CN104985159B - 一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置及方法，包括成型模具槽和对预热机构，成型模具槽和预热机构设置在坩埚的一侧，在预热机构的上方设有可上下移动的重力压头，在重力压头上设有振动机构和升降缸，成型模具槽的上沿设有一向外延伸的轨道，压铸工作时，预热机构沿着轨道移出成型模具槽上方的预热位置，重力压头在升降缸的作用下下移至该预热位置对陶瓷金属混合液压铸成型；使用该种装置及方法制备的金属包覆陶瓷材料，既区别于包覆陶瓷的金属性能，又不同于陶瓷的性能，既具有金属的延展性、导电性、可加工性等，又具备陶瓷的高硬度、耐磨性、高强度等。可以广泛用于航母甲板、耐磨平台、高强度平台、耐磨固件等。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工领域，具体的说是涉及一种用于高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置及成型方法。
背景技术
传统的金属成形主要分为两类：一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻、液态轧制、连铸等；另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。在20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemimgs教授等提出了一种金属成形的新方法，即半固态加工技术。金属半固态加工就是在金属凝固过程中，对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的固-液混合浆料(固相组分一般为50％左右)，即流变浆料，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形(rheoforming)；如果将流变浆料凝固成锭，接需要将此金属锭切成一定大小，然后重新加热(即坯料的二次加热)至金属的半固态温度区，这时的金属锭一般称为半固态金属坯料。利用金属的半固态坯料进行成形加工，这种方法称之为触变成形(thixoforming)。半固态金属的上述两种成形方法合称为金属的半固态成形或半固态加工(semi-solid forming or processing of metals)，目前在国际上，通常将半固态加工简称为SSM(semi-solid metallurgy)。
就金属材料而言，半固态是其从液态向固态转变或从固态向液态转变的中间阶段，特别对于结晶温度区间宽的合金，半固态阶段较长。金属材料在液态、固态和半固态三个阶段均呈现出明显不同的物理特性，利用这些特性，产生了凝固加工、塑性加工和半固态加工等多种金属热加工成形方法。
凝固加工利用液态金属的良好流动性，以完成成形过程中的充填、补缩直至凝固结束。其发展趋势是采用机械压力替代重力充填，从而改善成形件内部质量和尺寸精度．但从凝固机理角度看，凝固加工要想完全消除成形件内部缺陷是极其困难的，甚至是不可能的。
塑性加工利用固态金属在高温下呈现的良好塑性流动性，以完成成形过程中的形变和组织转变。与凝固加工相比，采用塑性加工成形的产品质量明显好，但由于固态金属变形抗力高，所需变形力大，设备也很庞大，因此要消耗大量能源，对于复杂零件往往需要多道成形工序才能完成。因此，塑性加工的发展方向是降低加工能耗和成本、减小变形阻力、提高成形件尺寸精度和表面与内部质量。由此出现了精密模锻、等温锻造和超塑性加工等现代塑性加工方法。
半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变(即液固共存)过程中所具有的特性进行成形的方法。这一新的成形加工方法综合了凝固加工和塑性加工的长处。即加工温度比液态低、变形抗力比固态小，可一次大变形量加工成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件。所以，国外有的专家将半固态加工称为21世纪最有前途的材料成形加工方法。
近几年，我国的研究者在国家自然科学基金、国家“863”、“973”等计划的支持下，已经在铝合金半固态加工技术开发和应用方面具备了较好的基础。对铝合金半固态加工的基本关键技术，包括半固态材料制备技术、二次加热技术和半固态压铸技术等方面，具备了向产业化转化的技术基础。北京科技大学和中科院金属所等单位合作在国家自然科学基金的支持下开展了钢铁材料半固态直接成形基础研究，在铸铁、弹簧钢、不锈钢和高碳钢等高熔点材料的半固态坯料制备、半固态喷铸成形和直接轧制等方面进行了较深入研究，并取得了阶段性成果。北京有色金属研究总院在国家“863”计划和院科研基金的支持下对铝合金半固态加工技术的研究和应用上取得了很大进展，通过与东风汽车公司合作，采用半固态压铸技术在生产现场实现了汽车空压机连杆和空调器涡轮两种汽车零件的批量生产。
