一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法技术

技术编号:20351989 阅读:16 留言:0更新日期:2019-02-16 12:17
本发明专利技术属于金属基复合材料技术领域,具体涉及一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法,目的是解决现有连续碳纤维增强铝基结构板成型工艺复杂、生产效率低、纤维强度损伤大、制造成本高的技术问题。本发明专利技术采用集浇注、送丝、气体保护于一体的浇注前箱,实现连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型,使增强碳纤维布置在结构板的加强肋上,充分发挥增强纤维抗拉能力,具有结构紧凑、工艺简单、易于维修的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法
本专利技术属于金属基复合材料
,具体涉及一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法。
技术介绍
连续纤维增强铝基复合材料是一种以连续纤维(如碳纤维、玻璃纤维等)作为增强相,铝或铝合金为基体相制备而成的复合材料,它具有高的比强度、比刚度、轴向拉伸强度和耐磨性,优异的耐高温性能和低的热膨胀系数,良好的导电、导热性、抗疲劳性,以及在潮湿或辐射环境下良好的尺寸稳定性等优点,是一种理想的轻质高强材料。碳纤维增强铝基复合材料密度小于铝合金,模量却比铝合金高2~4倍,在250℃时其抗拉强度仍能保持室温抗拉强度的81%,其疲劳强度比铝合金高38%。制成的构件具有质量轻、刚性好、较小的壁厚、较高的稳定性,可大大提高设备容量和装载能力。尤其是,碳纤维抗拉强度可以达到3~5GPa,把高强碳纤维布置在结构板的受拉伸部位,可以大幅度提高支撑板的支撑能力。目前,经过近几十年的努力和探索,连续纤维增强金属基复合材料在基础理论、制备工艺、性能水平等方面都有了很大的进步,在宇航、航空和兵器中得到较多应用,但在民用工业中的应用还较少。究其原因主要是由于连续纤维在与熔融金属液接触过程中容易氧化致使增强纤维强度大幅度下降,因此成型过程必须抽真空或气体保护,导致连续纤维增强金属基复合材料制造成本过高,极大的限制了它的推广和应用。为了推广连续纤维增强金属基复合材料的应用,必须努力降低制造成本。经对现有技术的文献检索发现,中国专利技术专利“一种连续纤维增强金属基复合材料的制备方法”(申请号201010588882.X)公布了一种用层叠技术制备连续纤维增强金属基复合材料的方法,即在惰性气体保护下将熔融状态的金属反复喷吹到连续纤维表面,并通过碾压制造高性能复合材料。中国专利技术专利“纤维增强金属间化合物复合材料及其制备成型的方法”(申请号200810003625.8)公布了一种纤维增强金属间化合物复合材料制备方法,即先用钛粉和纤维混合制成预制体,再利用压力浸渗方法将熔融的铝合金浸渗到预制体间隙中,制成复合材料。中国专利技术专利“连续纤维增强金属基复合材料板带铸轧成型工艺及设备”(申请号201310078417.5)公布了一种连续纤维增强金属基复合材料板带铸轧成型工艺及设备,连续纤维在惰性气体保护下与金属液混合并浸润,经冷却后利用双辊轧机进行轧制成板材。这些技术所涉及金属基复合材料制备工艺都能生产出连续纤维增强的金属基复合材料板材,但存在工艺和设备较复杂,产品结构简单,制备效率较低,制造成本较高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点,提供一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备及方法,解决现有技术制备连续碳纤维增强铝基结构板工艺和设备较复杂、产品结构简单、制备效率较低、制造成本较高等问题。