[发明专利]钛合金微齿轮的微塑性成形方法

说明书

本发明涉及一种钛合金微齿轮的微塑性成形方法，属于微型零件微塑性成形技术领域。本发明包括如下步骤：将钛合金坯料装填于模具中，然后在真空度≤0.01Pa，升温速度为5℃/s～100℃/s的条件下对装有钛合金坯料的模具通交流电，通过电流流过钛合金坯料产生的焦耳热加热钛合金坯料；在升温到900℃～1300℃时保温30s‑240s，然后在模具两端施加挤压力，在电场、温度场和力场的持续耦合作用下，钛合金坯料发生微塑性变形，形成微齿轮；最后断电空冷后取出微齿轮。该方法成形过程可控，模具结构简单，加工成本低，微齿轮成型精度高。

技术领域

本发明涉及一种钛合金微齿轮的微塑性成形方法，属于微型零件微塑性成形技术领域。

背景技术

随着现代科学技术的发展，尤其是微细加工技术及微机电系统的飞速发展，在21世纪的军事斗争多样化的需求牵引下，武器装备也得到迅速发展，例如战场侦察传感器、智能军用机器人等。其中军用武器装备的小型化是最重要的发展趋势。由于微型传感器、微型机器人及微型飞行器等的体积小，这就要求其结构的零部件必须是微型的。目前，在驱动电机方面，已能制造出转子直径为0.5mm、外径为几毫米的微型电机。但是由于这种微型电机速度高、扭矩小，要充分发挥其性能，则需在电机和负载(执行元件)之间加入传动比为几百的微型减速器，要使减速器微型化，就必须要实现齿轮的微型化。

更重要的是，随着军事工业对高强低密度材料需求的日益迫切，钛作为一种性能优异、资源丰富的高强度低密度金属，其产业化进程显著加快。在国外，先进飞机上钛材重量已达到飞机结构总重的30％～35％。我国研发的钛基非晶复合材料已用于某卫星遥感器(相机)整机侧板用蜗轮蜗杆齿轮与减速器齿轮，解决了现有45钢齿轮材料密度过高、热膨胀系数偏高以及耐磨性低等缺陷，耐磨性和使用寿命比现用45钢齿轮提高15％以上。

钛合金塑性加工需要加热材料，目前常用的加热坯料的方法为电阻炉加热、生物燃料加热等方式，由于加热方式的限制，需在加热后将坯料放入模具中而不能将坯料放入模具后再进行加热，工序繁琐耗时耗力。公开号为CN109047610A的专利文献“一种钛合金微型齿轮脉冲电流辅助微成型浮动模具”采用脉冲电流的方式加热，解决了坯料不能放入模具中加热的问题，但是其使用的脉冲电流响应慢，模具结构复杂，生产成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种生产周期短、加工成本低的钛合金微齿轮的微塑性成形方法。

为解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：钛合金微齿轮的微塑性成形方法，包括如下步骤：将钛合金坯料装填于模具中，然后在真空度≤0.01Pa、升温速度为5℃/s～100℃/s的条件下对装有钛合金坯料的模具通交流电，通过电流流过钛合金坯料产生的焦耳热加热钛合金坯料；在升温到900℃～1300℃时保温30s～240s，然后对钛合金坯料施加挤压力，形成微齿轮；停止对模具通电，待模具及微齿轮冷却后，取出微齿轮。

进一步的是：模具加热时，升温速度控制为30℃/s～80℃/s。

进一步的是：模具保温时，保温温度控制为1000℃～1200℃。

进一步的是：模具保温时，保温时间控制为60s～180s。

进一步的是：模具通交流电进行加热时，交流电的电压为3V～10V,电流为3000A～30000A。

进一步的是：模具包括上凸模、凹模和下凸模，凹模具有贯穿凹模两端面的中空结构作为凹模模腔，凹模模腔的一端具有装配上凸模的导向结构、另一端具有装配下凸模的导向结构，凹模模腔的中部为成形部位，成形部位总的齿数与待成形的微齿轮的齿数相同、并且齿面形状与待成形的微齿轮相适配，凹模模腔的成形部位、上凸模的下端面、下凸模的上端面组成微齿轮成形的型腔；对装有钛合金坯料的模具通交流电进行加热时，在上凸模和下凸模这两个部件中，其中一个部件通过导线连通零线、另一个部件通过导线连通火线以形成电路回路；对钛合金坯料施加的挤压力，通过同时对上凸模及下凸模施加轴向作用力实现。