CN101020201A - 双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺及其装置，属于半固态成形技术领域。所述工艺包括模具预热和温度控制***的建立，模具预热温度为200℃－300℃，将由感应加热或半固态浆料制备得到的具有一定固相分数的棒状和环状挤压坯料迅速放入挤压模具内外挤压筒中，调节压力机的速度、行程，挤压成形得到目标复合管，挤压速度控制在50－80mm/s。本发明用半固态多坯料挤压成形工艺来进行具有优良连接性能的复合管生产，扩大了半固态技术的应用领域，拓展了复合管的制造途径，是一种完成崭新的挤压成形工艺。使用该工艺，不但可以实现复合管的短流程、近终形的成形制造，而且可以降低能源消耗，提高产品质量，并推进半固态成形技术的实用化进程。
Description
技术领域
本发明涉及一种双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺及其装置，属于半固态成形技术领域。
背景技术
双层复合管的加工制造是近几年发展起来的一种先进成形技术，其主要用于电子电器、汽车、建材、暖通以及航空航天等领域。目前市场上铝塑复合管是采用对接焊工艺生产而成，不锈钢复合管是碳素钢带和不锈钢带采用包覆生产的方法制成。实际上，用这两种技术生产出的复合管有非常明显的缺陷：内层管与外层管之间的连接有缝隙。在对强度和连接有极高要求的领域如航空航天领域，这些缝隙会对飞行器安全构成致命威胁，因为在高温下缝隙中的空气会受热膨胀使复合管变形而损害。此外，生产该复合管至少需要两个工步：第一步是分别生产出同质材料的单层管；第二步是采用包覆或焊接的方法将第一步生产出的单层管进行复合连接。很显然，该工艺生产周期长、能耗高、不能实现一次成形。因此如何找到一种既能实现短流程、近净成形又能保证生产出的复合管具有优良连接性能的巧妙方法是一项极具创造性和挑战性的发明工作。
另一方面，在国家“十一五”中长期发展规划中，明确提出未来加工行业必须走低能耗、低污染的道路，并提出了相应的考核指标。为尽快扭转在我国经济建设中占有重要地位的材料加工行业的高能耗、重污染和低性价比，提高产品质量，减轻环境污染，增强其国际竞争力，迫切需要从冶金材料科学发展前沿出发，突破传统的冶金及加工工艺理论和概念，利用高新技术对材料加工及控制技术进行新的工艺探索，实现生产过程的短流程、低能耗和高质量。长期以来探索多层复合管的短流程、近终形生产方法、并能从实验上制备多层复合管已成为广大现代高新技术加工企业的一种迫切需要。20世纪70年代初期半固态加工技术的出现无疑给生产高连接质量的复合管带来了希望。
所谓半固态加工是对具有一定液相组分的固液混合浆料进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于普通铸造(纯液态)和锻压(纯固态)之间的成形方法(M.C.Flemings.Behavior of Alloys in Semi-solid State.Metallurgical Transactions，1990，Vol.22B：269-293)。与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有如下优点：①应用范围广泛，凡具有固液两相区的金属及合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金和钢的压铸、挤压和锻压成形；②半固态合金已经部分释放出结晶潜热，因而减轻了对加工模具的热冲击，使其寿命大幅度提高；③半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，因而可以成形断面十分复杂的零件，实现近净成形，并且缩短了加工周期，提高了材料利用率，有利于节能节材；④半固态浆料充填平稳，无湍流和喷溅，加工温度相对较低，凝固收缩小，因而成形件表面平整光滑，内部组织致密，气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能好。可见半固态加工技术与传统的加工技术相比具有极大的优势(Sirmon Kleiner，ErhardOgris，Oliver Beffort and Peter J.Uggowitzer.Semi-Solid Metal Processing of AluminumAlloy A356 and Magnesium Alloy AZ91：Comparison Based on Metallurgical Considerations.Advanced Engi.Mater.2003，5(9)：653-658)。
