一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备与工艺制造技术

一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备与工艺属于金属材料特种铸造技术领域中的高压压铸技术范畴。本发明专利技术将单一金属管材的挤压铸造工艺与层状金属复合材料的液

【技术实现步骤摘要】
一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备与工艺


[0001]本专利技术涉及金属材料特种铸造
中的高压压力铸造技术范畴，特别提供了一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备与工艺，适用于包覆层金属熔点或者熔化温度高于芯部金属熔点或者熔化温度的一类金属包复材料挤压铸造直接复合成形。

技术介绍

[0002]管状金属包复材料属于复合材料领域中的层状金属复合材料范畴。层状金属复合材料比单一金属材料更能满足冶金建筑、石油化工、航空航天、交通运输、电子信息、卫生医疗等各个领域对材料使用性能的更高要求。因而，对层状金属复合材料及其应用技术的研究开发已成为当前复合材料领域的重要研究开发方向之一。迄今为止，适合于层状金属复合材料的大规模工业化生产的方法主要有三大类，即：(1)双固相复合法，包括轧制压接法、包复焊接法、连续挤压包复法和爆炸复合成形法等；(2)液相
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固相法，包括镶铸法、热浸镀法、连续铸轧复合法和连续铸挤包复法等；(3)双液相法，包括DC充芯连铸法、HCFC水平连铸直接复合成形法和Novelis Fusion
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复合板材挤压铸造法等。
[0003]然而，上述几种方法在相比之下各有优缺点，即：(1)以轧制压接法、包复焊接法、连续挤压包复法和爆炸复合成形法为代表的双固相复合法具有复合材料界面层的厚度较小且易于控制，界面结合强度高，界面层对复合材料整体塑性变形的影响较弱，包覆层金属和芯部金属都具有退火状态下晶粒细小且组织致密等优点，但是，界面层内通常会存在少量氧化物夹杂、污物等界面缺陷，且存在制成品的生产工艺流程长、工艺复杂、成本高、环境负担大、设备的一次性投资大等问题；(2)以镶铸法、热浸镀法、连续铸轧复合法和连续铸挤包复法为代表的液相
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固相复合法具有镀层金属厚度较大，使基材的耐蚀能力增强等优点，但是，镀层金属厚度不均匀，界面层较厚且其内部可能存在少量夹杂物等界面缺陷，且存在生产工艺流程较长、工艺较为复杂、成本较高、能源消耗较大、环境负担较大、设备的一次性投资较大等问题；(3)以DC充芯连铸法、HCFC水平连铸直接复合成形法和Novelis Fusion
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复合板材挤压铸造法为代表的双液相复合法具有复合材料界面层内几乎无氧化物、无夹杂、无油污等界面缺陷，生产工艺流程短，工艺简单，成本较低，能量消耗较少，环境负担较小，设备的一次性投资小等优点，但是，采用DC充芯连铸法和HCFC水平连铸直接复合成形法制备的层状金属复合材料的基材晶粒粗大且成分和组织分布不均匀，界面层的厚度较大且难以控制；而当采用Novelis Fusion
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复合板材挤压铸造法制备包复铝板坯时，复合板坯基材内的晶粒细小且组织致密，界面层的厚度较小且易于控制，但其产品形式单一、生产灵活性较低，不能用来生产管状金属包复材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备与工艺，以使其生产工艺流程短，工艺简单，生产灵活高效，材料利用率高，节约能源，环境负担小，产品种类多且制造成本低，适用于大规模工业生产，易于实现工业自动化和智能化制
