CN112756414A - 一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置及方法，属于金属复合材料的加工技术领域，包括：固定支架、复合挤压模、挤压凸模、挤压筒、正向挤压装置和反向挤压装置，复合挤压模设置在正向挤压装置和反向挤压装置之间；复合挤压模外侧套设有安装底座，安装底座与固定支架固定连接；复合挤压模内一端设置有正向挤压凹模，另一端设置有反向挤压凹模；挤压凸模的一端与正向挤压凹模配合；挤压凸模的另一端与正向挤压装置配合；挤压筒的一端与反向挤压凹模配合；挤压筒的另一端与反向挤压装置配合。本发明通过挤压内层坯料消除坯料缺陷，生成的新金属表面，通过后续的挤压复合成形，得到了表面结合力强、材料力学性能优异的复合材料。

Description

一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置及方法
技术领域
本发明属于金属复合材料的加工技术领域，具体是涉及一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置及方法。
背景技术
金属复合材料是利用复合技术，使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备的新型复合材料。金属复合材料具有单种金属材料不可比拟的优点，通过合理的材料选择并进行恰当的组合，不仅可以保留组成材料的自身特性，还可通过复合效应使组成材料的性能相互补足，使复合材料获得优异的综合性能。铜包铝、铜包钢、铝包镁等复合材料，在信号传输、电力输送、交通运输等领域获得越来越广泛的应用。
现有技术中，传统的轧制压接法和包覆焊接法存在着生产工艺流程长、成本高等缺点。同时，现有技术中的双金属包覆材料连铸直接复合成形法和水平连铸直接复合成形法，存在投资成本高、生产效率低、能源消耗大等缺点。
此外，CN 103920734A提出了一种铝包镁复合管半固态制备方式中的挤压成形模具及方法，但是每层材料都需在各自模具内分流焊合，其强度难以保证，最后再实现固-固挤压复合，其界面强度不高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明采取了如下技术方案：
一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，包括：固定支架、复合挤压模、挤压凸模、挤压筒、正向挤压装置和反向挤压装置，所述复合挤压模设置在所述正向挤压装置和所述反向挤压装置之间；
所述复合挤压模外侧套设有安装底座，所述安装底座与所述固定支架固定连接；
所述复合挤压模内一端设置有正向挤压凹模，另一端设置有反向挤压凹模，所述正向挤压凹模和所述反向挤压凹模通过连接通道连接；
所述挤压凸模的一端与所述正向挤压凹模配合，用于挤压内层坯料形成包覆结构复合材料的芯部；所述挤压凸模的另一端与所述正向挤压装置配合；所述挤压筒的一端与所述反向挤压凹模配合，用于挤压外层中空坯料形成包覆在所述芯部的包覆层；所述挤压筒的另一端与所述反向挤压装置配合。
进一步地，所述安装底座上设置有2套独立的加热装置，设定为第一加热装置和第二加热装置；其中，所述第一加热装置对应所述正向挤压凹模设置，所述第二加热装置对应所述反向挤压凹模设置。
进一步地，所述连接通道的直径等于所述外层坯料中空孔的直径。
进一步地，所述挤压筒的外径等于所述外层中空坯料的外径，所述挤压筒的内径等于包覆结构金属复合材料的外径。
进一步地，所述挤压凸模设置有2组，设定为第一挤压凸模和第二挤压凸模；其中，所述第一挤压凸模的外径等于所述内层坯料的外径，所述第二挤压凸模的外径与所述连接通道的直径相等。
一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的方法，包括以下步骤：
S10、将内层坯料、外层中空坯料分别放入正向挤压凹模、反向挤压凹模内；
S20、启动第一加热装置和第二加热装置；
S30、反向挤压装置工作，通过挤压筒将外层中空坯料压紧后停止向挤压凸模方向运动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置开始工作，将内层坯料挤入外层中空坯料；
S50、当内层坯料挤出外层中空坯料时，反向挤压装置向挤压凸模方向运动，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当内层坯料完全挤入连接通道，反向挤压装置和正向挤压装置同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模，然后反向挤压装置和正向挤压装置同时工作，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压制备。
有益效果：
1、本发明通过挤压内层坯料消除坯料缺陷，同时生成的新金属表面，通过后续的挤压复合成形，可以得到表面结合力强、材料力学性能优异的复合材料。
2、本发明的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的方法及装置，既可成形棒材，也可成形包覆结构非圆形坯料，如板料。
3、本发明的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的方法流程短、成本低、效率高，易操作，适合于规模化生产。
4、本发明的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，结构简单，通过更换复合挤压模，可以成型不同结构、尺寸的包覆结构金属复合材料。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的复合挤压模结构示意图