20世纪70年代以来，该技术得到了美国、意大利、德国和日本等发达国家科技工作者的普遍重视，并已先后对铝、镁、铅、铜等合金在半固态工艺实验和理论等方面开展了广泛的研究，取得了重要进展，部分公司已进入规模生产(M.Fehlbier.Herstellung，Charakterisierung und Verarbeitung Teilfluessiger Metallischer Werkstoffe am BeispielVerschiedener Aluminum-und Magnesiumlegierungen.Aachen，Techn.Hochsch.，Diss，2002.ISBN 3-8322-1064-4)。如美国的Alumax公司1997年的两座半固态铝合金成形汽车零件生产工厂的生产能力分别达到每年5000万件。意大利的Stampal SPA和Fiat Auto公司生产的半固态铝合金汽车零件质量达7kg，并且形状复杂； 意大利的MM(MagnetiMarelli)为汽车公司生产半固态铝合金成形的fuel injection rail零件，在2000年达到日产7500件。在德国，世界著名的亚琛工业大学金属成形所(IBF der RWTH-Aachen)在Reiner Kopp教授和EFU公司前总裁Gerhalt Hirt教授领导下正进行着一项规模宏大、水平很高的半固态研究项目SFB289(Sonderforschungbereich)，该项目从1996年起连续12年从德国科研联合会DFG(Deutsche Forschungsgemeinschaft)获得资助，对半固态进行了全面、深入和***的基础研究和工业开发(M.Kiuchi，R.Kopp.Mushy/Semi-solid metal forming technology-Present and future.Annals of the CIRP.2002，51(2)：1-18)。日本的Speed Star Wheel公司已经用半固态加工技术生产铝合金轮毂(重5kg)。另外，在日本一些公司已用半固态镁合金触变成形技术生产出移动通讯手机外壳和笔记本电脑外壳等。在全世界范围内已先后召开了9次半固态国际学术会议(S2P)，取得了重要学术成果。
我国从80年代后期开始，在国家自然科学基金、863和973等计划的支持下，先后有不少高校和科研单位开展了这方面的研究，如北京有色金属研究总院(张景新，张奎，徐俊，石力开.Semi-solid Processing of AZ91D Alloy.中国第二届半固态年会论文集.北京，2002：204-208)、重庆大学(左宏志，刘昌明，邹茂华，谷忠明，范增，李德全，吴均，邱孝祥.ZL112Y压铸铝合金半固态重熔工艺及摩托车零件的半固态压铸成形.中国第二届半固态年会论文集.北京，2002：102-109)等。在半固态加工成形技术的基础理论研究方面取得了可喜进展，并自形设计和开发了不同类型的试验设备，甚至与企业合作进行试验生产。如重庆大学与中国嘉陵集团重庆九方铸造有限公司合作研制的JH70型摩托车发电机镁合金半固态支架；北京有色金属研究总院与东风汽车公司合作，采用半固态压铸生产的铝合金汽车空调器零件。
通过对以上国内外研究分析可以发现，目前国内外所做的研究都是采用同一种材料进行半固态产品开发研究，然而随着汽车、电子电器、家电、暖通等行业的不断发展，对复合管的需求量越来越大(如铜铝复合管)，并对其质量要求越来越高，特别是连接质量。目前市场上铝塑复合管和不锈钢复合管主要采用对接焊工艺和包覆生产方法制成，存在较严重的连接质量问题。
作为半固态成形技术的延伸和发展，双层复合管半固态制备法是一种完全崭新的复合材料成形的加工方法。其最重要的特点是成形过程和连接过程一次完成。如铜铝双层复合管包括两种形式的复合管：铜包铝管和铝包铜管。其中，所生产的铜包铝双层管再经过多道次拉伸以及拉丝后可形成多种规格的双层铜包铝管导线，直接用于线缆的生产，这大大节约了铜的使用量；而所生产的铝包铜管可用于各种暖气管道。实际上，双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺涉及的研究领域包括多个跨学科研究，如材料成形加工过程中的热力学、流体动力学理论、热能控制技术、物理学，以及冶金材料学、功能梯度复合材料、凝固理论、表面工程、摩擦技术、陶瓷、材料复合连接新技术、模具设计技术、挤压成形精确控制技术、模拟技术等。国际上，对双层复合管半固态多坯料挤压成形的探索研究还未起步；在国内，尚未发现双层复合管半固态多坯料挤压成形的相关报道。
发明内容
本发明的目的在于提出一种完全崭新的双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺及其装置。
本发明提出的双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺，其特征在于，所述工艺步骤为：
(1)半固态坯料的制备
(a)对于半固态触变挤压成形，先将具有半固态组织特征的坯料分别用机械加工方法加工成棒状和环状，使用感应加热炉加热，使毛坯变成具有一定固相分数(70％-90％)的棒状和环状半固态坯料；
(b)对于半固态流变挤压成形，先采用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用金属铸锭(对镁合金材料，需使用氩气作为保护气体)，在达到完全熔化温度后，保温静置30分钟。设计并加工坯料制备模具，将静置后的半固态浆料分别倒入不同坯料制备模具中，期间施加弱搅拌，当冷却到一定的半固态温度后，分别得到相应固相分数(70％-90％)的棒状和环状半固态坯料。
