CN101745566A - 高精度金属非晶管制备方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种高精度金属非晶管的制备设备，包括：一个上模(202)，一个下模(201)，所述下模与所述上模在闭合后形成一个模腔(203)，所述模腔(203)具有一个直径加大部分(204)和位于所述直径加大部分(204)的两侧的定位部分(206)，其中，所述直径加大部分(204)的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的外径，所述定位部分(206)的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的目标内径。本发明还涉及高精度金属非晶管的制备方法。

Description

高精度金属非晶管制备方法和装置
技术领域
本发明涉及一种高精度金属非晶管的制备设备和方法。
背景技术
非晶是指组成物质的分子(或原子、离子)不呈空间有规则周期性排列的固体。它没有一定规则的外形，如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点。所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。
非晶态固体包括非晶态电介质、非晶态半导体、非晶态金属。它们有特殊的物理、化学性质。例如金属玻璃(非晶态金属)比一般(晶态)金属的强度高、弹性好、硬度和韧性高、抗腐蚀性好、导磁性强、电阻率高等。这使非晶态固体有多方面的应用。它是一个正在发展中的新的研究领域，近年来得到迅速的发展。
金属非晶材料在工程上有非常重要的应用，而其成形则是重要的课题。
就管材成形而言，一种已知的方案是所谓的“喷铸成形”。如图1所示，在这种喷铸成形方法中，以标号3表示的金属非晶材料现在一个熔腔1中通过被加热装置2所加热至液相。然后借助高压气体4使非晶材料3快速通过铸模5的柱形内腔6；此时，一部分液相的高温非晶材料接触到冷的内腔6的壁，而发生局部冷凝，而靠近内腔6的中心的高温非晶材料则继续在高压气体4的驱动下向图1中所示的下方方向移动。这样，在内腔6的壁上冷凝下一层非晶材料，从而形成了非晶材料管，而剩余的非晶材料从铸模5的另一侧的出口7排出。
用这种喷铸成形制作的管材有个问题，即管的内壁的精度较差。这是迫切需要解决的。
发明内容
为了解决上述问题，本发明人提出了一种新颖的解决方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种高精度金属非晶管的制备设备，包括：一个上模；一个下模；所述下模与所述上模在闭合后形成一个模腔，所述模腔具有一个直径加大部分和位于所述直径加大部分的两侧的定位部分，其中，所述直径加大部分的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的外径，每个所述定位部分的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的目标内径。
根据本发明的另一个方面，提供了一种高精度金属非晶管的制备方法，包括：
把待加工的金属非晶置于一个模腔中，所述模腔包括一个直径加大部分和位于所述直径加大部分的两侧的定位部分，直径加大部分的直径在精度范围内等于所要加工的金属非晶管的外径，每个定位部分的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的目标内径；
把一个内成形工具的一个引导部分穿过待加工的金属非晶，所述内成形工具具有所述引导部分和一个工作部分，所述工作部分的直径在精度范围内等于所要加工的金属非晶管的目标内径；
把置于所述模腔中的所述待加工的金属非晶加热至其玻璃转变温度；
使所述内成形工具的所述工作部分穿过处于过冷液相区的金属非晶。
根据本发明的另一个方面，提供了一种高精度金属非晶管的制备方法，其特征在于包括：
把待加工的金属非晶置于一个模腔中，所述模腔包括一个直径加大部分和位于所述直径加大部分的两侧的定位部分，直径加大部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的外径，每个所述定位部分的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的目标内径；
使一个内成形工具的一个引导部分穿过模腔；
把置于所述模腔中的所述待加工的金属非晶加热至其玻璃转变温度；
在置于所述模腔中的所述待加工的金属非晶处于过冷液相区温度的情况下，使所述内成形工具的所述工作部分穿过模腔。
附图说明
图1是示意图，用于说明现有技术的喷铸成形方法。
图2是示意图，用于说明本发明的实施例。
具体实施方式
当晶体从外界吸收热量时，其内部分子、原子的平均动能增大，温度也开始升高，但并不破坏其空间点阵，仍保持有规则排列。继续吸热达到一定的温度——熔点时，其原子运动的剧烈程度可以破坏其有规则的排列，空间点阵也开始解体，于是晶体开始变成液体。在晶体从固体向液体的转化过程中，吸收的热量用来一部分一部分地破坏晶体的空间点阵，所以固液混合物的温度并不升高。当晶体完全熔化后，随着从外界吸收热量，温度又开始升高。
非晶体由于分子、原子的排列不规则，吸收热量后不需要破坏其空间点阵，只用来提高平均动能，所以当从外界吸收热量时，便由硬变软，最后变成液体。所以，非晶体材料有一个软化状态。
本发明就是通过把金属非晶材料加热到其软化状态来实现高精度金属非晶管的制作。
以下结合附图描述本发明的实施例。应当注意的是，附图的显示不是按照实际比例的，也不是等比例的，而只是示意的显示。
图2是根据本发明的一个实施例的高精度金属非晶管的制备设备的剖视示意图，该设备包括一个下模201和一个上模202。上模201和下模202合模后形成圆柱形模腔203。
模腔203具有一个直径加大部分204。直径加大部分204的长度基本上等于所要加工的金属非晶管205的长度，直径加大部分204的直径在精度范围内等于所要加工的金属非晶管205的外径。
模腔203的直径加大部分204两侧是定位部分206。定位部分206的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的目标内径。
待加工的金属非晶205被置于模腔203的直径加大部分204中。作为一种具体的实施方式，待加工的金属非晶205可以是用传统的方法(如上述“喷铸成形”法)制成的金属非晶管，其外径在精度范围内等于直径加大部分204的直径，其内径则只能达到大致等于所要制备的高精度金属非晶管的内径的程度。
一个内成形工具207可以由诸如钢丝或其他适当材料构成。其可以具有一个引导部分208和一个工作部分209。工作部分209的直径在精度范围内等于所要加工的金属非晶管205的目标内径，即，工作部分209的直径在精度范围内等于定位部分206的直径。或者，作为一种替代方案，工作部分209的直径可在容差范围内略小于定位部分206的直径。
引导部分208的直径稍小，以使其能够容易穿过待加工的金属非晶管205。作为一种具体方案，可以通过对作为内成形工具207的直径一致的钢丝/钢杆的一部分进行打磨，而获得直径较小的引导部分208。
在本发明的加工方法的一个实施例中，把内成形工具207的引导部分208穿过待加工的金属非晶管205，再把金属非晶管205连同内成形工具207一起放置在模腔203中，使金属非晶管205被置于直径加大部分204中，并使成形工具207露在金属非晶管205之外的部分穿过定位部分206，且使成形工具207的引导部分208的头端处于模腔203(的下游端)之外。
然后闭合上模202和下模201。此时，金属非晶管205被置于直径加大部分204中，成形工具207则在模腔203中延伸且其头端处于模腔203之外。
对闭合的上、下模202、201连同其中的金属非晶管205进行加热，使金属非晶管205达到使其处于软化状态的一个工作温度。该工作温度低于金属非晶管材料的熔化温度。具体的加热方法包括感应法、热油法、熔岩法等，相应的加热装置则包括感应加热装置、热油加热装置、熔岩加热装置。其中热油法和熔岩法相对更为优选，因为它们容易实现均匀加热。
借助成形工具207露出模腔203的部分，用一个牵引装置(未显示)对成形工具207进行牵引，迫使其工作部分209穿过待加工的金属非晶管205。工作部分209的熔化温度显著高于所述工作温度，所以工作部分209的变形可以忽略。因此，工作部分209穿过待加工的金属非晶管205，使待加工的金属非晶管205的内径以很高的精度达到了工作部分209的外径的数值，从而实现了高精度金属非晶管。
作为一种替换实施例，使成形工具207的引导部分208通过待加工的金属非晶205的操作也可以在把金属非晶205的放置到模腔203中的操作之后或之中进行。
作为一种替换实施例，使成形工具207的引导部分208通过待加工的金属非晶205的操作也可以在把金属非晶205加热至其玻璃转变温度的操作之后或之中进行。
借助本发明的技术方案，能够以简单的设备和工艺，解决金属非晶管的高精度成形难题。

