一種鋼部件的成形方法
【專利摘要】本發明涉及一種鋼部件的成形方法，屬于機械加工【技術領域】。首先將待成形鋼部件從上而下依次分層，得到每層的幾何形狀；采用鑄造、軋制或擠壓的加工方法加工出板材，采用高壓水、線切割或機械加工的方法，將板材加工成相應的幾何形狀；對加工后的板材進行酸洗加工，將最下一層的板材點焊在基板上，將第二層板材層疊在第一層板材上；采用無針攪拌加工和連接方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上；同時對板材外表面和空腔的內表面進行銑削或磨削加工；重復上述過程，直至成形出整個鋼部件。本方法對原材料的要求低、制備鋼部件的組織細小而且均勻，使鋼部件的性能穩定、材料利用率高，工作效率高。
【專利說明】一種鋼部件的成形方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋼部件的成形方法，屬于機械加工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]在制備金屬結構件時，例如高強鋼結構，為了制備出高性能的零件，往往需要對鑄造后的結構件進行熱機械加工，例如擠壓、鍛造、軋制等熱機械加工，從而可以打碎粗大的原始鑄態晶粒，使組織得到細化，從而得到高性能結構件。但是，傳統的制備工藝對鑄造后的預制坯進行熱機械加工，一般需要大型的熱機械加工設備，例如，擠壓設備、鍛造設備等，對于大尺寸的零件熱機械加工還存在變形不均勻，造成組織、性能不均勻的問題。而且采用傳統的成形方法，例如鍛造、軋制、擠壓成形等熱機械加工工藝可以改善結構件組織和性能，但是在制備很多具有復雜外形和內部空心結構的結構件的難度較大。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提出一種鋼部件的成形方法，針對現有制造高強鋼部件時存在的一些不足，采用熱機械加工和無針攪拌加工連接相結合的方法，成形高性能鋼部件，以提高原材料的利用率，并提高工作效率。
[0004]本發明提出的鋼部件的成形方法，包括以下步驟:
[0005](I)根據鋼部件的幾何形狀，將待成形鋼部件從上而下依次分層，每層的厚度為0.3毫米?I毫米，得到待成形鋼部件每層的幾何形狀；
[0006](2)采用鑄造、軋制或擠壓的加工方法加工出板材，板材的厚度為0.3毫米?I毫米;
[0007](3)采用高壓水、線切割或機械加工的方法，根據上述每層的幾何形狀，分別將板材加工成相應的幾何形狀；
[0008](4)分別對加工后的板材進行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢；
[0009](5)將最下一層的板材點焊在基板上，按照從下向上的順序，將第二層板材層疊在第一層板材上；
[0010](6)采用無針攪拌加工和連接方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上；
[0011](7)對經過無針攪拌加工和連接的板材外表面以及板材空腔的內表面進行銑削或磨削加工；
[0012](8)重復(5)?(7)，直至成形出整個鋼部件。
[0013]本發明提出的鋼部件的成形方法，與傳統的制備鋼結構的方法相比較，本發明采用熱機械加工和攪拌加工相組合的方法制備鋼部件，具有以下優點:
[0014]1、本發明提出的鋼部件成形方法，原材料可以采用鑄造、熱機械加工的板材，對原材料的要求低。
[0015]2、本發明提出的鋼部件成形方法，在對板材進行連接的同時，對板材進行了攪拌加工，制備鋼部件的組織細小而且均勻，使鋼部件的性能穩定。
[0016]3、本發明提出的鋼部件的成形方法，根據鋼部件的外形，將鋼板材進行無針攪拌加工和連接，可以逐層近凈成形出鋼部件，材料利用率高，工作效率高。
[0017]4、本發明提出的鋼部件成形方法，可用于制備多材料的結構件。
【具體實施方式】
[0018]本發明提出的鋼部件的成形方法，包括以下步驟:
[0019](I)根據鋼部件的幾何形狀，將待成形鋼部件從上而下依次分層，每層的厚度為0.3毫米?I毫米，得到待成形鋼部件每層的幾何形狀；
[0020](2)采用鑄造、軋制或擠壓的加工方法加工出板材，板材的厚度為0.3毫米?I毫米;
[0021](3)采用高壓水、線切割或機械加工的方法，根據上述每層的幾何形狀，分別將板材加工成相應的幾何形狀；
[0022](4)分別對加工后的板材進行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢；
