CN104889360A - 一种制备大型壁板型材的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制备大型壁板型材的方法及装置，属于材料加工技术领域。本发明所述方法将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温，通入雾化气体，把溶液雾化；将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。本发明所述装置包括雾化喷射装置、连续轧挤装置、保温容器。本发明所述方法缩短了工艺流程，且可以制备尺寸较大的大型壁板型材，同时制备得到的产品具有更好的组织，更高的力学性能。
Description
技术领域
本发明公开一种制备大型壁板型材的方法及装置，属于材料加工技术领域。
背景技术
大型壁板型材在宇航、航空、船舶上层结构、列车厢体、城市地铁、城市轻轨、汽车厢体、现代建筑、集装箱、导弹、机场跑道等方面应用广泛， 其目前生产方法主要有圆筒挤压法、扁筒挤压法和宽展挤压法和连续挤压法，由于前三种挤压法挤压力很大，易损坏模具模腔；连续挤压法挤压宽度小，最大宽厚比小，均不是理想的大型壁板型材的加工方法。四种挤压法生产能力及产品尺寸见下表：
目前喷射沉积技术应用普遍，但都是先制得疏松的沉积坯，然后利用致密化工艺对沉积坯进行致密化处理，致密化处理后的坯料才用来制备产品。这不仅增加了工序，浪费时间，且使成本上升，经济效益变差。
连续轧挤法的坯料为固态杆材或者板材，在加工过程中，需要对坯料进行加热，使其软化，增加金属的流动性，以便成形。连续轧挤法的动力完全来自于轧挤辊轮与坯料之间的摩擦力，摩擦力越大，动力越大。然而轧挤辊轮与固态坯料之间的运动存在打滑现象，这样摩擦力提供的动力难以克服金属的形变抗力，使其难以成形。另外，即使在加热的条件下加工固态金属，其变形抗力也是很大的，对动力、设备、材料强度要求较高，增加成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备大型壁板型材的方法，具体包括以下步骤：
（1）将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温（所述保温温度为T1+50℃~T1+200℃，其中，T1为原材料的熔点），通入雾化气体（通入雾化气体的压力为0.15～3Mpa），把溶液雾化；
（2）将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮（旋转速度3~17r/min）将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。
本发明的另一目的在于提供用于所述制备大型壁板型材的方法的装置，所述装置包括雾化喷射装置13、连续轧挤装置、保温容器15；
保温容器15与雾化喷射装置13的喷嘴17呈垂直密封连通；雾化喷射装置13的喷嘴17正对连续轧挤装置；
所述连续轧挤装置包括轧挤辊轮Ⅰ1、挤压靴2、模具压板3、模具4、轧挤辊轮Ⅱ5、导料槽6、模具成形槽7、挤压腔8、凹面9、出料槽10；轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5的一侧与喷嘴17正对，另一侧与挤压靴2的圆弧面相切，挤压靴2可以起到堵头的作用；模具4位于挤压靴2内，并通过模具压板3固定，模具压板3中间位置设置有出料槽10；模具4内部设有导料槽6，轧挤辊轮Ⅱ5、轧挤辊轮Ⅱ5、挤压靴2围成挤压腔8，模具4前端设置有模具成形槽7，挤压腔8、模具成形槽7、导料槽6、出料槽10依次连通；轧挤辊轮Ⅰ1轧挤辊轮Ⅱ5上均设有凹面9。
本发明所述喷嘴17截面形状为矩形，且尺寸为2mm×L～20mm×L，其中L为产品的宽度。
本发明所述凹面9处的直径比轧挤辊轮直径小H，H为产品的厚度。