其中，1、固定支架；2、紧固螺钉；3、正向挤压装置；4、挤压凸模；5、复合挤压模；51、正向挤压凹模；52、反向挤压凹模；6、内层坯料；7、第一加热装置；8、连接通道；9、外层中空坯料；10、挤压筒；11、第二加热装置；12、安装底座；13、反向挤压装置。
具体实施方式
实施例1
一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，包括：固定支架1、复合挤压模5、挤压凸模4、挤压筒10、正向挤压装置3和反向挤压装置13，复合挤压模5设置在正向挤压装置3和反向挤压装置13之间。
正向挤压装置3和反向挤压装置13提供挤压的驱动动力。
复合挤压模5外侧套设有安装底座12，安装底座12与固定支架1固定连接。
其中，安装底座12与复合挤压模5通过紧固螺钉2固定连接。
复合挤压模5内一端设置有正向挤压凹模51，另一端设置有反向挤压凹模52，正向挤压凹模51和反向挤压凹模52通过连接通道8连接。其中，安装底座12靠近反向挤压凹模52的一侧设置有凸起，用于复合挤压模5的安装限位。
挤压凸模4的一端与正向挤压凹模51配合，用于挤压内层坯料6形成包覆结构复合材料的芯部；挤压凸模4的另一端与正向挤压装置3配合；挤压筒10的一端与反向挤压凹模52配合，用于挤压外层中空坯料9形成包覆在芯部的包覆层；挤压筒10的另一端与反向挤压装置13配合。
安装底座12设置上有2套独立的加热装置，设定为第一加热装置7和第二加热装置11；其中，第一加热装置7对应正向挤压凹模51设置，第二加热装置11对应反向挤压凹模52设置。
连接通道8的直径等于外层坯料中空孔的直径。
其中，挤压筒10的外径等于外层中空坯料9的外径，挤压筒10的内径等于包覆结构金属复合材料的外径。
挤压凸模4设置有2组，设定为第一挤压凸模和第二挤压凸模；其中，第一挤压凸模的外径等于内层坯料6的外径，第二挤压凸模的外径与连接通道8的直径相等。
实施例2
一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的方法，本实施例采用实施例1提供的双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，方法包括以下步骤：
S10、将内层坯料6、外层中空坯料9分别放入正向挤压凹模51、反向挤压凹模52内；
S20、启动第一加热装置7和第二加热装置11；
S30、反向挤压装置13工作，通过挤压筒10将外层中空坯料9压紧后停止向挤压凸模4方向运动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置3开始工作，将内层坯料6挤入外层中空坯料9；
S50、当内层坯料6挤出外层中空坯料9时，反向挤压装置13向挤压凸模4方向运动，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当内层坯料6完全挤入连接通道8，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模，然后反向挤压装置13和正向挤压装置3同时工作，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压制备。
实施例3
本实施例为制备镁合金直径30mm、外层铝合金厚5mm的铝包镁复合棒材：AZ31镁合金内层坯料6的外径为90mm，内径孔为30mm、外径为60mm的7050铝合金的外层中空坯料9。
S10、将外径为60mm的AZ31镁合金内层坯料6，内径孔为30mm、外径为60mm的7050铝合金外层坯料分别放入复合挤压模中的正向挤压凹模51、反向挤压凹模52内；
S20、启动第一加热装置7，升温至400℃；启动第二加热装置11，升温至420℃，保温30分钟；
S30、反向挤压装置13工作，通过挤压筒10将7050铝合金外层坯料压紧后停止向挤压凸模方向移动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置3工作，第一挤压凸模以速度为V正的速度将AZ31镁合金内层坯料6挤入外层中空坯料9；
S50、当内层金属坯料挤出外层中空坯料9时，挤压筒10以速度为V反的速度向第一挤压凸模方向移动，V正/V反＝0.43，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7050铝合金坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当镁合金内层坯料6完全挤入连接通道8，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模后，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时工作，V正/V反＝3.86，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7050铝合金坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压。
实施例4
本实施例为制备镁合金直径30mm、外层铝合金厚3mm的铝包镁复合棒材：AZ31镁合金内层坯料6的外径为90mm，内径孔为30mm、外径为60mm的7055铝合金的外层中空坯料9。
S10、将外径为60mm的AZ31镁合金的内层坯料6、内径孔为30mm、外径为60mm的7055铝合金的外层坯料分别放入复合挤压模中的正向挤压凹模51、反向挤压凹模52内；
S20、启动加热装置第一加热装置7，升温至400℃；启动第二加热装置11，升温至420℃，保温30分钟；
S30、反向挤压装置13工作，通过挤压筒10将7055铝合金外层坯料压紧后停止向挤压凸模方向移动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置3工作，第一挤压凸模以速度为V正的速度将AZ31镁合金内层坯料6挤入外层中空坯料9；
