CN110788334B - 铜基层混料烧结设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铜基层混料烧结设备及其控制方法，所属摩擦片铜基烧结技术领域，包括加热溶胶器，加热溶胶器侧边设有混料拌合罐，混料拌合罐与加热溶胶器间设有送料管，送料管上设有与送料管相管路连通的吸料风机，送料管与混料拌合罐间设有出料阀，加热溶胶器下方设有输送带，输送带上设有喷洒导柱，喷洒导柱与加热溶胶器间设有喷洒压膜盘，喷洒压膜盘与加热溶胶器间设有波纹管，加热溶胶器侧边设有上料机械臂，上料机械臂与喷洒导柱间设有与喷洒导柱相套接限位的芯板。具有铜基原料搅拌均匀、铜基层厚度平整度高、烧结强度高和使用寿命长的优点。解决了的芯板与铜基层烧结工艺复杂的问题。提高芯板与铜基层加工效率和烧结质量稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及摩擦片铜基烧结技术领域，具体涉及一种铜基层混料烧结设备及其控制方法。
背景技术
铜和铜基复合材料具有良好的导电性能和良好的机械性能，但纯铜的强度低，限制了其应用，为了提高铜基材料的强度，往往通过形变或固溶-时效来增加铜基材料的强度，但纯铜和析出型强化铜合金(Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Ni-Si等)的工作温度一般不超过550℃。在工作温度大于550℃时，该类铜合金会出现强度、电导率大幅度下降的问题。颗粒增强常以陶瓷颗粒为增强相，陶瓷颗粒增强铜合金不会出现在高温下增强相固溶或团聚增大的现象，因而在高温下也表现出良好的强度和电导率。
单一陶瓷颗粒增强相由于材料本身的限制，只能依靠提高增强相的含量来提高力学性能，但该方式会牺牲导电性能，往往难以兼顾强度、耐磨性和导电性等性能。采用不同尺度的增强相，可在一定程度上解决以上难题。
例如，采用Cu-Al2O3作为基体材料，在基体中引入大尺寸强化相(难熔金属、碳化物、氧化物、硼化物等)，可以在尽量保持不降低导电率的情况下，提高复合材料的强度和耐磨性。其中纳米Al2O3增强相可以增强铜基体的强度和硬度，而大尺寸强化相在摩擦磨损过程中起到耐磨相和支撑相的作用，可以保证铜基复合材料在高温工况下仍然保持高导高强高耐磨的性能。
采用真空热压烧结-内氧化一体化的制备工艺将体积分数为10％WC和一定比例的Cu-0.58％Al(质量分数)和Cu2O均匀混合后，在30MPa压力下经950℃×2h烧结而成。该复合材料在制备过程中，纳米Al2O3增强相属于颗粒增强相，其与铜基体(金属相)的界面结合效果较差，导致复合材料的塑韧性较差，这不仅不利于复合材料的后加工，而且也会直接导致Al2O3、WC等增强颗粒的增强效果下降。摩擦片的质量不仅通过铜基磨损率决定，铜基层与芯板的烧结强度决定摩擦片的质量和使用寿命。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在铜基原料搅拌不均匀、铜基层厚度不一致、烧结强度低和使用寿命短的不足，提供了一种铜基层混料烧结设备及其控制方法，其铜基层混料烧结设备，具有铜基原料搅拌均匀、铜基层厚度平整度高、烧结强度高和使用寿命长的优点。其控制方法解决了的芯板与铜基层烧结工艺复杂的问题。提高芯板与铜基层加工效率和烧结质量稳定性。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种铜基层混料烧结设备，包括加热溶胶器，所述的加热溶胶器侧边设有与加热溶胶器相管路连通的混料拌合罐，所述的混料拌合罐与加热溶胶器间设有送料管，所述的送料管上设有与送料管相管路连通的吸料风机，所述的送料管与混料拌合罐间设有出料阀，所述的加热溶胶器下方设有输送带，所述的输送带上设有喷洒导柱，所述的喷洒导柱与加热溶胶器间设有喷洒压膜盘，所述的喷洒压膜盘与加热溶胶器间设有波纹管，所述的加热溶胶器侧边设有与喷洒导柱相活动式触接的上料机械臂，所述的上料机械臂与喷洒导柱间设有与喷洒导柱相套接限位的芯板。
