生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，该装置包括送丝机架、弧形导板、张紧轮、滚筒、运送辊、钢包、中间包、引流器、布流器和约束块。本发明专利技术也包含一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型方法：将强化纤维卷安装在滚筒上，使强化纤维的一端沿运送辊经过弧形导板，穿过中间包，再穿过下方布流器，伸至金属铸轧区，随着铸轧机的轧制，形成纤维强化的复合管。本发明专利技术发挥了铸轧机能够生产不同孔径与壁厚管材的特点，同时具有方便更换强化纤维尺寸、种类、数量的优点，简化了生产过程，提高生产效率与金属利用率，增加了产品的多样性。

Flexible forming device and method for seamless fiber reinforced metal matrix composite pipe

【技术实现步骤摘要】
生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置及方法
本专利技术涉及复合材料加工领域，特别涉及一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置及方法。
技术介绍
复合材料是人们运用两种及以上不同性质的材料优化组合形成的新材料。纤维强化是利用某种材料为基材，向其内部添加强化材料组成强度性能较高的新型材料。现在市场上普遍有一种增强管，是通过在原料橡胶、PVC管道的管壁中添加其他介质材料来增强管的性能，有网状其他材料的强化管，也有螺旋金属丝的强化管。螺旋金属丝强化的管材既保持了比较轻的重量，又吸收了金属强度高的优点，性能较好。也有一种纤维强化的金属板材，在金属板材轧制过程中喂入网状强化纤维，轧制生成纤维强化的金属板材，其可以生产各种网状纤维强化的金属板材。如果用此方法生产出来的金属板材去生产管材，只能采用焊接的方法生产，不能做出无缝纤维强化的管材。而无缝纤维强化金属基复合管相对于纤维强化PVC管有着金属相对于PVC塑料有着天然的高强度，导热，导磁、导电等优势，相对于板材焊接而成的管有抗压能力强、节约材料、工序少等其不可超越的优势。无缝纤维强化金属基复合管弥补了一般无缝金属管的性能缺点，具有高比刚性、高比强度、稳定性好等优点。现在生产无缝纤维强化金属基复合管通常为两种方法：第一种是在圆筒上螺旋缠绕一层强化纤维材料，再在其表面喷涂熔融的金属基，最后进行热挤压生产出成品；第二种是先将强化纤维排列成一定的形状，然后向模具中浇入熔融金属，再进行热挤压生产出成品。这两种生产方法过程都比较繁琐且产品质量不稳定，现在急需一种可以灵活生产多种纤维强化以及各种规格无缝钢管的生产方法，来弥补现在生产方法的缺点。与本专利技术最接近的专利技术是一种无缝金属管柔性成型装置，其专利号为：CN201810311130.5。现对它的工作原理进行简单介绍，其辊系由一个双曲线轧辊与一个心辊组成，由于两个辊之间存在着角度差，轧制过程中会对前方产生轴向力，驱使轧制成的金属板向前移动，同时由于双曲线轧辊与下方管材成型器存在，会使轧制成的金属板绕心辊弯曲，所以两个运动合成为螺旋向前的运动。在金属板螺旋向前运动的过程中，先轧制成的金属板会绕到最初的铸轧区，加热，进行冶金重熔，从而形成无缝金属管。在铸轧机机架上有调节装置，可以调节轧辊之间的角度差与水平方向上的位移差，对应调节成品金属管的管径与壁厚。而本专利技术对其钢包、中间包、布流器进行结构改造，并添加了送丝装置、约束块，实现了无缝纤维强化金属基复合管的生产。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够生产多种规格的无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置及方法。具体地，本专利技术提供一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其包括送丝机架、张紧轮、滚筒、运送辊、弧形导板、钢包、中间包、引流器、布流器和约束块，所述送丝机架固定在铸轧机的机架上，所述滚筒和运送辊借助于安装轴分别安装在送丝机架上，所述滚筒与所述运送辊之间设置有张紧轮，所述张紧轮的两端分别借助于一个弹性装置与所述送丝机架相连，所述中间包设置在所述运送辊的下方，所述中间包与所述运送辊之间设置有弧形导板，所述钢包设置在所述中间包的上方并位于所述弧形导板的一侧，钢包底部设置有中空圆柱形输送管道，所述中空圆柱形输送管道的底部延伸至所述中间包内部，所述中间包的底部设置有两个通孔，所述两个通孔相对于中间包的中心线对称设置，所述中间包的内部设置有一个凸台，所述凸台的高度高于金属液面的高度，所述凸台的中心开设有与约束块尺寸相同的通孔，所述中间包内设置有上挡渣板、下挡渣板、塞棒和液面检测装置，所述中间包的下部与布流器相连，所述布流器中心与中间包中心设置有约束块，所述布流器的上部为长方壳体，所述布流器的下部设置有楔形侧面，所述楔形侧面开设有便于金属液布流至轧辊上进行轧制的通孔，所述布流器的内壁中心处有用于安装约束块的凹槽，所述布流器内部对称设置有两个引流器，两个引流器分别与中间包底部的两个通孔相连接，布流器的下方设置有两个轧辊。