CN116590633B - 一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置及制备方法。制备装置包括：混合装置，混合装置用于将巴氏合金与增强纤维混合，混合装置包括出料口和第一进料口，出料口用于将巴氏合金与增强纤维挤压成型；循环装置，循环装置设有循环始端和循环末端；其中，循环始端和出料口对应设置，循环末端和第一进料口对应设置，以使得循环装置将来自出料口的物料送回第一进料口。本发明能够解决现有的制备巴氏合金与增强纤维复合材料的工艺复杂、制备周期长、工艺成本高的问题。

Description

一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置及制备方法

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体而言，涉及一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置及一种制备方法。

背景技术

巴氏合金主要由锡锑铜三种主要元素构成，铸态组织中的锡锑相是硬质相分布在较软的基体中。将巴氏合金制成轴瓦，通过轴瓦与轴承的“跑合”达到以突出的锡锑硬质相作为支撑点，二者中间空隙部分存储润滑油，使轴瓦与轴承之间在工作时能形成油膜的一种低摩擦状态，达到降低二者之间的摩擦系数，可以承受重载的目的。这种合金在低速、重载的特定使用要求场景中应用广泛。随着科技的进步，原有牌号的巴氏合金轴瓦需面对更加苛刻的性能要求，在有启动阻力小、使用温度高的应用中已无法满足使用要求。

科研人员尝试将增强纤维引入巴氏合金中来解决以上问题。目前主流的引入方法有以下几种：一是将长增强纤维表面镀覆一层金属，然后将镀有金属的增强纤维切断成短纤维，将短纤维与巴氏合金粉末进行烧结，制备成复合材料。二是将巴氏合金粉、短增强纤维及其他硬质粉末混合得到热喷涂粉，再利用热喷涂设备在金属表面进行喷涂得到复合喷涂层。

但是，在实际制造过程中，存在这样一个问题：目前现有的制备巴氏合金与增强纤维复合材料的工艺都较为复杂、制备周期长、工艺成本非常高。因此，提出一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置及制备方法以解决问题。

发明内容

本发明的第一目的在于提供巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置；

本发明的第二目的在于提供巴氏合金与增强纤维复合材料的制备方法。

为实现本发明的第一目的，本发明的实施例提供一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置，包括：混合装置，混合装置用于将巴氏合金与增强纤维混合，混合装置包括出料口和第一进料口，出料口用于将巴氏合金与增强纤维挤压成型；循环装置，循环装置设有循环始端和循环末端；其中，循环始端和出料口对应设置，循环末端和第一进料口对应设置，以使得循环装置将来自出料口的物料送回第一进料口。

相关技术中，巴氏合金与增强纤维复合材料的工艺都较为复杂、制备周期长、工艺成本非常高。本发明提供了一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置，巴氏合金和增强纤维在混合装置中进行混合搅拌，巴氏合金与增强纤维复合材料从出料口挤压成型，通过循环始端进入到循环装置中，从循环末端导出，通过第一进料口回到混合装置中，再次对其进行搅拌混合，重复上述工序多次使得增强纤维均匀分布在巴氏合金当中，本发明通过循环装置和导向装置达到多次循环加工的目的，使得增强纤维均匀分布在巴氏合金中，由此解决了工艺复杂、工艺周期长的问题，提高了加工效率，同时也大大缩减了工艺成本。

另外，本发明上述实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实例中，混合装置还包括：挤压模具，挤压模具内设有挤压空腔，第一进料口设在挤压模具上；挤压嘴，出料口设在挤压嘴上，挤压嘴连通挤压空腔；螺旋轴，螺旋轴设在挤压模具内部；其中，螺旋轴能够在挤压空腔中旋转，以将巴氏合金与增强纤维混合。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：一方面，增强纤维和巴氏合金在螺旋轴的搅拌作用下，巴氏合金发生剧烈塑性流动，为增强纤维的混入提供了良好的条件，经过多次循环的旋转搅拌，使增强纤维均匀分布到巴氏合金中；另一方面，复合材料在螺旋轴旋转产生的挤压力作用下不断被挤压至挤压嘴处，实现了复合材料的自动喂料，同时复合材料进入到挤压嘴后，在螺旋轴的挤压力作用下内部发生焊合形成致密的组织，使得复合材料结构强度更大。

在本发明的一个实例中，混合装置还包括；第二进料口，第二进料口设在挤压模具上；其中，第二进料口用于向挤压空腔中供应巴氏合金和/或增强纤维。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：第二进料口设置在挤压模具上，用于添加增强纤维，在巴氏合金进料的同时添加增强纤维，使得初始时增强纤维能够较为均匀的混合到巴氏合金中，减少了循环加工的次数，从而在一定程度上提高了加工效率。

