CN108655404B - 一种金属连续成形方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属连续成形装置及方法，该方法为采用能源枪对坯料进行加热，然后进行连续挤压。坯料为金属粉末材料。一种金属连续成形装置，包括挤压轮，挤压轮上设置有挤压槽，挤压轮一侧设置有模腔，模腔内设置有模具，模具下方设置有堵头，堵头设置在挤压轮和模腔之间，堵头采取组合式镶嵌结构具体包括公堵头和母堵头，母堵头与模腔为一体成型设计，公堵头和挤压槽相互配合。挤压轮上方设置有输料管，挤压轮和输料管之间设置有能量枪，本发明通过多次对材料进行剪切挤压，能够较好地将材料内的微小气泡排除，消除粗大的枝晶组织，增加产品的均匀性，从而能够有效提高产品的性能。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，具体为一种金属连续成形方法及装置。
背景技术
专利201610194007.0公开了一种液态金属多线槽连续成形装置与连续成形方法。一种液态金属多线槽连续成形装置包括挤压轮和进料靴，挤压轮和进料靴安装在机架上，进料靴弧形槽末端的模座上安装有挤压模具和挡料鼻；挤压轮包括挤压轮冷却系统和挤压轮表面环状凹形轮槽；进料靴包括进料靴冷却系统、预热系统和进料靴弧形槽；进料靴弧形槽与挤压轮表面环状凹形轮槽之间形成进料型腔。液态金属多线槽连续成形方法，包括浇注、冷却、挤压成形。本发明可以同时生产2-15根产品，在不增加设备数量的条件下，多轮槽的设备提高效率2-15倍，降低了生产成本，易于大规模工业化生产，且可用于纯金属和铝合金、锌合金、镁合金、锡合金、铜合金等合金属的高效率、连续化生产。
但是该专利存在以下问题：1、由于液态金属内存在微小的气泡，如不能将这些气泡消除，将直接影响成型后产品的质量；2、无法成型高合金材料，因为高合金材料液态时元素偏析严重，且变形抗力大，现有材料不能满足强度和硬度要求；3、成型的合金材料成分不均匀，导致性能差异较大。
发明内容
（一）解决的技术问题
本发明的目的在于通过本发明能够将金属中气泡在成形时去除，防止影响产品的质量；制备的材料成分均匀，晶粒细小，性能更优。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种金属连续成形装置，包括挤压轮，所述挤压轮上设置有挤压槽，所述挤压轮一侧设置有模腔，模腔上设置有模具，模具下方设置有堵头，堵头设置在挤压轮和模腔之间，其特征在于，所述挤压轮上方设置有输料管，挤压轮和输料管之间设置有能量枪，堵头采取组合式镶嵌结构具体包括公堵头和母堵头，母堵头与模腔为一体成型设计，公堵头和挤压槽相互配合。
作为上一步优选方案，所述公堵头的过度斜面角度为30-60°，过渡地方采用圆角结构，公堵头两端在宽度上存在0.5-2°的过渡，挤压比1-100。
作为上一步优选方案，所述能量枪为激光能量枪或电子束能量枪或离子束能量枪或中子束能量枪
一种金属材料成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）、将金属粉末材料输送到挤压轮轮槽，同时用能量枪照射金属粉末，使其温度达到0.1-1.2T，其中T为该金属粉末的熔点；
2）、挤压轮旋转，带动粉末进入模腔与挤压轮形成的半封闭空间内（业内称挤压筒）；
3）、粉末在堵头前受阻，实现初步挤压，消除粉末颗粒间的部分间隙；
4）、粉末受力达到某一极限值时，发生转向流动，沿着堵头前的通道进入模腔内部，此时材料在转向过程中实现剪切挤压，消除大部分空隙，以及部分粗大的组织；
5）、材料在模具内堆积，再次实现挤压，消除空隙；
6）、当压力达到某一临界值时，材料通过模具定径带成形，此过程材料再次受到正挤压和剪切挤压，再次致密化材料/细化组织和消除空隙；
7）、产品成型。
作为上一步优选方案，所述步骤4）中极限值为该材料的屈服极限。
