專利名稱：一種盤類零件的包覆/軋制成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鈦合金、高溫合金盤坯制造技術(shù)，涉及一種盤類零件的包覆/軋制成形方法。
背景技術(shù)：
盤類零件是高推重比渦輪發(fā)動機中壓氣機、渦輪中最常用的轉(zhuǎn)子部件，壓氣機、渦輪中惡劣的工作環(huán)境，對轉(zhuǎn)子部件的性能要求非?？量?，因此，盤類結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)是發(fā)動機的關(guān)鍵制造技術(shù)之一。在高推重比渦輪發(fā)動機中，常用的鈦合金部件包括風扇葉片、傳動軸、機匣、壓氣機盤以及其它一些連接結(jié)構(gòu)。其中使用鈦合金的壓氣機盤數(shù)量較多，在低壓壓氣機、中壓壓氣機都可以采用鈦合金葉盤。在低壓壓氣機中，常采用鈦合金來制造盤類零件，主要合金有TC4、TC11、BT25、TC17，還包括一些高溫鈦合金，如 Ti6242、TillOO、IMI834, IMI685,IMI629等。鈦合金盤類零件的成形一般采用的方法是鑄造+鍛造(等溫鍛造)。為了節(jié)省貴重金屬材料，減少難加工材料的機械加工量和提高整體葉盤的疲勞強度、使用壽命，往往會采用精密等溫鍛造(包括超塑性鍛造)作為制坯手段，例如美國GE公司采用等溫鍛造技術(shù)制造出了帶葉片的壓氣機整體葉盤轉(zhuǎn)子。鈦合金精密鑄造是經(jīng)典的近凈成形工藝。與從坯料需要去除大量的價格高昂的鈦合金的機械加工方法相比較，鑄造具有很高的節(jié)約成本能力。另外，鑄件不需要進行后續(xù)加工。鑄造常常能生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的零件，而這些零件采用其他傳統(tǒng)方法制造時工藝太復(fù)雜或成本太高?？墒?，與鍛件相比，鑄件必須犧牲部分強度和塑性，因此很難應(yīng)用鑄造的方法制造高性能的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件。在高壓壓氣機、渦輪中，一般選用高溫合金作為渦輪盤材料，目前，制造渦輪盤的主流的制備工藝方法有兩種鑄造+鍛造成形和粉末法。粉末高溫合金渦輪盤件的生產(chǎn)工藝主要有粉末熱擠壓+超塑性鍛造成形、直接熱等靜壓成形和熱等靜壓(HIP) +鍛造成形。國外熱等靜壓+鍛造成形是粉末高溫合金盤件的主要生產(chǎn)工藝之一。根據(jù)其鍛造成形工藝的不同，又可分為熱等靜壓+普通模鍛，熱等靜壓+熱模鍛，熱等靜壓+等溫鍛造，熱等靜壓+擠壓+超塑性鍛造。其中熱等靜壓+擠壓+超塑性鍛造工藝是利用大擠壓比的變形使毛坯獲得超細晶的組織結(jié)構(gòu)，破碎熱等靜壓組織中的原始顆粒邊界，為隨后的超塑性鍛造創(chuàng)造了有利的組織條件，是目前粉末高溫合金盤件的主要生產(chǎn)工藝之一。噴射沉積是另一種制備高溫合金渦輪盤的制備工藝，目前還未達到實用的狀態(tài)。噴射沉積的創(chuàng)新之處在于把液體金屬的霧化(快速凝固)和霧化熔滴的沉積(動態(tài)致密固化)結(jié)合起來，以最少的工序直接從液體金屬(合金)制取整體致密、成分均勻、組織細化、結(jié)構(gòu)完整、接近零件最終形狀的材料或坯件。噴射沉積由于采用氬氣輔助，噴射沉積制備的零件均存在一定的孔隙率，還需要熱等靜壓、擠壓或鍛造等后續(xù)成形工藝對其加工。激光成形、電子束成形是近年來發(fā)展起來的兩種增量成形方法，可以靈活地成形具有各種復(fù)雜形狀的零件，其共同的特點是通過將金屬熔化或半熔化后沉積下來實現(xiàn)材料堆積成形?；诩す獾慕饘倭慵苯映尚沃圃旒夹g(shù)非常多，例如激光選區(qū)燒結(jié)(SLS-Selective Laser Sintering)、激光選區(qū)溶化(SLM-Selective Laser Melting)、激光近凈成形(LENS-Laser Engineering Net Shaping)、激光增材制造(LAM-LaserAdditiveManufacturing)等。目前激光成形可以制備的最大零件尺寸達到3mX 3mX1. 2m。電子束成形方法是近年來發(fā)展起來的一種新型的成形方法，與激光成形相比較，它更具有特點，主要包括最大功率高(是激光的數(shù)倍)，加工出的零件或模具精度和細微特征好，可以減小加工誤差并簡化系統(tǒng)裝置與控制軟件的設(shè)計。電子束成形方法主要包括兩種，分別是通過熔絲和熔粉的方法實現(xiàn)逐層鋪覆成形。已有的用于制備鈦合金、高溫合金壓氣機盤、渦輪盤的技術(shù)存在以下不足1.材料利用率低，鍛造成形的坯料尺寸一般較大，最終成形后的零件尺寸與坯料相比較，材料的利用率偏低，而且后續(xù)的數(shù)控加工量大，周期長，成本高。鍛造成形需要大噸位鍛造設(shè)備，對于一些等溫鍛造、超塑鍛造工藝，對設(shè)備的要求更高。鍛造和鑄造工藝分開，工藝路線長，周期長。在制造高溫合金盤坯時，由于合金元素較高，容易造成元素偏析，導(dǎo)致零件的組織和性能不均勻；2.采用粉末法制備壓氣機盤、渦輪盤，制造的工藝路線長、成本高、效率低，對設(shè)備的要求高，投入巨大。