Claims (7)

1.高精度金属非晶管的制备设备，其特征在于包括：
一个上模(202)，
一个下模(201)，所述下模与所述上模在闭合后形成一个模腔(203)，所述模腔(203)具有一个直径加大部分(204)和位于所述直径加大部分(204)的两侧的定位部分(206)，
其中，所述直径加大部分(204)的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的外径，每个所述定位部分(206)的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的高精度金属非晶管的目标内径。
2.如权利要求1所述的制备设备，进一步包括：
加热装置，用于对所述上模和下模以及设置在其中的待加工金属非晶进行加热，从而使金属非晶达到其玻璃转变温度。
3.根据权利要求2的制备设备，其中所述加热装置包括感应加热装置、热油加热装置、熔岩加热装置中的至少一种。
4.高精度金属非晶管的制备方法，其特征在于包括：
把待加工的金属非晶(205)置于一个模腔(203)中，所述模腔包括一个直径加大部分(204)和位于所述直径加大部分(204)的两侧的定位部分(206)，直径加大部分(204)的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的外径，每个所述定位部分(206)的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的目标内径；
把一个内成形工具(207)的一个引导部分(208)穿过待加工的金属非晶(205)，所述内成形工具(207)具有所述引导部分(208)和一个工作部分(209)，所述工作部分(209)的直径在精度范围内等于所要加工的金属非晶管的目标内径；
把置于所述模腔(203)中的所述待加工的金属非晶(205)加热至其玻璃转变温度；
使所述内成形工具(207)的所述工作部分(209)穿过被置于所述模腔(203)中并处于过冷液相区温度的所述金属非晶(205)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中加热所述金属非晶的操作是借助感应加热装置、热油加热装置、熔岩加热装置中的至少一种而进行的。
6.高精度金属非晶管的制备方法，其特征在于包括：
把待加工的金属非晶(205)置于一个模腔(203)中，所述模腔包括一个直径加大部分(204)和位于所述直径加大部分(204)的两侧的定位部分(206)，直径加大部分(204)的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的外径，每个所述定位部分(206)的至少一部分的直径在精度范围内等于所要制备的金属非晶管的目标内径；
使一个内成形工具(207)的一个引导部分(208)穿过模腔(203)；
把置于所述模腔(203)中的所述待加工的金属非晶(205)加热至其玻璃转变温度；
在置于所述模腔(203)中的所述待加工的金属非晶(205)处于过冷液相区温度的情况下，使所述内成形工具(207)的所述工作部分(209)穿过模腔(203)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中加热所述金属非晶的操作是借助感应加热装置、热油加热装置、熔岩加热装置中的至少一种而进行的。
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