CN110102867B - 一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头 - Google Patents

一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自进料搅拌摩擦挤出装置，包括支撑筒，支撑筒中设置有模具，模具中设置有第一搅拌头，第一搅拌头的侧壁和底部均设置有螺旋凹槽，第一搅拌头的侧壁上的螺旋凹槽由上而下依次分为进料段和混合段，第一搅拌头的底端与模具的底端存在间隔，第一搅拌头上设置有挤出端口；还包括一端通入模具的型腔内且正对混合段的送料筒，送料筒内设置有与送料筒同轴的螺杆，送料筒上还设置有与送料筒内部相通的第一进料斗；支撑筒的侧壁顶部设置有第二进料斗，第二进料斗一端穿过支撑筒的侧壁和模具的侧壁伸入模具的内部且正对进料段的顶部。本发明自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头实现了自动进料和连续挤出。

Description

一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头
技术领域
本发明涉及材料成型技术领域，特别是涉及一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头。
背景技术
科学技术的迅速发展对材料的性能提出了越来越高的要求，传统材料已经存在一定的局限性，如铝合金弹性模量低、热膨胀系数大、钛合金热导率低等。金属基复合材料因具有高的比强度、比刚度和高温性能，已经成为很多企业和科研单位的研究重点。制备工艺是影响复合材料性能及应用的一个关键因素。在以往的制备方法如搅拌铸造法中先将基体金属熔化，再向熔融状态的基体金属中加入增强相如CNTs、SiC颗粒等，这种方法的不足是容易造成增强相与基体金属的分离以及结晶缺陷。
现有技术中的搅拌摩擦挤出工艺虽然能够实现材料的挤出成型，且整个过程中材料并未熔化，避免了高温冷却过程中常见的缺陷，但需事先在筒形件中装好预先混合好的金属粉末，没有实现连续挤出，限制了其在工业中规模化地应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头，以解决上述现有技术存在的问题，实现自进料和连续挤出。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）元素粉末或合金粉末的机械混合；
（2）自进料并送料；
（3）搅拌头驱动材料向挤出端口迁移；
（4）材料被挤出成形。
优选地，所述的元素粉末或合金粉末是指金属、金属陶瓷、陶瓷、塑料或其他可被挤出成形的材料；所述元素粉末或合金粉末的呈微粒、粉末或碎屑状，所述元素粉末或合金粉末也可以是其他具备压实挤出的细小结构体。
优选地，所述自进料是指搅拌头在旋转中，元素粉末或合金粉末通过搅拌头自身的螺旋凹槽进入模具中；所述送料是指元素粉末或合金粉末通过螺杆等送料机构输送进入模具中。
优选地，所述送料还可以通过挤压预制体将材料逐步压入模具中；预制体是指元素粉末或合金粉末通过制备工艺形成块状或棒状结构体。
优选地，所述的挤出端口设置在所述搅拌头上。
本发明还提供一种实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌头，包括轴肩，还包括进料段、混合段和挤出端口，元素粉末或合金粉末能够通过所述进料段进入所述混合段。
优选地，所述进料段和所述混合段均设有螺旋凹槽，所述进料段的螺旋凹槽与所述混合段的螺旋凹槽相连通。
本发明还提供一种实现上述自进料搅拌摩擦挤出方法的自进料搅拌摩擦挤出装置，包括支撑筒，所述支撑筒中设置有模具，所述模具中设置有第一搅拌头，所述第一搅拌头为上述的自进料搅拌头，所述第一搅拌头的侧壁和底部均设置有螺旋凹槽，所述第一搅拌头的侧壁上的螺旋凹槽由上而下依次分为进料段和混合段，所述第一搅拌头的底端与所述模具的底端存在间隔，所述第一搅拌头上设置有挤出端口；还包括一端通入所述模具的型腔内且正对所述混合段的送料筒，所述送料筒内设置有与所述送料筒同轴的螺杆，所述送料筒上还设置有与所述送料筒内部相通的第一进料斗；所述支撑筒的侧壁顶部设置有第二进料斗，所述第二进料斗一端穿过所述支撑筒的侧壁和所述模具的侧壁伸入所述模具的内部且正对所述进料段的顶部。
优选地，所述进料段与所述模具的内壁贴合，所述混合段与所述模具的内壁存在间隙；所述支撑筒的侧壁和所述送料筒的侧壁中均设置有冷却通道，所述冷却通道均连接有冷却嘴。
优选地，所述第一搅拌头的底端的螺旋凹槽为搅拌段，所述搅拌段为多通道螺旋凹槽或单通道螺旋凹槽。
优选地，所述第一搅拌头的底端均匀设置有若干个叶片凸起，相邻两个所述叶片凸起之间为叶片凹槽。
优选地，所述第一搅拌头的底端设置有向内凹陷的呈锥形或阶梯状的搅拌段，还包括顶部设置有与所述搅拌段的形状相匹配的搅拌针的第二搅拌头，所述第二搅拌头穿过所述支撑筒和所述模具的底部且位于所述第一搅拌头的下方；所述搅拌段和所述搅拌针上均设置有曲线凹槽。
优选地，所述送料筒还可以为两个，一个所述送料筒中设置有所述螺杆，另一个所述送料筒中设置有推杆，所述推杆靠近所述模具的一端设置有推板，所述推板与所述送料筒的内壁紧密贴合。
