CN112338189B - 一种类工字型结构粉末冶金构件的成形精度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种类工字型结构粉末冶金构件的成形精度控制方法，用于解决含有该类结构的构件在粉末冶金热等静压过程中的形状畸变问题。包括(1)对“类工字型”结构中心孔处对应的成形模进行针对性设计；(2)改进热等静压过程中的参数加载方式。通过本发明方法的研究，以较低的生产成本解决了产品尺寸、结构变形的问题，对于提高产品质量、降低生产成本、缩短项目周期有明显的促进作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种“类工字型”结构在成形过程中的尺寸、外形控制方法，用于解决含有该类结构的构件在粉末冶金热等静压过程中的形状畸变问题。
背景技术
“类工字型”结构如附图1所示，该类结构可以看成是在传统的“工字型”结构基础上开中心孔而成。该结构在型号的管路和舱段中应用广泛，一方面能够保障前后段之间的数据或燃料传输，另一方面也能够提高构件的刚度。
在型号的研制生产中，该类构件通常可采用热等静压粉末冶金工艺进行制备。在粉末冶金工艺过程中，粉末被充填在成形模和外包套的型腔中，经热等静压后致密化成形，如图2所示。在实际成形过程中，常存在反常的尺寸变化，以及形状畸变的问题，表现在以下几个方面，如图3中a和图3中b所示：
1、成形后的“类工字型”的中心孔处会存在反常的尺寸变化规律，芯模的颈部可能会出现径向的缩颈或膨胀两种完全不同的变化规律；
2、成形后的“类工字型”端面处发生一定程度的倾斜。
上述情况导致直接成形后的构件尺寸无法满足产品图纸要求，通常采用增大工艺余量，随后进行机械加工的方式来满足产品的尺寸要求。但对于第一种情况，由于其尺寸变化规律存在反常变化，在首次试制时难以通过经验正确判定其变化规律，存在产品报废的可能性，导致工艺成本的上升和制备周期的延长。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对“类工字型”构件在研制中出现的尺寸形状畸变问题，提出一种可行的工艺方法。
本发明解决技术的方案是：一种类工字型结构粉末冶金构件的成形精度控制方法，所述的类工字型结构为截面为工字型的轴对称结构，轴对称结构的中心开中心孔；将粉末充填在成形模和外包套的型腔中，经热等静压后致密化成形；其中，
当p<10mm时，成形模为阶梯圆柱形状，阶梯圆柱小端穿过所述的中心孔直接与外包套接触；
当p≥10mm，且d1/(d2-d1)＞0.25时，成形模为截面为工字型的圆柱结构，中心圆柱位置与所述中心孔位置对应，其直径标记为c，高标记为m；中心圆柱两侧圆柱直径相同且与中心圆柱相连端面为斜面，二者根部距离n，
当p≥10mm，且d1/(d2-d1)≥2时，c＝(d1+0.5±0.15)mm，m＝(t/0.72+0.5 ±0.15)mm，n＝(t/0.60+1±0.15)mm；
当p≥10mm，且0.25＜d1/(d2-d1)<2时，c＝(1±0.15+d1-1.5*d2/d1) mm，m＝(t/0.65+0.5±0.15)mm，n＝(t/0.63+1)mm；
当p≥10mm且d1/(d2-d1)≤0.25时，成形模为与待成形构件内型面一致的中心孔两侧的圆柱结构，中心孔在构件热等压成形后加工而成；
上述p为待成形构件中心孔两侧圆柱型内腔的最小高度，d1、d2分别为待成形构件上中心孔直径和两侧圆柱型内腔的直径。
优选的，热等静压成形过程中，加热和加压是同步进行。
优选的，温度的升高，压力也同时增大，最终同时达到最大值。
优选的，当p≥10mm时，且0.25＜d1/(d2-d1)<2时，优选采用先升温后加压的方式。
优选的，在室温至500℃之间升温时，保持炉膛内压力不大于20MPa；在 500℃至700℃之间升温时，线性加压，保持炉膛内压力不大于60MPa；温度达到700℃时，保温保压1-2小时；在700℃以上，线性加压至目标压力。
优选的，当p<10mm时，阶梯圆柱小端直径A比d1小，二者差值1～2mm，阶梯圆柱大端直径B比d2小，二者差值1～2mm。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
通过本发明方法的研究，以较低的生产成本解决了产品尺寸、结构变形的问题，对于提高产品质量、降低生产成本、缩短项目周期有明显的促进作用。
附图说明
图1为“类工字型”构件示意图；
图2为本发明成形模结构示意图；
图3为现有技术成形后粉坯示意图；
图4为现有技术成形模形变示意图；
图5为本发明成形模结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
针对“类工字型”构件在研制中出现的尺寸形状畸变问题，提出一种可行的工艺方法，通过成形包套的结构优化，实现成形状态的优化控制。具体措施如下：