[0023](5)將最下一層的板材點焊在基板上，按照從下向上的順序，將第二層板材層疊在第一層板材上；
[0024](6)采用無針攪拌加工和連接方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上；為了更好地實現兩層板材之間的連接，可以在進行攪拌加工和連接前進行預熱，預熱的方式可以是電子束加熱、感應加熱，電阻加熱等方式；
[0025](7)對經過無針攪拌加工和連接的板材外表面以及板材空腔的內表面進行銑削或磨削加工；
[0026](8)重復(5)?(7)，直至成形出整個鋼部件。
[0027]本發明的成形方法，在制備易氧化材料的鋼部件時，可以在真空條件或氬氣保護下對坯料進行熱機械加工，以防止氧化。
[0028]本發明成形方法中，可以采用攪拌加工和連接的方法，也可以采用熱等靜壓來實現擴散連接的方法。
[0029]以下介紹本發明方法的實施例:
[0030]實施例1:
[0031](I)根據鋼部件的幾何形狀，將待成形鋼部件從上而下依次分層，每層的厚度為0.3毫米?I毫米，得到待成形鋼部件每層的幾何形狀；
[0032](2)采用鑄造、軋制或擠壓的加工方法加工出板材，板材的厚度為0.3毫米?I毫米;
[0033](3)采用高壓水、線切割或機械加工的方法，根據上述每層的幾何形狀，分別將板材加工成相應的幾何形狀；
[0034](4)分別對加工后的板材進行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份為:鹽酸、水，鹽酸的體積百分比濃度為:10%，酸洗時間為6分鐘，酸洗溫度為45°C ；
[0035](5)將最下一層的板材點焊在基板上，按照從下向上的順序，將第二層板材層疊在第一層板材上；
[0036](6)采用無針攪拌加工和連接方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上。攪拌頭的轉動速度為:500轉/分，攪拌頭與基板的相對運動速度為0.4毫米/秒。攪拌頭的尺寸為:軸肩直徑為8mm。為了更好地實現兩層板材之間的，在攪拌頭加工的下一個位置，在進行攪拌加工和連接前進行預熱，預熱的方式是感應加熱，預熱溫度為600°C ；
[0037](7)對經過無針攪拌加工和連接的板材外表面以及板材空腔的內表面進行銑削或磨削加工；
[0038](8)重復(5)?(7)，直至逐層成形出整個鋼部件。
[0039]實施例2:
[0040](I)根據鋼部件的幾何形狀厚度對其進行分層，確定每層的幾何形狀，每層的厚度為0.3臟；
[0041](2)采用軋制的方法加工出鋼板材、鈦板材，板材的厚度為0.3mm ；
[0042](3)采用高壓水切割的方法，將板材加工成按照分層后每層的幾何形狀；
[0043](4)對加工后的鋼板材和鈦板材進行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份為:鹽酸、水，鹽酸的體積百分比濃度為:10%，酸洗時間為8分鐘，酸洗溫度為45°C ；
[0044](5)將第一層鋼板材點焊在基板上，按照從下向上的順序，將第二層鈦板材層疊在第一層板材上；
[0045](6)采用無針攪拌加工和連接的方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層鈦板材連接在第一層鋼板材上。攪拌頭的轉動速度為:500轉/分，攪拌頭與基板的相對運動速度為0.4毫米/秒。攪拌頭的尺寸為:軸肩直徑為8mm ；
[0046](7)采用數控加工的方法對經過無針攪拌加工和連接的板材的外表面、以及空腔部分的內表面進行加工，數控加工的方法是銑削加工；
[0047](8)重復(5)?(7)，直至逐層成形出整個鋼/鈦復合材料的部件。
[0048]實施例3:
[0049]( I)根據鋼部件的幾何形狀，按照一定的厚度對其進行分層，從而確定每層的幾何形狀，每層的厚度為1.0mm ；
[0050](2)采用鑄造的方法加工出一個鑄錠，采用線切割的方法將鑄錠切割成厚度為Imm的板材；
[0051](3)采用線切割的方法，將板材加工成按照分層后每層的幾何形狀；
[0052](4)對加工后的板材進行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份為:鹽酸、水，鹽酸的體積百分比濃度為:10%，酸洗時間為6分鐘，酸洗溫度為55°C ；
[0053](5)將第一層板材點焊在基板上，按照從下向上的順序，將第二層板材層疊在第一層板材上；