采用粉末制備壓氣機盤、渦輪盤，對工藝過程的要求高，否則很容易造成粉末受污染，導(dǎo)致零件性能的下降；3.增量成形法可以用來制備壓氣機盤和渦輪盤，但其組織一般是鑄態(tài)組織，組織和性能調(diào)控難度較大。現(xiàn)有增量成形技術(shù)一般是通過將鑄造過程進行離散，將其金屬坯料的熔化離散為多個局部區(qū)域的熔化，從而具有很大的優(yōu)勢，但是由于增量成形都是金屬熔化后又凝固的鑄態(tài)組織，其性能有所犧牲，因此現(xiàn)在很多的金屬增量成形的零件的組織難于調(diào)控；4.噴射沉積法制備渦輪盤技術(shù)是近年開發(fā)的一項新型技術(shù)，這項技術(shù)將液體金屬的霧化(快速凝固)與霧化熔滴的沉積結(jié)合起來，來制備整體致密、成分均勻、組織細化、結(jié)構(gòu)完整、接近零件最終形狀的材料或坯料，在制備大尺寸渦輪盤零件方面還不成熟，其致密度由于氬氣霧化，一般能達到99 %，這對最終性能有一定的影響。為了獲得高性能、長壽命的金屬零件，常規(guī)的金屬零件制造工藝過程，往往對鑄造坯料進行熱機械加工(鍛造、擠壓、軋制等)，而激光、電子束增量成形技術(shù)較難對已經(jīng)成形的零件進行后續(xù)的熱機械加工。為了客服這些不足，可以在對金屬熔覆和凝固過程進行離散的同時，對金屬的熱機械加工(鍛造、擠壓、軋制等)過程進行離散，即將成形過程離散為微鑄造+微熱機械加工的工藝方法，從而具備了傳統(tǒng)鑄造+鍛造工藝和增量成形工藝所不具備的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的制備鈦合金、高溫合金壓氣機盤、渦輪盤技術(shù)存在的一些不足，提出一種基于微鑄造+微熱機械加工概念的包覆/軋制成形方法來制備盤類零件。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，(I)制備成形裝置，成形裝置包括機架、送料和熔煉系統(tǒng)、軋制加工系統(tǒng)及坩堝支架，
(1.1)機架包括上平臺、下平臺，上平臺與下平臺之間由四根支柱支撐；(1.2)送料和和熔煉系統(tǒng)包括感應(yīng)線圈、熔煉坩堝、熔體、料斗、坯料、料斗開關(guān)、熔體液面高度儀，熔煉坩堝通過坩堝支架安裝在下平臺上表面上，熔體在熔煉坩堝中，感應(yīng)線圈環(huán)繞熔煉坩堝，料斗安裝在上平臺下表面上，坯料在料斗中，料斗的底部有一個料斗開關(guān)，料斗和料斗開關(guān)在熔體的上方，熔體液面高度儀安裝在料斗的側(cè)壁上，并進入到熔體中；(1. 3)軋制加工系統(tǒng)包括盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)、盤坯轉(zhuǎn)動軸支架、盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、盤坯轉(zhuǎn)動軸、軋輥驅(qū)動系統(tǒng)、軋輥支架、軋輥，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝在上平臺下表面上，盤坯轉(zhuǎn)動軸支架安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)的下方，盤坯轉(zhuǎn)動軸安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)通過盤坯轉(zhuǎn)動軸支架與盤坯轉(zhuǎn)動軸沿著盤坯轉(zhuǎn)動軸的軸線方向相連接，盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體中，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)安裝在支柱上，軋輥支架安裝在軋輥驅(qū)動系統(tǒng)的右面，軋輥安裝在軋輥支架上，軋輥處于熔體的上方，與盤坯轉(zhuǎn)動軸的下半部分接觸；將成形裝置置于真空室中；(2)包覆/軋制成形(2.1)采用機械加工的方式加工出盤坯轉(zhuǎn)動軸，并安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上；(2.2)將真空室的真空度抽至1. OX 10_3Pa，將塊狀坯料放入到料斗中，通過控制料斗開關(guān)，使得坯料落入到熔煉坩堝中，開啟感應(yīng)線圈將坯料熔化形成熔體，為了保持熔體液面高度在設(shè)定范圍內(nèi)，通過熔體液面高度儀測定液面高度，當測定的液面高度低于設(shè)定值時，料斗開關(guān)開啟，向熔體中加入設(shè)定量的坯料，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架，使得盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上的盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體中，