[发明专利]一种铝基复合材料多向双级约束变形装置及其使用方法

说明书

一种铝基复合材料多向双级约束变形装置及其使用方法。本发明具体涉及一种铝基复合材料多向双级约束变形装置及其使用方法本发明是要解决铝基复合材料传统挤压成型方法难以实现材料直径方向尺寸增加的问题。它由下压头、上压头和环状约束模具组成。方法：一、准备高度相同圆柱状坯料和圆柱环状包套材料，两者过盈配合，完成坯料准备；二、预热：将坯料、上、下压头、保温底板和环向约束模具预热至指定温度；三、依次将保温底板、下压头、坯料和上压头放置于压力机平台上；四、操控压力机，将坯料压缩变形；五、热处理。本发明经多向双级约束变形后能够有效改善复合材料综合性能，并且增加复合材料径向尺寸15～25％；本发明用于航空航天工业。

技术领域

本发明具体涉及一种铝基复合材料多向双级约束变形装置及其使用方法。

背景技术

铝基复合材料综合了铝合金基体和增强体两者的优点，具备了高比强度、高比刚度、优异的物理性能等，因此在航空航天、国防、汽车、运输以及运动器材等领域占据了重要的地位，尤其是航空航天领域，对轻量化提出了更高的要求，因此也进一步提高了对铝基复合材料的质量要求。

挤压变形通常是目前铝基复合材料二次成型的主要方式，通过挤压工艺，是铝基复合材料发生强烈的塑性变形，提高复合材料致密度，最终得到性能优异的铝基复合材料。然而，挤压的过程中通常会降低材料直径方向上的尺寸，因此，在大尺寸铝基复合材料制备难度的基础上，挤压成型无疑会新一步降低成型后材料的直径尺寸，因此对一些大尺寸特殊的结构件需求，如导弹的舱体，大尺寸法兰盘等，传统挤压工艺已经难以满足要求。

支鹏龙研究高体积分数SiC/Al复合材料三向约束变形工艺及组织性能研究中采用了三向约束装置对45％SiC/Al复合材料进行了约束变形，主要过程使利用压力机对复合材料施加上下压力，而侧向则利用钢模具进行约束，该方法可以实现复合材料约束变形行为。然而该方法并未考虑普遍性，主要表现有：一、此方法适合高体积分数，并未考虑到低体积分数复合材料特点，对于低体积分数无法照搬应用；二、装置中下压头、钢模具与压力机平台直接接触，该部分保温效果较差，易造成坯料局部温度分布不均；

因此，对于航空航天等特殊构件轻量化的需求，发明一种新型的铝基复合材料成型工艺，针对低体积分数复合材料，且可实现材料直径尺寸增加的成型技术是十分有必要的。

发明内容

本发明是要解决铝基复合材料传统挤压成型方法难以实现材料直径方向尺寸增加的问题，而提供一种铝基复合材料多向双级约束变形装置及其使用方法。

本发明一种铝基复合材料多向双级约束变形装置由下压头、上压头和环状约束模具组成；所述下压头和上压头相对设置，坯料设置在下压头和上压头之间，所述环状约束模具环套在下压头和上压头的外围，所述下压头、上压头和环状约束模具的中心轴线在同一直线上，且与压力机平台垂直。

本发明一种铝基复合材料多向双级约束变形装置的使用方法是按以下步骤进行：

一、多向双级约束坯料准备，将包套加工成环状圆柱，然后环套在圆柱状的待变形铝基复合材料上；待变形铝基复合材料与包套的高度相同，且待变形铝基复合材料与包套过盈配合，得到坯料；

二、预热：分别对下压头、上压头、环状约束模具、坯料和保温板进行预热；

三、装置组合，将保温板放置于压力机平台上，在保温板上依次放置下压头、坯料和上压头，保证三者中心轴线在同一条直线上；然后将环状约束模具环套在下压头、上压头和坯料的外侧；

四、约束变形，操控压力机对下压头和上压头施加压力进行挤压成型，即完成约束变形过程；

五、热处理：采用机械加工手段将约束变形后的复合材料从包套中取出，进行热处理，最终得到多向双级约束变形的铝基复合材料。

本发明的有益效果是：