CN114309391B - 一种金属基复合材料的热挤压装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热挤压技术领域，特别是涉及一种金属基复合材料的热挤压装置。包括框架、挤压驱动机构、热挤压腔、玻璃润滑垫及凸模，其中挤压驱动机构和热挤压腔设置于框架上，热挤压腔的底部为锥形结构,该锥形结构的底部设有挤压口；玻璃润滑垫设置于热挤压腔的底部内壁上；挤压驱动机构设置于热挤压腔的上方；凸模的上端与挤压驱动机构的输出端连接，下端插设于热挤压腔内，且与热挤压腔的内壁滑动连接；在进行加热过程中凸模的下端与玻璃润滑垫接触，使玻璃润滑垫与热挤压腔内的挤压料隔离。本发明在金属基复合材料的加热过程中，玻璃润滑垫不与金属基复合材料直接接触，提升在热挤压情况下玻璃润滑垫的润滑效果，且提升玻璃润滑垫的使用寿命。

Description

一种金属基复合材料的热挤压装置

技术领域

本发明涉及热挤压技术领域，特别是涉及一种金属基复合材料的热挤压装置。

背景技术

热挤压是在热锻温度下借助于材料塑性好的特点，对金属进行各种挤压成形。热挤压主要用于制造普通等截面的长形件、型材、管材、棒材及各种机器零件等。热挤压不仅可以成形塑性好、强度相对较低的有色金属及其合金等，而且还可以成形强度较高的高碳、高合金钢，如结构用特殊不锈钢、高速工具钢和耐热钢等。由于坯料必须加热至热锻温度进行挤压，常伴有较严重的氧化和脱碳等加热缺陷，影响了挤压件的尺寸精度和表面粗糙度。一般情况下，机器零件热挤压成形后，再采用切削等机械加工来提高零件的尺寸精度和表面质量。颗粒增强铝基复合材料的难加工性一直是制约其成本,并限制其广泛应用的一个关键因素。在热变形加工过程中,由于硬质增强相的加入,严重阻碍了基体的塑性流动,而且提高了变形抗力。若加工参数控制不当,很容易引起增强相颗粒在局部区域的分布不均匀,或产生界面脱粘、孔洞、裂纹等损伤。颗粒增强铝基复合材料主要用来生产棒材、管材和板材，而热挤压是颗粒增强铝基复合材料生产中最主要的加工方式。

由于颗粒增强铝基复合材料的挤压温度高、变形抗力大、容易粘模等原因，润滑是颗粒增强铝基复合材料热挤压成形的关键技术，采用合理的润滑方式可以降低挤压力，延长工装模具使用寿命，提高制品质量，降低挤压能耗。同时，颗粒增强铝基复合材料具有较强的热态化学活性，高温下可与周围介质中的氢、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳及水蒸气化合，产生氧化皮、氢化物等，影响材料的使用性能。

玻璃润滑是目前颗粒增强铝基复合材料等难挤压金属，比较先进的润滑方式之一，不仅其成本较低，能够提供良好的润滑作用，并且能够提供较好的绝热、抗氧化、减少吸氢量等防护效果，延长模具使用期限，提高挤压制品的性能、表面质量，降低挤压能耗。制备颗粒增强铝基复合材料热挤压用润滑剂的难点，在于除了要保证其在高温下具有良好的润滑效果，并且要有一定的附着力、高温流动性与隔热、防护效果。

目前，工业上应用的颗粒增强铝基复合材料热挤压用玻璃润滑剂并不能很好的适用于锆颗粒增强铝基复合材料。热挤压在加热至指定温度后，在其表面以滚涂或喷涂的方式施加玻璃润滑剂，使用此方法很难将润滑剂均匀涂覆于坯料表面。此外，颗粒增强铝基复合材料，更容易与周围环境发生反应，要避免其吸氧、吸氢、吸氮等。因此，颗粒增强铝基复合材料热挤压需要一种同时满足润滑与热防护效果的材料，在坯料加热之前涂覆于坯料表面，防止坯料与周围气氛反应，这要求润滑材料具有良好的致密性与附着力，保证坯料在移动过程中润滑材料不发生脱落。

润滑剂是关键，在加热的过程中保护润滑剂是提高润滑效果的有效手段。因此，需要一种能提高润滑效果的金属基复合材料的热挤压装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种金属基复合材料的热挤压装置，该装置能提高热挤压润滑效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供的一种金属基复合材料的热挤压装置，包括框架、挤压驱动机构、热挤压腔、玻璃润滑垫及凸模，其中挤压驱动机构和热挤压腔设置于框架上，热挤压腔的底部为锥形结构,该锥形结构的底部设有挤压口；玻璃润滑垫设置于热挤压腔的底部内壁上；挤压驱动机构设置于热挤压腔的上方；凸模的上端与所述挤压驱动机构的输出端连接，下端插设于热挤压腔内，且与热挤压腔的内壁滑动连接；在进行加热过程中凸模的下端与玻璃润滑垫接触，使玻璃润滑垫与热挤压腔内的挤压料隔离。