1.“类工字型”结构中心孔处对应成形模的针对性设计
“类工字型”结构的芯部有一个中心孔。为降低粉末用量，在成形该结构时会在成形模中设计细颈形结构，如图2所示。细颈形结构是导致反常的尺寸变化规律的直接原因。
粉坯中存在一定的孔隙率，在热等静压过程中，粉坯逐渐致密并收缩变形。对于“类工字型”部位，其变形包括轴向方向的缩短和径向尺寸的降低两方面，如图3、4所示。随着粉坯的变形，成形模也会随之发生形变；当粉坯两个方向的变形不能协调时，将导致成形模结构的异常变化，从而导致最终构件的尺寸变化。
综合上述因素，对图1中的“类工字型”结构的成形模进行如下针对性的设计。当p<10mm时，不宜采用如图2所示的成形模结构，改用如图5所示成形模，规避细颈结构。
当p≥10mm时，改进措施如下：
1).当d1/(d2-d1)≥2时，图2中成形模c值按c＝d1+0.5mm，m值按 m＝t/0.72+0.5mm，n值按n＝t/0.60+1mm。
2).当0.25＜d1/(d2-d1)<2时，图2中成形模c值按c＝1+d1-1.5*d2/d1mm， m值按m＝t/0.65+0.5mm，n值按n＝t/0.63+1mm。
3).当d1/(d2-d1)≤0.25时，不宜再采用图2所示的成形模，应通过后续加工的方式加工出中心孔。
本发明在上述结构优化基础上通过进一步对成型过程中的参数进行调控，进一步实现成形状态的优化控制。
2.热等静压过程中的参数加载方式的改进
热等静压成形过程中，要对产品施加温度和压力。通常，加热和加压是同步进行的，随着温度的升高，压力也同时增大，最终同时达到最大值。
针对“类工字型”件，其加载过程调整如下：
当p≥10mm时，且0.25＜d1/(d2-d1)<2时，采用先升温后加压的方式，在室温至500℃之间升温时，保持炉膛内压力不大于20MPa；在500℃至700℃之间升温时，线性加压，保持炉膛内压力不大于60MPa；温度达到700℃时，保温保压1-2小时；在700℃以上，线性加压至目标压力。
除此之外的几种情况，加载方式可沿用同时加热加压的技术路线，无须调整。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。
Claims (6)
1.一种类工字型结构粉末冶金构件的成形精度控制方法，所述的类工字型结构为截面为工字型的轴对称结构，轴对称结构的中心开中心孔；其特征在于：将粉末充填在成形模和外包套的型腔中，经热等静压后致密化成形；其中，
当p<10mm时，成形模为阶梯圆柱形状，阶梯圆柱小端穿过所述的中心孔直接与外包套接触；
当p≥10mm，且d1/(d2-d1)＞0.25时，成形模为截面为工字型的圆柱结构，中心圆柱位置与所述中心孔位置对应，其直径标记为c，高标记为m；中心圆柱两侧圆柱直径相同且与中心圆柱相连端面为斜面，二者根部距离n，
当p≥10mm，且d1/(d2-d1)≥2时，c＝(d1+0.5±0.15)mm，m＝(t/0.72+0.5±0.15)mm，n＝(t/0.60+1±0.15)mm；
当p≥10mm，且0.25＜d1/(d2-d1)<2时，c＝(1±0.15+d1-1.5*d2/d1)mm，m＝(t/0.65+0.5±0.15)mm，n＝(t/0.63+1)mm；
当p≥10mm且d1/(d2-d1)≤0.25时，成形模为与待成形构件内型面一致的中心孔两侧的圆柱结构，中心孔在构件热等压成形后加工而成；
上述p为待成形构件中心孔两侧圆柱型内腔的最小高度，d1、d2分别为待成形构件上中心孔直径和两侧圆柱型内腔的直径，t为待成形构件上中心孔的深度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：热等静压成形过程中，加热和加压是同步进行。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：温度的升高，压力也同时增大，最终同时达到最大值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当p≥10mm时，且0.25＜d1/(d2-d1)<2时，采用先升温后加压的方式。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在室温至500℃之间升温时，保持炉膛内压力不大于20MPa；在500℃至700℃之间升温时，线性加压，保持炉膛内压力不大于60MPa；温度达到700℃时，保温保压1-2小时；在700℃以上，线性加压至目标压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当p<10mm时，阶梯圆柱小端直径A比d1小，二者差值1～2mm，阶梯圆柱大端直径B比d2小，二者差值1～2mm。
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