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動盤坯轉(zhuǎn)動軸，使金屬熔體逐層包覆到盤坯轉(zhuǎn)動軸上并凝固，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動軋輥支架，使得軋輥支架上的軋輥以設(shè)定的載荷壓緊盤還轉(zhuǎn)動軸，對盤坯轉(zhuǎn)動軸上剛剛包覆熔體后凝固的局部進行軋制，改善組織狀態(tài)，提高盤坯轉(zhuǎn)動軸的力學(xué)性能，盤坯轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)一圈后，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架，帶動盤坯轉(zhuǎn)動軸向上移動盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體深度1/4-1/2的距離，軋輥支架驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動軋輥支架向盤坯轉(zhuǎn)動軸沿水平方向運動，來保證軋輥以固定載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸，然后，進行第2層的熔體包覆/軋制成形，方式與第I層相同，逐層依次包覆/軋制成形，直至完成盤類零件毛坯徑向尺寸的包覆；(2. 3)將包覆/軋制成形后的盤類零件毛坯從盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上取下，通過數(shù)控加工的方法，將盤坯轉(zhuǎn)動軸芯部去除，并經(jīng)過表面加工和表面處理后，制備出盤類零件。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果，本發(fā)明采用包覆/軋制加工法來制備鈦合金、高溫合金的壓氣機盤或渦輪盤，這種工藝方法對原材料的要求低、效率高、成本低、制備的零件組織均勻、性能穩(wěn)定，適用于制備各種航空航天用鈦合金、高溫合金盤類零件。本發(fā)明與現(xiàn)有的其它制備方法相比較，還具有以下優(yōu)點1.采用感應(yīng)熔煉方法將金屬材料熔煉成液態(tài)再進行包覆/軋制成形的方法，對原材料要求低，可以是邊角料，海綿鈦，棒料，板料等各種形式，成本低，效率高；2.采用感應(yīng)熔煉方法將金屬材料熔煉成液態(tài)再進行包覆/軋制成形的方法，感應(yīng)熔煉坩堝系統(tǒng)的成本較低，而且熔煉高合金成分的零件時，熔體的成分與零件的成分一致性好。真空感應(yīng)熔煉的最高溫度可以達到接近3000°C，可用于制備各種難溶金屬材料的盤類零件；3.采用感應(yīng)熔煉方法將金屬材料熔煉成液態(tài)再進行包覆/軋制成形的方法，成分均勻性好。由于采用鑄造工藝時，組織的均勻性不好，采用粉末的方法制備渦輪盤，就是為了獲得均勻的成本和組織，而采用真空感應(yīng)熔煉，對熔體有電磁攪拌的作用，則可以很好地保證熔池中金屬成分均勻；4.材料利用率高，可實現(xiàn)近凈成形；5.效率高。與鑄造后再鍛造工藝相比較，采用包覆/軋制加工成形時，在一個設(shè)備中制備出了盤類零件的毛坯；6.制備的零件性能良好，對包覆的金屬材料立刻進行了軋制加工，使得組織得到良好地調(diào)控，從而可以獲得優(yōu)良的性能，甚至不需要后續(xù)的熱等靜壓工藝來提高預(yù)制坯的性能；


圖1是本發(fā)明包覆/軋制加工的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖l_a為包覆/軋制系統(tǒng)的主視圖，圖l_b為圖l_a的側(cè)視圖；圖2是本發(fā)明一種軋輥形式示意圖；圖3是另外一種軋輥形式示意圖。
具體實施例方式(I)制備成形裝置，成形裝置包括機架、送料和熔煉系統(tǒng)、軋制加工系統(tǒng)及坩堝支架，(1.1)機架包括上平臺2、下平臺3，上平臺與下平臺之間由四根支柱I支撐；(1. 2)送料和熔煉系統(tǒng)包括料斗10、坯料11、料斗開關(guān)12、熔體液面高度儀13，感應(yīng)線圈14、熔煉坩堝15、熔體16、熔煉坩堝通過坩堝支架17安裝在下平臺上表面上，熔體16在熔煉坩堝15中，感應(yīng)線圈14環(huán)繞熔煉坩堝15，料斗10安裝在上平臺2下表面上，坯料11在料斗10中，料斗10的底部有一個料斗開關(guān)12，料斗10和料斗開關(guān)12在熔體16的上方，熔體液面高度儀13安裝在料斗10的側(cè)壁上，并浸入到熔體16中；(1. 