在一种可能的实现方式中，所述凸模包括凸模杆和锤头，其中凸模杆的上端与所述挤压驱动机构的输出端连接，下端与锤头连接；锤头容置于所述热挤压腔内，且与所述热挤压腔的内壁滑动连接，锤头上沿竖直方向设有过料孔，过料孔的底部通过翻板密封。

在一种可能的实现方式中，所述锤头的下端为与所述热挤压腔的底部锥形结构相适应的锥形头，所述锤头的上部边缘设有与所述热挤压腔的内壁密封接触的密封环；所述过料孔设置于该密封环上；所述翻板的一侧通过转轴与所述密封环铰接，转轴上套设有使所述翻板保持关闭状态的扭簧。

在一种可能的实现方式中，所述热挤压腔包括腔体、凹模、模具盖及下模，其中腔体设置于所述框架上，凹模设置于腔体的顶部，凹模的上端通过模具盖密封；模具盖上设有用于所述凸模穿过的通孔；下模为锥形结构，且设置于腔体的底部。

在一种可能的实现方式中，所述腔体包括由内到外依次设置的内模、加热瓦及隔热层。

在一种可能的实现方式中，所述玻璃润滑垫为漏斗形的复合玻璃垫，复合玻璃垫包括由内向外依次叠置的高温润滑层、中温润滑层及低温润滑层；高温润滑层、中温润滑层及低温润滑层分别采用高温玻璃粉、中温玻璃粉和低温玻璃粉制备而成。

在一种可能的实现方式中，所述挤压驱动机构包括升降驱动机构、导杆及连接组件，其中升降驱动机构设置于所述框架的顶部，且输出端与连接组件连接，连接组件通过导杆与所述框架滑动连接；所述凸模的上端与连接组件的底部连接。

在一种可能的实现方式中，所述连接组件包括上连接板、水冷装置及下连接板，其中上连接板和下连接板连接，水冷装置设置于上连接板和下连接板之间，上连接板与所述升降驱动机构的输出端连接；下连接板与所述凸模连接。

在一种可能的实现方式中，所述升降驱动机构包括设置于所述框架上的液压缸，液压缸的液压杆与所述连接板连接。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明在金属基复合材料的加热过程中，玻璃润滑垫不与金属基复合材料直接接触，提升在热挤压情况下，玻璃润滑垫的润滑效果，且提升玻璃润滑垫的使用寿命。

2.本发明在金属基复合材料的挤压过程中，玻璃润滑垫的润滑效果好，从而提升被挤出金属的表面光洁度和尺寸稳定性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，

图1为本发明一种金属基复合材料的热挤压装置的等轴测图；

图2为本发明一种金属基复合材料的热挤压装置处于加热状态的结构示意图；

图3为图2中Ⅰ处放大图；

图4为本发明一种金属基复合材料的热挤压装置处于挤压状态(上行程)的结构示意图；

图5为图4中Ⅱ处放大视图(翻板打开状态图)；

图6为本发明一种金属基复合材料的热挤压装置处于挤压状态(下行程)的结构示意图；

图7为图6中B向视图；

图8为图6中Ⅲ处放大视图(翻板闭合状态图)；

图中：1为框架，2为液压缸，3为液压杆，4为导杆，5为上连接板，6为水冷装置，7为下连接板，8为石棉板，9为凸模，901为凸模杆，902为锤头，903为过料孔，10为凹模，11为加热瓦，12为隔热层，13为下模，14为上挤压料腔，15为模具盖，16为高温润滑层，17为中温润滑层，18为低温润滑层，19为下挤压料腔，20为翻板。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明一实施例提供一种金属基复合材料的热挤压装置，在金属基复合材料的加热过程中，玻璃润滑垫不与金属基复合材料直接接触，提升在热挤压情况下，玻璃润滑垫的润滑效果，且提升玻璃润滑垫的使用寿命。参见图1、图2所示，该金属基复合材料的热挤压装置，包括框架1、挤压驱动机构、热挤压腔、玻璃润滑垫及凸模9，其中挤压驱动机构和热挤压腔设置于框架1上，热挤压腔的底部为锥形结构,该锥形结构的底部设有挤压口；玻璃润滑垫设置于热挤压腔的底部内壁上；挤压驱动机构设置于热挤压腔的上方；凸模9的上端与挤压驱动机构的输出端连接，下端插设于热挤压腔内，且与热挤压腔的内壁滑动连接；在进行加热过程中凸模9的下端与玻璃润滑垫接触，使玻璃润滑垫与热挤压腔内的挤压料(金属基复合材料)隔离。

