[发明专利]一种扭-挤复合强塑变成形方法及工艺装置

说明书

本发明提供一种扭‑挤复合强塑变成形方法及工艺装置，属于金属塑性加工技术领域。该发明结合高压扭转细晶与挤压成形的优势，坯料同时受到高压扭转和挤压的作用，坯料下端的金属剧烈剪切使得晶粒机械破碎，同时塑性功和摩擦功产生的温升使得动态再结晶细化和改善金属塑性；施加大的挤压力将会助使金属发生塑性流动，进而经过工艺装置型腔内的转角变形获得高性能构件，实现了一个工艺过程的成性和成形的精确控制。工艺装置主要有：凸模、组合式凹模、滚动轴承和具有特殊形状的旋转头。本发明细化晶粒能力强，可通过缩减加热工序可避免坯料加热环节引起的晶粒长大。

技术领域

本发明属于金属塑性加工技术领域，涉及一种扭-挤复合强塑变成形方法及工艺装置，具体是指一种加工高性能板/筒类构件的扭-挤复合强塑变成形方法及工艺装置。

背景技术

随着大飞机、大火箭等先进飞行器的不断研发，迫切需要发展实现复杂高性能构件的先进成形方法以满足整体减重和高可靠性的迫切要求。如航天器典型筒件环境工况苛刻且对承受载荷有一定要求，是影响新型号重量和运行可靠性的重要结构之一，迫切需要采用高强轻质合金以满足航天器高性能及减重的需求。然而，关于金属挤压成形工艺在成形高性能板/筒类构件方面仍存在局限性。采用传统成形工艺成形的板/筒类构件，尽管可以成形板/筒类构件，但得到的构件性能相对较低，难以满足航空航天构件的高性能要求。因此，探索金属成形新方法得到高性能板/筒类构件是需要迫切解决的问题。

细晶强化是提高材料强韧化效果的主要方法。国内外发展了多种强塑变技术(如转角挤压、非对称轧制等)以获得微米乃至纳米级别的超细晶组织。强塑变技术多用于制备具备细晶组织的坯料，在后续热成形(挤压、锻造等)时的细小晶粒会长大，导致强塑变工艺制备细晶组织的作用减弱甚至消失。强塑变扭转可获取细晶组织，而挤压满足成形要求，前者可保障细晶强化性能而后者保障形状尺寸精度。因而本发明综合考虑两个工艺的优势，提出“扭转-挤压复合成形”新方法实现一个工艺过程“形性”精确控制，有望实现零件的成形同时又保证零件具有高强韧性能，进而满足复杂构件一体化成形及减重的需求，本发明提出的扭-挤复合强塑变成形方法对于实现高性能零件塑性加工具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对传统成形工艺难以成形高性能板/筒类构件的问题，提供一种加工高性能板/筒类构件的扭-挤复合强塑变成形方法及工艺装置。本发明基于“高压扭转强塑变”原理，结合高压扭转强塑变细晶与挤压成形的优势，提出了“扭-挤复合强塑变成形”的新方法。

一种扭-挤复合强塑变成形方法，其特征在于：坯料同时受到高压扭转和挤压的作用，坯料下端的金属剧烈剪切使得晶粒机械破碎，同时塑性功和摩擦功产生的温升使得动态再结晶细化和改善金属塑性；施加大的挤压力将会助使金属发生塑性流动，进而经过工艺装置型腔内的转角变形获得高性能构件，实现了一个工艺过程的成性和成形的精确控制。

进一步地，坯料采用屑状金属片挤压而成。

进一步地，为了避开工艺装置和坯料加热速度差，避免坯料长时间加热而引起晶粒长大，该成形方法可以降低坯料和工艺装置预热温度，分别预热装置和坯料至成形温度T₁的0.4～0.6倍。挤压过程是在恒温箱内完成的，使工艺装置和坯料的温度始终保持所需的温度。

进一步地，挤压坯料适用于镁合金、铝合金、钛合金等难变形轻质金属材料。