(2)双层复合管半固态挤压成形
设计并加工用于挤压成形双层复合管的模具，包括模具预热和温度控制***的建立。将由感应加热或半固态浆料制备得到的具有一定固相分数(70％-90％)的棒状和环状半固态坯料迅速放入挤压模具内外挤压筒中。调节压力机的速度和行程等，挤压成形得到目标复合管。
在上述的工艺中，所述步骤(1)当块状商用金属铸锭为镁合金材料时，使用氩气作为保护气体。
在上述的工艺中，所述步骤(2)模具预热温度为200℃-300℃，使用石墨粉或JD-800型脱模剂。
在上述的工艺中，所述步骤(2)挤压速度控制在50-80mm/s。
本发明提出的双层复合管半固态多坯料挤压成形装置，其特征在于，所述装置含有：
外挤压杆(1)，内挤压杆(2)，内挤压筒(3)，外挤压筒(4)，环状半固态坯料(5)，棒状半固态坯料(6)，加热圈(7)，成形导板(8)，芯棒(9)，双层复合管(10)，模具固定螺钉(11)，挤压凹模(12)，顶出杆(13)，工作台(14)；
所述外挤压杆(1)和内挤压杆(2)分别固定在双动压力机的外部滑块和内部滑块上，使其可随滑块上下运动；
所述内挤压筒(3)和外挤压筒(4)之间放置环状半固态坯料(5)，所述在内挤压筒(3)内部放置棒状半固态坯料(6)；
所述外挤压筒(4)的外部设置加热圈(7)，以便预热模具，使成形模具在半固态多坯料挤压成形过程中保持在280℃左右；
所述在成形导板(8)的内部，棒状和环状半固态坯料(6)和(5)在内外挤压杆(2)和(1)的作用下连续向下流动并汇合于成形导板(8)的下边部，通过芯棒(9)形成内管，通过挤压凹模(12)形成复合管外表面；
所述(10)为通过半固态多坯料挤压方法成形的双层复合管，它位于芯棒(9)和挤压凹模(12)之间；
所述(11)为固定模具的螺钉，使内层管和外层管之间紧密连接；
所述双层复合管(10)通过顶出杆(13)向上运动被顶出，所述顶出杆(13)的运动受控于双动压力机的下液压缸。
本发明提出的工艺方法和装置为生产制造双层复合管开辟了一条新途径，不但可以实现其生产过程短流程、近终形的成形制造，而且可以降低能源消耗，提高产品质量。同时，本发明生产设备简单，成本投入少。总之，本发明在工艺上先进，在方法上创新。
附图说明
图1为本发明的双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺的模具装配图。
图2为本发明的双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺流程图。
具体实施例
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明：
如图1所示，1-外挤压杆；2-内挤压杆；3-内挤压筒；4-外挤压筒；5-环状半固态坯料；6-棒状半固态坯料；7-加热圈；8-成形导板；9-芯棒；10-层复合管；11-模具固定螺钉；12-挤压凹模；13-顶出杆；14-工作台。
图-1模具装配图中各零件的连接关系：外挤压杆1和内挤压杆2分别固定在双动压力机的外部滑块和内部滑块上，使其可随滑块上下运动。内挤压筒3和外挤压筒4之间放置具有一定固相分数的环状半固态坯料5，在内挤压筒3内部放置具有一定固相分数的棒状半固态坯料6。外挤压筒4的外部加热圈7是为了预热模具，使成形模具在半固态多坯料挤压成形过程中保持在280℃左右。在成形导板8的内部，棒状和环状半固态坯料6和5在内外挤压杆2和1的作用下连续向下流动并汇合于成形导板8的下边部，通过芯棒9形成内管，通过挤压凹模12形成复合管外表面。图中10为通过半固态多坯料挤压方法成形的双层复合管。图中11是固定模具的螺钉。由于双层复合管是在半固态温度下成行，因此内层管和外层管之间的连接是半固态连接，非常紧密。挤压成形完成后，双层复合管通过顶出杆13向上运动被顶出。顶出杆13的运动受控于双动压力机的下液压缸。
下面本发明的技术步骤是：
半固态坯料的制备
(1)制备成份、组织和性能均匀且颗粒圆整细小的半固态坯料是多坯料挤压成形双层复合管的前提。对于半固态触变挤压成形，先将具有半固态组织特征的坯料分别用机械加工方法加工成棒状和环状，使用感应加热炉加热，使毛坯变成具有一定固相分数(70％-90％)的棒状和环状半固态坯料。因为材料的热导率、热容和散热系数等热能参数在很大程度上决定了其在感应加热过程中的加热效果，而不同的材料具有不同的热能参数，因此要保证多坯料挤压成形顺利进行，用于内外层管的不同半固态坯料要保证经过加热后同时达到其最佳半固态挤压温度，这样才能将这两种加热后的半固态坯料同时分别用夹具快速放入挤压模具中挤压成形。
(2)对于半固态流变挤压成形，先采用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用金属铸锭(对镁合金材料，需使用氩气作为保护气体)，在达到完全熔化温度后，保温静置30分钟。设计并加工坯料制备模具，将静置后的半固态浆料分别倒入不同坯料制备模具中，期间施加弱搅拌，当冷却到一定的半固态温度后，分别得到相应固相分数(70％-90％)的棒状和环状半固态坯料。