参见图2、图4所示，本发明的实施例中，凸模9包括凸模杆901和锤头902，其中凸模杆901的上端与挤压驱动机构的输出端连接，下端与锤头902连接；锤头902容置于热挤压腔内，且锤头902与热挤压腔的内壁滑动连接，锤头902的上部形成上挤压料腔14，锤头902的下部形成下挤压料腔19。锤头902上沿竖直方向设有过料孔903，过料孔903连通上挤压料腔14和下挤压料腔19，过料孔903的底部通过翻板20密封，参见图5、图6所示。

本发明的实施例中，锤头902的下端为与热挤压腔的底部锥形结构相适应的锥形头，锤头902的上部边缘设有与热挤压腔的内壁密封接触的密封环；过料孔903设置于该密封环上；翻板20的一侧通过转轴与密封环铰接，转轴上套设有使翻板20保持关闭状态的扭簧。翻板20为单向门，只能向下打开。

参见图2所示，本发明的实施例中，热挤压腔包括腔体、凹模10、模具盖15及下模13，其中腔体设置于框架1上，凹模10设置于腔体的顶部，凹模10的上端通过模具盖15密封；模具盖15上设有用于凸模9穿过的通孔；下模13为锥形结构，且设置于腔体的底部，玻璃润滑垫设置于下模13的内侧。

具体地，腔体包括由内到外依次设置的内模、加热瓦11及隔热层12，加热瓦11可以对内模内含有的挤压料进行加热，隔热层12可以对内模内含有的挤压料进行隔热保温。模具盖15、凹模10和下模13的材质均采用高温模具钢，凸模9采用隔热材料。

参见图3所示，本发明的实施例中，玻璃润滑垫为漏斗形的复合玻璃垫，复合玻璃垫包括由内向外依次叠置的高温润滑层16、中温润滑层17及低温润滑层18；高温润滑层16、中温润滑层17及低温润滑层18分别采用高温玻璃粉、中温玻璃粉和低温玻璃粉制备而成。

具体地，复合玻璃垫采用多个温度段玻璃润滑粉，按照高、中、低温度梯度制备成多层复合的玻璃垫，在热挤压过程中为金属热变形提供持续良好的润滑作用。具体地，按照高、中、低的梯度，依次将混和水玻璃的高温、中温和低温玻璃粉按照1:2:7的厚度比填充于玻璃垫固化模具中，在40～70℃环境下干燥固化，制备出适用于坯料温度为900℃、模具温度为450℃的热挤压工艺的连续润滑用复合玻璃垫。通过实验，复合型玻璃垫挤压力下降明显，表面质量得到很好的提升，表明采用复合型玻璃垫能够明显改善挤压过程的润滑情况。

参见图2所示，本发明的实施例中，挤压驱动机构包括升降驱动机构、导杆4及连接组件，其中升降驱动机构设置于框架1的顶部，且输出端与连接组件连接，连接组件通过导杆4与框架1滑动连接；凸模9的上端与连接组件的底部连接。

本发明的实施例中，连接组件包括上连接板5、水冷装置6及下连接板6，其中上连接板5和下连接板6连接，水冷装置6设置于上连接板5和下连接板6之间，上连接板5与升降驱动机构的输出端连接；下连接板6与凸模9连接。下连接板6的外侧设有石棉板8，水冷装置6用于冷却，石棉板8用于隔热。

进一步地，升降驱动机构包括设置于框架1上的液压缸2，液压缸2的液压杆3与连接板5连接，液压缸2通过连接组件驱动凸模9上下运动。

本发明提供的一种金属基复合材料的热挤压装置，其工作过程是：

1.金属基复合材料加热工艺:

打开模具盖15；

液压缸2的液压杆3向上抬起，一直到锤头902向上离开凹模10；

下模13的内凹部分装入玻璃润滑垫；

液压缸2的液压杆3向下落，使锤头902由凹模10进入腔体内，直至锤头902与玻璃润滑垫贴合，参见图2所示；

由凹模10处加入粉末状态的挤压料(金属基复合材料)；

在凹模10的上方关闭模具盖15；

通过加热瓦11对腔体内的挤压料进行颗粒增强铝基复合材料加热工艺，使金属和陶瓷粉末加热到胶态；此时，在金属基复合材料的加热过程中，玻璃润滑垫不与金属基复合材料直接接触，提升玻璃润滑垫的使用寿命。

