[发明专利]一种基于真空感应加热的成形装置及成形方法

说明书

本发明提供了一种基于真空感应加热的成形装置，其技术要点在于：包括装置本体，装置本体包括真空室，真空室内设置有锻造装置和感应线圈，锻造装置内设置有冷却装置，锻造装置的底部设置有预制坯，一种基于真空感应加热的成形方法，在真空环境中，将挤压与锻造结合在一起，并采用感应凝壳熔炼的方法将金属原材料熔化后并按照轨迹进行铺覆，在铺覆到预制坯上的熔滴凝固后立刻对其进行热机械加工，从而通过热机械加工；本发明金属材料从挤压式锻造头中被挤出，具有良好的加工流线，然后对其进行锻造加工，通过锻焊与预制坯连接在一起，层间结合金属未熔覆，而是固相连接，不存在冶金缺陷，结合质量好，成本低，效率高。

技术领域

本发明涉及金属零件成形技术领域，特别是涉及一种基于真空感应加热的成形装置及成形方法。

背景技术

增材制造技术主要分为两类，一类是粉末床类增材制造技术，包括电子束、激光束选区熔覆，粉末床方法一般用于成形复杂结构；另一类是沉积类增材制造技术，主要包括电弧(氩弧或等离子弧)熔丝自由成形、电子束与激光束熔丝自由成形、激光送粉直接沉积成形、金属液滴喷射沉积技术等几种，目前适用于大型整体复杂结构的方法主要是沉积类增材制造技术，常用的沉积类方法主要包括激光(同轴送粉、送丝)沉积技术、电子束(送丝)沉积技术、电弧沉积等几种。激光、电子束沉积技术一般不能兼顾高效率、低成本的特征。电弧增材制造技术以电弧为载能束，电弧可以是氩弧焊、等离子焊，采用逐层堆焊的方式制造金属实体构件。

沉积类增材制造技术的原材料一般需要金属丝材、粉末为原材料，原材料的制造成本高、对性能的要求也高，有些材料难于制造出丝材，例如金属间化合物、铌硅合金等材料，采用粉末材料，控制氧、氮等含量难度较大，还会出现空心粉等缺陷，对成形结构件的性能影响较大。金属液滴喷射沉积技术的原材料形式不受粉末、丝材的限制，但现有的金属液滴喷射沉积技术一般只能用于制造低熔点合金，例如铝合金、镁合金，用于制造钛合金和钛铝合金、铝锂合金、铌硅合金的较少，还不能满足应用的需求。

最近，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室与伍斯特理工学院合作开发了一种全新的金属3D打印工艺—直接金属书写。目前，大多数金属3D打印工艺，如选择性激光熔化，使用的是细金属粉末，这导致了一些局限性，如3D打印部件存在间隙或缺陷。直接金属书写方法可以帮助克服这些基于粉末的金属3D打印技术的局限性。新方法使用一种半固体金属，也可以称其为一种剪切稀化材料，而不是粉末。这种特殊的金属材料在静止时表现得像固体，但被施加力时则可以像液体一样流动。新方法涉及将一种金属锭加热至半固体状态，然后将其从喷嘴挤出。挤出力使得这种剪切稀化材料液体足以被挤出，但当被静置时，它表现得像一个固体并随着材料的冷却而变硬。研究表明，该方法减少了放入3D打印部件中的氧化物和残留应力。这种方法也可以扩展应用到其他合金上。目前，直接金属书写还存一定的不足，现有技术中使用的主要材料是一种铋锡混合物，由于这种混合物熔点较低，因此效果很好，但是对于铝合金、钛合金等材料则很难实现。

综上所述，现有一些增材制造方法用于制造铝合金及铝锂合金、钛合金及钛铝合金、铌硅合金等材料的大尺寸、复杂高性能结构件，现有技术中的增材制造技术存在一些不足：1)原材料成本较高，采用粉末、丝材成本较高，尤其是一些高性能粉末，丝材；2)部分原材料丝材难于制备出来，例如高温钛合金(Ti6242、Ti60等)、钛铝合金、钛二铝铌合金等；3)采用沉积类增材制造方法获得零件一般都是快速凝固组织，容易产生裂纹、未熔合、裂纹等缺陷，与锻造组织相比较，性能存在不足。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种基于真空感应加热的成形装置及成形方法。

一种基于真空感应加热的成形装置，包括装置本体，装置本体包括真空室，真空室内设置有锻造装置和感应线圈，锻造装置内设置有冷却装置，锻造装置的底部设置有预制坯。

进一步地，锻造装置包括挤压式锻造头，挤压式锻造头的上部设置有振动器，振动器的下部连接有螺杆式传动器，螺杆式传动器之间设置有活塞杆，活塞杆的底部连接有挤压活塞；