CN114799177A - 一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置，属于金属材料的加工技术领域，本方案首先将不同材质的丝材原料分别通过混料装置进行连续送料，丝材原料经过搅拌体上碎料刀片底部与混料装置底部间隙，碎料刀片底部截面会剪切破碎丝材原料成颗粒状材料，伴随着搅拌体的摩擦产热，粉碎颗粒状丝材原料不断热塑化并沿着搅拌体上的螺槽旋向向上运动积累，储料腔压力逐渐增高，热塑化丝材原料被主动输送至出料孔，最终实现合金丝棒材的直接成形，大大促进了丝材原料成分及组织强化相的均匀再分布，保证合金丝棒材加工成形效率和质量，实现合金丝棒材内部组织成分的可控性加工制备工序。

Description

一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置

技术领域

本发明涉及金属材料的加工技术领域，更具体地说，涉及一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置。

背景技术

随着现代科学技术的发展和工业生产对材料的要求日益提高，普通单一金属材料越来越难以满足实际需求。合金丝棒材是多种材料的统计优化，集多种材料有点于一身，具有高强度、高模量和轻比重等一系列特点。与普通材料相比，合金丝棒材可改善并克服单一材料的弱点，充分发挥材料的整体优势，在轨道交通、航空航天、武器装备等领域表现出极大的应用前景。目前，传统的合金丝棒材加工技术中界面结合力不强，制备完成后还需进行二次处理，合金丝棒材加工技术连续送料种类单一，内部成分可控性差，且加工过程多次中断重启动会降低材料界面结合力，大大降低合金丝棒材的成形质量。

传统制备合金丝棒材的工艺主要为为热挤压与热拉拔，制备之前需要预制金属铸锭，然后再进行挤压或拉拔，这使得工序变得较为复杂，因制备出的合金丝棒材材料质量与母材铸锭的质量具有较大的联系，制备质量较好的铸锭难度也较大，针对以上问题，如能开发一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置，通过外部连续送料，加工模具对固相材料施加的高塑性应变，实现合金丝棒材的成分可调且直接固相制备的高质量成形过程，同时兼顾材料的塑性与韧性的提升，则能够大大提高合金丝棒材在热挤压与热拉拔时的工作效率。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法及装置，它可以实现在合金丝棒材制备过程中搅拌摩擦挤压装置的搅拌体对材料剧烈的搅拌、摩擦、挤压并热塑化成形，促进了材料成分及组织强化相的均匀再分布，保证合金丝棒材加工成形效率和质量，从而致使合金丝棒材内部组织成分的可控性加工制备。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，包括搅拌体、混料装置和丝材原料，所述搅拌体包括装夹柄、夹持部、碎料叶片和螺槽，所述装夹柄外端开凿有夹持部，所述装夹柄下端安装有多个均匀分布的碎料叶片，所述碎料叶片外端开凿有螺槽。

进一步的，所述夹持部上端设有定位平面，所述定位平面为搅拌摩擦焊机刀柄夹持要求加工制成。

进一步的，所述螺槽形状为矩形设置且不限于三角形、梯形、锯齿形及圆弧形截面结构。

进一步的，所述装夹柄旋向方向与搅拌摩擦焊机主轴旋转方向一致。

进一步的，所述混料装置包括上端盖、通孔、出料孔、储料腔和进料通道，所述上端盖安装于搅拌体外端，所述上端盖上端开凿有四个对称分布的通孔，所述上端盖外端开凿有出料孔，所述上端盖内部开凿有储料腔，所述出料孔与储料腔相互连通，所述储料腔下端开凿有四个对称分布的进料通道，所述进料通道与储料腔相互连通。

进一步的，所述出料孔的直径尺寸为加工合金丝棒材的截面形状尺寸设定。

一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法，包括以下步骤：

S1、首先借助送丝机构的送丝力将不同材质的丝材原料连续送料送入混料装置内部；

S2、在S1中丝材原料进入混料装置后，丝材原料经过搅拌体与混料装置底部之间的间隙，随后搅拌体将剪切破碎丝材原料成颗粒状材料，

S3、伴随着搅拌体运作时的摩擦产热，粉碎后的颗粒状丝材原料不断热塑化并沿着搅拌体的旋向向上运动积累，热塑化丝材原料被主动的输送出混料装置外，最终实现合金丝棒材的直接成形。

