一种真空等温模锻快速成形装置
阅读说明：本技术 一种真空等温模锻快速成形装置 (Vacuum isothermal die forging rapid prototyping device ) 是由 翟月雯 刘晓飞 贺小毛 朱卫东 李硕 李凤娇 于 2021-09-14 设计创作，主要内容包括：一种真空等温模锻快速成形装置,包括：真空炉体,真空炉体内可以形成真空环境；第一模具,第一模具固定设置在真空炉体内；第二模具,第二模具设置在真空炉体内与第一模具对应位置；压头,压头用于推动第二模具与第一模具接近,以对第一模具与第二模具之间的坯料进行压力成形；电阻加热丝,电阻加热丝设置在真空炉体内；感应加热线圈,感应加热线圈围绕第一模具与第二模具设置。由此,可以在通过电阻加热丝对第一模具、第二模具以及坯料进行加热时,使用感应加热线圈产生的交变磁场使第一模具、第二模具产生涡流而发热,从而可以加快第一模具、第二模具及坯料的升温速度,缩短等温加热时间,提高成形工艺效率,加快产品件加工节拍。(A vacuum isothermal die forging rapid prototyping device comprises: the vacuum furnace body can form a vacuum environment; the first mould is fixedly arranged in the vacuum furnace body; the second mould is arranged in the vacuum furnace body and corresponds to the first mould; the pressing head is used for pushing the second die to be close to the first die so as to perform pressure forming on the blank between the first die and the second die; the resistance heating wire is arranged in the vacuum furnace body; and the induction heating coil is arranged around the first die and the second die. Therefore, when the first die, the second die and the blank are heated by the resistance heating wire, the alternating magnetic field generated by the induction heating coil enables the first die and the second die to generate eddy currents to generate heat, so that the heating speed of the first die, the second die and the blank can be increased, the isothermal heating time is shortened, the forming process efficiency is improved, and the processing takt of a product piece is increased.)
技术领域
本发明涉及金属零件成形工艺技术领域，特别是指一种真空等温模锻快速成形装置。
背景技术
等温模锻是指将模具加热到坯料变形温度，并以较低应变速率变形的一种锻造工艺，普遍用于航空航天领域重要结构零件的制造。等温锻造与常规锻造不同，由于坯料与模具没有温差影响，并以较低应变速率变形，从而解决了在常规锻造时由于变形金属表面激冷造成的流动阻力和变形抗力的增加，以及变形金属内部变形不均匀而引起的组织性能差异，可使变形抗力降低到常规模锻的1/10-1/5，特别适用于大型异形复杂锻件近净成形(指零件成形后，仅需少量加工或不再加工，就可用作机械构件的成形技术)，以及粉末金属成形(将松散的粉末在模具中通过压力制成具有预定几何形状、尺寸、密度和强度的金属成形技术)。
按锻件材料变形温度范围大致分为三类，一类为铝合金类，成形温度在500℃左右，模具选用常规热作模具钢；二类为钛合金类，成形温度在950℃左右，模具选用高温合金；三类为高强钢、高温合金、金属间化合物及陶瓷类，成形温度在1140℃以上，模具选用钼合金或陶瓷。等温锻造模具加热方法，主要采用电阻加热法和感应加热法。而由于高温条件下，坯料及模具的氧化问题，因此需要采用真空环境下成形。
由于真空环境下，加热室中的坯料和模具只能通过热辐射的形式升温，因此加热效率较低，对于大型真空等温模锻设备等温加热时间一般至少在6～8小时以上；如果模具与锻件温度未达到等温状态即开始成形，则最终产品力学性能或难以达到指标要求。因此如何大幅缩短等温加热时间，提高成形工艺效率，加快产品件加工节拍，是真空等温模锻工艺及设备的迫切需求。
发明内容
有鉴于此，本申请的主要目的在于提供一种真空等温模锻快速成形装置，以能缩短等温加热时间，提高成形工艺效率，加快产品件加工节拍。
