CN1086616C - 增分熔融凝固加工工艺的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种材料成形加工的设备，由高频电源、感应加热线圈、成形模、供料器、升降机、控制部分等组成。其特征在于将颗粒或粉末状的原材料连续提供到成形模内，用高频加热使材料在模内熔化，并通过模与加热源的相对移动使熔融区保持一定的范围，使熔融和凝固在模内自下而上逐步完成，达到材料成形和加工的目的。其优点在于一次成形，降低成本和提高性能。

Description

增分熔融凝固加工工艺的设备
本发明属于材料成形加工技术，提供一种材料成形加工的设备。
常用的金属材料成形加工方法主要有：铸造、锻造，粉末冶金，机械加工等。所对应的设备有熔化炉及铸造设备，锻压设备，烧结炉，机床等。
各类方法都有其优点，但也有其不足之处。例如，铸造法容易产生缩孔和偏析；锻造法难以对应复杂的形状；粉末冶金法因达不到理论密度而影响性能；机械加工法成本较高等(田原昭：素型材入门，时评社，东京，1990；复合加工研究会编：复合结果技术，产业图书，东京，1982)。
增分熔融凝固加工技术是近几年提出的材料成形加工的新方法，是利用高频加热和成形模具相对加热源的移动，使原材料在模内熔融和凝固自下而上连续进行并逐步完成，实现材料的加工成形。
本发明目的是提供一种材料成形加工的设备。适用于各类金属材料和金属基复合材料的成形与加工。
本发明的构成：
增分熔融凝固加工技术的设备主要由六部分组成，第一部分是高频电源(1)及感应线圈(6)，第二部分是供料设备，包括振动供料器(3)、螺旋供料器(5)和漏斗(4)，第三部分由成形模具(2)和支撑架组成，第四部分由升降台(7)及升降设备(8)组成，第五部分是密闭的工作腔体(9)，第六部分是控制台(10)。
高频感应电源及感应线圈提供电力使成形模内的材料熔化。由于是熔融加工，可以使材料达到理论密度。通过电源输出的调节和感应线圈的设计可以使成形模内的材料熔融区域保持一个2～40mm范围的深度，有利于材料的组织和性能的控制。同时，高频加热具有电磁搅拌作用，有利于材料的成分和组织的均匀化以及有害不纯物的排出。
供料设备采用螺旋供料或振动供料的形式从成形模的上方供料。由于原材料是以颗粒或粉末的形式提供的，所以材料的成分配比能够容易地控制，而且还可以连续变化。采用2～6台供料器分别供料，则可以实现对多种原材料的供料速度及成份比例的控制。可以用于复合材料和梯度材料的开发和加工。
成形模采用陶瓷模或中空金属水冷模。由于材料在模内熔融的时间较短，可以避免或减轻材料与成形模之间的反应。采用类似于精密铸造的复杂内腔形状的成形模，则可以直接加工成具有或接近最终所需要形状的零件。采用中空金属水冷模可以避免材料与模的反应，而且由于成形模可以永久或半永久使用，可以进一步降低成本。中空金属水冷模的冷却速度较大，可以获得微细的组织结构，从而使被加工零件的性能得到进一步提高。由于导电性的金属会对电磁感应的磁力线屏蔽，所以需将中空金属水冷模分割为若干个块，并以绝缘体物质填充于分割体之间。在成形模内置以适当形状的型心，可以加工成形中空的零件。
升降台是使成形模相对于加热源移动的机构。采用带式传动及涡轮蜗杆减速器传动，用直流电机带动升降台实现上下行程运动。由于成形模相对于加热源向下移动，且上部不断地由供料器提供新的原材料，成形模内的材料熔融区域可以保持上述适当的范围。整个模内材料的熔融和凝固则自下而上连续进行。这样逐步进行的熔融和凝固可以防止或减轻成分和组织的偏析，而且具有一定的定向凝固的效果，加上感应加热的电磁搅拌效果，有利于提高材料的性能。
将成形模置于密闭腔体之中，可以使材料的成形加工在真空或保护气氛下进行。加上中空金属水冷模的使用，可以用于钛等活泼金属材料的开发和加工。即使是对于一般的材料，也可以提高其性能。
增分熔融凝固加工技术是新型的材料制备手段，其特征在于将金属基材料以颗粒或粉末状连续提供到成形模内，用高频加热使材料在模内熔化，并通过模与加热源的相对移动使熔融区保持一定的范围，使熔融和凝固在模内自下而上逐步完成，达到材料成形和加工的目的。
本发明的优点在于可以一次达到或接近预定产品形状，减少工序，降低综合成本。加工过程中的各类参数都可以采用自动控制，整个工艺也就容易实现自动控制。可以改善工作环境，提高效率。
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是本发明的装置示意图，(1)为高频电源；(2)为成形模具；(3)为振动供料器；(4)为漏斗；(5)为螺旋供料器；(6)为感应线圈，(7)为支撑架；(8)为升降设备；(9)为密闭的工作腔体；(10)为控制台。
实施例1)成形加工
原材料：不锈钢316(颗粒，粒度0.6mm)。
采用上述工艺，电源额定输出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随工件截面积的大小和形状而变化)。制备出了管接头。微观组织均匀、纯净，无有害夹杂，晶粒细小。表面光洁度达精密铸造水平。拉伸强度620MPa，延伸率75％，不仅大幅度超过铸件(拉伸强度～480MPa，延伸率～30％)，而且超过了锻造件。2)新材料开发
原材料：高铬铸钢，铸铁(颗粒，粒度0.7mm)。
采用上述工艺，电源额定输出30kW，模下降速度10mm/min。用两个供料器，供料速度分别为0.1～25g/min和25～0.1g/min，其中一个逐渐增大，而另一个逐渐减小，将提供的原材料由高铬铸钢铸件变化到铸铁。制备出了高铬铸钢/铸铁梯度材料。硬度和用电子探针对铁和铬成分分析的结果表明，实现了材料由铸铁到高铬铸钢的成分连续变化(铁由99.1％到90.0％，铬由0.02％到9.1％)以及性能的连续变化(硬度HRC 47～67)。

Claims (1)

1.一种增分熔融凝固加工技术的设备，主要由六部分组成，第一部分是高频电源(1)及感应线圈(6)，第二部分是供料设备，包括振动供料器(3)、螺旋供料器(5)和漏斗(4)，第三部分由成形模(2)和支撑架(7)组成，第四部分由升降台(7)及传动结构(8)组成，第五部分是工作腔体(9)，第六部分是控制台(10)；高频感应电源(1)及感应线圈(6)提供电力使成形模内的材料熔化；供料设备采用螺旋供料或振动供料的形式从成形模的上方供料，采用2～6台供料器分别供料，则可以实现对多种原材料的供料速度及成份比例的控制；成形模采用陶瓷模或中空金属水冷模；升降台是使成形模相对于加热源移动的机构，采用带式传动及涡轮蜗杆减速器传动，用直流电机带动升降台实现上下行程运动，将成形模置于密闭腔体之中，可以使材料的成形加工在真空或保护气氛下进行。
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