[0054](6)采用無針攪拌加工和連接的方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上。為了更好地實現兩層板材之間的，在攪拌頭加工的下一個位置，在進行攪拌加工和連接前進行預熱，預熱的方式是感應加熱，預熱溫度為400°C。攪拌頭的轉動速度為:800轉/分，攪拌頭與基板的相對運動速度為0.8毫米/秒。攪拌頭的尺寸為:軸肩直徑為8mm ；
[0055](7)采用數控加工的方法對經過無針攪拌加工和連接的板材的外表面、以及空腔部分的內表面進行加工，數控加工的方法是銑削加工；[0056](8)重復(5)?(7)，直至逐層成形出整個鋼部件。
[0057]實施例4:
[0058]( I)根據鋼部件的幾何形狀，按照一定的厚度對其進行分層，從而確定每層的幾何形狀，每層的厚度為1.0mm ；
[0059](2)米用軋制的方法加工出鋼窄條,尺寸為:20mmX5mmX Imm ;
[0060](3)對加工后的鋼窄條進行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份為:鹽酸、水，鹽酸的體積百分比濃度為:10%，酸洗時間為8分鐘，酸洗溫度為55°C ；
[0061](4)按照設定的軌跡，將鋼窄條鋪覆到鋼基板上，對剛剛鋪覆的鋼窄條進行感應加熱，預熱到800°C ；
[0062](5)采用無針攪拌頭對加熱后的鋼窄條進行攪拌加工和連接，實現鋼窄條與基板的連接，直至依據分層后每層的形狀鋪覆滿一層。其中攪拌頭的轉動速度為:700轉/分，攪拌頭與基板的相對運動速度為0.6毫米/秒。攪拌頭的尺寸為:軸肩直徑為8mm ；
[0063](6)按照分層后每層的幾何形狀，采用數控加工的方法對剛剛鋪覆完的一層進行加工，特別是對每層的外形和空腔部分的內表面進行磨削加工；
[0064](7)重復(4)?(6)，直至逐層成形出鋼部件；
[0065]實施例5:
[0066](I)采用軋制的方法加工出鋼板材，鋼板材的厚度為0.3mm ；
[0067](2)對加工后的板材進行酸洗加工，去除表面的氧化皮和污垢，酸洗液成份為:鹽酸、水，鹽酸的體積百分比濃度為:10%，酸洗時間為12分鐘，酸洗溫度為55°C ；
[0068](3)在鋼板的表面不需要連接的部位涂覆止焊-發泡劑，其主要成分為:丙酮、乙酸乙酯、三氧化二釔、氫化鈦，體積百分比為:70%:16%:7%:7%。在需要連接的部位則不涂覆止焊劑；
[0069](4)將10層涂覆了止焊-發泡劑的鋼板疊層，最外面再包覆兩層厚度為0.5mm不涂覆止焊劑的鋼板作為面板，然后進行封邊焊，并留出一個出氣孔，使得焊接后口袋的內外相通；
[0070](5)將封邊焊的口袋放入到真空爐中進行真空除氣，工藝參數為:300°C，保溫4h ；
[0071](6)在真空條件下，采用電子束焊接的方式對口袋上的出氣孔進行封焊；
[0072](7)將封焊后的口袋放入到加熱爐中，加熱至300°C，保溫0.5小時；
[0073](8)對從加熱爐中取出的口袋立刻進行軋制，每道次的軋制量分別為:0.8mm、
0.6mm、0.4mm、0.2mm ；
[0074](9)將軋制后的預制坯放入到成形模具中，其中模具中空腔形狀為長方體，其高度為20_，長寬尺寸根據需要確定，將模具和預制坯同時放入加熱爐中，升溫至500°C，保溫4小時；
[0075](10)從加熱爐中取出模具和預制坯，對預制坯采用高壓水進行切割，獲得具有多孔的鋼結構。
【權利要求】
1.一種鋼部件的成形方法，其特征在于該成形方法包括以下步驟: (1)根據鋼部件的幾何形狀，將待成形鋼部件從上而下依次分層，每層的厚度為0.3毫米?I毫米，得到待成形鋼部件每層的幾何形狀；(2)采用鑄造、軋制或擠壓的加工方法加工出板材，板材的厚度為0.3毫米?I毫米； (3)采用高壓水、線切割或機械加工的方法，根據上述每層的幾何形狀，分別將板材加工成相應的幾何形狀； (4)分別對加工后的板材進行酸洗加工，去除板材表面的氧化皮和污垢； (5)將最下一層的板材點焊在基板上,按照從下向上的順序，將第二層板材層疊在第一層板材上； (6)采用無針攪拌加工和連接方法，在對第二層板材進行攪拌加工的同時，將第二層板材連接在第一層板材上； (7)對經過無針攪拌加工和連接的板材外表面以及板材空腔的內表面進行銑削或磨削加工； (8)重復(5)?(7)，直至逐層成形出整個鋼部件。
【文檔編號】B23P15/00GK103481024SQ201310376494
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月26日 優先權日:2013年8月26日
【發明者】趙冰, 譚諄禮, 白秉哲 申請人:趙冰, 譚諄禮, 白秉哲, 鄭燕康