本申请第一方面提供一种真空等温模锻快速成形装置，包括：真空炉体，真空炉体内可以形成真空环境；第一模具，第一模具固定设置在真空炉体内；第二模具，第二模具设置在真空炉体内，位于第一模具上方、与第一模具对应位置；压头，压头用于推动第二模具与第一模具接近，以对第一模具与第二模具之间的坯料进行压力成形；电阻加热丝，电阻加热丝设置在真空炉体内；第一感应线圈，第一感应线圈围绕第一模具设置，并与第一模具相对固定；第二感应线圈，第二感应线圈围绕第二模具设置，并与第二模具相对固定。由此，可以在通过电阻加热丝对第一模具、第二模具以及坯料进行加热时，使用感应加热线圈产生的交变磁场使第一模具、第二模具发热，从而可以加快第一模具、第二模具及坯料的升温速度，缩短等温加热时间，提高成形工艺效率，加快产品件加工节拍。同时，通过在第一模具与第二模具周围分别围绕设置第一感应线圈与第二感应线圈，从而可以实现对第一模具与第二模具的单独加热，同时还可以在压头推动第二模具向第一模具移动时，使第二感应线圈可以随第二模具移动，从而避免第二感应线圈变形损坏。
作为第一方面一种可能的实现方式，压头穿设在真空炉体顶部，可以向真空炉体内伸入或抽出；压头位于真空炉体外部的部分套设有第一波纹管，第一波纹管一端连接真空炉体，另一端连接压头远离真空炉体的端部，形成动密封结构。由此，可以通过第一波纹管对压头进行密封，避免压头在真空炉体内伸入或抽出时发生漏气，从而提高了真空炉体的密封性。
作为第一方面一种可能的实现方式，第一感应线圈及第二感应线圈分别通过第一电连接部及第二电连接部穿过真空炉体后与电源连接；电源设置在真空炉体的外周面上，第一电连接部、第二电连接部穿过真空炉体位置设置有密封装置。由此，通过密封装置可以使第一电连接部与第二电连接部穿过真空炉体时不会影响真空炉体的密封性。
作为第一方面一种可能的实现方式，感应加热线圈还包括：第二电连接部穿过真空炉体的顶部设置，第二电连接部部分固定于第二模具上，且在第二模具的固定位置与穿过真空炉体的顶部位置在同一竖直方向；第二电连接部位于顶部位置到第二模具的固定位置之间，部分为第二波纹管。由此，第二波纹管可以通过自身的波纹结构实现伸长与缩短，从而使第二感应线圈随第二模具移动时，可以保持与电源的连接，避免变形损坏。
作为第一方面一种可能的实现方式，第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部，为中空管结构，中空管内通有循环冷却水。由此，可以通过在第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部内部设置冷却水，可以对第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部进行冷却，从而避免加热过程中第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部温度过高造成损坏。
作为第一方面一种可能的实现方式，第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部外表面设置有隔热材料。由此，可以提高第一感应线圈、第二感应线圈、第一电连接部和第二电连接部的耐热性能。
作为第一方面一种可能的实现方式，在第一模具与第二模具内分别设置有热电偶。由此，可以通过热电偶随时对第一模具与第二模具的温度进行监测，从而可以根据第一模具与第二模具的温度对加热速率进行调节，以避免加热速率过快使得模具产生热应力或温度过高而造成不良影响。
作为第一方面一种可能的实现方式，电阻加热丝设置在真空炉体的内周面上。由此，通过将电阻加热丝设置在真空炉体的内周面上，可以实现对真空炉体内部的第一模具、第二模具以及坯料的热辐射加热，从而可以使得对第一模具、第二模具以及坯料的加热更加均匀。
附图说明
图1为本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置的结构示意图；
图2为图1中A部的局部放大图；
图3为使用本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置对坯料进行加工的示意流程图。
附图标记说明
真空炉体100；模锻机构200；第一模座210；第一模具220；第二模具230；第二模座240；压头250；第一波纹管260；热电偶270；加热机构300；电阻加热丝310；第一感应线圈320；第一电连接部330；第一感应加热电源340；第二感应线圈350；第二电连接部360；第二波纹管361；第二感应加热电源370。
具体实施方式
下面，结合视图，对本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置的具体结构进行详细的描述。
图1为本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置的结构示意图。如图1所示，本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置包括：真空炉体100、模锻机构200以及加热机构300。其中，真空炉体100关闭后可以将真空炉体100内的空气抽出，以使真空炉体100内形成真空环境。真空炉体100内的真空度(指处于真空状态下的气体稀薄程度)可以保持在0.067—10-3Pa左右，以避免坯料在加热成形过程中发生氧化。
模锻机构200包括设置在真空炉体100内底部的第一模座210，第一模座210上可拆卸安装有第一模具220，第一模具220上部相应位置设置有第二模具230。第二模具230上部设置有第二模座240，第二模具230可拆卸安装在第二模座240上。第二模座240上部设置有压头250，压头250设置在真空炉体100上，压头250的一端与第二模座240固定连接，另一端连接真空炉体100外部压机的液压缸活塞。压机可以驱动活塞进行上下移动，从而可以驱动压头250向真空炉体100内伸入或者向真空炉体100外抽出。由此，压头250可以驱动第二模座240即第二模座240上的第二模具230接近或远离第一模具220，以使第一模具220与第二模具230之间的坯料进行模锻，实现压力成形。