3)軋制加工系統(tǒng)包括盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4、盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5、盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)18、盤坯轉(zhuǎn)動軸6、軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7、軋輥支架8、軋輥9，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4安裝在上平臺2下表面上，盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4的下方，盤坯轉(zhuǎn)動軸6安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)18通過盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5與盤坯轉(zhuǎn)動軸6沿著盤坯轉(zhuǎn)動軸6的軸線方向相連接，盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體中，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7安裝在支柱I上，軋輥支架8安裝在軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7的右面，軋輥9安裝在軋輥支架8上，軋輥9處于熔體16的上方，與盤坯轉(zhuǎn)動軸6的下半部分接觸；將成形裝置置于真空室中；(2)包覆/軋制成形 (2.1)采用機械加工的方式加工出盤坯轉(zhuǎn)動軸6，并安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上；(2. 2)將真空室的真空度抽至1.0父10-3 &，將塊狀坯料11放入到料斗10中，通過控制料斗開關(guān)12，使得坯料11落入到熔煉坩堝15中，開啟感應(yīng)線圈14將坯料11熔化形成熔體16，為了保持熔體16液面高度在設(shè)定范圍內(nèi)，通過熔體液面高度儀13測定液面高度，當測定的液面高度低于設(shè)定值時，料斗開關(guān)12開啟，向熔體16中加入定量的坯料11，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，使得盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上的盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體16中，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)18轉(zhuǎn)動盤坯轉(zhuǎn)動軸6，使金屬熔體16逐層包覆到盤坯轉(zhuǎn)動軸6上并凝固，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7驅(qū)動軋輥支架8，使得軋輥支架8上的軋輥9以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸9，對盤坯轉(zhuǎn)動軸6上剛剛包覆熔體16后凝固的局部進行軋制，改善組織狀態(tài)，盤坯轉(zhuǎn)動軸6旋轉(zhuǎn)一圈后，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，帶動盤坯轉(zhuǎn)動軸6向上移動盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體深度1/4-1/2的距離，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7驅(qū)動軋輥支架8向盤坯轉(zhuǎn)動軸6沿水平方向運動，來保證軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7以固定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸6，然后，進行第2層的熔體包覆/軋制成形，方式與第I層相同，逐層依次包覆/軋制成形，直至完成盤類零件毛坯徑向尺寸的包覆；(2. 3)將包覆/軋制成形后的盤類零件毛坯從盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上取下，通過數(shù)控加工的方法，將盤坯轉(zhuǎn)動軸6芯部去除，并經(jīng)過表面加工和表面處理后，制備出盤類零件。本發(fā)明的基本原理是將鑄造或熱機械加工過程離散，采用微鑄造加微軋制加工的方式，通過逐層包覆/軋制加工法來實現(xiàn)盤類金屬零件的成形。該方法通過感應(yīng)線圈14采用感應(yīng)方式的加熱坯料11，使坯料11熔化形成熔體16。將盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體16中，通過旋轉(zhuǎn)盤坯轉(zhuǎn)動軸6使得熔體包覆到盤坯轉(zhuǎn)動軸6的表面，通過軋輥9對剛剛包覆了金屬的盤坯轉(zhuǎn)動軸6的局部進行軋制加工，從而改善盤坯轉(zhuǎn)動軸的微觀組織，提高力學(xué)性能。經(jīng)過對盤坯轉(zhuǎn)動軸6逐層包覆后，制備出盤類零件毛坯，對盤類零件毛坯經(jīng)過后續(xù)加工后制備出盤類零件。