CN110153211B - 一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置及成形方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置与成形方法，该装置包括：旋转挤压套筒、主轴、副轴，旋转挤压套筒安装在主轴上，并配有前封盖装卸液压装置、后封盖装卸液压装置；旋转挤压套筒包括主轴套轮，主轴套轮外齿轮，主轴套轮冷却系统，前封盖装卸液压装置、后封盖装卸液压装置安装有挤压模具；主轴配有主轴冷却系统，通过电机进行转动，副轴通过电机驱动，配有键槽，通过平键与副轴套轮连接，副轴套轮配有副轴套轮外齿轮。本发明可以同时生产超细晶/纳米晶坯料及其棒材、管材、线材、丝材、异型材等，耗能低，降低了生产成本，且可用于液态、一定固相率的半固态、固态、粉末等材料的高效生产。

Description

一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置及成形方法

技术领域

本发明涉及金属材料短流程加工技术领域，更具体的涉及一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置及成形方法。

背景技术

现有生产管、棒、线、型材的设备具有节约能源、成品率高、流程短等优点，但所生产的产品晶粒较粗大，性能较差，且生产单一，不可同时生产管、棒、线、型材等多种产品且不可同时用于液态、一定固相率的半固态、固态、粉末等材料的生产，严重限制了生产产品的多样化、提高了生产成本。

发明内容

本发明实施例提供一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置及成形方法，用以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明实施例提供一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置，包括：旋转挤压套筒，所述旋转挤压套筒内设置有主轴，所述旋转挤压套筒外设置有副轴，以及所述旋转挤压套筒与设置在所述旋转挤压套筒上的前封盖装卸液压装置和后封盖装卸液压装置形成旋转挤压腔；

所述旋转挤压套筒包括：主轴套轮，所述主轴套轮外壁上设置有主轴套轮外齿轮，所述主轴套轮内设置有主轴套轮冷却系统，所述主轴套轮冷却系统包括：主轴套轮冷却水筒、主轴套轮进水通道和主轴套轮出水通道，所述主轴套轮进水通道、所述主轴套轮出水通道通过所述主轴套轮冷却水筒连通；

所述主轴与第一电机的转轴连接；所述主轴为空心轴，所述主轴内设置有主轴冷却系统，所述主轴冷却系统包括：主轴冷却水通道、主轴进水通道和主轴出水通道，所述主轴进水通道、所述主轴出水通道通过所述主轴冷却水通道连通；

所述副轴与第二电机的转轴连接；所述副轴外壁上设置有副轴套轮，所述副轴套轮外壁上设置有副轴套轮外齿轮，所述副轴套轮外齿轮与主轴套轮外齿轮啮合；

所述前封盖装卸液压装置和所述后封盖装卸液压装置上均设置有挤压模具，且所述前封盖装卸液压装置和所述后封盖装卸液压装置上均设置有与所述挤压模具上出料口对应的开口；所述挤压模具位于所述旋转挤压腔内。

进一步地，所述副轴上设置有键槽，且所述副轴通过嵌设在键槽内的平键与所述副轴套轮连接。

进一步地，所述旋转挤压套筒直径为300～2000mm，所述旋转挤压套筒材质采用合金钢、钛铝合金。

进一步地，所述主轴的转动方向包括：与所述旋转挤压套筒同向转动、与所述旋转挤压套筒反向转动、固定不动。

进一步地，所述挤压模具的形状包括：圆形、方形、扁形。

本发明实施例提供一种超细晶、纳米晶坯料的成形方法，包括：

填料，将原材料填入旋转挤压套筒内；

旋挤，通过副轴套轮外齿轮与主轴套轮外齿轮啮合转动带动旋转挤压套筒转动，配合前封盖装卸液压装置、后封盖装卸液压装置对旋转挤压套筒内的原材料进行旋转挤压，且主轴与相对旋转挤压套筒转动方向相反；

挤压成形，通过更换挤压模具对旋转挤压后的原材料进行挤压成形，制备出1～10个产品。

进一步地，所述原材料包括：液态、一定固相率的半固态、固态、粉末。

进一步地，制备出的产品包括：超细晶、纳米晶坯料，管，棒，线，型材。

进一步地，本发明实施例提供的一种超细晶、纳米晶坯料的成形方法，还适用于纯金属、合金、复合材料的生产；其中，所述纯金属包括：纯铝、纯镁、纯锡、纯锌；所述合金包括：铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、锡合金。

本发明实施例提供一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置及成形方法，与现有技术相比，其有益效果如下：

本发明的制备装置是通过挤压腔内产生的挤压力和剪切力的作用实现的，本发明的成形方法是通过更换制备装置的挤压模具实现的，与现有生产设备相比，可生产出优质的超细晶/纳米晶坯料且后续加工生产产品多样化，实现了旋转挤压与挤压成形一体化，在不增加设备数量的前提下，可以同时生产管、棒、线、型材等多种产品且可用于液态、一定固相率的半固态、固态、粉末等材料的生产，提高生产效率，降低生产成本，具有重大的经济意义。