作为优选，所述的出料阀与送料管间设有与出料阀、送料管相法兰式螺栓连接的送料混搅组件，所述的送料混搅组件包括混搅法兰管，所述的混搅法兰管内设有搅拌轴。
作为优选，所述的搅拌轴上设有与搅拌轴呈一体化盘旋缠绕式焊接的螺旋绞盘，所述的搅拌轴内设有与搅拌轴呈一体化嵌套且延伸出搅拌轴的传动花键轴。
作为优选，所述的混料拌合罐包括混拌罐体，所述的混拌罐体内设有若干混拌转轴，所述的混拌转轴上设有若干混拌刀盘。
作为优选，所述的混拌刀盘下方设有与混拌罐体相轴承式套接的导料搅拌轴，所述的导料搅拌轴上设有若干呈螺旋式交错结构分布的搅拌柱，所述的搅拌柱与导料搅拌轴间设有与导料搅拌轴相嵌套连接固定的轴套。
作为优选，所述的上料机械臂包括旋转架，所述的旋转架上端设有升降油缸，所述的升降油缸与旋转架间设有伸缩油缸，所述的升降油缸下端设有与芯板相磁性吸合的磁铁环。
作为优选，铜基层混料烧结设备的控制方法，按如下操作步骤：
第一步：采用激光切割将芯板切割成型并用水带磨进行平整度打磨备用。
第二步：接着将铜基层混合粉末按比例放入混料拌合罐内进行充分搅拌，此时出料阀呈闭合状态。
第三步：完成混料过程后，打开出料阀，使得铜基粉料送料混搅组件对铜基混料进行二次螺旋搅拌，由传动花键轴主动输出动力，搅拌轴带动螺旋绞盘进一步搅拌和除淤过程，防止送料管内堵塞。
第四步：由送料管和吸料风机将充分搅拌混料的铜基粉末输送至加热溶胶器通过加溶胶同时加热，使得铜基粉末保持流动状态，接着由喷洒压膜盘对上料机械臂上料至喷洒导柱处的芯板先进行喷洒粉末过程，当厚度达到要求后，采用3～8MPa的压力对芯板上的铜基层进行预压紧。
第五步：最后将两面都喷洒完成且经过预压紧过程的摩擦片半成品放入压力炉内，用2吨～3吨的铁块压紧，同时炉内温度达到680度～750度，进行2小时的升温过程，并保温8小时～12小时，最后自然冷却完成铜基摩擦片的烧结加工过程。
作为优选，混料拌合罐由混拌刀盘和搅拌柱对铜基层混料进行充分混合，铜基层混料的成分由72%Cu、5%Fe、7%Sn、7%Pb、3%SiO2和6%C组成。
作为优选，当出料阀打开时，搅拌柱通过导料搅拌轴带动轴套旋转，防止落料堵塞。
作为优选，上料机械臂通过磁铁环吸附定位芯板，升降油缸控制芯板上下定位，伸缩油缸控制芯板左右位移，同时旋转架可进行360度旋转方便取料进行铜基层粉末喷洒过程。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种铜基层混料烧结设备及其控制方法，与现有技术相比较，具有铜基原料搅拌均匀、铜基层厚度平整度高、烧结强度高和使用寿命长的优点。解决了的芯板与铜基层烧结工艺复杂的问题。提高芯板与铜基层加工效率和烧结质量稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的混料拌合罐的结构剖视图。
图3是本发明的送料混搅组件的结构剖视图。
图4是本发明的上料机械臂的结构示意图。