进一步的，所述丝材原料应用于包括但不限于铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金等材料的同种或多种材料的合金丝棒材制备成形。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明可实现在加工制备合金丝棒材过程中，合金丝棒材内部组织成分可调的的直接固相加工成形，提高其之间的结合力，实现了多质丝材原料的连续进给送料，具有较高的工作效率，

（2）本发明混料装置上的多个进料通道设计实现了同质到异质材料连续进给送料，拓宽了合金丝棒材加工技术的应用范围，实现了合金丝棒材的组织、成分、功能的多样化设计。

（3）本发明通过搅拌体的碎料叶片及螺槽的结构设计，通过搅拌、混合、热塑化及输送，实现了固态金属材料由固相至固相直接塑化成形，避免了金属材料由固相到液相再到固相的转变过程；同时碎料叶片可实现粉碎、搅拌混合并热塑化丝材原料，使得异质丝材原料混合效果均匀且组织晶粒更加细小。

（4）本发明制备过程中搅拌摩擦挤压装置的搅拌体对材料剧烈的搅拌、摩擦、挤压作用，可以促进材料成分及组织强化相的均匀再分布，实现合金丝棒材内部组织成分的可控性加工制备。

（5）本发明制备合金丝棒材所需原料成本低，可通过布置多个进料通道来提高材料成形效率。

附图说明

图1为本发明实施所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材装置整体的示意图；

图2是图1中所述的搅拌体示意图；

图3是图2中所述的搅拌体仰视图；

图4为本发明上端盖的结构示意图；

图5为图1中所述的混料装置示意图；

图6为本图5所述的混料装置仰视图。

图中标号说明：

1搅拌体、11夹持部、12碎料叶片、121螺槽、13装夹柄、2混料装置、21上端盖、211通孔、22出料孔、23储料腔、24进料通道、3丝材原料。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，包括搅拌体1、混料装置2和丝材原料3，搅拌体1包括装夹柄13、夹持部11、碎料叶片12和螺槽121，装夹柄13外端开凿有夹持部11，装夹柄13下端安装有多个均匀分布的碎料叶片12，碎料叶片12外端开凿有螺槽121，碎料叶片12用于粉碎、搅拌、混合并热塑化连续进给的丝材原料3，并经过长时间旋转热塑化，热塑化丝材原料3成分混合效果均匀且晶粒组织细化。

请参阅图1-3，夹持部11上端设有定位平面，定位平面为搅拌摩擦焊机刀柄夹持要求加工制成。

请参阅图1-3，螺槽121形状为矩形设置且不限于三角形、梯形、锯齿形及圆弧形截面结构。

请参阅图1-3，装夹柄13旋向方向与搅拌摩擦焊机主轴旋转方向一致。

请参阅图1和4-6，混料装置2包括上端盖21、通孔211、出料孔22、储料腔23和进料通道24，上端盖21安装于搅拌体1外端，上端盖21上端开凿有四个对称分布的通孔211，上端盖21外端开凿有出料孔22，上端盖21内部开凿有储料腔23，出料孔22与储料腔23相互连通，储料腔23下端开凿有四个对称分布的进料通道24，进料通道24与储料腔23相互连通，出料孔22，具有输出热塑化丝材原料3的作用，23储料腔便于储存、热塑化丝材原料3，进料通道24，用于多条丝材连续进给送料，也可根据合金丝棒材组织成分需求调整进料通道24的进料材质及进料速率。