在本发明的一个实例中，循环装置包括：多个导向装置，导向装置包括导向入口和导向出口；其中，至少一个导向装置的导向入口对应循环始端，至少一个导向装置的导向出口对应循环末端；相邻两个导向装置的导向入口和导向出口相互对应设置。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：复合材料从循环始端进入到其中一个导向装置入口，再从导向出口导出进入到下一个导向装置的导向入口，直至从最后一个导向装置出口导出到达循环末端；导向装置目的是为了改变挤出的复合材料的前进方向，在导向装置的作用下，挤出的复合材料沿导向装置的方向发生变形，最终使复合材料最终回到混合装置中进行下一次加工；相邻两个导向装置的导向入口和导向出口相对应，已经循环始端、循环末端分别于导向入口、导向出口相互对应设置，使得循环复合材料的循环完整连续。

在本发明的一个实例中，导向装置包括依次排列呈圆弧形的第一导向装置、第二导向装置和第三导向装置。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：复合材料依次进入第一导向装置、第二导向装置、第三导向装置进而回到混合装置中；导向装置排列呈圆弧形且导向装置的数量为三个，大大减少了复合材料在循环装置中受到的摩擦阻力，避免了复合材料在导向装置中堵塞、卡死的情况。

在本发明的一个实例中，循环装置还包括辊压机，辊压机包括：第一辊压机，第一辊压机设于循环始端与第一导向装置之间；和/或第二辊压机，第二辊压机设于第一导向装置与第二导向装置之间；和/或第三辊压机，第三辊压机设于第二导向装置与第三导向装置之间；第四辊压机，第四辊压机设于第三导向装置与循环末端之间。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：复合材料在辊压机的辊挤作用下往前运动，辊压机具有定位功能以及对挤出的复合材料提供向前运动的动能；使挤出的复合材料对齐下一个导向装置的导向入口或第一进料口，避免复合材料撞击导向入口或第一进料口的边缘；同时辊压机不断对复合材料进行辊压，使其内部发生焊合形成致密的组织，结构更为坚硬。

在本发明的一个实例中，循环装置还包括辊压机，辊压机包括：辊轮，两个辊轮相对设置；其中，两个辊轮的转速相同、旋转方向相反。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：当复合材料进入到辊压机中时，转速相同方向相反的两个辊轮同时对复合材料进行挤压定位，为复合材料提供向前运动的动能；由于两个辊轮转速相同不存在转速差，复合材料不会因上下层速度不同而出现断裂现象。

在本发明的一个实例中，还包括：切断装置，切断装置用于切断加工完成的巴氏合金与增强纤维复合材料。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：切断装置设于导向入口和挤压嘴之间，或导向出口和循环进料口之间，或相邻两个导向装置的导向入口和导向出口之间；切断装置用于将加工完成的复合材料进行切断处理，停止循环加工，将加工完成的材料导出到制备装置外部，以便进行下一组材料的加工。

为实现本发明的第二目的，本发明实施例提供了一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备方法，其特征在于，采用巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置制备复合材料，制备方法包括如下步骤：

S100：向混合装置中输送巴氏合金与增强纤维，获得混合物料；

S200：至少一次地驱动混合物料经由混合装置的出料口进入循环装置的循环始端，且驱动混合物料在循环装置中移动，并经由混合装置的循环末端进入混合装置的第一进料口。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明提供的是一种循环混合的方法，以使增强纤维均匀分布在巴氏合金中，并通过挤压、辊压使得复合材料结构更为紧密；相对于增强纤维喷涂的方法，增强纤维在巴氏合金中分布更为均匀；相对于烧结而成的复合材料，本发明由挤压和辊压所得到的复合材料结构强度更大。

在本发明的一个实例中，混合装置的工作温度为100℃-120℃。

与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在此温度内，巴氏合金的塑形较好，便于增强纤维混合到巴氏合金中，同时降低挤压力及提高挤压的效率和效果。

采用本发明的技术方案后，能够达到如下技术效果：

（1）增强纤维在巴氏合金中分布更为均匀；

（2）复合材料内部组织更为致密，结构强度更高；

（3）工艺简单，加工效率高，工艺成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中待要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例提供的一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置的结构示意图。