双层复合管半固态挤压成形
设计并加工用于挤压成形双层复合管的模具一套，包括模具预热和温度控制***的建立。模具预热温度为200℃-300℃，使用石墨粉或JD-800型脱模剂。将由感应加热或半固态浆料制备得到的具有一定固相分数的棒状和环状挤压坯料迅速放入挤压模具内外挤压筒中。调节压力机的速度、行程，挤压成形得到目标复合管。挤压速度控制在50-80mm/s。模具装配图见附图中的图-1。
技术方案和必要步骤：
同质或异质具有半固态组织特征的坯料，首先分别被加工成棒状和环状坯料，分别用两个感应加热炉加热到设定的半固态温度区间(对镁合金材料，应用氩气作为保护气体)，注意控制加热时间，使得两种坯料同时达到它们最适宜半固态挤压成形温度。对于流变挤压成形，不需要二次感应加热。设计并加工用于双层复合管挤压成形的模具一套，将感应加热或半固态浆料制备得到的具有一定固相率的棒状和环状半固态坯料直接放入挤压模具中。调节压力机的速度(50-80mm/s)、模具预热温度(250-300℃)以及使用石墨粉或JD-800型等脱模剂，挤压成形得到目标复合管。工艺流程图见附图说明中图-2。
必要技术特征：
(1)用于双层复合管多坯料挤压成形的半固态坯料制备，一种为棒状坯料，另一种为环状坯料。
(2)因为材料的热导率、热容和散热系数等热能参数在很大程度上决定了其在感应加热过程中的加热效果，而不同的材料具有不同的热能参数，因此要保证多坯料挤压成形顺利进行，用于内外层管的不同形状半固态坯料要保证经过加热后同时达到其最佳半固态挤压温度，这样才能将这两种加热后的半固态坯料同时分别用夹具快速放入挤压模具中挤压成形。因此对加热时间和加热功率等要进行协调和优化。
(3)当双层复合管内层管的内径缩小为零时，这时复合管退化为外层包内层的导线，如目前市场上的铜包铝线和银包铝线等。因此双层复合管多坯料挤压成形工艺同样适用于铜包铝线和银包铝线的生产。
(4)双层复合管多坯料挤压成形工艺包括触变挤压成形工艺和流变挤压成形工艺。内外层管材料可以是有色金属及其合金、黑色金属及其合金、复合材料等。
非必要的技术特征：
在半固态浆料制备过程中，可以使用感应加热炉，也可以使用电阻加热炉。
与现有技术相同/区别之处：
目前市场上铝塑复合管是采用对接焊工艺生产而成，不锈钢复合管是碳素钢带和不锈钢带采用包覆生产的方法制成。实际上，用这两种技术生产出的复合管有非常明显的缺陷：内层管与外层管之间的连接有缝隙。此外，生产该复合管至少需要两个工步：第一步是分别生产出同质材料的单层管；第二步是采用包覆或焊接的方法将第一步生产出的单层管进行复合连接。很显然，该工艺生产周期长、能耗高、不能实现一次成形。而采用半固态多坯料挤压成形工艺来进行复合管的生产，不仅内外层管之间具有优良连接性能，同时工艺流程短、生产效率高，内外层管以及其复合连接一次完成。
本发明用半固态多坯料挤压成形工艺来进行具有优良连接性能的复合管生产，扩大了半固态技术的应用领域，拓展了复合管的制造途径，是一种完成崭新的挤压成形工艺。使用该工艺，不但可以实现复合管的短流程、近终形的成形制造，而且可以降低能源消耗，提高产品质量，并推进半固态成形技术的实用化进程。同时，本发明专利方法先进，工艺创新。
由于目前国内外对A356铝合金和AZ91镁合金的半固态成形研究较成熟，它们半固态成形温度也已基本确定。因此，现以半固态挤压成形A356铝合金和AZ91镁合金为例说明铝镁复合管的生产过程，采用半固态触变方法挤压成形。假设内部为AZ91镁合金，外部为A356铝合金，内层管和外层管壁厚均为3mm，内部管径为4mm。这两种用于半固态成形的原材料可以从Duralcan公司(Duralcan company)购买，外部环状A356铝合金坯料可由机械加工方法得到。分别使用两个感应加热炉快速均匀加热环状A356铝合金坯料和棒状AZ91镁合金坯料，其中加热AZ91镁合金时要使用氩气作为保护气体。由于AZ91镁合金具有相对较低的热容，感应加热的时间比A356铝合金要短20-40秒左右，因此在A356铝合金环状坯料加热20-40秒后再启动另一感应加热炉加热棒状AZ91镁合金坯料，这样可保证两种坯料同时加热到其最佳半固态挤压温度。A356铝合金最适宜挤压成形的半固态温度区间：577℃-581℃，AZ91镁合金最适宜挤压成形的半固态温度区间：579℃-584℃。将加热后具有一定固相率的两种不同形状半固态坯料迅速用夹具放入到挤压模具中挤压成形，注意棒状AZ91镁合金放在图1中内挤压筒3内部。调整压力机的速度为80mm/s、模具预热温度为280℃、使用石墨脱模剂，挤压成形得到外层管为A356铝合金、内层管为AZ91镁合金的双层复合管。挤压成形完成后，内外挤压杆随上滑块向上退回，复合管由图1中顶出杆13顶出。
Claims (5)
1、双层复合管半固态多坯料挤压成形工艺，其特征在于，所述工艺步骤为：
(1)半固态坯料的制备
(a)对于半固态触变挤压成形，先将具有半固态组织特征的坯料分别用机械加工方法加工成棒状和环状，使用感应加热炉加热，使毛坯变成具有固相分数为70％-90％的棒状和环状半固态坯料；