本发明自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头实现了自动进料和连续挤出。通过本发明自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头实现了原料的连续添加、混合并挤出成型。本发明自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头简单、容易实施，适于工业化大规模生产应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明自进料搅拌摩擦挤出装置实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一自进料搅拌摩擦挤出装置中一种第一搅拌头的结构示意图；
图3为本发明实施例一自进料搅拌摩擦挤出装置中另一种第一搅拌头的结构示意图；
图4为本发明实施例一自进料搅拌摩擦挤出装置中再一种第一搅拌头的结构示意图；
图5为本发明自进料搅拌摩擦挤出装置实施例二的结构示意图；
图6为本发明实施例二的自进料搅拌摩擦挤出装置中第一搅拌头的结构示意图；
图7为本发明实施例二的自进料搅拌摩擦挤出装置中第二搅拌头的结构示意图；
图8为本发明自进料搅拌摩擦挤出装置实施例三的结构示意图；
图9为本发明实施例三的自进料搅拌摩擦挤出装置中第一搅拌头的结构示意图；
图10为本发明实施例三的自进料搅拌摩擦挤出装置中第二搅拌头的结构示意图；
图11为本发明自进料搅拌摩擦挤出装置实施例四的部分结构示意图；
图12为本发明自进料搅拌摩擦挤出装置实施例五的部分结构示意图；
其中，1-第一搅拌头、2-模具、3-支撑筒、4-第一冷却通道、5-第一合金粉末、6-第一进料斗、7-衬套、8-螺杆、9-送料筒、10-第二冷却嘴、11-第二冷却通道、12-搅拌段、1201-锥形搅拌段、1202-阶梯状搅拌段、13-挤出端口、14-型腔、15-混合段、16-进料段、17-第一冷却嘴、18-第二进料斗、19-第二合金粉末、20-三通道螺旋凹槽、21-单通道螺旋凹槽、22-叶片凸起、23-叶片凹槽、24-第二搅拌头、25-曲线凹槽、26-锥形搅拌针、27-搅拌针曲线凹槽、28-轴肩、29-轴肩曲线凹槽、30-阶梯状搅拌段曲线凹槽、31-阶梯状搅拌针、32-阶梯状搅拌针曲线凹槽、33-锥形端部、34-推杆、35-预制体。
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。
本发明的目的是提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法、装置及自进料搅拌头，以解决现有技术存在的问题，实现自进料和连续挤出。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
如图1-4所示，其中图1本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置的结构示意图；图2为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置中一种第一搅拌头1的结构示意图；图3为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置中另一种第一搅拌头1的结构示意图；图4为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置中再一种第一搅拌头1的结构示意图；
本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置包括支撑筒3，支撑筒3中设置有模具2，模具2中设置有第一搅拌头1，第一搅拌头1的侧壁和底部均设置有螺旋凹槽，第一搅拌头1的侧壁上的螺旋凹槽由上而下依次分为进料段16和混合段15，第一搅拌头1的底端与模具2的底端存在间隔，第一搅拌头1上设置有挤出端口13；还包括一端通入模具2的型腔14内且正对混合段15的送料筒9，送料筒9内设置有与送料筒9同轴的螺杆8，送料筒9的内壁上设置有衬套7，送料筒9上还设置有与送料筒9内部相通的第一进料斗6；支撑筒3的侧壁顶部设置有第二进料斗18，第二进料斗18一端穿过支撑筒3的侧壁和模具2的侧壁伸入模具2的内部且正对进料段16的顶部。
值得注意的是，进料段16与模具2的内壁贴合，混合段15与模具2的内壁存在间隙，且在混合段15上的搅拌头的直径由上自下逐渐减小。支撑筒3的侧壁中设置有第一冷却通道4，送料筒9的侧壁中设置有第二冷却通道11，第一冷却通道4连接有第一冷却嘴17，第二冷却通道1连接有第二冷却嘴10。
第一搅拌头1的底端设置有搅拌段12，搅拌段12由螺旋凹槽构成时，螺旋凹槽既可以为三通道螺旋凹槽20（如图2）也可以为单通道螺旋凹槽21（如图3）。搅拌段12也可以由叶片凹槽23构成，如图4所示，第一搅拌头1的底端均匀设置有若干个叶片凸起22，相邻两个叶片凸起22之间为叶片凹槽23。
本实施例还提供一种自进料搅拌摩擦挤出方法：首先将元素粉末或合金粉末的原料机械混合，将第一合金粉末5通过第一进料斗6送入模具2内部、第二合金粉末19通过第二进料斗18送入模具2内部，同时通过驱动装置转动第一搅拌头1使第一搅拌头1驱动第二合金粉末19原料向下移动、与第一合金粉末5混合并向挤出端口13迁移，最终原料被挤出成型。
实施例二
如图5-7所示，图5为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置的头结构示意图；图6为本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置中第一搅拌头1的结构示意图；图7为本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置中第二搅拌头24的结构示意图；
