[发明专利]一种高性能构件扭-挤成形的装置

说明书

本发明提供一种高性能构件扭‑挤成形的装置，属于金属塑性加工技术领域。该装置包括挤压成形部分、扭转剪切部分、控制部分和检测部分。挤压成形部分通过挤压轴施加载荷使坯料在挤压筒和挤压模内金属流动实现成形；扭转剪切部分通过伺服电机、蜗轮蜗杆减速器、扭矩传感器、联轴器和轴的联结将扭矩传递至扭转头，变形坯料在扭转头高压扭转作用下实现晶粒细化；控制部分实现扭与挤的匹配；检测部分获取挤压轴挤压力、扭转轴扭矩、挤压行程和扭转角度，并将获取的信号传递到计算机上。构件在成形过程中承受压力机载荷及扭转剪切变形的复合作用,最终实现高性能构件单道次的近净成形。

技术领域

本发明涉及金属塑性加工技术领域，特别是指一种高性能构件扭-挤成形的装置。

背景技术

随着我国航空航天工业的迅速发展，对零件的性能提出了很高的要求，迫切需要发展其高性能构件的先进成形方法，以满足整体减重和高性能的迫切要求，然而传统的成形构件的工艺方法(铸造、挤压和轧制)存在着一定的局限性，构件存在内部缺陷、性能相对较低和变形不均匀等问题，难以满足航空航天高性能构件的要求，因此，探索金属成形新方法得到高性能构件是需要迫切解决的问题。

细晶强化同其它强化方法相比，不仅能够提高性能而且还能够提高塑性，是金属强韧化的主要方法。高压扭转在晶粒细化上效果突出，能够将晶粒细化至亚微米乃至纳米级别，但是在成形构件上有一定的局限性。挤压工艺在成形上作用突出，可成形件的性能相对较低。两者在成形和成性上都难以同时达到，本发明结合两者的优势，提出的一种高性能构件扭-挤成形的装置能够保证成形的过程中成性。新方法有望突破构件的传统成形方法且能保证其具有好的界面质量与形状精度，进而满足构件一体化成形及减重的需求。因此本发明提出的扭-挤复合成形的工艺装置系统对于实现高性能构件塑性加工具有重要意义。

发明内容

本发明针对传统成形方法难以加工高性能板件的问题，基于高压扭转突出的细晶能力和挤压的成形能力，提供一种高性能构件扭-挤成形的装置。

该装置包括挤压成形部分、扭转剪切部分、控制部分和检测部分。挤压成形部分包括凸模、挤压筒、模具、上模座、垫板、挡板和下模座，挤压成形部分通过内六角螺栓与扭转剪切部分连接；扭转剪切部分包括扭转轴、主轴、推力调心滚子轴承、轴承箱、轴承箱上盖板、轴承箱下盖板、轴承箱支撑板、减速器支撑板、减速器固定板、蜗轮蜗杆减速器、伺服电机和底板，伺服电机通过法兰与蜗轮蜗杆减速器输入端相连接，蜗轮蜗杆减速器通过螺栓固定于减速器固定板上，减速器固定板通过螺栓固定于底板和轴承箱下盖板之间，轴承箱下盖板上固定轴承箱，轴承箱上固定轴承箱上盖板，轴承箱上盖板通过内六角螺栓同下模座连接；控制部分包括伺服驱动器和速度控制器；检测部分包括扭矩传感器、压力传感器、位移传感器、多通道信号采集器和计算机。上模座上安装位移传感器，上模座和垫板之间设置压力传感器，位移传感器和压力传感器分别连接多通道信号采集器，垫板下设置挡板，挡板下方固定凸模，凸模深入挤压筒中，挤压筒下部放置模具，构件置于挤压筒中，模具置于下模座上，下模座置于轴承箱上盖板上，构件置于扭转轴上，主轴外侧设置推力调心滚子轴承，推力调心滚子轴承密封在轴承箱中，主轴下部安装联轴器同扭矩传感器连接，蜗轮蜗杆减速器安装在装置下部底板上，扭矩传感器下部连接蜗轮蜗杆减速器，蜗轮蜗杆减速器由伺服电机驱动，轴承箱下盖板和底板之间设置减速器支撑板，伺服电机连接伺服驱动器，伺服驱动器连接电源和速度控制器，速度控制器和多通道信号采集器连接计算机。

其中，下模座开有通孔，供主轴穿过，模具开有通孔，供扭转轴与构件接触。

主轴一端穿过轴承箱下盖板的中心孔与联轴器连接，主轴另一端通过花键同扭转轴配合，主轴与两个推力调心滚子轴承相配合，两个推力调心滚子轴承中一个同轴承箱配合，另一个同轴承箱上盖板配合。

扭矩传感器一端与联轴器连接，另一端与蜗轮蜗杆减速器连接，扭矩传感器上外接多通道信号采集器，多通道信号采集器与电源连接，多通道信号采集器上通信接口与计算机连接，能够在工作时记录每一时刻的扭矩、功率和转速。