S50、当内层金属坯料挤出外层中空坯料9时，挤压筒10以速度为V反的速度向第一挤压凸模方向移动，V正/V反＝0.76，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7055铝合金坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当镁合金内层坯料6完全挤入连接通道8，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模后，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时工作，V正/V反＝6.82，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7055铝合金坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压。
实施例5
本实施例为制备镁合金直径30mm、外层铝合金厚3mm的铝包镁复合棒材：AZ31镁合金的内层坯料6的外径为90mm，内径孔为30mm、外径为80mm的7N01铝合金的外层中空坯料9。
S10、将外径为60mm的AZ31镁合金的内层坯料6、内径孔为30mm、外径为60mm的7N01铝合金的外层坯料分别放入复合挤压模中的正向挤压凹模51、反向挤压凹模52内；
S20、启动第一加热装置7，升温至400℃；启动第二加热装置11，升温至420℃，保温30分钟；
S30、反向挤压装置13工作，通过挤压筒10将7N01铝合金外层坯料压紧后停止向挤压凸模方向移动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置3工作，第一挤压凸模以速度为V正的速度将AZ31镁合金的内层坯料6挤入外层中空坯料9；
S50、当内层金属坯料挤出外层中空坯料9时，挤压筒10以速度为V反的速度向第一挤压凸模方向移动，V正/V反＝1.54，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7N01铝合金坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当镁合金内层坯料6完全挤入连接通道8，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模后，反向挤压装置13和正向挤压装置3同时工作，V正/V反＝13.89，正向挤压坯料AZ31镁合金挤出速度与反向挤压7N01铝合金坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围的。

Claims (6)

1.一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，其特征在于，包括：固定支架、复合挤压模、挤压凸模、挤压筒、正向挤压装置和反向挤压装置，所述复合挤压模设置在所述正向挤压装置和所述反向挤压装置之间；
所述复合挤压模外侧套设有安装底座，所述安装底座与所述固定支架固定连接；
所述复合挤压模内一端设置有正向挤压凹模，另一端设置有反向挤压凹模，所述正向挤压凹模和所述反向挤压凹模通过连接通道连接；
所述挤压凸模的一端与所述正向挤压凹模配合，用于挤压内层坯料形成包覆结构复合材料的芯部；所述挤压凸模的另一端与所述正向挤压装置配合；所述挤压筒的一端与所述反向挤压凹模配合，用于挤压外层中空坯料形成包覆在所述芯部的包覆层；所述挤压筒的另一端与所述反向挤压装置配合。
2.根据权利要求1所述的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，其特征在于，所述安装底座上设置有2套独立的加热装置，设定为第一加热装置和第二加热装置；其中，所述第一加热装置对应所述正向挤压凹模设置，所述第二加热装置对应所述反向挤压凹模设置。
3.根据权利要求1所述的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，其特征在于，所述连接通道的直径等于所述外层中空坯料的中空孔直径。
4.根据权利要求1所述的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，其特征在于，所述挤压筒的外径等于所述外层中空坯料的外径，所述挤压筒的内径等于包覆结构金属复合材料的外径。
5.根据权利要求1所述的一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的装置，其特征在于，所述挤压凸模设置有2组，设定为第一挤压凸模和第二挤压凸模；其中，所述第一挤压凸模的外径等于所述内层坯料的外径，所述第二挤压凸模的外径与所述连接通道的直径相等。
6.一种双向挤压制备包覆结构金属复合材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将内层坯料、外层中空坯料分别放入正向挤压凹模、反向挤压凹模内；
S20、启动第一加热装置和第二加热装置；
S30、反向挤压装置工作，通过挤压筒将外层中空坯料压紧后停止向挤压凸模方向运动；
S40、选用第一挤压凸模，正向挤压装置开始工作，将内层坯料挤入外层中空坯料；
S50、当内层坯料挤出外层中空坯料时，反向挤压装置向挤压凸模方向运动，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，挤压制备复合材料；
S60、当内层坯料完全挤入连接通道，反向挤压装置和正向挤压装置同时停止工作，取出正向挤压的第一挤压凸模；
S70、换上第二挤压凸模，然后反向挤压装置和正向挤压装置同时工作，保持正向挤压坯料挤出速度与反向挤压坯料挤出速度相匹配，完成包覆结构金属复合材料的挤压制备。
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