本实施例提供一种自进料搅拌摩擦挤出装置，在实施例一的基础上，本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置还具有以下特点：第一搅拌头1的底端设置有向内凹陷的锥形搅拌段1201，锥形搅拌段1201由曲线凹槽25构成，还包括顶部设置有锥形搅拌针26的第二搅拌头24，锥形搅拌针26上设置有搅拌针曲线凹槽27，第二搅拌头24穿过支撑筒3和模具2的底部且位于第一搅拌头1的下方，第二搅拌头24的轴肩28上设置有轴肩曲线凹槽29。
实施例三
如图8-10所示，图8为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置的结构示意图；图9为本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置中第一搅拌头1的结构示意图；图10为本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置中第二搅拌头24的结构示意图；
本实施例提供一种自进料搅拌摩擦挤出装置，在实施例二的基础上，本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置还具有以下特点：第一搅拌头1中的搅拌段12呈阶梯状，为阶梯状搅拌段1202，阶梯状搅拌段1202由阶梯状搅拌段曲线凹槽30构成，第二搅拌头24顶部设置有阶梯状搅拌针31，阶梯状搅拌针31具有锥形端部33，阶梯状搅拌针31上设置有阶梯状搅拌针曲线凹槽32。
实施例四
如图11所示，图11为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置的部分结构示意图。
本实施例提供一种自进料搅拌摩擦挤出装置，在实施例一的基础上，本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置还具有以下特点：包括有两个送料筒9，两个送料筒9中分别设置有螺杆8和第一进料斗6。在本实施例的基础上，可以设置更多的送料筒9、螺杆8和第一进料斗6组成的进料组件，以满足更多种类粉末的送料。
实施例五
如图12所示，图12为本实施例自进料搅拌摩擦挤出装置的部分结构示意图。
本实施例提供一种自进料搅拌摩擦挤出装置，在实施例四的基础上，本实施例的自进料搅拌摩擦挤出装置还具有以下特点：两个送料筒9中，只有一个送料筒9中设置有螺杆8和第一进料斗6，另一个送料筒9中设置有推杆34和预制体35，预制体35在推杆34的作用下进入模具2中，以避免一些低熔点的合金粉末容易在进料的过程中受热熔化而粘结在螺杆8上影响送料的技术问题。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“下”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种自进料搅拌摩擦挤出装置，其特征在于：包括支撑筒，所述支撑筒中设置有模具，所述模具中设置有第一搅拌头，所述第一搅拌头的侧壁和底部均设置有螺旋凹槽，所述第一搅拌头的侧壁上的螺旋凹槽由上而下依次分为进料段和混合段，所述第一搅拌头的底端与所述模具的底端存在间隔，所述第一搅拌头上设置有挤出端口，所述第一搅拌头包括轴肩、所述进料段、所述混合段和所述挤出端口，合金粉末能够通过所述进料段进入所述混合段，所述进料段的螺旋凹槽与所述混合段的螺旋凹槽相连通；还包括一端通入所述模具的型腔内且正对所述混合段的送料筒，所述送料筒内设置有与所述送料筒同轴的螺杆，所述送料筒上还设置有与所述送料筒内部相通的第一进料斗；所述支撑筒的侧壁顶部设置有第二进料斗，所述第二进料斗一端穿过所述支撑筒的侧壁和所述模具的侧壁伸入所述模具的内部且正对所述进料段的顶部；所述进料段与所述模具的内壁贴合，所述混合段与所述模具的内壁存在间隙；所述支撑筒的侧壁和所述送料筒的侧壁中均设置有冷却通道，所述冷却通道均连接有冷却嘴。
2.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出装置，其特征在于：所述第一搅拌头的底端的螺旋凹槽为搅拌段，所述搅拌段为多通道螺旋凹槽或单通道螺旋凹槽。
3.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出装置，其特征在于：所述第一搅拌头的底端均匀设置有若干个叶片凸起，相邻两个所述叶片凸起之间为叶片凹槽。
4.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出装置，其特征在于：所述第一搅拌头的底端设置有向内凹陷的呈锥形或阶梯状的搅拌段，还包括顶部设置有与所述搅拌段的形状相匹配的搅拌针的第二搅拌头，所述第二搅拌头穿过所述支撑筒和所述模具的底部且位于所述第一搅拌头的下方；所述搅拌段和所述搅拌针上均设置有曲线凹槽。
5.根据权利要求1所述的自进料搅拌摩擦挤出装置，其特征在于：所述送料筒设置为两个，一个所述送料筒中设置有所述螺杆，另一个所述送料筒中设置有推杆，所述推杆靠近所述模具的一端设置有推板，所述推板与所述送料筒的内壁紧密贴合。
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