一种加工成型钛铝基合金药形罩的模具及成型方法

摘要

本发明主要属于粉末药型罩研发及加工制备领域，具体涉及一种加工成型钛铝基合金药形罩的模具及成型方法。所述模具包括转动杆、球面凹模、球面凸模、圆筒形套模以及限高板；所述球面凸模设置于所述圆筒形套模的内部下方，所述球面凸模与圆筒形套模可拆卸连接；所述球面凹模设置于所述圆筒形套模的内部上方，所述球面凹模与圆筒形套模可拆卸连接；所述圆筒形套模内表面、所述球面凸模凸球面以及所述球面凹模的凹球面之间形成一成型腔体；所述转动杆与所述球面凹模连接。利用本发明所述模型和方法能够制备获得致密度均匀、稳定性好、毁伤威力高的钛铝基合金药形罩。

说明书

技术领域

本发明主要属于粉末药型罩研发及加工制备领域，具体涉及一种加工成型钛铝基合金药形罩的模具及成型方法。

背景技术

药型罩是串联战斗部的关键部件，药型罩材料的选用对于随进战斗部随进起到了决定性的作用。Ti具有比强度高、声速高(5090m/s)等优点，在爆轰波作用下可形成连续、准直的杆式射流，是制备药型罩的重要材料。已有研究人员依据药型罩成分均匀、晶粒细小的要求，采用挤压精车工艺制备了钛合金药型罩并将材料形成射流的数值仿真与闪光X射线照片的参数进行了对比，证明钛合金药型罩有很好的应用前景。还有研究者采用X光照相技术对两种大锥角钛合金药型罩的射流成型及其对钢靶的侵彻行为进行了实验研究，结果表明采用钛合金和环形起爆，可以在保证大锥角药型罩较高能量利用率的同时增大开孔孔径和侵彻深度。

Al密度小、熔点低，作为药型罩材料受到爆轰波的轰击时，具有较大的横向破坏能力，而且Al可作为活性金属，爆炸时与Ti发生反应生成中间相，放出大量的热，辅助侵彻。研究者采用了不同比例的Ni-Al复合材料制备了活性金属射孔弹进行侵彻实验，结果表明添加一定比例反应性金属能够提高药型罩射流的后效作用能力、增大穿孔孔径。

粉末冶金工艺具有成分调配灵活、制备的零件晶粒细小、节省材料加工成本、近净成形等优点，此外，粉末冶金工艺制备的含一定孔隙的药型罩，一定程度上有利于侵彻。因此，在对混凝土的侵彻过程中，利用粉末冶金工艺制备Ti-Al复合材料的药型罩可为后级战斗部的可靠随进提供很好的弹道环境，获得兼具高穿深、大孔径的毁伤效果。

但是由于药形罩的特殊形状，导致其在制备过程中粉末不易装填均匀，从而使得后续的产品性能不稳定、重复性差等，为此，实现钛铝基合金药型罩的均匀装粉是获得性能稳定的高毁伤威力的钛铝基合金药型罩的关键，对于此种零件的生产具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种利用热压模具及利用该模具制备出钛铝基合金药形罩的方法，利用该模型能够制备获得致密度均匀、稳定性好、毁伤威力高的钛铝基合金药形罩。并且在制备过程中，装粉工序时，通过转动杆与球面凹模的互相作用，可以提升粉末装填的均匀性，为后续制备致密度均匀的性能稳定的药形罩提供保障。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种加工成型钛铝基合金药形罩的模具，所述模具包括转动杆、球面凹模、球面凸模、圆筒形套模以及限高板；

所述球面凸模设置于所述圆筒形套模的内部下方，所述球面凸模与圆筒形套模可拆卸连接；所述球面凹模设置于所述圆筒形套模的内部上方，所述球面凹模与圆筒形套模可拆卸连接；

所述圆筒形套模内表面、所述球面凸模凸球面以及所述球面凹模的凹球面之间形成一成型腔体；

所述转动杆与所述球面凹模连接；

所述限高板设用于保持球面凹模的水平以及用于调节球面凹模压入圆筒形套模的深度。

进一步地，所述球面凹模的侧面上设置用于固定所述限高板的环形限高板槽，所述限高板包括第一层限高板和第二层限高板；

其中，所述第一层限高板和第二层限高板均为圆环形，并且第一层限高板和第二层限高板均由两个半圆环形的限高侧板组成；

所述第二层限高板设置于所述第一层限高板下部，并且所述第二层限高板的外径大于所述第一层限高板的外径；所述环形限高板槽的高度值为所述第一层限高板和第二层限高板的高度值之和的1-1.05倍。