(b)对于半固态流变挤压成形，先采用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用金属铸锭，在达到完全熔化温度后，保温静置30分钟；设计并加工坯料制备模具，将静置后的半固态浆料分别倒入不同坯料制备模具中，期间施加弱搅拌，当冷却到半固态温度后，分别得到相应固相分数为70％-90％的棒状和环状半固态坯料；
(2)双层复合管半固态挤压成形
设计并加工用于挤压成形双层复合管的模具，包括模具预热和温度控制***的建立。将由感应加热或半固态浆料制备得到的具有固相分数为70％-90％的棒状和环状半固态坯料迅速放入挤压模具内外挤压筒中，调节压力机的速度和行程，挤压成形得到目标复合管。
2、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(1)中的(b)步骤当块状商用金属铸锭为镁合金材料时，使用氩气作为保护气体。
3、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(2)模具预热温度为200℃-300℃，使用石墨粉或JD-800型脱模剂。
4、按照权利要求1所述的工艺，其特征在于：所述步骤(2)挤压速度控制在50-80mm/s。
5、双层复合管半固态多坯料挤压成形装置，其特征在于，所述装置含有：
外挤压杆(1)，内挤压杆(2)，内挤压筒(3)，外挤压筒(4)，环状半固态坯料(5)，棒状半固态坯料(6)，加热圈(7)，成形导板(8)，芯棒(9)，双层复合管(10)，模具固定螺钉(11)，挤压凹模(12)，顶出杆(13)，工作台(14)；
所述外挤压杆(1)和内挤压杆(2)分别固定在双动压力机的外部滑块和内部滑块上，使其可随滑块上下运动；
所述内挤压筒(3)和外挤压筒(4)之间放置环状半固态坯料(5)，所述在内挤压筒(3)内部放置棒状半固态坯料(6)；
所述外挤压筒(4)的外部设置加热圈(7)，以便预热模具，使成形模具在半固态多坯料挤压成形过程中保持在280℃左右；
所述在成形导板(8)的内部，棒状和环状半固态坯料(6)和(5)在内外挤压杆(2)和(1)的作用下连续向下流动并汇合于成形导板(8)的下边部，通过芯棒(9)形成内管，通过挤压凹模(12)形成复合管外表面；
所述(10)为通过半固态多坯料挤压方法成形的双层复合管，它位于芯棒(9)和挤压凹模(12)之间；
所述(11)为固定模具的螺钉，使内层管和外层管之间紧密连接；
所述双层复合管(10)通过顶出杆(13)向上运动被顶出，所述顶出杆(13)的运动受控于双动压力机的下液压缸。
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Cited By (23)
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|---|---|---|---|---|
| CN102198501A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-09-28 | 南昌大学 | 一种金属合金触变塑性成形的方法 |
| CN102248137A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-11-23 | 北京科技大学 | 异型断面铜包铝复合材料的连铸直接成形模具及制备方法 |
| CN102527764A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 上海瑞斯乐复合金属材料有限公司 | 正向挤压机制造双合金复合铝管的模具结构 |
| CN101486048B (zh) * | 2009-02-19 | 2013-03-27 | 河南科技大学 | 金属基层状复合板的复合成形方法及其挤压成形模具 |
| CN103464727A (zh) * | 2013-09-18 | 2013-12-25 | 太原理工大学 | 一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法 |
| CN103920734A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-16 | 北京科技大学 | 铝包镁复合管半固态制备方式中的挤压成形模具及方法 |
| CN103978060A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-08-13 | 扬州宏福铝业有限公司 | 双层金属复合管半固态反挤压成形模具及其应用 |
| CN105499299A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 北京科技大学 | 一种制备铝镁包覆双层管的半固态卧式挤压模具及方法 |