优选地，所述弧形导板的正面为一个弧形钢板，所述弧形导板的背面为若干个管材，所述弧形钢板与所述若干个管材连接形成所述弧形导板。优选地，所述运送辊的外表面设置有圆形凹槽，所述弧形导板的背面设置有通道，所述圆形凹槽和所述通道分别与中间包的凸台中约束块的通孔同心设置。优选地，本专利技术还提供一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型方法，其步骤为：S1、根据生产要求，选择合适的金属基与强化纤维，保证强化纤维熔点高于金属基熔点，对强化纤维进行轧前处理，选择合适的约束块并对约束块进行安装，之后将若干个强化纤维卷安装在滚筒上，把强化纤维的一端绕过张紧轮，并置于运送辊上；S2、对布流器和引流器进行预热，转动滚筒使强化纤维经过运送辊，沿弧形导板顺着通孔竖直向下传送，使强化纤维通过约束块内的通孔，直到强化纤维端头低于轧辊中心10cm～15cm时停止转动；S3、打开铸轧机轧辊内部的冷却系统，调整冷却系统的流速和两个轧辊至中心线间的距离以及两个轧辊轴线之间的夹角达到生产要求，调整辊缝至产品壁厚，驱动轧辊，调整两个轧辊的轧制速度至生产要求所需速度；S4、调整管材成型器的位置达到生产要求；S5、根据金属材料，在铸轧区通入保护气体，将金属液倒入钢包，钢包内金属液流入中间包，调整两个塞棒的位置，使两个引流器的流量达标且相等，等金属液从布流器中均匀流出，轧制过程开始；S6、金属液从布流器中均匀流出，在布流器周围受轧辊内冷却系统的影响温度降低，轧制成型，由于约束块的存在，强化纤维一直在板材的中性面处，轧制出来的板材在管材成型器的作用下，螺旋向前移动，并在两辊缝隙处冶金重熔，形成闭环，从而生成带有纤维强化的金属管。优选地，步骤S2中的对布流器和引流器进行预热的预热温度根据金属基熔点确定。优选地，步骤S2中的对布流器和引流器进行预热的预热温度为500℃～1100℃。与现有技术相比，本专利技术的效果如下：1、实现连续的纤维与金属液固液混合轧制，在压力、高温的作用下实现纤维与金属更加稳定的结合，同时解决了现有浇铸法、喷涂法等生产方法不能连续生产无缝纤维强化金属复合管的问题，节约能源，节省材料，生产效率高；2、直接将液态金属与强化纤维结合成无缝纤维强化管材只需要一道加工程序，避免了多重工序的复杂性，而且可以调整机构的参数，生成多种口径、多种壁厚、多种强化纤维螺旋角的无缝纤维强化管材；3、通过约束块对纤维的定位，实现纤维在管材中性面成型，保证了产品的规格质量。根据所生产管材的强化纤维类型对装置约束块的更换，便可以生产不同数量线材强化、网材强化、带材强化等多种规格的产品。附图说明图1是本专利技术具体实施例1的装置与轧辊装配的立体示意图；图2是本专利技术具体实施例1的装置在强化纤维中心面处的截面示意图；图3是本专利技术具体实施例1的中间包与约束块装配的俯视示意图；图4是本专利技术具体实施例1的布流器与约束块装配的俯视截面示意图；图5是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其特征在于：其包括送丝机架、张紧轮、滚筒、运送辊、弧形导板、钢包、中间包、引流器、布流器和约束块，所述送丝机架固定在铸轧机的机架上，所述滚筒和运送辊借助于安装轴分别安装在送丝机架上，所述滚筒与所述运送辊之间设置有张紧轮，所述张紧轮的两端分别借助于一个弹性装置与所述送丝机架相连，/n所述中间包设置在所述运送辊的下方，所述中间包与所述运送辊之间设置有弧形导板，所述钢包设置在所述中间包的上方并位于所述弧形导板的一侧，钢包底部设置有中空圆柱形输送管道，所述中空圆柱形输送管道的底部延伸至所述中间包内部，所述中间包的底部设置有两个通孔，/n所述两个通孔相对于中间包的中心线对称设置，所述中间包的内部设置有一个凸台，所述凸台的高度高于金属液面的高度，所述凸台的中心开设有与约束块尺寸相同的通孔，所述中间包内设置有上挡渣板、下挡渣板、塞棒和液面检测装置，/n所述中间包的下部与布流器相连，所述布流器中心与中间包中心设置有约束块，所述布流器的上部为长方壳体，所述布流器的下部设置有楔形侧面，所述楔形侧面开设有便于金属液布流至轧辊上进行轧制的通孔，所述布流器的内壁中心处有用于安装约束块的凹槽，所述布流器内部对称设置有两个引流器，两个引流器分别与中间包底部的两个通孔相连接，布流器的下方设置有两个轧辊。/n...

