CN110918665B - 一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具 - Google Patents

一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。本发明采用拉拔前小功率感应加热，配合前端温度感应器，可保证丝材拉拔过程中温度稳定，在热加工过程中，铝合金易变形，最终丝材可达到1.5mm以下。

Description

一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具
技术领域
本发明涉及铝合金丝材生产技术领域，尤其涉及一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具。
背景技术
3D打印成型技术以增材制造为思路，综合数控、计算机、机械工程及材料科学技术等先进技术于一体，以降维制造为手段，是实现三维原件成形的先进技术。电弧成形增材制造技术采用电弧作为热源，将金属丝材熔化逐层沉积，从而制造出接近产品设计尺寸要求的三维金属胚件，再辅以少量机械加工，最终达到产品尺寸设计要求。
与基于激光做热源的激光选区熔化(SLM)、激光近成形(LENS)等技术相比，具有制造效率高(几公斤/小时，为SLM技术的10～100倍)、高柔性(可以多维度曲面自由成形)、节能降耗(电－电弧转换率85％以上、激光电－光转换率小于10％)、易于实现大尺寸制造等优点。由于无需粉末床等设施，可直接在原(损坏)金属零部件上直接成形，因此特别适合于破损零部件的在线式维修再制造。然而，基于金属材料的3D打印成型技术至今仍存在许多瓶颈问题，其中最突出的问题是金属3D打印技术可使用的材料种类较少，急需开发适合3D打印成型的金属丝材。
高稀土含量的铝合金材料很适用于电弧增材制造工艺，由于电弧增材制造工艺具有快速凝固的特点，可以使得原本铸造方式无法实现的合金成分配比可以得以实现。但在丝材制备过程中，由于高稀土铝合金强度高，不易拉拔，因此制备高稀土含量的铝合金丝材的拉拔技术便成为推进电弧增材制造工艺应用的关键。
发明内容
本发明为了解决高稀土铝合金制备丝材拉拔技术的难题，提供一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，避免高稀土含量铝合金丝材制备过程中出现易断裂的情况，顺利实现1.5mm以下丝材的制备。
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
进一步地，还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
再进一步地，还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体。
具体地，所述冷却装置的冷却介质为干冰，所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
更进一步地，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网。
更进一步地，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网。
优选地，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网。
具体地，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网厚度为3-8mm，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网厚度为2-6mm。
本发明一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具主要特点是：
1.由于冷拉拔无法实现高稀土铝合金丝材制备，常规采用加热后拉拔的工艺方法，但在丝材拉拔至3mm及以下时，由于丝材较细，在室温下降温迅速，并且成卷后加热程度不一致，导致拉拔容易断裂。本发明采用拉拔前小功率感应加热，配合前端温度感应器，可保证丝材拉拔过程中温度稳定，在热加工过程中，铝合金易变形，最终丝材可达到1.5mm以下。
2.传统拉拔模具在加热拉拔后，对丝材进行空冷处理，由于高稀土含量铝合金在热加工温度容易出现时效效应，空冷会加速时效相析出，影响电弧增材强化效果。本发明后段利用干冰进行降温，利用淬火的原理，保持高稀土含量铝合金的稀土元素固溶度，降低时效相析出，提升材料品质。
附图说明
图1为传统拉拔模具立体结构示意图；
图2为本发明的拔模具经过中心轴的剖面结构示意图。
其中，1-模具本体、2-入料口、3-出料口、4-加热装置(电磁加热器)、5-冷却装置、6-温度感应器、7-气体喷嘴、8-干冰、9-干冰容器、10-第一厚石棉网、11-第二厚石棉网。
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。
实施例1：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体。
实施例2：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体。
本实施例中，所述冷却装置的冷却介质为干冰，所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
实施例3：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
所述冷却装置的冷却介质为干冰。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体，防止干冰溶化后向前端扩散。
本实施例中，所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
本实施例中，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，起隔热作用。
实施例4：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
所述冷却装置的冷却介质为干冰。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体，防止干冰溶化后向前端扩散。
本实施例中，所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
本实施例中，所述出料口一侧的模具本体外侧面上也设置第二厚石棉网。起隔冷作用，保证拉丝出出料口前的温度适当。
实施例5：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
所述冷却装置的冷却介质为干冰。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体，防止干冰溶化后向前端扩散。
本实施例中，所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
本实施例中，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，起隔热作用。第一厚石棉网厚度为3mm。
所述出料口一侧的模具本体外侧面上也设置第二厚石棉网。起隔冷作用，保证拉丝出出料口前的温度适当。第二厚石棉网厚度为2mm。
具体地，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网厚度为3-8mm，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网厚度为2-6mm。
实施例6：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
所述冷却装置的冷却介质为干冰。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体，防止干冰溶化后向前端扩散。
所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
本实施例中，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，起隔热作用。第一厚石棉网厚度为8mm。
所述出料口一侧的模具本体外侧面上也设置第二厚石棉网。起隔冷作用，保证拉丝出出料口前的温度适当。第二厚石棉网厚度为6mm。
实施例7：
一种高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，包括设有入料口和出料口的模具本体，其特征在于还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置。
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器设置在所述入料口周围。
具体地，所述加热装置为电磁加热器。
所述冷却装置的冷却介质为干冰。
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体，防止干冰溶化后向前端扩散。
所述气体喷嘴设置在所述干冰和所述出料口之间。
具体地，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
本实施例中，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，起隔热作用。第一厚石棉网厚度为5.5mm。
所述出料口一侧的模具本体外侧面上也设置第二厚石棉网。起隔冷作用，保证拉丝出出料口前的温度适当。第二厚石棉网厚度为4mm。
以制备高Sc、Er含量的5311铝合金粉末为例对本发明的模具使用进行进一步说明。
使用本发明的丝材拉拔模具，制备丝材拉拔过程包括如下步骤：
1.利用常规半连续铸造或水冷铸造方式，先制备直径100mm的铝合金锭；
2.再利用传统拉拔方式，将铝合金锭通过挤压，拉拔，制备3.5mm左右的丝材；
3.更换本发明的丝材拉拔模具，将温度感应器温度设置在400℃，进行3.5mm至1.2mm丝材拉拔工序，在此拉拔过程中，需要往干冰槽内添加干冰用于降温，同时打开压缩空气开关，往模具气体喷嘴内输送0.3MPa以下的压缩空气，用于带动气流，使得干冰升华后的冷气不影响前端加热过程。
4.最终，获得直径1.2mm的高Sc、Er含量的5311铝合金。