本发明所述挤压腔8的高为1H～50H，宽为L+20mm～L+100mm；导料槽6的高为2H～10H，宽为L+50mm～L+200mm；出料槽10的高为3H～10H，宽为L+100mm～L+300mm；模具成形槽7的宽为L，高为H；其中，H为产品的厚度， L为产品的宽度。
本发明所述装置的工作过程：
（1）将熔炼好的金属溶液14盛装在保温容器15内；
（2）雾化喷射装置13用喷射出的雾化气体16将雾化的金属溶液12喷射到轧挤辊轮Ⅰ1和轧挤辊轮Ⅱ5的表面上，金属溶液贴附在轧挤辊轮Ⅰ1和轧挤辊轮Ⅱ5的表面；
（3）启动连续轧挤装置的电机带动轧挤辊轮旋转，所述轧挤辊轮Ⅰ1和轧挤辊轮Ⅱ5将其表面的所述原材料带入所述挤压腔8进行挤压，此时原材料为半固态原料，当所述半固态原料到达模具4前沿时，所述半固态原料被模具4阻挡停止前进，此时，轧挤辊轮Ⅰ1与轧挤辊轮Ⅱ5继续将喷射轧制后的所述原料推入挤压腔8进行挤压，由于在先入挤压靴2的所述半固态原料受到在后进入挤压靴2的所述半固态原料的挤压作用，使得在先进入挤压靴2的所述半固态原料在由挤压靴2、轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5形成的空间堆积，直至填满由挤压靴2、轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5组成的整个密封空间；
（4）半固态原料不断重复在先进料的轧制、堆积、的过程，直到所述半固态原料经过模具4的模具成形槽7实现连续挤出成形，得到所需产品，最终产品11通过导料槽6引导到出料槽10中送出，此时完成轧挤过程。
本发明的有益效果：
（1）本发明通过一步工序从液体金属直接制备高性能、截面复杂、尺寸较大的大型壁板型材；
（2）本发明所述方法工艺流程短，而且本发明所述方法制备得到大型壁板型材具有更好的组织，更高的力学性能。
附图说明
图1为本发明的工作原理图；
图2为本发明轧挤部分原理图；
图3为本发明轧挤部分主视图；
图4为本发明轧挤部分俯视图；
图5为本发明轧挤部分侧视图；
图6为本发明轧挤部分剖视图；
图7为本发明挤压腔内放大图；
图8为实施例3生产异型材模具截面图；
图9为实施例1生产壁板型材模具截面图；
图10为实施例2生产板材模具截面图；
图11喷射装置与保温容器装配的剖视图。
图中：1-轧挤辊轮Ⅰ；2-挤压靴；3-模具压板；4-模具；5-轧挤辊轮Ⅱ；6-导料槽；7-模具成形槽；8-挤压腔；9-凹面；10-出料槽；11-产品；12-雾化的金属液；13-喷射装置；14-金属溶液；15-保温容器；16-雾化气体；17-喷嘴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例以7075铝合金为处理对象，最终制备得到的铝合金壁板型材的长为3000mm，宽为1500mm，具体包括以下步骤：
（1）将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温（所述保温温度为770℃，其中，7075铝合金的熔点为638℃），通入雾化气体（通入雾化气体的压力为0.5Mpa），把溶液雾化；
（2）将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮（旋转速度8r/min）将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。
实现本实施例所述方法所用装置包括雾化喷射装置13、连续轧挤装置、保温容器15；保温容器15与雾化喷射装置13的喷嘴17呈垂直密封连通；雾化喷射装置13的喷嘴17正对连续轧挤装置；所述连续轧挤装置包括轧挤辊轮Ⅰ1、挤压靴2、模具压板3、模具4、轧挤辊轮Ⅱ5、导料槽6、模具成形槽7、挤压腔8、凹面9、出料槽10；轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5的一侧与喷嘴17正对，另一侧与挤压靴2的圆弧面相切，挤压靴2可以起到堵头的作用；模具4位于挤压靴2内，并通过模具压板3固定，模具压板3中间位置设置有出料槽10；模具4内部设有导料槽6，轧挤辊轮Ⅱ5、轧挤辊轮Ⅱ5、挤压靴2围成挤压腔8，模具4前端设置有模具成形槽7，挤压腔8、模具成形槽7、导料槽6、出料槽10依次连通；轧挤辊轮Ⅰ1轧挤辊轮Ⅱ5上均设有凹面9。