【技术特征摘要】
1.一种生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其特征在于：其包括送丝机架、张紧轮、滚筒、运送辊、弧形导板、钢包、中间包、引流器、布流器和约束块，所述送丝机架固定在铸轧机的机架上，所述滚筒和运送辊借助于安装轴分别安装在送丝机架上，所述滚筒与所述运送辊之间设置有张紧轮，所述张紧轮的两端分别借助于一个弹性装置与所述送丝机架相连，
所述中间包设置在所述运送辊的下方，所述中间包与所述运送辊之间设置有弧形导板，所述钢包设置在所述中间包的上方并位于所述弧形导板的一侧，钢包底部设置有中空圆柱形输送管道，所述中空圆柱形输送管道的底部延伸至所述中间包内部，所述中间包的底部设置有两个通孔，
所述两个通孔相对于中间包的中心线对称设置，所述中间包的内部设置有一个凸台，所述凸台的高度高于金属液面的高度，所述凸台的中心开设有与约束块尺寸相同的通孔，所述中间包内设置有上挡渣板、下挡渣板、塞棒和液面检测装置，
所述中间包的下部与布流器相连，所述布流器中心与中间包中心设置有约束块，所述布流器的上部为长方壳体，所述布流器的下部设置有楔形侧面，所述楔形侧面开设有便于金属液布流至轧辊上进行轧制的通孔，所述布流器的内壁中心处有用于安装约束块的凹槽，所述布流器内部对称设置有两个引流器，两个引流器分别与中间包底部的两个通孔相连接，布流器的下方设置有两个轧辊。


2.根据权利要求1所述的生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其特征在于：所述弧形导板的正面为一个弧形钢板，所述弧形导板的背面为若干个管材，所述弧形钢板与所述干个管材连接形成所述弧形导板。


3.根据权利要求1所述的生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其特征在于：所述轧辊的内部设置有冷却系统。


4.根据权利要求1所述的生产无缝纤维强化金属基复合管的柔性成型装置，其特征在于：所述运送辊...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰，吉鹏亮，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13