造，设备简单且一次性投资较小，并能实现复合界面完全洁净且界面层厚度较小并易于控制的、基材的晶粒细小且成分和组织较为均匀的、包覆层金属的熔点或者熔化温度高于芯部金属的熔点或者熔化温度的管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备由包覆层金属熔体的静置保温炉(I)12、电磁定量泵(I)11和导流管(I)8与芯部金属熔体的静置保温炉(II)30、电磁定量泵(II)29和导流管(II)27、压铸直接复合成形模具、模温机、水管(5.3，5.3，6.1和6.2)、PTR型热电阻温度传感器5.1和热电偶(II)6.7、挤压铸造机及其料饼剪切装置25、脱模剂喷涂装置22、抓料机械手23、CNC机加工设备以及其他辅助装置组成；其中，压铸直接复合成形模具由芯杆1、芯管2、套筒3、动模(I)4、动模(II)5、定模6、支撑块7、模座9、包覆层金属熔体的压射冲头(I)13、芯部金属熔体的压射冲头(II)14、芯管座板17、动模座板19、拉杆(I)21、拉杆(II)20、拉杆(III)18、模具滑块24、推料机构15和标准连接件(定位销28、内六方螺栓16、螺栓26、螺母31)构成。其特征在于：(1)芯杆1由芯杆上部1a与单头模芯1b或者多头模芯1c螺纹连接而成；(2)芯管2由倒柱锥台结构的芯管本体2.2与芯管支承板2.1紧固螺接而成，并通过拉杆(III)18与芯管座板17相螺接在一起；芯管座板17在其顶端与挤压铸造机的主液压缸柱塞相螺接；芯管座板17顶端螺纹的下方设置有电磁开关(I)17.1；(3)套筒3同轴布置在芯管本体2.2的外侧，且其顶端法兰盘的内径略微小于芯管本体2.2倒锥台上端面的直径，以利于控制与模芯2倒锥台上端面相接触的套筒3的运动状态和位置；法兰盘的上表面设置有高度差约为0.5～8mm的二级台阶，合模时与可水平移动的模具滑块24相配合，可以灵活控制套筒3下端面的相对位置；模具滑块24的外端与挤压铸造机的第一气缸柱塞相连接；套筒3下端外侧与动模(I)4下部包覆层金属残料室4.2b相对应的位置上设置有一对内凹台阶，以便于合模后能够使动模(I)中的包覆层金属残料室4.2b和排气孔4.1a和4.2c与包覆层金属成形模腔(I)和贮料筒(I)6.4c相连通；(4)动模(I)由动模支承板(I)4.1、动模镶块(I)4.2和动模套板(I)4.3构成，并通过拉杆(II)20与动模座板19紧固螺接在一起；动模座板19通过其顶端的对称布置的螺柱与挤压铸造机的第一副液压缸柱塞相螺接；在螺柱内侧对称设置有拉杆(III)18的过孔；在动模座板19的中央设置有电磁开关(III)19.2，而在动模座板19的两端设置有电磁开关(II)19.1；通过对电磁开关(I)17.1和电磁开关(III)19.2启闭状态的联动调节来控制芯杆上部1a下方的单头模芯1b或者多头模芯1c的运动状态和位置，而通过对电磁开关(II)19.1启闭状态的调节来控制与穿过其中的拉杆(I)21的下端相螺接的动模(II)5的运动状态和位置；动模(II)5由动模支承板(II)5.4、动模镶块(II)5.5和动模套板(II)5.6构成；(5)在动模支承板(I)4.1上设置有相应的排气孔4.1a；动模镶块(I)4.2上包含有导套孔(I)4.2a、包覆层金属残料室4.2b、排气孔4.2c和芯部金属残料室4.2d；(6)动模镶块(II)5.5上包含有导柱(I)5.5a、热电阻温度传感器插孔5.5b、同轴水冷套5.5c及其进/出水管道、复位杆通道5.5d和导套孔(II)5.5e；动模套板(II)5.6的侧壁上设置有一个圆形垛口，便于同轴水冷套5.5c通过出水管5.2和进水管5.3与外部模温机相应的冷却管道相连接；(7)定模6由定模支承板6.3、定模镶块6.4和定模套6.5通过螺栓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备，包括包覆层金属熔体的静置保温炉(I)12、电磁定量泵(I)11和导流管(I)8与芯部金属熔体的静置保温炉(II)30、电磁定量泵(II)29和导流管(II)27、压铸直接复合成形模具、模温机、水管(5.3，5.3，6.1和6.2)、PTR型热电阻温度传感器5.1和热电偶6.7、挤压铸造机及其料饼剪切装置25、脱模剂喷涂装置22、抓料机械手23、CNC机加工设备以及其他辅助装置；其特征在于：(1)压铸直接复合成形模具的模腔(I)与模腔(II)是管状金属包复材料33的成形场所，在挤压铸造机的高压压力下实现材料的成形过程。(2)静置保温炉(I)12和静置保温炉(II)30分别是制备管状金属包复材料33所需包覆层金属熔体、芯部金属熔体的贮存单元。(3)电磁定量泵(I)11和电磁定量泵(II)29是分别通过包覆层金属熔体的导流管(I)8和浇道(I)6.4a、或者芯部金属熔体的导流管(II)27和浇道(II)6.4k为压铸直接复合成形模具的贮料筒(I)6.4c和贮料筒(II)6.4f定量浇注包覆层金属熔体、或者芯部金属熔体的动力装置。