附图标记说明：

10-巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置；100-混合装置；110a-第一进料口；110b-第二进料口；120-出料口；130-挤压模具；131-挤压空腔；140-挤压嘴；150-螺旋轴；200-循环装置；210-导向装置；211-第一导向装置；212-第二导向装置；213-第三导向装置；214-导向入口；215-导向出口；220-辊压机；221-第一辊压机；221a-辊轮；222-第二辊压机；223-第三辊压机；224-第四辊压机；230-循环始端；240-循环末端；300-切断装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，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作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。

下面参照图1描述本发明一些实施例的技术方案。

【第一实施例】

如图1所示，本发明的实施例提供一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置10，包括：混合装置100，混合装置100用于将巴氏合金与增强纤维混合，混合装置100包括出料口120和第一进料口110a，出料口120用于将巴氏合金与增强纤维挤压成型；循环装置200，循环装置200设有循环始端230和循环末端240；其中，循环始端230和出料口120对应设置，循环末端240和第一进料口110a对应设置，以使得循环装置200将来自出料口120的物料送回第一进料口110a。

相关技术中，巴氏合金与增强纤维复合材料的工艺都较为复杂、制备周期长、工艺成本非常高。本发明提供了一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置，巴氏合金和增强纤维在混合装置100中进行混合搅拌，巴氏合金与增强纤维复合材料从出料口120挤压成型，通过循环始端230进入到循环装置200中，从循环末端240导出，通过第一进料口110a回到混合装置100中，再次对其进行搅拌混合，重复上述工序多次使得增强纤维均匀分布在巴氏合金当中，本发明通过循环装置200和导向装置210达到多次循环加工的目的，使得增强纤维均匀分布在巴氏合金中，由此解决了工艺复杂、工艺周期长的问题，提高了加工效率，同时也大大缩减了工艺成本。

本实施例中，混合装置100还包括：挤压模具130，挤压模具130内设有挤压空腔131，第一进料口110a设在挤压模具130上；挤压嘴140，出料口120设在挤压嘴140上，挤压嘴140连通挤压空腔131；螺旋轴150，螺旋轴150设在挤压模具130内部；其中，螺旋轴150能够在挤压空腔131中旋转，以将巴氏合金与增强纤维混合。

具体而言，一方面，增强纤维和巴氏合金在螺旋轴150的搅拌作用下，巴氏合金发生剧烈塑性流动，为增强纤维的混入提供了良好的条件，经过多次循环的旋转搅拌，使增强纤维均匀分布到巴氏合金中；另一方面，复合材料在螺旋轴150旋转产生的挤压力作用下不断被挤压至挤压嘴140处，实现了复合材料的自动喂料，同时复合材料进入到挤压嘴140后，在螺旋轴150的挤压力作用下内部发生焊合形成致密的组织，使得复合材料结构强度更大。

举例而言，可以采用不同形状的挤压嘴140用以适应符合不同材料形状的要求，例如：挤压嘴140加工成圆形，可以将复合材料加工成棒料；挤压嘴140可以设置成长方形，可以将复合材料加工成板材。

再次举例的，将挤压嘴140和螺旋轴150同心设置，挤压嘴140正对挤压力的轴线方向，使得挤压所需的压力更小，一定程度上减小了螺旋轴150的负载，从而减小了功率消耗，降低了成本。

在本实施例中，混合装置100还包括；第二进料口110b，第二进料口110b设在挤压模具130上；其中，第二进料口110b用于向挤压空腔131中供应巴氏合金和/或增强纤维。

具体的，第二进料口110b设置在挤压模具130上，用于添加增强纤维，在巴氏合金进料的同时添加增强纤维，使得初始时增强纤维能够较为均匀的混合到巴氏合金中，减少了循环加工的次数，从而在一定程度上提高了加工效率。

举例的，第二进料口110b远离挤压模具130的一端开口比靠近挤压模具130一端的开口大，以方便增强纤维的添加。

在本实施例中，循环装置200包括：多个导向装置210，导向装置210包括导向入口214和导向出口215；其中，至少一个导向装置210的导向入口214对应循环始端230，至少一个导向装置210的导向出口215对应循环末端240；相邻两个导向装置210的导向入口214和导向出口215相互对应设置。

具体的，复合材料从循环始端230进入到其中一个导向装置210入口，再从导向出口215导出进入到下一个导向装置210的导向入口214，直至从最后一个导向装置210出口导出到达循环末端240；导向装置210目的是为了改变挤出的复合材料的前进方向，在导向装置210的作用下，挤出的复合材料沿导向装置210的方向发生变形，最终使复合材料最终回到混合装置100中进行下一次加工；相邻两个导向装置210的导向入口214和导向出口215相对应，已经循环始端230、循环末端240分别于导向入口、导向出口215相互对应设置，使得循环复合材料的循环完整连续。

