一种铝基复合材料薄壁件一体化成形设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种铝基复合材料薄壁件一体化成形设备及方法，该设备包括用于制备铝基复合材料的制备‑浇注罐(1)和加压罐(6)。本发明专利技术的制备‑浇注罐可通过抽真空装置抽真空，加压罐可通过加压装置加压，且石膏型可由加压罐通过输送窗口进入制备‑浇注罐中进行浇注，通过在真空条件下对铝基复合材料进行制备‑浇注，并在高压下凝固的方法，获得质量稳定的一体化成形的铝基复合材料复杂薄壁件，所得铸件内部无夹渣、缩松、气孔等缺陷，组织致密，性能良好，满足生产要求；且该装置易于推广，适合铝合金复合材料复杂薄壁件小规模化生产，铸件成品率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种铝基复合材料薄壁件一体化成形设备及方法
本专利技术属于复合材料成形铸造领域，具体涉及一种铝基复合材料薄壁件一体化成形设备及方法。
技术介绍
近代科学技术的发展，对材料的性能提出了更高的要求，既希望它们具有良好的综合性能，又期望它们能够在高温、高压、高真空及辐照等极端环境条件下服役。颗粒增强铝基复合材料不仅兼有金属的高韧性、高塑性优点，而且有增强体颗粒高硬度、高模量、高热稳定性等优点，可采用传统的金属加工工艺进行加工，因而得到研究者广泛重视。美国学者Logsdon曾提出铝基复合材料未来的发展前景主要在于非长纤维增强，特别是碳化硅颗粒增强铝基复合材料。1986年，美国DuralAluminumComposites公司专利技术了碳化硅颗粒增强铝硅合金的搅拌铸造新技术，实现了铸造铝基复合材料的大规模生产，以铸锭的形式供给多家铸造厂制造各种零件。目前，搅拌铸造法制备铝基复合材料技术已相对成熟，但如何进行规模化产品开发？北京有色金属研究总院专利技术了一种铝基复合材料大型薄壁壳体的制备加工方法，采用粉末冶金或搅拌铸造工艺制备铝基复合材料锭坯,并开坯锻造成锻棒，然后孔预制成空心坯料→等温复合挤压,制备出管坯→多道次热强旋变薄旋压,得到后续复合旋压管坯→热-温复合旋压成形，获得复合材料大型薄壁壳体，由于工艺比较复杂，不适用工业化生产。而铝基复合材料制备工艺中，颗粒增强铸造铝基复合材料由于铸造工艺简单，设备要求低，适合规模化生产。目前，颗粒增强铸造铝基复合材料铸造基本上采用复合材料重熔后铸造的工艺。与普通铝合金相比，铝合金复合材料重熔过程中，由于颗粒和熔体之间的界面反应以及比重差异，复合熔体的粘度增大，除气难度加大，浇注过程中卷入气体，容易造成铸件气孔和夹杂。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种铝基复合材料薄壁件一体化成形设备及方法，以克服现有技术中由于铝合金复合材料重熔过程中因吸气而导致铸件中气孔、夹杂、冷隔等缺陷较多，使铝基复合材料复杂薄壁件难以成形的技术问题。本专利技术的铝基复合材料薄壁件一体化成形的装置及方法尤其适合用在复杂的薄壁件制备中。具体而言，本专利技术提供一种铝基复合材料薄壁件一体化制备成形设备，其特征在于，所述制备成形设备包括用于制备铝基复合材料的制备-浇注罐和加压罐，所述制备-浇注罐与所述加压罐相邻的侧壁上设有输送窗口，与所述加压罐相通，所述输送窗口上设有密封机构用于保持所述制备-浇注罐与加压罐之间的彼此相对密封，所述制备-浇注罐内置有熔炼炉、坩埚、第一浇注模具驱动装置、浇铸模具和第一滑道，并且所述制备-浇注罐与抽真空装置相连通，所述制备-浇注罐的顶部还设置有穿过其顶壁的加料桶和加料-搅拌器，所述坩埚置于所述熔炼炉内，用于容纳并熔化铝锭，所述坩埚和所述熔炼炉上设置有水口，所述熔炼炉上设有倾转机构用以驱动熔炼炉使其向所述浇注模具倾转，所述浇铸模具位于所述熔炼炉侧部、所述水口下方并且放置于所述第一滑道上,所述第一浇铸模具驱动装置与所述浇注模具相连，用于驱动所述浇铸模具在所述第一滑道上运动；所述加压罐包括加压装置、模具输入输出口、第二浇注模具驱动装置和第二滑道，并与抽真空装置相连。所述第一滑道和所述第二滑道分别位于所述输送窗口的两侧，以允许所述浇注模具在浇注完成后经所述输送窗口从所述制备-浇注罐被推送至所述加压罐。