Claims (10)

1.一种高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，包括如下步骤：
S1、利用半连续铸造或水冷铸造方式，先制备直径 100mm 的铝合金锭；
S2、再利用拉拔方式，将铝合金锭通过挤压，拉拔，制备3.5mm 的丝材；
S3、更换高稀土含量铝合金丝材拉拔模具，将温度感应器温度设
置在 400℃，进行 3.5mm 至 1.2mm 丝材拉拔工序；
所述高稀土含量铝合金丝材拉拔模具包括设有入料口和出料口的模具本体，还包括设置在入料口端的加热装置以及设置在出料口端的冷却装置；
还包括温度感应器，以调节控制入料口的温度，所述温度感应器
设置在所述入料口周围；
还包括气体喷嘴，以控制所述冷却装置不影响入料口的加热过程，所述气体喷嘴设置在所述出料口周围，所述气体喷嘴的喷气方向远离所述模具本体；
所述冷却装置的冷却介质为干冰，所述气体喷嘴设置在所述干冰
和所述出料口之间。
2.根据权利要求 1 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述加热装置为电磁加热器。
3.根据权利要求 1 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述冷却装置包括容纳所述干冰的干冰容器，所述干冰容器上方开设有干冰添加口，所述干冰容器正对所述出料口的一侧壁开设有用于冷气交换的小孔。
4.根据权利要求 1 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网。
5.根据权利要求 1 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网。
6.根据权利要求 1 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网。
7.根据权利要求 6 所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法，其特征在于，所述入料口一侧的模具本体外侧面上设置第一厚石棉网厚度为 3-8mm，所述出料口一侧的模具本体外侧面上设置第二厚石棉网厚度为 2-6mm。
8.根据权利要求 1-7 任一项所述的丝材拉拔方法，其特征在于所述步骤 S3 还包括步骤
S31、在拉拔过程中，往干冰槽内添加干冰用于降温，同时打开
压缩空气开关，往模具的气体喷嘴内输送 0.3MPa 以下的压缩空气，用于带动气流，使得干冰升华后的冷气不影响前端加热过程。
9.基于权利要求 1-7 任一项所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法所制得的铝合金丝材，其特征在于为高 Sc、Er 含量的 5311 铝
合金，其直径为 1.2mm。
10.基于权利要求8所述的高稀土含量铝合金丝材拉拔方法所制得的铝合金丝材，其特征在于为高 Sc、Er 含量的 5311 铝合金，其直径为 1.2mm。
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