进一步地，本发明制备的超细晶/纳米晶坯料组织性能优异，产品质量好；通过更换不同的挤压模具，可以同时生产管、棒、线、型材等多种产品；可用于纯铝、纯镁、纯锡、纯锌等纯金属和铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、锡合金等合金及其复合材料的高效率、短流程生产；可用于液态、一定固相率的半固态、固态、粉末等材料。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置结构示意图。

附图说明：

1-旋转挤压套筒；2-主轴；3-副轴；4-前封盖装卸液压装置；5-后封盖装卸液压装置；6-主轴套轮；7-主轴套轮外齿轮；8-主轴套轮冷却系统；9-挤压模具；10-主轴冷却系统；11-副轴套轮；12-副轴套轮外齿轮。

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。

图1为本发明实施例提供一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置。如图1所示，该装置包括：旋转挤压套筒1和主轴2、副轴3，旋转挤压套筒1安装在主轴2上，并配有前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5；旋转挤压套筒1包括主轴套轮6，主轴套轮外齿轮7，主轴套轮冷却系统8，且与前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5配合形成旋转挤压腔，前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5安装有挤压模具9，且前封盖装卸液压装置4和后封盖装卸液压装置5上均设置有与挤压模具9上出料口对应的开口；主轴配有主轴冷却系统10，通过电机进行转动，副轴3通过电机驱动，配有键槽，通过平键与副轴套轮11连接，副轴套轮11配有副轴套轮外齿轮12；运行时副轴套轮外齿轮12与主轴套轮外齿轮7啮合转动并带动旋转挤压套筒1转动，主轴2可自转；主轴套轮冷却系统8包括主轴套轮冷却水筒、主轴套轮进水通道、主轴套轮出水通道，主轴套轮进水通道、主轴套轮出水通道通过主轴套轮冷却水筒相互连接；主轴2为空心轴，主轴冷却系统10包括主轴冷却水通道、主轴进水通道、主轴出水通道，主轴进水通道、主轴出水通道通过主轴冷却水通道相互连接。

进一步地，旋转挤压套筒1直径在300～2000mm，旋转挤压套筒1材质采用合金钢、钛铝合金。

进一步地，前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5可配有多种形状的挤压模具9，以适用于不同的形状要求；在旋转挤压过程中，主轴2可与旋转挤压套筒1一起转动，也可固定不动，也可单独转动。

进一步地，副轴3通过电机驱动，配有键槽，通过平键链接与副轴套轮11连接，副轴套轮11配有副轴套轮外齿轮12；运行时副轴套轮外齿轮12与主轴套轮外齿轮7啮合转动并带动旋转挤压套筒1转动，前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5对旋转挤压套筒1内坯料进行挤压，主轴2同时转动且转动方向与旋转挤压套筒转动方向相反。

进一步地，挤压模具11为圆形、方形、扁形等形状，可生产棒材、管材、线材、丝材、异型材等产品。

本发明实施例提供一种超细晶/纳米晶坯料成形方法，包括如下步骤：

第一步：填料，将超细晶/纳米晶坯料填入旋转挤压套筒1内。

第二步：旋挤，通过副轴套轮外齿轮12与主轴套轮外齿轮7啮合转动并带动旋转挤压套筒1转动，配合前封盖装卸液压装置4、后封盖装卸液压装置5对旋转挤压套筒1内的超细晶/纳米晶坯料进行旋转挤压，主轴2同时反向转动。

第三步：挤压成形，超细晶/纳米晶坯料在旋转挤压套筒1内经过旋转挤压后，通过更换挤压模具9挤压成形，可同时制备出1～10根产品。

进一步地，超细晶/纳米晶坯料可为液态、一定固相率的半固态、固态、粉末等材料。

进一步地，本发明的成形方法可用于纯铝、纯镁、纯锡、纯锌等纯金属和铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、锡合金等合金及其复合材料的高效率、短流程生产。

具体实施例：

采用本发明装置制备高塑性Al-5.1Mg-0.3Sn(wt.％)合金杆，挤压模具采用可同时挤压出4根杆材的实心杆材挤压模具，杆材制品直径为10mm，在本发明装置的前端位置采用在线淬火，在线淬火温度为300℃。

以工业纯铝、铝镁中间合金Al-5.06Mg(wt.％)和高纯锡为原料，制备Al-5.1Mg-0.3Sn(wt.％)合金杆，制备方法如下：

实验前，将所需原料在120±5℃条件下烘干30min。

将烘干后的工业纯铝放入实验用电阻炉，熔化后并待熔体升温至740℃时，加入已称好的铝镁中间合金，静置30min，待完全熔化后加入高纯锡并缓慢搅拌，熔炼过程中熔体需使用惰性气体进行保护以防氧化烧损，待熔体温度升至710℃时，采用六氯乙烷进行除气除渣和精炼，静置10min，用扒渣勺将表面浮渣除去，最后待熔体温度回升至740℃时，保温10min，获得的铝合金熔体成分为Mg 5.06(wt.％)，Sn 0.3(wt.％)，余量为Al。