举例而言，导向装置210的内壁需是光滑的，以减少复合材料在导向装置210中受到的摩擦。

再次举例的，导向装置210为圆弧形的凹槽，复合材料沿着凹槽的方向发生形变，并通过导向装置210传导；采用圆弧形的设计同样减少了复合材料在传导时受到的摩擦。

在本实施例中，导向装置210包括依次排列呈圆弧形的第一导向装置211、第二导向装置212和第三导向装置213。

具体的，复合材料依次进入第一导向装置211、第二导向装置212、第三导向装置213进而回到混合装置100中；导向装置210排列呈圆弧形且导向装置210的数量为三个，大大减少了复合材料在循环装置200中受到的摩擦阻力，避免了复合材料在导向装置210中堵塞、卡死的情况。

举例的，导向装置210可以为一个，其导向入口214对应循环入口、导向出口215对应循环出口，采用此方案可以简化制备装置的结构组成，但相应的增加了复合材料受到的摩擦阻力，在复合强度要求相对较低的场景可以应用此方案。

在本实施例中，循环装置200还包括辊压机220，辊压机220包括：第一辊压机221，第一辊压机221设于循环始端230与第一导向装置211之间；和/或第二辊压机222，第二辊压机222设于第一导向装置211与第二导向装置212之间；和/或第三辊压机223，第三辊压机223设于第二导向装置212与第三导向装置213之间；第四辊压机224，第四辊压机224设于第三导向装置213与循环末端240之间。

具体的，复合材料在辊压机220的辊挤作用下往前运动，辊压机220具有定位功能以及对挤出的复合材料提供向前运动的动能；使挤出的复合材料对齐下一个导向装置210的导向入口214或第一进料口110a，避免复合材料撞击导向入口214或第一进料口110a的边缘；同时辊压机220不断对复合材料进行辊压，使其内部发生焊合形成致密的组织，结构更为坚硬。

举例的，辊压机220设于上述每一个位置，采用这种方式的辊压机220排布，能够有效减少复合材料在循环装置200中受到的磨损，为复合材料提供前进的动力，减小了复合材料在循环时受到的阻力，并减少了生产复合材料时在辊压机220上的功率消耗。

在本实施例中，循环装置200还包括辊压机220，辊压机220包括：辊轮221a，两个辊轮221a相对设置；其中，两个辊轮221a的转速相同、旋转方向相反。

具体的，当复合材料进入到辊压机220中时，转速相同方向相反的两个辊轮221a同时对复合材料进行挤压定位，为复合材料提供向前运动的动能；由于两个辊轮221a转速相同不存在转速差，复合材料不会因上下层速度不同而出现断裂现象。

举例的，两个辊轮221a之间的距离应与导向入口214、导向出口215、第一进料口110a和出料口120相适配，避免辊轮221a复合材料受不到辊压以及复合材料大于导向入口214承受范围的情况。

在本实施例中，还包括：切断装置300，切断装置300用于切断加工完成的巴氏合金与增强纤维复合材料。

具体的，切断装置300设于导向入口214和挤压嘴140之间，或导向出口215和循环进料口之间，或相邻两个导向装置210的导向入口214和导向出口215之间；切断装置300用于将加工完成的复合材料进行切断处理，停止循环加工，将加工完成的材料导出到制备装置外部，以便进行下一组材料的加工。

举例的，将切断装置300设置在出料口120处，将最后一次挤压成型的复合材料进行切断，由于没有经过导向装置210，未受到导向装置210对其的摩擦，复合材料的表面组织较为光滑；引起复合材料未通过导向装置210而发生形变，故复合材料的内部不会出现裂缝，结构组织更为致密；故切断装置300设置在出料口120为最优。

再次举例的，切断装置300设有两个切断刀，且切断刀的两刀刃距复合材料的中心距离相等，并且两切断刀刃互相对齐，在最大程度上减小了复合材料由于切断带来的破损。

【第二实施例】

进一步的，一种采用上述实施例装置制备巴氏合金与增强纤维复合材料的方法，包括如下步骤：

步骤S100：将巴氏合金锭从第一进料口110a放入挤压模具130中；

步骤S200：当巴氏合金出现在增强纤维添加口的下方时，将增强纤维从第二进料口110b处添加至挤压模具130内；

步骤S300：增强纤维与巴氏合金在螺旋轴150的旋转挤压作用下混合搅拌在一起，从挤压嘴140中挤出；

步骤S400：挤出的复合材料在辊压机220的辊挤作用下，从循环始端230进入循环装置200；

步骤S500：复合材料从循环始端230依次经过第一辊压机221、第一导向装置211、第二辊压机222、第二导向装置212、第三辊压机223、第三导向装置213、第四辊压机224，并通过循环末端240进入至第一进料口110a；

