一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置，首先进行元素粉末或合金粉末的机械混合，然后自进料并送料，再然后搅拌针驱动材料向模具出口迁移，最后使材料从模具出口被挤出成形；自进料搅拌头包括夹持段、进料段和搅拌针，所述进料段与所述搅拌针连通，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述搅拌针的凹槽中；自进料搅拌摩擦挤出装置中包含有上述自进料搅拌头。本发明专利技术自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置实现了复合材料的充分搅拌、混合及挤出成型，同时提高了挤出材料的均匀性。

A self-feeding mixing head and self-feeding friction stirring extrusion method and device

【技术实现步骤摘要】
一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置
本专利技术涉及材料成型
，特别是涉及一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置。
技术介绍
制备工艺是影响复合材料性能及应用的一个关键因素。在以往的制备方法中如搅拌铸造法等是先将基体金属熔化，再向熔融状态的基体金属中加入增强相如CNTs，SiC颗粒等。这种方法的不足是容易造成增强相与基体金属的分离以及在材料冷却过程中的晶粒长大和成分偏析。英国焊接研究所在1993年专利技术了搅拌摩擦挤出工艺，将一个高速旋转的无针搅拌头压入到一个装有复合材料粉体或材料碎屑的筒形件中，筒形件内的材料接触到旋转的搅拌头并与之发生摩擦，摩擦产生大量的热使得材料塑化并从搅拌头上设置的出口处挤出成型。该工艺可用在复合材料的制备以及金属材料的回收中，其优势在于材料在挤出过程中时发生了塑化，还保持着固相状态，避免了熔化过程中易出现的相变缺陷。在金属回收领域，这种固相挤出工艺相比于传统的熔炼回收过程，更是极大地节约了能源。但在复合材料制备领域，由于在挤出过程中经过轴肩搅拌后的材料会夹杂未充分搅拌的材料一起从搅拌头上设置的出口处被挤出成型，导致挤出的材料的不均匀。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置，以解决上述现有技术存在的问题，实现复合材料的充分搅拌、混合及挤出成型，同时提高挤出材料的均匀性。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法，包括以下步骤：(1)元素粉末或合金粉末的机械混合；(2)自进料并送料；(3)搅拌针驱动材料向模具出口迁移；(4)材料从模具出口被挤出成形。优选地，所述的元素粉末或合金粉末是指金属、金属陶瓷、陶瓷或塑料；所述元素粉末或合金粉末的呈微粒、粉末或碎屑状。优选地，所述自进料是指搅拌头在旋转中，元素粉末或合金粉末通过搅拌头自身的螺旋槽进入模具中；所述送料是指元素粉末或合金粉末通过螺杆或送料机构输送进入模具中。优选地，所述送料还可以通过挤压预制体将材料逐步压入模具中；预制体是指元素粉末或合金粉末通过制备工艺形成块状或棒状结构体。优选地，所述的模具出口位于所述搅拌针的下方。本专利技术还提供一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括夹持柄、搅拌针，还设有进料段，其特征在于：包括夹持段、进料段和搅拌针，所述进料段与所述搅拌针连通，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述搅拌针的凹槽中。优选地，所述进料段设有进料段螺旋槽，且所述进料段螺旋槽与所述凹槽连通，被添加的元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段螺旋槽进入到所述凹槽中。本专利技术还提供再一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，所述搅拌头在所述搅拌针上还分布有用于增强搅拌效果的平面；所述搅拌针螺旋槽的螺棱上还设置有缺口，所述缺口在所述螺棱上形成有斜面。优选地，所述搅拌针远离所述主轴的一端设置有凹槽、交叉槽、曲线槽或螺旋槽。本专利技术还提供再一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，所述搅拌针上设置有渐变式螺旋槽，所述渐变式螺旋槽由靠近所述主轴的一端至远离所述主轴一端越来越密集或越来越浅；所述螺旋槽内设置有孔洞或障碍物，所述障碍物上设置有斜面。本专利技术还提供另一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，所述搅拌针远离所述主轴的一端设置有轴肩和锥体。优选地，所述轴肩和所述锥体上均设有凹槽。本专利技术还提供一种用于实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌摩擦挤出装置，包括底座，所述底座上设置有模具组件、挤压组件和搅拌组件；所述模具组件包括依次连接的进料底板、进料盖板和模具，所述进料底板和所述进料盖板之间的进料通道与所述模具的内部相通，所述模具上还设置有与所述模具的内部相通的进料斗；所述搅拌组件包括滑动设置在所述底座上的主轴箱和能够驱动所述主轴箱在所述底座上沿所述主轴箱内的主轴的轴线方向移动的第一驱动装置，所述主轴正对所述模具的一端设置有能够伸入所述模具内的、上述任意一种自进料搅拌头，所述主轴箱上设置有能够驱动所述主轴转动的第二驱动装置；所述挤压组件包括挤压箱，所述挤压箱中转动设置有第一丝杆、与所述第一丝杆螺纹配合的移动滑块和能够驱动所述第一丝杆转动的第三驱动装置，所述移动滑块上固设有能够伸入所述进料通道的挤压杆。优选地，所述第一驱动装置、第二驱动装置及第三驱动装置均为电机；所述进料底板通过支架与所述底座固连，所述底座上还设置有滑轨支架，所述滑轨支架的上方设置有第二丝杆，所述第二丝杆通过轴承与所述滑轨支架转动连接，所述第三驱动装置能够驱动所述第二丝杆转动，所述主轴箱与与所述第一丝杆螺纹配合的滑块固连；所述滑轨支架的两侧通过侧向支架与所述底座连接；所述进料通道和所述挤压组件均为两个，两个所述挤压组件分别位于所述模具的两侧；所述底座在所述模具组件异于所述搅拌组件的一侧还设置有工作台。本专利技术自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置相对于现有技术取得了以下技术效果：本专利技术自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置实现了复合材料的充分搅拌、混合及挤出成型，同时提高了挤出材料的均匀性。本专利技术自进料搅拌头、自进料搅拌摩擦挤出方法及装置使块状预制体在挤压杆的推动下向搅拌针处进给的同时添加另外一种元素粉末或合金粉末，使得被添加的元素粉末或合金粉末与块状预制体之间相互剪切、摩擦、混合，从而实现复合材料的充分搅拌、混合并挤出成型。本专利技术还提供多种搅拌头，其进料段具有不同的结构形式，利于元素粉末或合金粉末的添加以及从进料段迁移到搅拌针。本专利技术还提供了多种不同结构形式的搅拌针，利于增强搅拌混合的效果。本专利技术搅拌针端部具有不同的结构形式，有利于材料的挤出成型。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置的立体结构示意图；图2为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置的挤出原理图；图3为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中模具组件的立体结构示意图；图4为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中模具组件的轴侧剖视立体结构示意图；图5为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中模具与进料底板的轴侧剖视立体结构示意图；图6为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌头的立体结构示意图；图7为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌头进料段突变式结构示意图；图8为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌头进料段渐变式结构示意图；图9为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌头进料段渐变渐浅式结构示意图；图10为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针螺旋槽+平面式结构示意图；图11为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针螺旋槽+缺口式结构示意图；图12为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针螺旋槽+螺旋槽式结构示意图；图13为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针螺旋槽+孔洞式结构示意图；图14为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针螺旋槽+障碍物式结构示意图；图15为本专利技术自进料搅拌摩擦挤出装置中搅拌针段渐变式螺旋槽结构示意图；图16为本专利技术自进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)元素粉末或合金粉末的机械混合；(2)自进料并送料；(3)搅拌针驱动材料向模具出口迁移；(4)材料从模具出口被挤出成形。