为实现上述目的,本专利技术提供了一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备,包括:浇注前箱、上轧辊、下轧辊、矫直辊,其特征在于,所述下轧辊表面上开设有三个环形槽,用于成型结构板的加强肋;所述浇注前箱的底板上开设有三个相互平行且贯通整个底板的圆形孔道,在浇注前箱的浇口处,孔道为收缩的扁平口,碳纤维在孔道中穿过,在孔道的扁平口穿出,利用浇注前箱内的高温熔融金属铝液对碳纤维进行预热;所述孔道的扁平口与下轧辊环形槽对齐,使碳纤维从孔道的扁平口穿出后继而铺设在环形槽内,并使碳纤维以扁平形态穿出,并在下轧辊环形槽内处于扁平状态,提高加强肋增强效果;所述浇注前箱浇口的底板上设置有三个凸台,凸台与下轧辊环形槽接触配合,同时,浇口底板的下沿与下轧辊辊面接触配合,浇口顶板的上沿与上轧辊辊面接触配合,避免熔融金属铝液漏液;所述浇注前箱的底部设置有吹气孔,吹气孔与底板孔道连通,生产过程中,向吹气孔吹入惰性气体,对高温碳纤维进行气体保护,避免其氧化;所述矫直辊上下对称设置在铸轧设备出板一侧,对铸轧结构板进行矫直,避免铸轧结构板弯曲变形。进一步,所述下轧辊环形槽、浇口底板凸台、底板孔道和吹气孔的数量保持一致,都为三个,也可以为其他数量。进一步,所述碳纤维可以更换成其他增强纤维,如玻璃纤维、玄武岩纤维、硼纤维等。进一步,所述金属铝可以更换成其他轻金属,如镁合金、钛合金等。本专利技术还提供了一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型方法,包括以下步骤:①按工艺要求调整好辊缝间隙,即调整好上轧辊和下轧辊之间的缝隙尺寸;②安装浇注前箱,使浇口底板的凸台与下轧辊环形槽接触配合,使浇口底板的下沿与下轧辊辊面接触配合,使浇口顶板的上沿与上轧辊辊面接触配合,在浇口和上轧辊、下轧辊之间形成封闭区域,以防熔融金属铝液漏液;③把碳纤维穿入前箱底板孔道,从孔道扁平口穿出,继续穿过辊缝,并把碳纤维铺设在下轧辊环形槽内;④将金属铝加热熔融至预定温度;⑤开启铸轧机,使上轧辊和下轧辊按设定转速开始转动;⑥向前箱底板底部的吹气孔吹入惰性气体;⑦向浇注前箱内浇注熔融的金属铝液,开始连续碳纤维增强铝基结构板的铸轧成型。本专利技术与现有技术相比,具有以下优点和有益效果:本专利技术采用集浇注、送丝、气体保护于一体的浇注前箱,实现连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型,使增强碳纤维布置在结构板的加强肋上,充分发挥增强纤维抗拉能力,具有结构紧凑、工艺简单、易于维修的优点,解决了现有连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型工艺复杂、生产效率低、纤维强度损伤大、制造成本高的技术问题。附图说明图1为本专利技术连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备的结构示意图(剖面图)。图2为本专利技术浇注前箱的三维结构示意图。图3为本专利技术下轧辊的结构示意图。图4为按照本专利技术制备的连续碳纤维增强铝基结构板结构图。具体实施方式体现本专利技术特征与优点的典型实施例,将结合附图在以下的说明中详细叙述。应理解的是本专利技术能够在不同的实施例上具有各种的变化,其皆不脱离本专利技术的保护范围,且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用,而非用以限制本专利技术。如图1,图2,图3和图4所示,一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备,包括:浇注前箱1、上轧辊2、下轧辊3、矫直辊4,其特征在于,所述下轧辊3表面上开设有三个环形槽5,用于成型结构板6的加强肋7;所述浇注前箱1的底板8上开设有三个相互平行且贯通整个底板的圆形孔道9,在浇注前箱1的浇口11处,孔道9为收缩的扁平口14,碳纤维10在孔道9中穿过,在孔道9的扁平口14穿出,利用浇注前箱1内的高温熔融5052铝合金金属液12对碳纤维10进行预热;所述孔道9的扁平口14与下轧辊环形槽5对齐,使碳纤维10从孔道9的扁平口14穿出后继而铺设在环形槽5内,并使碳纤维10以扁平形态穿出,并在下轧辊环形槽5内处于扁平状态,提高加强肋7的增强效果;所述浇口11的底板8上设置有三个凸台13,凸台13与下轧辊环形槽5接触配合,同时,浇口底板8的下沿与下轧辊3辊面接触配合,浇口顶板16的上沿与上轧辊2辊面接触配合,避免熔融5052铝合金金属液12漏液;所述浇注前箱1的底部设置有吹气孔15,吹气孔15与底板孔道9连通,生产过程中,向吹气孔15吹入氩气,对高温碳纤维10进行气体保护,避免其氧化;所述矫直辊4上下对称设置在铸轧设备出板一侧,对铸轧结构板6进行矫直,避免铸轧结构板6弯曲变形。