作为上一步优选方案，所述步骤6）中临界值为该材料的屈服极限。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明通过多次对材料进行挤压，能够较好地将材料内的微小气泡排除，增加产品的均匀性，从而能够有效提高产品的质量。可实现连续加工高合金/易偏析金属材料，使制备的材料成分均匀，晶粒细小（1-5微米），性能更优。该方法能够将金属中气泡、孔隙和粗大的枝晶相在成形时去除，防止影响产品的性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明堵头结构示意图；
图3是本发明模具剖视结构示意图。
图中：1、挤压轮，2、挤压槽，3、输料管，4、能量抢，5、模腔，6、模具，7、堵头，71、公堵头，72、母堵头，73、圆角结构。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1-3所示，本发明实施例提供一种金属连续成形装置，包括挤压轮1，所述挤压轮上设置有挤压槽2，所述挤压轮一侧设置有模腔5，模腔上设置有模具6，模具下方设置有堵头7，堵头设置在挤压轮和模腔之间，所述挤压轮上方设置有输料管3，挤压轮和输料管之间设置有能量枪4，堵头采取组合式镶嵌结构具体包括公堵头71和母堵头72，母堵头与模腔为一体成型设计，公堵头和挤压槽相互配合。
作为上一步优选方案，所述公堵头的过度斜面角度为30-60°，过渡地方采用圆角结构73，堵头两端在宽度上存在0.5-2°的过渡，挤压比1-100。
实施例2：
一种金属材料成形方法，包括如下步骤：
1）、将金属粉末材料输送到挤压轮轮槽，同时用能量枪照射金属粉末，使其温度达到0.1-1.2T，其中T为该金属粉末的熔点；
2）、挤压轮旋转，带动粉末进入模腔与挤压轮形成的半封闭空间内（业内称挤压筒）；
3）、粉末在堵头前受阻，实现初步挤压，消除粉末颗粒间的部分间隙；
4）、粉末受力达到某一极限值时，发生转向流动，沿着堵头前的通道进入模腔内部，此时材料在转向过程中实现剪切挤压，消除大部分空隙，以及部分粗大的组织；
5）、材料在模具内堆积，再次实现挤压，消除空隙；
6）、当压力达到某一临界值时，材料通过模具定径带成形，此过程材料再次受到正挤压和剪切挤压，再次致密化材料/细化组织和消除空隙；
7）、产品成型。
作为上一步优选方案，所述步骤4）中极限值为该材料的屈服极限。
作为上一步优选方案，所述步骤6）中临界值为该材料的屈服极限。
具体工作原理：
请阅图1至图3，当材料粉末从输料管落下时，能量枪对材料进行加热，挤压轮旋转，带动粉末进入模腔与挤压轮形成的半封闭空间内，粉末在堵头前受阻，实现初步挤压，消除粉末颗粒间的部分间隙；粉末受力达到某一极限值时，发生转向流动，沿着堵头前的通道进入模腔内部，此时材料在转向过程中实现剪切挤压，消除大部分空隙，以及部分粗大的组织；材料在模具内堆积，再次实现挤压，消除空隙；当压力达到某一临界值时，材料通过模具定径带成形，此过程材料再次受到正挤压和剪切挤压，再次致密化材料/细化组织和消除空隙；产品成型。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (1)
1.一种金属连续成形装置，包括挤压轮，所述挤压轮上设置有挤压槽，所述挤压轮一侧设置有模腔，模腔上设置有模具，模具下方设置有堵头，堵头设置在挤压轮和模腔之间，其特征在于，所述挤压轮上方设置有输料管，挤压轮和输料管之间设置有能量枪，堵头采取组合式镶嵌结构具体包括公堵头和母堵头，母堵头与模腔为一体成型设计，公堵头和挤压槽相互配合；所述公堵头的过度斜面角度为30—60°，过渡地方采用圆角结构；公堵头两端在宽度上存在0.5—2°的过渡，挤压比1—100；所述能量枪为激光能量枪或电子束能量枪或离子束能量枪或中子束能量枪，能量枪用于照射金属粉末，使金属粉末的温度达到0.1—1.2T，其中T为该金属粉末的熔点。
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