将挤压模具预热至200℃，并用红外测温仪进行测量。

将预热好的挤压模具安装完成，启动本发明装置，待设备稳定运行后即可进行旋转挤压成形。

将准备好的熔体浇注到旋转挤压腔内，浇注温度为740℃，动态凝固的合金在剪切力和挤压力的双重作用下，不断被挤压剪碎，形成性能优异的超细晶/纳米晶坯料，最后通过挤压模具可以同时制备出4根高塑性Al-5.1Mg-0.3Sn(wt.％)合金杆，生产效率明显提高，且制备的合金杆表面质量良好，组织均为等轴晶。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种超细晶、纳米晶坯料的制备装置，其特征在于，包括：旋转挤压套筒(1)，所述旋转挤压套筒(1)内设置有主轴(2)，所述旋转挤压套筒(1)外设置有副轴(3)，以及所述旋转挤压套筒(1)与设置在所述旋转挤压套筒(1)上的前封盖装卸液压装置(4)和后封盖装卸液压装置(5)形成旋转挤压腔；

所述旋转挤压套筒(1)包括：主轴套轮(6)，所述主轴套轮(6)外壁上设置有主轴套轮外齿轮(7)，所述主轴套轮(6)内设置有主轴套轮冷却系统(8)，所述主轴套轮冷却系统(8)包括：主轴套轮冷却水筒、主轴套轮进水通道和主轴套轮出水通道，所述主轴套轮进水通道、所述主轴套轮出水通道通过所述主轴套轮冷却水筒连通；

所述主轴(2)与第一电机的转轴连接；所述主轴(2)为空心轴，所述主轴(2)内设置有主轴冷却系统(10)，所述主轴冷却系统(10)包括：主轴冷却水通道、主轴进水通道和主轴出水通道，所述主轴进水通道、所述主轴出水通道通过所述主轴冷却水通道连通；

所述副轴(3)与第二电机的转轴连接；所述副轴(3)外壁上设置有副轴套轮(11)，所述副轴套轮(11)外壁上设置有副轴套轮外齿轮(12)，所述副轴套轮外齿轮(12)与主轴套轮外齿轮(7)啮合；

所述前封盖装卸液压装置(4)和所述后封盖装卸液压装置(5)上均设置有挤压模具(9)，且所述前封盖装卸液压装置(4)和所述后封盖装卸液压装置(5)上均设置有与所述挤压模具(9)上出料口对应的开口；所述挤压模具(9)位于所述旋转挤压腔内。

2.如权利要求1所述的超细晶、纳米晶坯料的制备装置，其特征在于，所述副轴(3)上设置有键槽，且所述副轴(3)通过嵌设在键槽内的平键与所述副轴套轮(11)连接。

3.如权利要求1所述的超细晶、纳米晶坯料的制备装置，其特征在于，所述旋转挤压套筒(1)直径为300～2000mm，所述旋转挤压套筒(1)材质采用合金钢、钛铝合金。

4.如权利要求1所述的超细晶、纳米晶坯料的制备装置，其特征在于，所述主轴(2)的转动方向包括：与所述旋转挤压套筒(1)同向转动、与所述旋转挤压套筒(1)反向转动、固定不动。

5.如权利要求1所述的超细晶、纳米晶坯料的制备装置，其特征在于，所述挤压模具(11)的形状包括：圆形、方形、扁形。

6.一种利用权利要求1所述的超细晶、纳米晶坯料的制备装置的超细晶、纳米晶坯料的成形方法，其特征在于，包括：

填料，将原材料填入旋转挤压套筒(1)内；所述原材料包括：液态、一定固相率的半固态、固态；

旋挤，通过副轴套轮外齿轮(12)与主轴套轮外齿轮(7)啮合转动带动旋转挤压套筒(1)转动，配合前封盖装卸液压装置(4)、后封盖装卸液压装置(5)对旋转挤压套筒(1)内的原材料进行旋转挤压，且主轴(2)相对旋转挤压套筒(1)转动方向相反；

挤压成形，通过更换不同形状的挤压模具(9)对旋转挤压后的原材料进行挤压成形，制备出不同种类产品，且能够同时制备出1～10个产品；制备出的产品包括：呈管，棒，线，型材的超细晶、纳米晶坯料。

7.如权利要求6所述的超细晶、纳米晶坯料的成形方法，其特征在于，还适用于包括纯金属、合金、复合材料的生产；其中，所述纯金属包括：纯铝、纯镁、纯锡、纯锌；所述合金包括：铝合金、铜合金、镁合金、锌合金、锡合金。

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