【技术特征摘要】
1.一种自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)元素粉末或合金粉末的机械混合；(2)自进料并送料；(3)搅拌针驱动材料向模具出口迁移；(4)材料从模具出口被挤出成形。2.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于：所述的元素粉末或合金粉末是指金属、金属陶瓷、陶瓷或塑料；所述元素粉末或合金粉末的呈微粒、粉末或碎屑状。3.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于：所述自进料是指搅拌头在旋转中，元素粉末或合金粉末通过搅拌头自身的螺旋槽进入模具中；所述送料是指元素粉末或合金粉末通过螺杆或送料机构输送进入模具中。4.根据权利要求3所述的自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于：所述送料还可以通过挤压预制体将材料逐步压入模具中；预制体是指元素粉末或合金粉末通过制备工艺形成块状或棒状结构体。5.根据根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于：所述的模具出口位于所述搅拌针的下方。6.一种用于实现权利要求1-5任意一项所述的自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括夹持柄、搅拌针，其特征在于：还设有进料段，所述进料段与所述搅拌针连通，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述搅拌针的凹槽中。7.根据权利要求6所述的自进料搅拌头，其特征在于：所述进料段设有进料段螺旋槽，且所述进料段螺旋槽与所述凹槽连通，被添加的元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段螺旋槽进入到所述凹槽中。8.一种用于实现权利要求1-5任意一项所述的自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，其特征在于：所述搅拌头在所述搅拌针上还分布有用于增强搅拌效果的平面；所述搅拌针螺旋槽的螺棱上还设置有缺口，所述缺口在所述螺棱上形成有斜面。9.根据权利要求8所述的自进料搅拌头，其特征在于：所述搅拌针远离所述主轴的一端设置有凹槽、交叉槽、曲线槽或螺旋槽。10.一种用于实现权利要求1-5任意一项所述的自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括搅拌针，其特征在于：所述搅拌针上设置有渐变...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡锦扬，夏春，刘强，黄春平，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36