[发明专利]钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压方法及装置

权利要求书

1.一种钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压方法，其特征是：

利用定凹模(6)与相对定凹模(6)能够绕中轴线作回转运动的旋转凹模(7)构成上下分块闭塞式浮动凹模结构，由沿浮动凹模的中轴线能够作直线运动的冲头(3)与顶出杆(9)在成形过程中封闭型腔的两端，使浮动凹模内形成闭塞的变截面型腔，所述变截面型腔是于旋转凹模(7)的内腔顺着成形方向形成直径渐缩的阶梯结构的梯度成形区；设置弹性机构，使定凹模(6)在成形过程中能够顺着中轴线方向浮动以始终紧密贴合于旋转凹模(7)；利用超声发生器(11)经声导杆(2)转化形成的机械振动作为冲头(3)挤压坯料成形的驱动力，以基于超声振动辅助成形技术的梯度挤压与高压扭转复合工艺，成形出钛合金紧固件超细晶梯度组织坯料(10)，所述钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压方法按如下步骤进行：

步骤1、以熔炼锻造后的常规均匀粗晶钛合金棒料作为初始坯料(1)，将横截面为圆形的初始坯料(1)自定凹模(6)一端放入浮动凹模的型腔内之后，将冲头(3)呈同轴抵压于初始坯料(1)顺着成形方向朝外一侧的端面上；

步骤2、启动超声发生器(11)，声导杆(2)将超声频电振荡转化为机械振动并下行，带动冲头(3)作超声振动，使冲头(3)顺着成形方向挤压初始坯料(1)在浮动凹模的型腔内下行；

步骤3、初始坯料(1)在冲头(3)的挤压下进入作回转运动的旋转凹模(7)内腔中，在旋转凹模(7)内的梯度成形区发生轴向-切向双模式剧烈梯度剪切变形，直至在旋转凹模(7)内挤压完成，成形出钛合金紧固件超细晶梯度组织坯料(10)；

步骤4、利用顶出杆(9)顶出钛合金紧固件超细晶梯度组织坯料(10)。

2.一种实现权利要求1所述钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压方法的装置，其特征是：

设置由上部定凹模(6)与下部旋转凹模(7)构成的浮动凹模，在所述浮动凹模内形成竖向的变截面型腔，作为钛合金紧固件的成型通道，冲头(3)与顶出杆(9)分别封闭于变截面型腔的定凹模(6)端与旋转凹模(7)端，使所述变截面型腔闭塞，并均能够顺着型腔中轴线作直线位移；所述旋转凹模(7)底端安装在下模板(5)上并能够随下模板(5)绕型腔中轴线同步回转，内腔顺着成形方向形成呈直径渐缩的阶梯结构的梯度成形区，所述定凹模(6)通过弹性机构与上方的上模板(4)下端弹性相连，在所述弹性机构的弹力作用下能够在成形过程中顺着型腔中轴线方向上下浮动以始终紧密贴合于旋转凹模(7)；

设置超声振动辅助成形构件，包括超声发生器(11)与声导杆(2)，由所述声导杆(2)将超声发生器(11)的超声频电振荡转化为机械振动，所述声导杆(2)下杆端与所述上模板(4)的上端相连，下行时通过上模板(4)带动所述冲头(3)作超声振动，使所述冲头(3)形成对浮动凹模的变截面型腔中初始坯料(1)的挤压。

3.根据权利要求2所述的钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压装置，其特征是所述弹性机构的结构设置为：

所述上模板(4)的下端与所述定凹模(6)的上端之间通过多根沿周向等距布置的弹簧(8)相连。

4.根据权利要求2所述的钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压装置，其特征是：

所述浮动凹模的变截面型腔以定凹模(6)端用于接收初始坯料(1)，所述定凹模(6)内腔的内径适配于初始坯料(1)的外径；

所述下模板(5)以浮动凹模型腔中轴线为中心开设顶出孔，所述顶出杆(9)相适配地穿设于所述顶出孔中；

所述浮动凹模内腔顶端以适配于所述定凹模(6)内腔外形尺寸的上过渡段与所述定凹模(6)内腔相衔接，底端按照顶出孔的外形尺寸形成相适配的下过渡段与所述顶出孔相衔接；所述梯度成形区衔接于上过渡段与下过渡段之间，是顺着成形方向形成多段阶梯结构的、呈直径递减的短柱段，最后一段短柱段横截面为圆形且形状尺寸适配于待成形的钛合金紧固件超细晶梯度组织坯料(10)，其余短柱段横截面为扁圆形，相邻两段短柱段之间、以及最上段短柱段与上过渡段之间、最后一段短柱段与下过渡段之间均通过斜面衔接平滑过渡；

所述顶出孔内径大于最后一段短柱段内径。

5.根据权利要求2所述的钛合金紧固件超声辅助闭塞式旋转梯度挤压装置，其特征是：所述超声发生器(11)由支架(12)支撑，位于所述上模板(4)的上方。