在一种优选实现方式中，所述密封机构包括第一密封圈、密封滑板、导杆、升降气缸以及导套，所述升降气缸与所述密封滑板之间用所述导套连接，所述升降气缸、所述导套和所述导杆各2个，分别置于所述密封滑板两侧，所述密封滑板沿两侧的所述导杆运动，所述第一密封圈用于实现所述密封滑板与所述制备-浇注罐的密封。在另一种优选实现方式中，所述制备-浇注罐的顶部设置有密封盖板，所述制备-浇注罐的上部采用所述密封盖板与外部隔离，所述加料桶穿过所述密封盖板并指向所述坩埚。在另一种优选实现方式中，所述第二浇注模具驱动装置前端设有连接环，所述浇注模具的对应位置设有锁紧机构，所述锁紧机构包括推杆、弹簧，所述弹簧置于所述推杆上，所述弹簧和所述推杆的组合体有2个，彼此相对放置构成锁紧机构，所述锁紧机构可套住所述第二浇注模具驱动装置前端的连接环，实现连接。在另一种优选实现方式中，所述加料-搅拌器采用六叶片结构。在另一种优选实现方式中，所述加料桶内为上下层结构，且与外部完全隔离，上层装有变质剂和细化剂，下层装有SiCp粉末，所述加料桶内上下层分别设置球阀，所述球阀用于控制加料速度。在另一种优选实现方式中，所述水口内置有陶瓷过滤网。在另一种优选实现方式中，所述抽真空装置与所述制备-浇注罐侧壁相连通，加压装置与所述加压罐侧壁相连通。另一方面，本专利技术提供一种采用上述设备进行铝基复合材料薄壁件一体化制备成形的方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：步骤1、在真空环境下将铝合金锭熔化并搅拌；步骤2、待铝合金锭完全熔化后，将温度控制在690℃～710℃，逐渐加入SiCp粉末，同时进行反向搅拌，转速在100-120转/分；步骤3、间隔2-5分钟正向搅拌，循环往复15-20min；步骤4、将熔体温度降到590℃～620℃，正向搅拌，转速提升到1100-1300转/分，间隔5-10分钟反向搅拌，循环往复30-40min；步骤5、将熔体逐步升温，同时减小正反向搅拌转速，温度升至690℃～710℃，缓慢加入变质剂和细化剂，转速在200-300转/分，正向和反向搅拌总时间10-20min；步骤6、对浇注模具进行预热，并利用所获得的熔体进行浇注；步骤7、浇注结束后，立即对浇注模具进行加压，压力升至500-800Pa，保压5-10min；步骤8、凝固结束时，泄压到大气压。(三)有益效果本专利技术所提供的一种铝合金复合材料复杂薄壁件一体化成形设备及方法具有如下优点：一、通过对制备-浇注罐抽真空后铝合金复合材料制备和浇注，防止了铝合金复合材料重熔过程中氧化、吸气等，避免了铝合金复合材料铸件中出现严重的夹渣和气孔等缺陷，同时，石膏型保温性好且在高真空下浇注，利于复杂薄壁件成形。二、通过对浇注后石膏型在加压罐中加压，促使铝合金复合材料熔液加速补缩，防止铸件产生缩松缺陷，使合金组织致密，从而保证铸件的内部组织致密；三、本专利技术的设备结构巧妙，可操作性强，将浇注罐与加压罐巧妙地连接在一起，既方便了浇注模具的送入又保证了在送入浇注模具时的真空状态，并且浇筑完成后可以方便地对产品进行加压保压，制备过程一气呵成，使产品的性能更加优异。因此采用本专利技术的铝合金复合材料复杂薄壁件一体化成形设备及方法，生产铝合金复合材料薄壁件铸件质量稳定：铸件内部无夹渣、缩松、气孔等缺陷，组织致密，性能良好，满足生产要求；该装置易于推广，适合铝合金复合材料复杂薄壁件小规模化生产，铸件成品率较高。附图说明图1为本专利技术的铝基复合材料复杂薄壁件一体化制备成形设备的结构示意图；图2为图1中B位置放大图及密封滑板25和导杆28的结构示意图；图3为图1中A位置第一石膏型推拉气缸21与石膏型碰撞连接机构的放大示意图。图4为本专利技术的铝基复合材料复杂薄壁件一体化制备成形设备的加料-搅拌器结构示意图。图5-6为本专利技术的铝基复合材料复杂薄壁件一体化制备铝合金复合材料显微组织。