| CN105499304A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-20 | 昆明理工大学 | 一种复合材料管半固态成形方法 |
| CN106513452A (zh) * | 2016-12-31 | 2017-03-22 | 广东科技学院 | 一种金属无缝管材挤压成型装置及成型方法 |
| CN107335688A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-11-10 | 烟台大学 | 一种挤压过程中可电加热的铝型材挤压模具 |
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| CN108141926A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-06-08 | 康讯公司 | 用于热加工工艺的大型坯料电感应预热 |
| CN108623192A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 南京理工大学 | 一种基于中间层梯度的钛合金-k9玻璃复合连接设备及方法 |
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| CN109454121A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-12 | 崇州天智轻量化制造有限公司 | 金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法 |
| CN109663828A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-23 | 山东金艺珠宝有限公司 | 一种贵金属加工用挤压装置及工艺 |
| CN110202018A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-09-06 | 吉林大学 | 一种异质金属多层复合管制备装置及方法 |
| CN111283009A (zh) * | 2020-02-26 | 2020-06-16 | 凯维思轻量化智能制造研究院(菏泽)有限公司 | 一种正-侧复合加压成型装置及方法 |
| CN112547826A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-26 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种梯度温度及速率场的镁合金成形方法 |
| CN112588827A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-02 | 之江实验室 | 一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法 |
| CN113199799A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-03 | 重庆镪正科技有限公司 | 一种碳滑板的碳条成型压嘴机构及成型方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102728649B (zh) * | 2012-06-18 | 2015-01-21 | 北京有色金属研究总院 | 一种镁铝层状复合材料薄壁管材的制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE358098B (zh) * | 1971-03-15 | 1973-07-23 | Asea Ab | |
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Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101486048B (zh) * | 2009-02-19 | 2013-03-27 | 河南科技大学 | 金属基层状复合板的复合成形方法及其挤压成形模具 |
| CN102198501A (zh) * | 2010-12-06 | 2011-09-28 | 南昌大学 | 一种金属合金触变塑性成形的方法 |
| CN102198501B (zh) * | 2010-12-06 | 2012-11-21 | 南昌大学 | 一种金属合金触变塑性成形的方法 |
| CN102248137A (zh) * | 2011-07-22 | 2011-11-23 | 北京科技大学 | 异型断面铜包铝复合材料的连铸直接成形模具及制备方法 |
| CN102527764A (zh) * | 2011-12-26 | 2012-07-04 | 上海瑞斯乐复合金属材料有限公司 | 正向挤压机制造双合金复合铝管的模具结构 |