2.金属基复合材料挤压工艺包括锤头上行程和锤头下行程；

参见图4、图5所示，锤头上行程过程是：

液压缸2的液压杆3上提，带动锤头902向上移动，锤头902推动挤压料向上运动，从而导致上挤压料腔14内的压力高于下挤压料腔19内的压力，上挤压料腔14和下挤压料腔19之间的压力差克服翻板20与凸模9之间扭簧的弹力，使翻板20下落，从而打开过料孔903。上挤压料腔14内的挤压料通过过料孔903流入下挤压料腔19内，直至全部流完。

参见图6、图7、图8所示，锤头下行程过程是：

液压缸2的液压杆3下压，此时翻板20通过扭簧的作用下闭合；下挤压料腔19内的压力升高，下挤压料腔19内的挤压料由挤压口挤出成型，挤压过程中玻璃润滑垫起到良好的润滑效果。在挤压过程中，可以打开模具盖15，往上挤压料腔14内添加新的挤压料，该填料过程与下挤压料腔19内的挤压料互不干涉，提高工作效率。

本发明中的玻璃润滑垫具有一定的附着力与流动性，在润滑和热防护材料表面后有较强的附着力，不易脱落，并且在高温下具有一定的流动性。在热挤压过程中，上挤压料腔可以打开进行填料，提高工作效率。

本发明在金属基复合材料的加热过程中，玻璃润滑垫不与金属基复合材料直接接触，提升玻璃润滑垫的使用寿命；在热挤压情况下，提高玻璃润滑垫的润滑效果，从而提升被挤出成品金属的表面光洁度和尺寸稳定性。

显然，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。这样，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 (8)

1.一种金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，包括框架（1）、挤压驱动机构、热挤压腔、玻璃润滑垫及凸模（9），其中挤压驱动机构和热挤压腔设置于框架（1）上，热挤压腔的底部为锥形结构,该锥形结构的底部设有挤压口；玻璃润滑垫设置于热挤压腔的底部内壁上；挤压驱动机构设置于热挤压腔的上方；凸模（9）的上端与所述挤压驱动机构的输出端连接，下端插设于热挤压腔内，且与热挤压腔的内壁滑动连接；在进行加热过程中凸模（9）的下端与玻璃润滑垫接触；

所述凸模（9）包括凸模杆（901）和锤头（902），其中凸模杆（901）的上端与所述挤压驱动机构的输出端连接，下端与锤头（902）连接；锤头（902）容置于所述热挤压腔内，且锤头（902）与所述热挤压腔的内壁滑动连接，锤头（902）上沿竖直方向设有过料孔（903），过料孔（903）的底部通过翻板（20）密封。

2.根据权利要求1所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述锤头（902）的下端为与所述热挤压腔的底部锥形结构相适应的锥形头，所述锤头（902）的上部边缘设有与所述热挤压腔的内壁密封接触的密封环；所述过料孔（903）设置于该密封环上；所述翻板（20）的一侧通过转轴与所述密封环铰接，转轴上套设有使所述翻板（20）保持关闭状态的扭簧。

3.根据权利要求1所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述热挤压腔包括腔体、凹模（10）、模具盖（15）及下模（13），其中腔体设置于所述框架（1）上，凹模（10）设置于腔体的顶部，凹模（10）的上端通过模具盖（15）密封；模具盖（15）上设有用于所述凸模（9）穿过的通孔；下模（13）为锥形结构，且设置于腔体的底部。

4.根据权利要求3所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述腔体包括由内到外依次设置的内模、加热瓦（11）及隔热层（12）。

5.根据权利要求1所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述玻璃润滑垫为漏斗形的复合玻璃垫，复合玻璃垫包括由内向外依次叠置的高温润滑层（16）、中温润滑层（17）及低温润滑层（18）；高温润滑层（16）、中温润滑层（17）及低温润滑层（18）分别采用高温玻璃粉、中温玻璃粉和低温玻璃粉制备而成。

6.根据权利要求1所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述挤压驱动机构包括升降驱动机构、导杆（4）及连接组件，其中升降驱动机构设置于所述框架（1）的顶部，且输出端与连接组件连接，连接组件通过导杆（4）与所述框架（1）滑动连接；所述凸模（9）的上端与连接组件的底部连接。

7.根据权利要求6所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述连接组件包括上连接板（5）、水冷装置（6）及下连接板（6），其中上连接板（5）和下连接板（6）连接，水冷装置（6）设置于上连接板（5）和下连接板（6）之间，上连接板（5）与所述升降驱动机构的输出端连接；下连接板（6）与所述凸模（9）连接。

8.根据权利要求7所述的金属基复合材料的热挤压装置，其特征在于，所述升降驱动机构包括设置于所述框架（1）上的液压缸（2），液压缸（2）的液压杆（3）与所述上连接板（5）连接。