其中，喷嘴17截面形状为矩形，且尺寸为20mm×L（30000mm），其中L为产品的宽度；凹面9处的直径比轧挤辊轮直径小H，H为产品的厚度(200mm)；所述挤压腔8的高为1H（200mm），宽为L+100mm（1600mm）；导料槽6的高为2H（400mm），宽为L+200mm（1700mm）；出料槽10的高为3H（600mm），宽为L+300mm（1800mm）；模具成形槽7的宽为L，高为H；其中，H为产品的厚度， L为产品的宽度。
本实施例制备得到的铝合金壁板型材长为3000mm，宽为1500mm，截面形状如图8所示。微观组织：晶粒细小，无宏观偏析；力学性能：抗拉强度高达540Mpa，延伸率达到13%。
实施例2
本实施例以铜为处理对象，具体包括以下步骤：
（1）将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温（所述保温温度为1284℃，其中，铜的熔点为1084℃），通入雾化气体（通入雾化气体的压力为3Mpa），把溶液雾化；
（2）将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮（旋转速度3r/min）将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。
实现本实施例所述方法所用装置包括雾化喷射装置13、连续轧挤装置、保温容器15；保温容器15与雾化喷射装置13的喷嘴17呈垂直密封连通；雾化喷射装置13的喷嘴17正对连续轧挤装置；所述连续轧挤装置包括轧挤辊轮Ⅰ1、挤压靴2、模具压板3、模具4、轧挤辊轮Ⅱ5、导料槽6、模具成形槽7、挤压腔8、凹面9、出料槽10；轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5的一侧与喷嘴17正对，另一侧与挤压靴2的圆弧面相切，挤压靴2可以起到堵头的作用；模具4位于挤压靴2内，并通过模具压板3固定，模具压板3中间位置设置有出料槽10；模具4内部设有导料槽6，轧挤辊轮Ⅱ5、轧挤辊轮Ⅱ5、挤压靴2围成挤压腔8，模具4前端设置有模具成形槽7，挤压腔8、模具成形槽7、导料槽6、出料槽10依次连通；轧挤辊轮Ⅰ1轧挤辊轮Ⅱ5上均设有凹面9。其中，喷嘴17截面形状为矩形，且尺寸为2mm×L（400mm），其中L为产品的宽度；凹面9处的直径比轧挤辊轮直径小H，H为产品的厚度（2mm）；所述挤压腔8的高为50H（100mm），宽为L+20mm（220mm）；导料槽6的高为10H（20mm），宽为L+50mm（250mm）；出料槽10的高为10H（20mm），宽为L+100mm（300mm）；模具成形槽7的宽为L，高为H；其中，H为产品的厚度， L为产品的宽度。
本实施例制备得到的铜壁板型材长为1000mm，宽为200mm，截面形状如图10所示。微观组织：晶粒细小，无宏观偏析；力学性能：抗拉强度高达348Mpa，IACS%达到96%。
实施例3
本实施例以锌为处理对象，最终制备得到的铝合金壁板型材的长为1500mm，宽为800mm，具体包括以下步骤：
（1）将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温（所述保温温度为470℃，其中，锌的熔点为420℃），通入雾化气体（通入雾化气体的压力为0.15Mpa），把溶液雾化；
（2）将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮（旋转速度17r/min）将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。