| CN103464727A (zh) * | 2013-09-18 | 2013-12-25 | 太原理工大学 | 一种增强型镁合金块包覆镁合金棒的制备方法 |
| CN103920734B (zh) * | 2014-04-18 | 2015-10-07 | 北京科技大学 | 铝包镁复合管半固态制备方式中的挤压成形模具及方法 |
| CN103920734A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-16 | 北京科技大学 | 铝包镁复合管半固态制备方式中的挤压成形模具及方法 |
| CN103978060A (zh) * | 2014-05-13 | 2014-08-13 | 扬州宏福铝业有限公司 | 双层金属复合管半固态反挤压成形模具及其应用 |
| CN108141926A (zh) * | 2015-09-25 | 2018-06-08 | 康讯公司 | 用于热加工工艺的大型坯料电感应预热 |
| CN105499304A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-20 | 昆明理工大学 | 一种复合材料管半固态成形方法 |
| CN105499299A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-20 | 北京科技大学 | 一种制备铝镁包覆双层管的半固态卧式挤压模具及方法 |
| CN106513452A (zh) * | 2016-12-31 | 2017-03-22 | 广东科技学院 | 一种金属无缝管材挤压成型装置及成型方法 |
| CN106513452B (zh) * | 2016-12-31 | 2018-05-11 | 广东科技学院 | 一种金属无缝管材挤压成型装置及成型方法 |
| CN108623192B (zh) * | 2017-03-23 | 2021-04-16 | 南京理工大学 | 一种基于中间层梯度的钛合金-k9玻璃复合连接设备及方法 |
| CN108623192A (zh) * | 2017-03-23 | 2018-10-09 | 南京理工大学 | 一种基于中间层梯度的钛合金-k9玻璃复合连接设备及方法 |
| CN107335688A (zh) * | 2017-09-07 | 2017-11-10 | 烟台大学 | 一种挤压过程中可电加热的铝型材挤压模具 |
| CN108015116A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-05-11 | 北京大学深圳研究院 | 稀土增强镁锌合金无缝管材热挤压工艺及控温挤压模具 |
| CN108637031A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-10-12 | 重庆理工大学 | 一种制备高性能镁合金管材的模具 |
| CN109108100A (zh) * | 2018-08-13 | 2019-01-01 | 温州市捷康散热材料有限公司 | 一种金属层状复合管材的制造方法 |
| CN109454121A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-03-12 | 崇州天智轻量化制造有限公司 | 金属复合管的热挤压成型模具及制备金属复合管的方法 |
| CN109663828A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-04-23 | 山东金艺珠宝有限公司 | 一种贵金属加工用挤压装置及工艺 |
| CN109663828B (zh) * | 2018-12-28 | 2020-05-19 | 山东金艺珠宝有限公司 | 一种贵金属加工用挤压装置及工艺 |
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| CN112588827A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-04-02 | 之江实验室 | 一种智能机器人电动机用微流管的制备装置及方法 |
| CN112547826A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-03-26 | 中国兵器工业第五九研究所 | 一种梯度温度及速率场的镁合金成形方法 |
| CN113199799A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-08-03 | 重庆镪正科技有限公司 | 一种碳滑板的碳条成型压嘴机构及成型方法 |
| CN113199799B (zh) * | 2021-05-20 | 2023-06-16 | 重庆镪正科技有限公司 | 一种碳滑板的碳条成型压嘴机构及成型方法 |
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