以上整個系統(tǒng)放置在真空室中。實施例一1.在料斗10中加入TC4鈦合金坯料11，坯料的形式可以是塊料、棒料等，2.將真空室的真空度抽至1. OX 10_3Pa，3.開啟感應(yīng)線圈14，對TC4鈦合金坯料11進行熔煉，將其熔煉成為熔體16，熔煉溫度為1800°C，4.盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，使得盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上的盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體16中，浸入深度為5mm，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)18轉(zhuǎn)動盤坯轉(zhuǎn)動軸6，轉(zhuǎn)動速度為I轉(zhuǎn)/分鐘，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7驅(qū)動軋輥支架8，使得軋輥支架8上的軋輥9以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸9，設(shè)定載荷為400牛頓，對剛剛包覆熔體16后凝固的盤坯轉(zhuǎn)動軸6的局部進行軋制，改善組織狀態(tài)，5.盤坯轉(zhuǎn)動軸6旋轉(zhuǎn)一圈后，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，帶動盤坯轉(zhuǎn)動軸6向上移動2mm，驅(qū)動軋輥支架8向盤坯轉(zhuǎn)動軸6沿水平方向運動，來保證軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸6，然后，進行第2層的熔體包覆/軋制成形，方式與第I層相同，逐層依次包覆/軋制成形，直至完成盤類零件毛坯徑向尺寸的包覆，6.將包覆/軋制成形后的盤類零件毛坯從盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上取下，通過數(shù)控加工的方法，將盤坯轉(zhuǎn)動軸6芯部去除，并經(jīng)過表面加工和表面處理后，制備出盤類零件。實施例二1.在料斗10中加入GH4169高溫合金坯料11,坯料的形式可以是塊料、棒料等，
2.將真空室的真空度抽至1. OX 10_3Pa，3.開啟感應(yīng)線圈14，對GH4169高溫合金坯料11進行熔煉，將其熔煉成為熔體16，熔煉溫度為1350°C ；4.盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，使得盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上的盤坯轉(zhuǎn)動軸6浸入到熔體16中，浸入深度為4mm，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)18轉(zhuǎn)動盤坯轉(zhuǎn)動軸6，轉(zhuǎn)動速度為I轉(zhuǎn)/分鐘，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7驅(qū)動軋輥支架8，使得軋輥支架8上的軋輥9以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸9，設(shè)定載荷為500牛頓，對剛剛包覆熔體16后凝固的盤坯轉(zhuǎn)動軸6的局部進行軋制，改善組織狀態(tài)，提高力學(xué)性能；5.盤坯轉(zhuǎn)動軸6旋轉(zhuǎn)一圈后，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)4驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5，帶動盤坯轉(zhuǎn)動軸6向上移動1. 5mm，驅(qū)動軋輥支架8向盤坯轉(zhuǎn)動軸6沿水平方向運動，來保證軋輥驅(qū)動系統(tǒng)7以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸6，然后，進行第2層的熔體包覆/軋制成形，方式與第I層相同，逐層依次包覆/軋制成形，直至完成盤類零件毛坯徑向尺寸的包覆；6.將包覆/軋制成形后的盤類零件毛坯從盤坯轉(zhuǎn)動軸支架5上取下，通過數(shù)控加工的方法，將盤坯轉(zhuǎn)動軸6芯部去除，并經(jīng)過表面加工和表面處理后，制備出盤類零件。
權(quán)利要求