具体实施方式下面结合说明书附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝基复合材料薄壁件一体化制备成形设备，其特征在于，所述制备成形设备包括用于制备铝基复合材料的制备‑浇注罐(1)和加压罐(6)，所述制备‑浇注罐(1)与所述加压罐(6)相邻的侧壁上设有输送窗口，与所述加压罐(6)相通，所述输送窗口上设有密封机构用于保持所述制备‑浇注罐(1)与加压罐(6)之间的彼此相对密封，所述制备‑浇注罐(1)内置有熔炼炉(19)、坩埚(20)、第一浇注模具驱动装置(21)、浇铸模具(22)和第一滑道(23)，并且所述制备‑浇注罐(1)与抽真空装置(14)相连通，所述制备‑浇注罐(1)的顶部还设置有穿过其顶壁的加料桶(3)和加料‑搅拌器(4)，所述坩埚(20)置于所述熔炼炉(19)内，用于容纳并熔化铝锭，所述坩埚(20)和所述熔炼炉(19)上设置有水口(18)，所述熔炼炉(19)上设有倾转机构(17)用以驱动熔炼炉(19)使其向所述浇注模具(22)倾转，所述浇铸模具(22)位于所述熔炼炉(19)侧部、所述水口(18)下方并且放置于所述第一滑道(23)上,所述第一浇铸模具驱动装置(21)与所述浇注模具(22)相连，用于驱动所述浇铸模具(22)在所述第一滑道(23)上运动；所述加压罐(6)包括加压装置(8)、模具输入输出口(10)、第二浇注模具驱动装置(11)和第二滑道(12)，并与抽真空装置(14)相连。所述第一滑道(23)和所述第二滑道(12)分别位于所述输送窗口的两侧，以允许所述浇注模具(22)在浇注完成后经所述输送窗口从所述制备‑浇注罐(1)被推送至所述加压罐(6)。...

【技术特征摘要】
1.一种铝基复合材料薄壁件一体化制备成形设备，其特征在于，所述制备成形设备包括用于制备铝基复合材料的制备-浇注罐(1)和加压罐(6)，所述制备-浇注罐(1)与所述加压罐(6)相邻的侧壁上设有输送窗口，与所述加压罐(6)相通，所述输送窗口上设有密封机构用于保持所述制备-浇注罐(1)与加压罐(6)之间的彼此相对密封，所述制备-浇注罐(1)内置有熔炼炉(19)、坩埚(20)、第一浇注模具驱动装置(21)、浇铸模具(22)和第一滑道(23)，并且所述制备-浇注罐(1)与抽真空装置(14)相连通，所述制备-浇注罐(1)的顶部还设置有穿过其顶壁的加料桶(3)和加料-搅拌器(4)，所述坩埚(20)置于所述熔炼炉(19)内，用于容纳并熔化铝锭，所述坩埚(20)和所述熔炼炉(19)上设置有水口(18)，所述熔炼炉(19)上设有倾转机构(17)用以驱动熔炼炉(19)使其向所述浇注模具(22)倾转，所述浇铸模具(22)位于所述熔炼炉(19)侧部、所述水口(18)下方并且放置于所述第一滑道(23)上,所述第一浇铸模具驱动装置(21)与所述浇注模具(22)相连，用于驱动所述浇铸模具(22)在所述第一滑道(23)上运动；所述加压罐(6)包括加压装置(8)、模具输入输出口(10)、第二浇注模具驱动装置(11)和第二滑道(12)，并与抽真空装置(14)相连；所述第一滑道(23)和所述第二滑道(12)分别位于所述输送窗口的两侧，以允许所述浇注模具(22)在浇注完成后经所述输送窗口从所述制备-浇注罐(1)被推送至所述加压罐(6)。2.根据权利要求1所述的铝基复合材料薄壁件一体化制备成形设备，其特征在于，所述密封机构包括第一密封圈(24)、密封滑板(25)、导杆(28)、升降气缸(13)以及导套(16)，所述升降气缸(13)与所述密封滑板(25)之间用所述导套(16)连接，所述升降气缸(13)、所述导套(16)和所述导杆(28)各2个，分别置于所述密封滑板(25)两侧，所述密封滑板(25)沿两侧的所述导杆(28)运动，所述第一密封圈(24)用于实现所述密封滑板(25)与所述制备-浇注罐(1)的密封。3.根据权利要求2所述的铝基复合材料薄壁件一体化制备成形设备，其特征在于，所述制备-浇注罐(1)的顶部设置有密封盖板(2)，所述制备-浇注罐(1)的上部采用所述密封盖板(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宝忠，范燕平，王狂飞，张宝庆，王有超，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41