进一步地，所述第一层限高板和所述第二层限高板均采用45号钢加工而成，两个限高板的侧边均具有一用于方便脱模的通孔；

其中，所述通孔内表面的表面粗糙度值R_a为1.1-1.6，所述两个限高板除通孔内表面外其余表面的表面粗糙度值R_a为0.8-1.0。

进一步地，所述转动杆的下端设置有十字形凸起，所述球面凹模的顶部设置有一个十字形的卡槽，所述卡槽能够与所述十字形凸起能够通过嵌合连接，当转动转动杆时，能带动球面凹模一起转动。

进一步地，所述转动杆采用45号钢加工而成，所述转动杆表面粗糙度值R_a为1.1-11.6；所述球面凹模采用高温热压用模具钢材钢材3Cr2W8V加工而成，所述球面凹模凹球面的表面粗糙度值R_a为0.8-1.0，其余表面的表面粗糙度值R_a为1.1-1.6。

进一步地，所述球面凸模采用高温热压用模具钢材3Cr2W8V加工而成，所述球面凸模的凸球面的表面粗糙度值R_a为0.8-1.0，其余表面的表面粗糙度值R_a为1.1-1.6。

进一步地，所述圆筒形套模采用高温热压用模具钢材3Cr2W8V加工而成，所述圆筒形套模的内表面的表面粗糙度值R_a为0.8-1.0，其余表面粗糙度值R_a为1.1-1.6。

一种加工成型钛铝基合金药形罩的成型方法，采用所述的加工钛铝基合金药形罩的模具，所述方法包括以下步骤：

步骤一、混粉：以纯度为99.5%-99.9%粒度为20-50微米的金属钛粉末和纯度为99.99%、粒度为3-30微米的金属铝粉末为原料，将两种金属粉末装入混分机中2400秒至4800秒，获得混合均匀的金属钛铝粉末原料；在所述金属钛铝粉末原料中，所述金属铝粉末的重量百分比为30-70%；

步骤二、模具中装填原料：取一定量步骤一制备获得的所述金属钛铝粉末原料，装填到所述模具的成型腔体中；将第一层限高板和所述第二层限高板安装到球面凹模侧面的环形限高板槽中，将所述第二层限高板设置于所述第一层限高板下部，以对球面凹模进行固定；将转动杆下端的十字形凸起放入球面凹模的卡槽中，随后缓慢、匀速转动转动杆，待钛、铝混合粉末在模具腔体中均匀分布后，撤出第二层限高板，最后撤去转动杆；

步骤三、热压烧结：将步骤二处理后的模具放入热压炉中，控制真空度达到0.1Pa后加压至15-20MPa，在温度600-635℃下烧结100min-150min；

步骤四、脱模：待烧结炉断电随炉冷却至室温后，将模具从炉子内取出，在压力机上进行脱模，获得钛铝基合金药形罩。

本发明的有益技术效果：

（1）可以根据具体要求实现金属钛粉和金属铝粉原料一定比例的匹配；

（2）在装粉工序时，通过转动杆与球面凹模的互相作用，可以提升粉末装填的均匀性，为后续制备致密度均匀的性能稳定的药形罩提供保障；

（3）制备出的含一定孔隙的钛铝基合金药型罩，一定程度上有利于侵彻，获得兼具高穿深、大孔径的毁伤效果。

附图说明

图1是本发明中用于制备钛铝基合金药形罩的热压模具示意图；

图2是本发明热压模具中转动杆示意图；

图3是本发明热压模具中球面凹模示意图；

图4是本发明热压模具中球面凸模示意图；

图5是本发明热压模具中圆筒形套模示意图；

图6是本发明热压模具中第一层限高板俯视图；

图7是本发明热压模具中第二层限高板俯视图；

图8是本发明中用于制备钛铝基合金药形罩的热压模具立体图；

附图标记：1. 转动杆、2. 球面凹模、3. 球面凸模、4. 圆筒形套模、5. 第一层限高板、6. 第二层限高板、7. 球面凹模上端凹槽、8. 转动杆下端凸起、9. 球面凹模环形限高板槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

如图1-7所示，用于制备钛铝基合金药形罩的热压模具包括：转动杆1、球面凹模2、球面凸模3、圆筒形套模4、第一层限高板5、第二层限高板6。

图8为用于制备钛铝基合金药形罩的热压模具的立体图。其中，转动杆1、第一层限高板5、第二层限高板6使用45号钢制成，球面凹模2、球面凸模3和圆筒形套模4使用高温热压用模具钢材3Cr2W8V制作。

球面凹模2的凹球面、球面凸模3的凸球面、圆筒形套模4的内腔表面、第一层限高板5和第二层限高板6的表面磨光至表面粗糙度值R_a为0.8，其余表面的表面粗糙度值R_a为1.6。