然而到目前为止，还没有高熔点金属包覆陶瓷碎片的装置报道。
发明内容
本发明提供一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置及方法，使用该种装置及方法制备的金属包覆陶瓷材料，既区别于包覆陶瓷的金属性能，又不同于陶瓷的性能，既具有金属的延展性、导电性、可加工性等，又具备陶瓷的高硬度、耐磨性、高强度等。可以广泛用于航母甲板、耐磨平台、高强度平台、耐磨固件等。
本发明所采用的技术方案是：一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，包括加热***和动力源，包括用于盛放金属混合液的成型模具槽和对成型模具槽预热的预热机构，成型模具槽和预热机构设置在坩埚的一侧，在预热机构的上方设有可上下移动的重力压头，在重力压头上设有振动机构和升降缸，成型模具槽的上沿设有一向外延伸的轨道，压铸工作时，预热机构沿着轨道移出成型模具槽上方的预热位置，重力压头在升降缸的作用下下移至该预热位置对陶瓷金属混合液压铸成型。
所述成型模具槽、预热机构和坩埚密闭于壳体中，以形成成型模具槽、预热机构和坩埚在氮气、惰性气体或抽真空的条件下进行压铸。
所述成型模具槽为方形、圆柱形或者不规则形状中的一种。
所述预热机构采用电阻式加热，其上设有用于对成型模具槽加热的加热元件，且该加热元件为电炉丝、硅碳棒或硅钼棒中的一种。
所述预热机构的下方设有一个可在轨道上滑移的移动轮，且预热机构还通过牵引绳连接有牵引机构并通过牵引机构作用在轨道上往复移动。
所述加热***包括对坩埚进行加热的加热机构以及设置在坩埚内并用于搅拌金属液的搅拌器。
一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的方法，包括以下步骤：
步骤一、压铸前，将固态金属放入坩埚内，通过加热机构进行加热，使固态金属熔融成液态金属，备用；
步骤二、将事先准备好的陶瓷碎片加入到液态金属中，通过搅拌器搅拌均匀，同时将预热机构移至成型模具槽的上部，对成型模具槽进行预热，预热完成后将预热机构沿轨道移出预热位置，备用；
步骤三、将步骤二坩埚中熔融好的金属陶瓷混合液送入成型模具槽中，自然冷却至半凝固状态；
步骤四、启动重力压头，使重力压头在振动状态下下压，将带有陶瓷碎片的金属液压成一个整体，制得金属包覆陶瓷碎片材料。
本发明的有益效果：
1、本发明制备的金属包覆陶瓷材料，既区别于包覆陶瓷的金属性能，又不同于陶瓷的性能，既具有金属的延展性、导电性、可加工性等，又具备陶瓷的高硬度、耐磨性、高强度等。可以广泛用于航母甲板、耐磨平台、高强度平台、耐磨固件等。
2、本发明自动化程度高，操作简单，即使非熟练人员也可以很容易的控制。
3、本发明设有重力压头，可靠自身重力将金属包覆陶瓷材料抹平，有效节约生产成本。
4、本发明在压铸前，重力压头和预热机构均设置在成型模具槽上方，实现了高的空间利用率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中标记：1、振动机构，2、升降缸，3、牵引绳，4、成型模具槽，5、预热机构，6、重力压头，7、牵引机构，8、轨道，9、移动轮，10、加热元件，11、壳体，12、坩埚，13、加热机构，14、搅拌器，15、流水口。
具体实施方式
如图所示，一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，包括加热***和动力源，包括用于盛放金属混合液的成型模具槽4和对成型模具槽4预热的预热机构5，成型模具槽4和预热机构5设置在坩埚12的一侧，所述成型模具槽4为方形、圆柱形或者不规则形状中的一种，所述预热机构5采用电阻式加热，其上设有用于对成型模具槽4加热的加热元件10，且该加热元件10为电炉丝、硅碳棒或硅钼棒中的一种，在预热机构5的上方设有可上下移动的重力压头6，在重力压头6上设有振动机构1和升降缸2，所述预热机构5的下方设有一个可在轨道8上滑移的移动轮9，成型模具槽4的上沿设有一向外延伸的轨道8，预热机构5还通过牵引绳3连接有牵引机构7并通过牵引机构7作用在轨道8上往复移动，压铸工作时，预热机构5沿着轨道8移出成型模具槽4上方的预热位置，重力压头6在升降缸2的作用下下移至该预热位置对陶瓷金属混合液压铸成型。