步骤S600：重复步骤S300-步骤S500N次后停止循环，其中N为[60，100]中任一整数；

步骤S700：移开导向装置210，开启切断装置300，将挤出的复合材料进行切断使挤出的复合材料呈直线状。

具体的，循环次数N、挤压模具130温度、螺旋轴150的转速之间具有优化的组合。

举例来说，当挤压模具130的温度为100℃时，螺旋轴150的转速为10r/min，循环次数N为60次；当挤压模具130的温度为120℃时，螺旋轴150的转速为50r/min，循环次数N为100次。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10），其特征在于，包括：

混合装置（100），所述混合装置（100）用于将所述巴氏合金与所述增强纤维混合，所述混合装置（100）包括出料口（120）和第一进料口（110a），所述出料口（120）用于将所述巴氏合金与所述增强纤维挤压成型；

循环装置（200），所述循环装置（200）设有循环始端（230）和循环末端（240），所述循环装置（200）包括：

多个导向装置（210），所述导向装置（210）包括导向入口（214）和导向出口（215），所述导向装置（210）包括依次排列呈圆弧形的第一导向装置（211）、第二导向装置（212）和第三导向装置（213）；其中，至少一个所述导向装置（210）的所述导向入口（214）对应所述循环始端（230），至少一个所述导向装置（210）的所述导向出口（215）对应所述循环末端（240）；相邻两个所述导向装置（210）的所述导向入口（214）和所述导向出口（215）相互对应设置；

所述循环装置（200）还包括辊压机（220），所述辊压机（220）包括：

第一辊压机（221），所述第一辊压机（221）设于所述循环始端（230）与第一导向装置（211）之间；和/或

第二辊压机（222），所述第二辊压机（222）设于所述第一导向装置（211）与所述第二导向装置（212）之间；和/或

第三辊压机（223），所述第三辊压机（223）设于所述第二导向装置（212）与所述第三导向装置（213）之间；

第四辊压机（224），所述第四辊压机（224）设于所述第三导向装置（213）与所述循环末端（240）之间；

其中，所述循环始端（230）和所述出料口（120）对应设置，所述循环末端（240）和所述第一进料口（110a）对应设置，以使得所述循环装置（200）将来自所述出料口（120）的物料送回所述第一进料口（110a）。

2.根据权利要求1所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10），其特征在于，所述混合装置（100）还包括：

挤压模具（130），所述挤压模具（130）内设有挤压空腔（131），所述第一进料口（110a）设在所述挤压模具（130）上；

挤压嘴（140），所述出料口（120）设在所述挤压嘴（140）上，所述挤压嘴（140）连通所述挤压空腔（131）；

螺旋轴（150），所述螺旋轴（150）设在所述挤压模具（130）内部；

其中，所述螺旋轴（150）能够在所述挤压空腔（131）中旋转，以将所述巴氏合金与所述增强纤维混合。

3.根据权利要求2所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10），其特征在于，所述混合装置（100）还包括：

第二进料口（110b），所述第二进料口（110b）设在所述挤压模具（130）上；

其中，所述第二进料口（110b）用于向所述挤压空腔（131）中供应所述巴氏合金和/或所述增强纤维。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10），其特征在于，所述辊压机（220）包括：

辊轮（221a），两个所述辊轮（221a）相对设置；

其中，两个所述辊轮（221a）的转速相同、旋转方向相反。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10），其特征在于，还包括：

切断装置（300），所述切断装置（300）用于切断加工完成的所述巴氏合金与增强纤维复合材料。

6.一种巴氏合金与增强纤维复合材料的制备方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备装置（10）制备所述复合材料，所述制备方法包括如下步骤：

S100：向混合装置中输送所述巴氏合金与所述增强纤维，获得混合物料；

S200：至少一次地驱动所述混合物料经由所述混合装置的出料口进入循环装置的循环始端，且驱动所述混合物料在所述循环装置中移动，并经由所述混合装置的循环末端进入所述混合装置的第一进料口。

7.根据权利要求6所述的巴氏合金与增强纤维复合材料的制备方法，其特征在于，

所述混合装置的工作温度为100℃-120℃。