请参阅图5-6，出料孔22的直径尺寸为加工合金丝棒材的截面形状尺寸设定。

一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法，包括以下步骤：

S1、首先借助送丝机构的送丝力将不同材质的丝材原料3连续送料送入混料装置2内部；

S2、在S1中丝材原料3进入混料装置2后，丝材原料3经过搅拌体1与混料装置2底部之间的间隙，随后搅拌体1将剪切破碎丝材原料成颗粒状材料，

S3、伴随着搅拌体1运作时的摩擦产热，粉碎后的颗粒状丝材原料不断热塑化并沿着搅拌体1的旋向向上运动积累，热塑化丝材原料被主动的输送出混料装置2外，最终实现合金丝棒材的直接成形。

丝材原料3应用于包括但不限于铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金等材料的同种或多种材料的合金丝棒材制备成形。

本方案首先借助送丝机构的送丝力将不同材质的丝材原料3分别通过混料装置2底部预置多个进料通道24连续送料，丝材原料3分别通过不同的进料通道24进入混料装置2的储料腔23，经过搅拌体1上碎料刀片12底部与混料装置2底部间隙，碎料刀片12底部截面会剪切破碎丝材原料成颗粒状材料，主轴转向与螺槽旋121向相配合，螺槽121具有混料且输送丝材原料3的作用，随着搅拌体1的摩擦产热，粉碎颗粒状丝材原料3不断热塑化并沿着搅拌体1上的螺槽121旋向向上运动积累，储料腔23压力逐渐增高，热塑化丝材原料3被主动输送至出料孔22，最终实现对多丝状固相材料剧烈的搅拌、摩擦并热塑化挤压成形合金丝棒材，大大促进了材料成分及组织强化相的均匀再分布，保证合金丝棒材加工成形效率和质量，实现合金丝棒材内部组织成分的可控性加工制备工序。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，包括搅拌体（1）、混料装置（2）和丝材原料（3），其特征在于：所述搅拌体（1）包括装夹柄（13）、夹持部（11）、碎料叶片（12）和螺槽（121），所述装夹柄（13）外端开凿有夹持部（11），所述装夹柄（13）下端安装有多个均匀分布的碎料叶片（12），所述碎料叶片（12）外端开凿有螺槽（121）。

2.根据权利要求1所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，其特征在于：所述夹持部（11）上端设有定位平面，所述定位平面为搅拌摩擦焊机刀柄夹持要求加工制成。

3.根据权利要求1所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，其特征在于：所述装夹柄（13）形状为矩形设置且不限于三角形、梯形、锯齿形及圆弧形截面结构。

4.根据权利要求1所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，其特征在于：所述装夹柄（13）旋向方向与搅拌摩擦焊机主轴旋转方向一致。

5.根据权利要求1所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，其特征在于：所述混料装置（2）包括上端盖（21）、通孔（211）、出料孔（22）、储料腔（23）和进料通道（24），所述上端盖（21）安装于搅拌体（1）外端，所述上端盖（21）上端开凿有四个对称分布的通孔（211），所述上端盖（21）外端开凿有出料孔（22），所述上端盖（21）内部开凿有储料腔（23），所述出料孔（22）与储料腔（23）相互连通，所述储料腔（23）下端开凿有四个对称分布的进料通道（24），所述进料通道（24）与储料腔（23）相互连通。

6.根据权利要求5所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的装置，其特征在于：所述出料孔（22）的直径尺寸为加工合金丝棒材的截面形状尺寸设定。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、首先借助送丝机构的送丝力将不同材质的丝材原料（3）连续送料送入混料装置（2）内部；

S2、在S1中丝材原料（3）进入混料装置（2）后，丝材原料（3）经过搅拌体（1）与混料装置（2）底部之间的间隙，随后搅拌体（1）将剪切破碎丝材原料成颗粒状材料，

S3、伴随着搅拌体（1）运作时的摩擦产热，粉碎后的颗粒状丝材原料不断热塑化并沿着搅拌体（1）的旋向向上运动积累，热塑化丝材原料被主动的输送出混料装置（2）外，最终实现合金丝棒材的直接成形。

8.根据权利要求1所述的一种成分可控搅拌摩擦挤压制备合金丝棒材的方法，其特征在于：所述丝材原料（3）应用于包括但不限于铝及铝合金、铜及铜合金、钛合金、镁合金等材料的同种或多种材料的合金丝棒材制备成形。

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