进一步，所述成型模具槽4、预热机构5和坩埚12密闭于壳体11中，以形成成型模具槽4、预热机构5和坩埚12在氮气、惰性气体或抽真空的条件下进行压铸。
更进一步，本发明中的融化金属部分和材料压铸部分可以放置在空气中运行。
所述加热***包括对坩埚12进行加热的加热机构13以及设置在坩埚12内并用于搅拌金属液的搅拌器14，所述坩埚12上沿还设有方便倾倒的流水口15。
一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、压铸前，将固态金属放入坩埚12内，通过加热机构13进行加热，使固态金属熔融成液态金属，备用；
步骤二、将事先准备好的陶瓷碎片加入到液态金属中，通过搅拌器14搅拌均匀，同时将预热机构5移至成型模具槽4的上部，对成型模具槽4进行预热，预热完成后将预热机构5沿轨道8移出预热位置至备用位置，备用；
步骤三、将步骤二坩埚12中熔融好的金属陶瓷混合液送入成型模具槽4中，自然冷却至半凝固状态；
步骤四、启动重力压头6，使重力压头6在振动状态下下压，将带有陶瓷碎片的金属液压成一个整体，制得金属包覆陶瓷碎片材料。
Claims (7)
1.一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，包括加热***和动力源，其特征在于：包括用于盛放金属混合液的成型模具槽（4）和对成型模具槽（4）预热的预热机构（5），成型模具槽（4）和预热机构（5）设置在坩埚（12）的一侧，在预热机构（5）的上方设有可上下移动的重力压头（6），在重力压头（6）上设有振动机构（1）和升降缸（2），成型模具槽（4）的上沿设有一向外延伸的轨道（8），压铸工作时，预热机构（5）沿着轨道（8）移出成型模具槽（4）上方的预热位置，重力压头（6）在升降缸（2）的作用下下移至该预热位置对陶瓷金属混合液压铸成型。
2.如权利要求1所述的一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，其特征在于：所述成型模具槽（4）、预热机构（5）和坩埚（12）密闭于壳体（11）中，以形成成型模具槽（4）、预热机构（5）和坩埚（12）在氮气、惰性气体或抽真空的条件下进行压铸。
3.如权利要求1所述的一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，其特征在于：所述成型模具槽（4）为方形、圆柱形或者不规则形状中的一种。
4.如权利要求1所述的一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，其特征在于：所述预热机构（5）采用电阻式加热，其上设有用于对成型模具槽（4）加热的加热元件（10），且该加热元件（10）为电炉丝、硅碳棒或硅钼棒中的一种。
5.如权利要求1所述的一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，其特征在于：所述预热机构（5）的下方设有一个可在轨道（8）上滑移的移动轮（9），且预热机构（5）还通过牵引绳（3）连接有牵引机构（7）并通过牵引机构（7）作用在轨道（8）上往复移动。
6.如权利要求1所述的一种生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的压铸装置，其特征在于：所述加热***包括对坩埚（12）进行加热的加热机构（13）以及设置在坩埚（12）内并用于搅拌金属液的搅拌器（14）。
7.一种利用如权利要求6中装置生产高熔点金属包覆陶瓷碎片材料的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、压铸前，将固态金属放入坩埚（12）内，通过加热机构（13）进行加热，使固态金属熔融成液态金属，备用；
步骤二、将事先准备好的陶瓷碎片加入到液态金属中，通过搅拌器（14）搅拌均匀，同时将预热机构（5）移至成型模具槽（4）的上部，对成型模具槽（4）进行预热，预热完成后将预热机构（5）沿轨道（8）移出预热位置，备用；
步骤三、将步骤二坩埚（12）中熔融好的金属陶瓷混合液送入成型模具槽（4）中，自然冷却至半凝固状态；
步骤四、启动重力压头（6），使重力压头（6）在振动状态下下压，将带有陶瓷碎片的金属液压成一个整体，制得金属包覆陶瓷碎片材料。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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