本专利技术还提供了一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型方法,包本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备,包括:浇注前箱(1)、上轧辊(2)、下轧辊(3)、矫直辊(4),其特征在于,所述下轧辊(3)表面上开设有三个环形槽(5),用于成型结构板(6)的加强肋(7);所述浇注前箱(1)的底板(8)上开设有三个相互平行且贯通整个底板的圆形孔道(9),在浇注前箱(1)的浇口(11)处,孔道(9)为收缩的扁平口(14),碳纤维(10)在孔道(9)中穿过,在孔道(9)的扁平口(14)穿出,利用浇注前箱(1)内的高温熔融金属铝液(12)对碳纤维(10)进行预热;所述孔道(9)的扁平口(14)与下轧辊环形槽(5)对齐,使碳纤维(10)从孔道(9)的扁平口(14)穿出后继而铺设在环形槽(5)内,并使碳纤维(10)以扁平形态穿出,并在下轧辊环形槽(5)内处于扁平状态,提高加强肋(7)的增强效果;所述浇口(11)的底板(8)上设置有三个凸台(13),凸台(13)与下轧辊环形槽(5)接触配合,同时,浇口底板(8)的下沿与下轧辊(3)辊面接触配合,浇口顶板(16)的上沿与上轧辊(2)辊面接触配合,避免熔融金属铝液(12)漏液;所述浇注前箱(1)的底部设置有吹气孔(15),吹气孔(15)与底板孔道(9)连通,生产过程中,向吹气孔(15)吹入惰性气体,对高温碳纤维(10)进行气体保护,避免其氧化;所述矫直辊(4)上下对称设置在铸轧设备出板一侧,对铸轧结构板(6)进行矫直,避免铸轧结构板(6)弯曲变形。...

【技术特征摘要】
1.一种连续碳纤维增强铝基结构板铸轧成型设备,包括:浇注前箱(1)、上轧辊(2)、下轧辊(3)、矫直辊(4),其特征在于,所述下轧辊(3)表面上开设有三个环形槽(5),用于成型结构板(6)的加强肋(7);所述浇注前箱(1)的底板(8)上开设有三个相互平行且贯通整个底板的圆形孔道(9),在浇注前箱(1)的浇口(11)处,孔道(9)为收缩的扁平口(14),碳纤维(10)在孔道(9)中穿过,在孔道(9)的扁平口(14)穿出,利用浇注前箱(1)内的高温熔融金属铝液(12)对碳纤维(10)进行预热;所述孔道(9)的扁平口(14)与下轧辊环形槽(5)对齐,使碳纤维(10)从孔道(9)的扁平口(14)穿出后继而铺设在环形槽(5)内,并使碳纤维(10)以扁平形态穿出,并在下轧辊环形槽(5)内处于扁平状态,提高加强肋(7)的增强效果;所述浇口(11)的底板(8)上设置有三个凸台(13),凸台(13)与下轧辊环形槽(5)接触配合,同时,浇口底板(8)的下沿与下轧辊(3)辊面接触配合,浇口顶板(16)的上沿与上轧辊(2)辊面接触配合,避免熔融金属铝液(12)漏液;所述浇注前箱(1)的底部设置有吹气孔(15),吹气孔(15)与底板孔道(9)连通,生产过程中,向吹气孔(15)吹入惰性气体,对高温碳纤维(10)进行气体保护,避免其氧化;所述矫直辊(4)上下对称设置在铸轧设备出板一侧,对铸轧结构板(6)进行矫直,避免铸轧结构板(6)弯曲变形。2.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:林金保武东旭巩毅刘二强常超吴一菲许鹏
申请(专利权)人:太原科技大学
类型:发明
国别省市:山西,14

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