[发明专利]一种内部控型零件热等静压成形模具及其成形方法

说明书

本发明公开了一种内部控型热等静压零件成形模具及其成形方法，属于热等静压工艺技术领域，成形模具包括圆形基块和成型包套，圆形基块中心设有预留孔，预留孔内安装有型芯，型芯、圆形基块和成型包套之间具有成型模腔，成型模腔包括上下分布的上粉末成型层和下粉末成型层，上粉末成型层和下粉末成型层之间设有控型模具，控型模具上预留有连接间隙，成型包套上设有与上粉末成型层连通的粉末填充口。成形方法包括：S1、填充粉末颗粒；S2、抽真空，密封粉末填充口；S3、进行热等静压；S4、去除压坯的圆形基块、成型包套、控型模具和型芯得到零件；S5、进行修整和表面处理得到成形零件。结构补偿设计能够保证控型模具上下受力均衡，有效防止零件翘曲。

技术领域

本发明涉及热等静压工艺技术领域，特别是涉及一种内部控型零件热等静压成形模具及其成形方法。

背景技术

热等静压工艺是在高温和高压的作用下将粉末直接烧结致密的近净成形技术，其具有材料利用率高、生产加工周期短、零件综合性能好等优点，并且适用于制备材料熔点高、结构复杂以及异种材料连接的零件，尤其是航空航天领域等对零件的结构和功能的要求较高的技术领域。相比于铸造，热等静压工艺制备的零件综合性能好，无偏析、缩松缩孔等缺陷，相比于锻造，其加工周期短、材料利用率高、可实现复杂结构零件的制备。

热等静压技术是一种在等向压力条件下的成形制备技术，但对于内部需要控型的零件(零件如附图2所示)，受到包套和内部控型模具的影响(模具如附图6所示)，粉末内部受到的力实际并非等向的，因此粉末的收缩也是不均匀的，粉末在热等静压后会出现收缩，即使初始装粉密度较高，成形后也会发生接近30％的体积收缩，因此当控型模具上方的粉末发生收缩时，而底部圆形基块由于屏蔽效应影响压力传递，使得粉末并非受到等向压力的作用，导致控型模具将出现向上变形，最终导致零件整体发生翘曲(翘曲零件如附图7所示)。目前专利为了减少零件翘曲变形，通常是通过优化模腔结构和热等静压工艺温度压力曲线来实现的，如专利号为“CN110666174A”，专利名称为“改善热等静压粉末冶金扁平状构件端面翘曲变形的方法”中包括(1)优化扁平状的带有台阶的盘形结构件的成形模腔结构；(2)将热等静压加载过程调整为先升温后升压的工艺，但上述专利中的零件整体结构较简单，并不需要内部控型，且仅对局部的精度进行了优化，因此并不适用内部需要控型的零件成型，并且对于热等静压设备而言，先升温后升压的方式操作难度较大，实现困难。此外，无论是现有技术，还是上述专利因为成形后的零件内部会存在一定的残余应力，这也会导致热等静压后零件的翘曲变形增大，难以满足形位公差要求，增加了机械加工去除包套的难度，严重时将直接导致零件报废。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种内部控型零件热等静压成形模具及其成形方法，对成形模具进行了结构补偿的设计，将成型模腔分成上下两层粉末成型层，在热等静压过程中上下两层粉末成型层的同步收缩，能够保证控型模具上下两侧受力均衡，能够有效防止热等静压后的零件出现翘曲问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明公开了一种内部控型热等静压零件成形模具，包括圆形基块和罩设在所述圆形基块上的成型包套，所述成型包套和所述圆形基块密封连接，所述圆形基块中心设有预留孔，所述预留孔内安装有用于支撑并固定所述成型包套的型芯，所述型芯、所述圆形基块和所述成型包套之间具有成型模腔，所述成型模腔包括呈上下分布的上粉末成型层和下粉末成型层，所述上粉末成型层和所述下粉末成型层之间设有固定在所述型芯上的控型模具，所述控型模具上预留有能够连通所述上粉末成型层和下粉末成型层的连接间隙，所述成型包套上设有待密封的粉末填充口，所述粉末填充口与所述上粉末成型层连通。

优选地，所述下粉末成型层的厚度需满足h≥1/2H，h为下粉末成型层的厚度，H为上粉末成型层厚度的H。

优选地，所述型芯为管状型芯，所述管状型芯的壁厚需满足1/10L≤t≤3/10L，t为管状型芯的壁厚，L为圆形基块的半径减去管状型芯的半径。

优选地，所述成型包套的中部设有供所述型芯的端部插入并固定的连通孔。