实现本实施例所述方法所用装置包括雾化喷射装置13、连续轧挤装置、保温容器15；保温容器15与雾化喷射装置13的喷嘴17呈垂直密封连通；雾化喷射装置13的喷嘴17正对连续轧挤装置；所述连续轧挤装置包括轧挤辊轮Ⅰ1、挤压靴2、模具压板3、模具4、轧挤辊轮Ⅱ5、导料槽6、模具成形槽7、挤压腔8、凹面9、出料槽10；轧挤辊轮Ⅰ1、轧挤辊轮Ⅱ5的一侧与喷嘴17正对，另一侧与挤压靴2的圆弧面相切，挤压靴2可以起到堵头的作用；模具4位于挤压靴2内，并通过模具压板3固定，模具压板3中间位置设置有出料槽10；模具4内部设有导料槽6，轧挤辊轮Ⅱ5、轧挤辊轮Ⅱ5、挤压靴2围成挤压腔8，模具4前端设置有模具成形槽7，挤压腔8、模具成形槽7、导料槽6、出料槽10依次连通；轧挤辊轮Ⅰ1轧挤辊轮Ⅱ5上均设有凹面9。其中，喷嘴17截面形状为矩形，且尺寸为10mm×L（8000mm），其中L为产品的宽度；凹面9处的直径比轧挤辊轮直径小H，H为产品的厚度（40mm）；所述挤压腔8的高为10H（400mm），宽为L+50mm（850mm）；导料槽6的高为5H（200mm），宽为L+100mm（900mm）；出料槽10的高为6H（240mm），宽为L+200mm（1000mm）；模具成形槽7的宽为L，高为H；其中，H为产品的厚度，L为产品的宽度。
本实施例制备得到的锌壁板型材长为1500mm，宽为800mm，截面形状如图9所示。微观组织：晶粒细小，无宏观偏析；具有很好的抗电磁功效，IACS%达到32%。
Claims (8)
1.一种制备大型壁板型材的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
（1）将金属材料进行熔炼后得到金属溶液，对金属溶液进行保温，通入雾化气体，把溶液雾化；
（2）将雾化后的金属溶液喷射沉积到轧挤辊轮上，旋转的轧挤辊轮将半固态金属浆料带入挤压腔内进行轧挤，在轧挤力的作用下通过模具成形。
2.根据权利要求1所述的制备大型壁板型材的方法，其特征在于：通入雾化气体的压力为0.15～3Mpa。
3.根据权利要求1所述的制备大型壁板型材的方法，其特征在于：所述轧挤辊轮的旋转速度3~17r/min。
4.根据权利要求1所述的制备大型壁板型材的方法，其特征在于：所述保温温度为T1+50℃~T1+200℃，其中，T1为原材料的熔点。
5.权利要求1所述的制备大型壁板型材的方法所用装置，其特征在于：包括雾化喷射装置（13）、连续轧挤装置、保温容器（15）；
保温容器（15）与雾化喷射装置（13）的喷嘴（17）呈垂直密封连通；雾化喷射装置（13）的喷嘴（17）正对连续轧挤装置；
所述连续轧挤装置包括轧挤辊轮Ⅰ（1）、挤压靴（2）、模具压板（3）、模具（4）、轧挤辊轮Ⅱ（5）、导料槽（6）、定径带（7）、挤压腔（8）、凹面（9）、出料槽（10）；轧挤辊轮Ⅰ（1）、轧挤辊轮Ⅱ（5）的一侧与喷嘴（17）正对，另一侧与挤压靴（2）的圆弧面相切；模具（4）位于挤压靴（2）内，并通过模具压板（3）固定，模具压板（3）中间位置设置有出料槽（10）；模具（4）内部设有导料槽（6），轧挤辊轮Ⅱ（5）、轧挤辊轮Ⅱ（5）、挤压靴（2）围成挤压腔（8），模具（4）前端设置有模具成形槽（7），挤压腔（8）、模具成形槽（7）、导料槽（6）、出料槽（10）依次连通；轧挤辊轮Ⅰ（1）轧挤辊轮Ⅱ（5）上均设有凹面（9）。
6.根据权利要求5所述的制备大型壁板型材的方法所用装置，其特征在于：所述喷嘴（17）截面形状为矩形，且尺寸为2mm×L～20mm×L，其中L为产品的宽度。
7.根据权利要求5所述的制备大型壁板型材的方法所用装置，其特征在于：所述凹面（9）处的直径比轧挤辊轮直径小H，H为产品的厚度。
8.根据权利要求5所述的制备大型壁板型材的方法所用装置，其特征在于：所述挤压腔（8）的高为1H～50H，宽为L+20mm～L+100mm；导料槽（6）的高为2H～10H，宽为L+50mm～L+200mm；出料槽（10）的高为3H～10H，宽为L+100mm～L+300mm；模具成形槽（7）的宽为L，高为H；其中，H为产品的厚度， L为产品的宽度。
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