1.一種盤類零件的包覆/軋制成形方法，其特征是(1)制備成形裝置，成形裝置包括機架、送料和熔煉系統(tǒng)、軋制加工系統(tǒng)及坩堝支架，(1.1)機架包括上平臺、下平臺，上平臺與下平臺之間由四根支柱支撐；(1. 2)送料和和熔煉系統(tǒng)包括感應(yīng)線圈、熔煉坩堝、熔體、料斗、坯料、料斗開關(guān)、熔體液面高度儀，熔煉坩堝通過坩堝支架安裝在下平臺上表面上，熔體在熔煉坩堝中，感應(yīng)線圈環(huán)繞熔煉坩堝，料斗安裝在上平臺的下表面上，坯料在料斗中，料斗的底部有一個料斗開關(guān)，料斗和料斗開關(guān)在熔體的上方，熔體液面高度儀安裝在料斗的側(cè)壁上，并浸入到熔體中；(1. 3)軋制加工系統(tǒng)包括盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)、盤坯轉(zhuǎn)動軸支架、盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、盤坯轉(zhuǎn)動軸、軋輥驅(qū)動系統(tǒng)、軋輥支架、軋輥，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝在上平臺下表面上，盤坯轉(zhuǎn)動軸支架安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)的下方，盤坯轉(zhuǎn)動軸安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)通過盤坯轉(zhuǎn)動軸支架與盤坯轉(zhuǎn)動軸沿著盤坯轉(zhuǎn)動軸的軸線方向相連接，盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體中，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)安裝在支柱上，軋輥支架安裝在軋輥驅(qū)動系統(tǒng)的右面，軋輥安裝在軋輥支架上，軋輥處于熔體的上方，與盤坯轉(zhuǎn)動軸的下半部分接觸；將成形裝置置于真空室中；(2)包覆/軋制成形(2.1)采用機械加工的方式加工出盤坯轉(zhuǎn)動軸，并安裝在盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上；(2. 2)將真空室的真空度抽至1. OX 10-3Pa，將塊狀坯料放入到料斗中，通過控制料斗開關(guān)，使得坯料落入到熔煉坩堝中，開啟感應(yīng)線圈將坯料熔化形成熔體，為了保持熔體液面高度在設(shè)定范圍內(nèi)，通過熔體液面高度儀測定液面高度，當測定的液面高度低于設(shè)定值時，料斗開關(guān)開啟，向熔體中加入設(shè)定量的坯料，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架，使得盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上的盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體中，盤坯轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)動盤坯轉(zhuǎn)動軸，使金屬熔體逐層包覆到盤坯轉(zhuǎn)動軸上并凝固，軋輥驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動軋輥支架，使得軋棍支架上的軋輥以設(shè)定的載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸，對盤坯轉(zhuǎn)動軸上剛剛包覆熔體后凝固的局部進行軋制，改善組織狀態(tài)，盤坯轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)一圈后，盤坯轉(zhuǎn)動軸驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動盤坯轉(zhuǎn)動軸支架，帶動盤坯轉(zhuǎn)動軸向上移動盤坯轉(zhuǎn)動軸浸入到熔體深度1/4-1/2的距離，軋輥支架驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動軋輥支架向盤坯轉(zhuǎn)動軸沿水平方向運動，來保證軋輥以固定載荷壓緊盤坯轉(zhuǎn)動軸，然后，進行第2層的熔體包覆/軋制成形，方式與第I層相同，逐層依次包覆/軋制成形，直至完成盤類零件毛坯徑向尺寸的包覆；(2. 3)將包覆/軋制成形后的盤類零件毛坯從盤坯轉(zhuǎn)動軸支架上取下，通過數(shù)控加工的方法，將盤坯轉(zhuǎn)動軸芯部去除，并經(jīng)過表面加工和表面處理后，制備出盤類零件。
全文摘要
本發(fā)明屬于鈦合金、高溫合金盤坯制造技術(shù)，涉及一種盤類零件的包覆/軋制成形方法。本發(fā)明采用包覆/軋制加工方法來制備鈦合金、高溫合金的壓氣機盤或渦輪盤，這種工藝方法對原材料的要求低、效率高、成本低、制備的零件組織均勻、性能穩(wěn)定，適用于各種航空航天用鈦合金、高溫合金盤類零件的制備。
文檔編號B22D19/08GK103028901SQ20121046532
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者趙冰, 李志強, 廖金華 申請人:中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所