(4)压铸直接复合成形模具的温度调控系统主要由模温机、PTR型热电阻温度传感器5.1、热电偶6.7和冷却介质及其循环管路系统构成。(5)脱模剂喷涂装置22是为模具零件工作表面喷涂专用脱模剂的设备；挤压铸造机的料饼剪切装置25是用于切除管状金属包复材料33下端料饼的专门工具；无料饼的管状金属包复材料34被与挤压铸造机的气缸柱塞相连的模具系统的推料机构15顶出模腔，再被抓料机械手23抓取并转移到CNC机加工设备工位。(6)无料饼的管状金属包复材料34在经过CNC设备的精加工后被转入后加工工序，最终获得制成品。2.根据权利要求1所述的一种管状金属包复材料挤压铸造直接复合成形设备，其特征在于：所述的压铸直接复合成形模具由芯杆1、芯管2、芯管座板17、拉杆(III)18、套筒3、模具滑块24、动模(I)4、拉杆(II)20、动模座板19、拉杆(I)21、动模(II)5、定模6、支撑块7、模座9、包覆层金属熔体的压射冲头(I)13、芯部金属熔体的压射冲头(II)14、推料机构15和标准紧固件(定位销28、内六方螺栓16、螺栓26、螺母31)构成；其中，(1)芯杆1由芯杆上部1a与单头模芯1b或者多头模芯1c紧固螺接而成；(2)芯管2由芯管本体2.2与芯管支承板2.1紧固螺接而成，并通过拉杆(III)18与芯管座板17相螺接；芯管座板17通过其中央顶端螺纹与挤压铸造机的主液压缸柱塞相连接，而在其顶端螺纹下侧设置有电磁开关(I)17.1；(3)套筒3同轴布置在芯管本体2.2的外侧，且其顶端法兰盘的内孔径略微小于芯管本体2.2倒锥台上端面的直径；法兰盘的上表面设置有高度差约为0.5～8mm的二级台阶，合模时与可水平移动的模具滑块24相配合，可以灵活控制套筒3下端面的相对位置；模具滑块24的外端与挤压铸造机的第一气缸柱塞相连接；在完全合模时，套筒3下端外沿在其对应于动模(I)4上包覆层金属残料室4.2b的位置处设置有内凹垛口，将模腔(I)与残料室4.2b和排气孔4.2c和4.1a相连通；当套筒3的底面升至模具分型面(I)上方较小距离而被模具滑块24重新锁定位置后，套筒3底面下方的环形空隙即成为连接模腔(II)与残料室4.2d和排气孔4.2c和4.1a的通道；(4)动模(I)4由动模支承板(I)4.1、动模镶块(I)4.2和动模套板(I)4.3构成，并通过拉杆(II)20与动模座板19紧固螺接在一起；在动模座板19的中央设置有芯杆上部1.1的过孔和电磁开关(III)19.2；在电磁开关(III)19.2的两侧对称设置有拉杆(III)18的过孔和与挤压铸造机的第一副液压缸柱塞相螺接的螺柱；在动模座板19的两端对称设置有电磁开关(II)19.1；通过对电磁开关(I)17.1和电磁开关(III)19.2启闭状态的联动调节来控制芯杆上部1a下方的单头模芯1b或者多头模芯1c的运动状态和位置，而通过对电磁开关(II)19.1启闭状态的调节来控制与穿过其中的拉杆(I)21的下端相螺接的动模(II)5的运动状
态和位置；动模(II)5由动模支承板(II)5.4、动模镶块(II)5.5和动模套板(II)5.6组成；(5)定模6由定模支承板6.3、定模镶块6.4和定模套6.5通过螺栓(和螺母)26紧固连接而成，并通过支撑块7与模座9紧固连接在一起；模座9通过定位销28和内六方螺栓16与挤压铸造机的工作平台10紧固连接在一起；(6)在模座9的下方，压射冲头(I)13、压射冲头(II)14以及推力杆15.7分别与挤压铸造机的第二、第三副液压缸柱塞以及第二气缸柱塞相螺接；而在模座9的上方，推料机构15由推杆固定板15.1、推板15.2、推板导套15.3、推板导柱15.4、推杆15.5、复位杆15.6和推力杆15.7构成，并通过推板导柱15.4的上端与定模套6.5螺接在一起；(7)在动模支承板(I)4.1上设置有相应的排气孔4.1a；动模镶块(I)4.2内包含有导套孔(I)4.2a、包覆层金属残料室4.2b、排气孔4.2c和芯部金属残料室4.2d；动模镶块(II)5.5内包含有导柱(I)5.5a、热电阻温度传感器插孔5.5b、同轴水冷套5.5c及其进出水管道、复位杆通道5.5d和导套孔(II)5.5e；在动模套板(II)5.6的侧壁上开设有温度传感器5.1和进、出水管5.3和5.2的过孔；定模镶块6.4内包含有包覆层金属熔体的浇道(I)6.4a、导流管(I)8和导流管(II)27的安装孔6.4b、包覆层金属熔体的贮料筒(I)6.4c、C形隔热腔6.4d、推杆通道6.4e、芯部金属熔体的贮料筒(II)6.4f、同轴水冷套6.4g及其进/...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亚军，张靖，
申请(专利权)人：张靖，
类型：发明
国别省市：