在使用时，使用时将球面凸模3放入圆筒形套模4中固定，之后将混合好的适量钛、铝粉末装入该腔体中，再将球面凹模2盖上的同时插入第一层限高板5和第二层限高板6于球面凹模环形限高板槽9中，固定好后将转动杆1的下端十字形凸起8放入球面凹模2的卡槽7中，缓慢、匀速转动转动杆1，利用球面凹模2的转动和其自身的重量使得装填的粉末在腔体中均匀分布，再将第二层限高板6撤出（为下一步热压留有下压余量），最后撤出转动杆1，进行制备钛铝基合金药性罩的下一步烧结操作。

利用热压模具制备钛铝基合金药形罩的具体步骤：

步骤一、混粉：以纯度为99.9%、粒度为50微米的金属钛粉末和纯度为99.99%、粒度为3微米的金属铝粉末为原料，将两种金属粉末装入混分机中混合60min，获得混合均匀的金属钛铝粉末原料；在所述金属钛铝粉末原料中，所述金属铝粉末的重量百分比为30%；

步骤二、模具中装填原料：取一定量步骤一制备获得的所述金属钛铝粉末原料，装填到所述模具的成型腔体中；将第一层限高板5和所述第二层限高板6安装到球面凹模2侧面的环形限高板槽9中，将所述第二层限高板6设置于所述第一层限高板5下部，以对球面凹模2进行固定；将转动杆1下端的十字形凸起8放入球面凹模2的卡槽7中，随后缓慢、匀速转动转动杆1，待钛、铝混合粉末在模具腔体中均匀分布后，撤出第二层限高板6，最后撤去转动杆1；

步骤三、热压烧结：将步骤二处理后的模具放入热压炉中，控制真空度达到0.1Pa后加压至15MPa，在温度600℃下烧结100min；

步骤四、脱模：待烧结炉断电随炉冷却至室温后，将模具从炉子内取出，在压力机上进行脱模，获得钛铝基合金药形罩。

实施例 2

所用使用的热压模具与具体实施例 1 相同。

利用热压模具制备钛铝基合金药形罩的具体步骤：

步骤一、混粉：以纯度为99.9%、粒度为20微米的金属钛粉末和纯度为99.99%、粒度为30微米的金属铝粉末为原料，将两种金属粉末装入混分机中混合60min，获得混合均匀的金属钛铝粉末原料；在所述金属钛铝粉末原料中，所述金属铝粉末的重量百分比为50%；

步骤二、模具中装填原料：取一定量步骤一制备获得的所述金属钛铝粉末原料，装填到所述模具的成型腔体中；将第一层限高板5和所述第二层限高板6安装到球面凹模2侧面的环形限高板槽9中，将所述第二层限高板6设置于所述第一层限高板5下部，以对球面凹模2进行固定；将转动杆1下端的十字形凸起8放入球面凹模2的卡槽7中，随后缓慢、匀速转动转动杆1，待钛、铝混合粉末在模具腔体中均匀分布后，撤出第二层限高板6，最后撤去转动杆1；

步骤三、热压烧结：将步骤二处理后的模具放入热压炉中，控制真空度达到0.1Pa后加压至15MPa,在温度615℃下烧结100min；

步骤四、脱模：待烧结炉断电随炉冷却至室温后，将模具从炉子内取出，在压力机上进行脱模，获得钛铝基合金药形罩。

实施例 3

所用使用的热压模具与具体实施例 1 相同。

利用热压模具制备钛铝基合金药形罩的具体步骤：

步骤一、混粉：以纯度为99.9%、粒度为50微米的金属钛粉末和纯度为99.99%、粒度为30微米的金属铝粉末为原料，将两种金属粉末装入混分机中混合60min，获得混合均匀的金属钛铝粉末原料；在所述金属钛铝粉末原料中，所述金属铝粉末的重量百分比为70%；

步骤二、模具中装填原料：取一定量步骤一制备获得的所述金属钛铝粉末原料，装填到所述模具的成型腔体中；将第一层限高板5和所述第二层限高板6安装到球面凹模2侧面的环形限高板槽9中，将所述第二层限高板6设置于所述第一层限高板5下部，以对球面凹模2进行固定；将转动杆1下端的十字形凸起8放入球面凹模2的卡槽7中，随后缓慢、匀速转动转动杆1，待钛、铝混合粉末在模具腔体中均匀分布后，撤出第二层限高板6，最后撤去转动杆1；

步骤三、热压烧结：将步骤二处理后的模具放入热压炉中，控制真空度达到0.1Pa后加压至15MPa，在温度635℃下烧结100min；

步骤四、脱模：待烧结炉断电随炉冷却至室温后，将模具从炉子内取出，在压力机上进行脱模，获得钛铝基合金药形罩。

利用上述模具获得的钛铝基合金药型罩具有一定孔隙，存在一定孔隙可以实现药形罩高速变形的冲击温升，有利于侵彻；克服了现有技术中大多利用铸造、电沉积的方法生产药形罩，属于较致密药形罩，不存在弥散分布的微米级孔隙的缺陷。