意图，图2(a)是主视图；图2(b)是侧视图。

图3是本发明实施例1中提供的波导管半固态挤压模具的结构示意图。

图4是本发明实施例1中波导管的半固态挤压工艺过程中进行挤压充型、保压凝固时的原理示意图。

图5是本发明实施例1中波导管的半固态挤压工艺过程中进行开模取件时的原理示意图。

图6-(a)是本发明实施例1的圆形波导管初步成形件5示意图；图6-(b)实施例1的圆形波导管成形件6的三维结构示意图。

图7-(a)是本发明实施例2的矩形波导管初步成形件5示意图；图7-(b)实施例2的矩形波导管成形件6的三维结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做详细描述。

实施例1，

参照图1，波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，包括以下步骤：

1)棒料初步变形：先准备用于成形波导管的铜合金、铝合金、或镁合金材质的金属棒料1；然后对金属棒料1预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料2；

2)棒料径向锻造：参照图2，利用余热对步骤1)中得到的畸变态金属棒料2进行径向锻造，具体为利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头7，对畸变态金属棒料2沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动畸变态金属棒料2边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸变态坯料3，且保证该径向锻造畸变态坯料3的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸变态坯料3进行淬火处理；

3)二次重熔：按照成形波导管所需坯料体积大小将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料3分割为合适大小后放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度为金属棒料1的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，以获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的波导管半固态坯料4；

4)半固态挤压工艺：参照图3及图4，波导管径向锻造式应变诱发半固态挤压模具，包括半固态坯料竖直压头1-1，半固态坯料竖直压头1-1配合在竖直半固态坯料料筒1-2内侧，且在竖直半固态坯料料筒1-2内上下自由移动，竖直半固态坯料料筒1-2上侧凸台上配合有波导管水平左动模块2-1和波导管水平右动模块2-2，波导管水平左动模块2-1和波导管水平右动模块2-2内侧有可上下自由移动的波导管内孔型动模块3-1，波导管内孔型动模块3-1固定在竖直方向动模下模板3-2的凹槽中，竖直方向动模下模板3-2上方固连有竖直方向动模上模板3-3，利用步骤3)获得的波导管半固态坯料4进行半固态挤压成形的具体工艺为：

4.1)放料合模：参照图3，将步骤3)获得的波导管半固态坯料4放入由半固态坯料竖直压头1-1和竖直半固态坯料料筒1-2组成的模具型腔，推动波导管水平左动模块2-1、波导管水平右动模块2-2以及波导管内孔型动模块3-1进行合模；

4.2)挤压充型，保压凝固：参照图4，推动半固态坯料竖直压头1-1竖直向上，使得波导管半固态坯料4进入由波导管水平左动模块2-1、波导管水平右动模块2-2以及波导管内孔型动模块3-1组成的型腔，进而完成波导管半固态坯料4的挤压充型；随后通过半固态坯料竖直压头1-1继续施加较高的压力，直至该波导管半固态坯料4完全凝固为止，则获得波导管半固态挤压毛坯件5；

4.3)开模取件及后处理：参照图5及图6，先上升波导管内孔型动模块3-1直至其下端高出波导管水平左动模块2-1及波导管水平右动模块2-2的上侧从而使得波导管半固态挤压毛坯件5和波导管内孔型动模块3-1成功脱模；接着，下降波导管内孔型动模块3-1进入波导管半固态挤压毛坯件5的内孔腔，然后分别向左、向右分开波导管水平左动模块2-1和波导管水平右动模块2-2，则实现波导管半固态挤压毛坯件5与波导管水平左动模块2-1和波导管水平右动模块2-2的分模；随后，先上升波导管内孔型动模块3-1直至其下端高出波导管水平左动模块2-1及波导管水平右动模块2-2的上侧，之后上升半固态坯料竖直压头1-1，则波导管半固态挤压毛坯件5被顶出，完成开模取件；最后，切去其浇口及溢流槽处多余的坯料，则获得波导管成形件6，完成波导管的半固态挤压且波导管成形件6是圆形波导管。

实施例2，本实施例的具体实施过程与实施例1相似，不同之处是波导管径向锻造式应变诱发半固态挤压模具的模具型腔不同，实施例1中的波导管水平左动模块2-1、波导管水平右动模块2-2以及下降波导管内孔型动模块3-1所组成的模具型腔为圆筒状型腔，而实施例2中的模具型腔为矩形筒状型腔，参照实施例1的成形工艺，实施例2得到的波导管初步成形件5以及波导管成形件6是矩形，如图7所示。

Claims (1)

1.波导管的径向锻造式应变诱发半固态挤压工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)棒料初步变形：先准备用于成形波导管的铜合金、铝合金或镁合金材质的金属棒料(1)；然后对金属棒料(1)预热并进行反复的镦粗、拔长，以获得存贮畸变能的畸变态金属棒料(2)；

2)棒料径向锻造：利用余热对步骤1)中得到的畸变态金属棒料(2)进行径向锻造，具体为利用径向锻机在坯料周围对称分布的四个锤头(7)，对畸变态金属棒料(2)沿径向进行高频率往复锻打，同时利用机械手带动畸变态金属棒料(2)边做旋转运动边做轴向进给运动，使坯料在多头螺旋式延伸变形情况下拔长变细，以获得径向锻造畸变态坯料(3)，且保证该径向锻造畸变态坯料(3)的径向断面的收缩率达到40％以上，随后，对径向锻造畸变态坯料(3)进行淬火处理；

3)二次重熔：按照成形波导管所需坯料体积大小将步骤2)中得到的经过淬火处理的径向锻造畸变态坯料(3)分割为合适大小后放入电炉或者中频感应加热炉中进行加热及保温处理，控制加热温度为金属棒料(1)的半固态温度区间范围内，保温时间为5～30min，获得固相分数在40％～60％之间且具有细小、均匀、球状微观组织的波导管半固态坯料(4)；

4)半固态挤压工艺：先将步骤3)获得的波导管半固态坯料(4)放入半固态挤压模具的型腔后进行合模；接着，推动半固态挤压模具的压头挤压波导管半固态坯料(4)，从而完成波导管半固态坯料(4)在半固态挤压模具型腔内的充型，待充型完成后，继续施加较高的压力进行保压直至该波导管半固态坯料(4)完全凝固为止，则获得波导管半固态挤压毛坯件(5)；随后，开模取出波导管半固态挤压毛坯件(5)并切去其浇口及溢流槽处多余的坯料，则获得波导管成形件(6)，完成波导管的半固态挤压，波导管成形件(6)是圆形波导管或矩形波导管。