压头250位于真空炉体100外的部分还套设有第一波纹管260，第一波纹管260的一端与真空炉体100连接，另一端与压头250连接。第一波纹管260具有波纹结构，可以跟随压头250位于真空炉体100外的部分伸长或缩短。通过第一波纹管260可以对压头250进行密封，避免压头250在真空炉体100内的部分伸长或缩短时发生漏气，从而提高了真空炉体100的密封性。第一模具220与第二模具230内还设置有热电偶270，通过热电偶270可以第一模具220与第二模具230的温度进行监测，从而能够对第一模具220、第二模具230以及坯料的升温速度与温度均匀性进行控制，以避免模具与坯料温度不均影响成形质量。
加热机构300包括均匀设置在真空炉体100内表面上的电阻加热丝310，电阻加热丝310的截面可以是长方形、圆形或者其他任意合适的形状。电阻加热丝310通电后可以将电能转换为热能，可以通过热辐射的方式将热能传递给第一模具220、第二模具230以及坯料，以实现对第一模具220、第二模具230以及坯料的等温加热。
加热机构300还包括围绕第一模具220外周面一定距离设置的第一感应线圈320，与围绕第二模具230外周面一定距离设置的第二感应线圈350形成的感应加热线圈，感应加热线圈内通入交流电后，可以形成交变磁场，交变磁场在第一模具220和第二模具230表层形成涡流，从而可以使第一模具220和第二模具230发热。加热机构300还包括设置在真空炉体100侧部外周面上与第一感应线圈320相应位置的第一感应加热电源340，第一感应线圈320通过第一电连接部330穿过真空炉体100后与第一感应加热电源340连接。加热机构300还包括设置在真空炉体100顶部外周面上与第二感应线圈350相应位置的第二感应加热电源370，第二感应线圈350通过第二电连接部360穿过真空炉体100后与第二感应加热电源370连接。第一电连接部330、第二电连接部360穿过真空炉体100位置还设置有高温密封装置，高温密封装置可以是合金、碳化硅或者其他耐高温材料制成的例如密封环等密封部件。高温密封装置可以对第一电连接部330、第二电连接部360穿过真空炉体100位置进行密封，从而提高真空炉体100的密封性。
图2为图1中A部的局部放大图。如图1、图2所示，第二电连接部360与第二模座240固定连接，以使压头250推动第二模座240及第二模具230沿着接近/远离第一模具220方向移动时，第二感应线圈350可以随第二模具230移动，使第二感应线圈350相对于第二模具230位置固定。第二电连接部360在穿过真空炉体100的位置与第二电连接部360与第二模座240固定连接位置在同一竖直方向。第二电连接部360在穿过真空炉体100的位置与第二电连接部360与第二模座240固定连接位置之间的一部分为第二波纹管361，可以随压头250的伸入与抽出进行伸长与收缩。
进一步地，第二波纹管361还可以替换为套管结构、弯折变形结构等方式，来实现伸长与收缩，以使第二感应线圈350在跟随第二模座240移动时，不会影响与第二感应加热电源370的连接。
第一感应线圈320、第一电连接部330、第二感应线圈350、第二电连接部360内部具有中空管结构，中空管内设置有冷却水。冷却水可以在第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361内部循环流动，以对第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361内部进行降温，避免电阻加热丝310发出的热量使第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361温度过高，对第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361造成损坏。
进一步地，第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361的外周面上还涂覆有隔热材料，从而对第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361进行保护，避免第一感应线圈320、第二感应线圈350以及第二波纹管361温度过高造成损坏。
图3为使用本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置对坯料进行加工的示意流程图。如图3所示，使用本申请实施例中的真空等温模锻快速成形装置对坯料进行加工的具体步骤为：
步骤S101、将坯料安放在第一模具220与第二模具230之间。
步骤S102、关闭真空炉体100，抽真空，真空度一般在0.067—10-3Pa左右。
步骤S103、开启加热机构300，通过电阻加热丝310发热，对第一模具220、第一模具230以及坯料进行热辐射加热；通过第一感应线圈320、第二感应线圈350对第一模具220、第二模具230进行感应加热。
步骤S104、驱动第一感应线圈320、第二感应线圈350内的冷却水循环流动，以对第一感应线圈320、第二感应线圈350进行降温。
步骤S105、通过热电偶270检测第一模具220、第一模具230的温度，根据监测结果控制加热机构300，以使第一模具220、第一模具230以及坯料按照预设的升温曲线提高温度。
步骤S106、达到目标温度后，保温一定的时间，以使第一模具220、第一模具230以及坯料的温度更加均匀。
步骤S107、开启液压机，通过液压机的活塞驱动压头250向真空炉体100内部伸入，由压头250驱动第一模具230逐渐接近第一模具220以进行压力成形，直到第一模具220与第一模具230合模完成，最终完成对坯料的模锻。
步骤S108、回复真空炉体100内的温度至室温，然后回复压强至常压，打开真空炉体100，去除锻件。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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