[发明专利]一种超声冲击锻造装置

说明书

本发明提供的似乎一种超声冲击锻造装置。包括超声振动体和锻造体，锻造体包含上部接口段、中部冷却段、侧面压力控制段、底部脉冲锻造机构，第一侧面压力控制段与负极端电极导体相连接，第一侧面压力控制段包括压力控制箱、谐振片以及减震片，压力控制箱内含配重机构，配重机构下端同负极端电极导体连接；第二侧面压力控制段与正极端电极导体相连接，第二侧面压力控制段也包括压力控制箱、减震片，压力控制箱的配重机构下端同正极端电极导体连接，负极端电极导体、正极端电极导体、锻造头和温度传感器构成所述底部脉冲锻造机构。本发明作为增材制造的辅助设备，在合金低强度状态下完成增材组织锻造，实现增材组织性能优化及内应力调控。

技术领域

本发明涉及的是一种锻造装置，具体地说是一种用于增材制造后处理的微型锻造装置。

背景技术

增材制造技术是目前最具潜力的先进制造手段，它以高能加工束(电弧、电子束、激光束等)为热源，通过对三维模型的数字化数据分层，再以“逐点扫描熔化－逐线扫描搭接－逐层凝固堆积”的加工方式实现三维实体零件的直接成形。增材制造过程中高能束流与材料(粉体或丝材)的作用时间极短，在材料逐层堆积的过程中，材料不断经历剧烈的冷热交替过程，致使熔池及其相邻部位的加热熔化、凝固和冷却的速度比周围的区域快，在此过程中极易产生较大的表面残余拉应力，以及气孔、球化、裂纹等缺陷。最终成形件的强度、硬度很高，而塑性、疲劳性能较差，不同方向的力学性能各向异性明显，这些问题严重制约了激光增材制造技术大规模发展和推广应用。

为了克服快速凝固组织内应力特征及组织特点，工业应用增材构件通常采用适当的工艺手段来解决增材制造合金柱状晶组织粗大、力学性能各向异性突出、断裂韧性和低周疲劳性能较差等问题。工程中通过对整件采用热处理消除残余应力、热等静压使微小冶金缺陷闭合等后处理提高成形件力学性能，然而后处理无法解决增材成形过程中的翘曲变形、较大冶金缺陷以及尺寸受限等实际操作问题。激光冲击、电磁搅拌、超声振动等在线加工方式，将组织、应力改善手段整合到增材加工过程中，能够在一定程度上改善材料的应力分布状态，在增材制造过程中可以有效地干预熔池的凝固行为，对成形结构的组织形态、应力分布状态都具有一定的影响。

超声波是一种高频的机械振动，在改善金属凝固组织、减少内部气孔夹杂等方面作用显著，最早应用于传统铸造领域，后逐渐发展到焊接、熔覆等涉及金属熔化凝固等领域，目前已被运用于辅助增材制造过程。超声辅助增材制造分为基板底部超声振动辅助增材制造和锻造头超声冲击锻造。当成形多组元材料零件体积较大且形状复杂时，基板底部超声振动强度会逐渐减弱，因而无法实现零件全区域的有效超声干预且对应力的改善效果有限，直接影响底部超声振动辅助增材制造方法的有效性。而超声冲击锻造头作为一种小型化的增材制造辅助锻造装置，其锻造吨位较小，且原理高能束热源热影响区，很难对镍基合金、高强钢等高强度合金进行有效处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现增材组织性能优化及内应力调控，并且达到增材组织加工面修整、去氧化层双重作用的超声冲击锻造装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括超声振动体和与超声振动体连接的锻造体，所述的锻造体包含上部接口段、中部冷却段、侧面压力控制段、底部脉冲锻造机构，所述上部接口段包含开在锻造体上的温度传感器接口、冷却水接口、脉冲电源接口以及压力传感器接口，所述中部冷却段包括环绕在锻造体上的水冷铜管，第一侧面压力控制段与负极端电极导体相连接，第一侧面压力控制段包括压力控制箱、谐振片以及减震片，压力控制箱内含配重机构，配重机构下端同负极端电极导体连接，谐振片、减震片同压力控制箱独立连接；第二侧面压力控制段与正极端电极导体相连接，第二侧面压力控制段也包括压力控制箱、减震片，压力控制箱的配重机构下端同正极端电极导体连接，减震片同压力控制箱独立连接，负极端电极导体、正极端电极导体、锻造头和温度传感器构成所述底部脉冲锻造机构。

本发明还可以包括：

1.负极端电极导体和正极端电极导体与锻造体连接面处装配有绝缘体。