图中：混料拌合罐1，出料阀2，送料混搅组件3，送料管4，吸料风机5，加热溶胶器6，波纹管7，喷洒压膜盘8，芯板9，上料机械臂10，喷洒导柱11，输送带12，混拌罐体13，混拌刀盘14，混拌转轴15，导料搅拌轴16，轴套17，搅拌柱18，混搅法兰管19，传动花键轴20，搅拌轴21，螺旋绞盘22，磁铁环23，升降油缸24，伸缩油缸25，旋转架26。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1-4所示，一种铜基层混料烧结设备，包括加热溶胶器6，加热溶胶器6侧边设有与加热溶胶器6相管路连通的混料拌合罐1，混料拌合罐1包括混拌罐体13，混拌罐体13内设有3根等间距水平分布的混拌转轴15，混拌转轴（15）上设有22个混拌刀盘14。混拌刀盘14下方设有与混拌罐体13相轴承式套接的导料搅拌轴16，所述的导料搅拌轴16上设有88根呈螺旋式交错结构分布的搅拌柱18，搅拌柱18与导料搅拌轴16间设有与导料搅拌轴16相嵌套连接固定的轴套17。混料拌合罐1与加热溶胶器6间设有送料管4，送料管4与混料拌合罐1间设有出料阀2，出料阀2与送料管4间设有与出料阀2、送料管4相法兰式螺栓连接的送料混搅组件3，送料混搅组件3包括混搅法兰管19，混搅法兰管19内设有搅拌轴21。搅拌轴21上设有与搅拌轴21呈一体化盘旋缠绕式焊接的螺旋绞盘22，搅拌轴21内设有与搅拌轴21呈一体化嵌套且延伸出搅拌轴21的传动花键轴20。送料管4上设有与送料管4相管路连通的吸料风机5，加热溶胶器6下方设有输送带12，输送带12上设有喷洒导柱11，喷洒导柱11与加热溶胶器6间设有喷洒压膜盘8，喷洒压膜盘8与加热溶胶器6间设有波纹管7，加热溶胶器6侧边设有与喷洒导柱11相活动式触接的上料机械臂10，上料机械臂10包括旋转架26，旋转架26上端设有升降油缸24，升降油缸24与旋转架26间设有伸缩油缸25，升降油缸24下端设有与芯板9相磁性吸合的磁铁环23。上料机械臂10与喷洒导柱11间设有与喷洒导柱11相套接限位的芯板9。
铜基层混料烧结设备的控制方法，按如下操作步骤：
第一步：采用激光切割将芯板9切割成型并用水带磨进行平整度打磨备用。
第二步：接着将铜基层混合粉末按比例放入混料拌合罐1内进行充分搅拌，此时出料阀2呈闭合状态。混料拌合罐1由混拌刀盘14和搅拌柱18对铜基层混料进行充分混合，铜基层混料的成分由72%Cu、5%Fe、7%Sn、7%Pb、3%SiO2和6%C组成。
第三步：完成混料过程后，当出料阀2打开时，搅拌柱18通过导料搅拌轴16带动轴套17旋转，防止落料堵塞。打开出料阀2，使得铜基粉料送料混搅组件3对铜基混料进行二次螺旋搅拌，由传动花键轴20主动输出动力，搅拌轴21带动螺旋绞盘22进一步搅拌和除淤过程，防止送料管4内堵塞。
第四步：由送料管4和吸料风机5将充分搅拌混料的铜基粉末输送至加热溶胶器6通过加溶胶同时加热，使得铜基粉末保持流动状态，接着由喷洒压膜盘8对上料机械臂10上料至喷洒导柱11处的芯板9先进行喷洒粉末过程，当厚度达到要求后，采用5MPa的压力对芯板9上的铜基层进行预压紧。上料机械臂10通过磁铁环23吸附定位芯板9，升降油缸24控制芯板9上下定位，伸缩油缸25控制芯板9左右位移，同时旋转架26可进行360度旋转方便取料进行铜基层粉末喷洒过程。
第五步：最后将两面都喷洒完成且经过预压紧过程的摩擦片半成品放入压力炉内，用2.5吨的铁块压紧，同时炉内温度达到700度，进行2小时的升温过程，并保温10小时，最后自然冷却完成铜基摩擦片的烧结加工过程。
综上所述，该铜基层混料烧结设备及其控制方法，具有铜基原料搅拌均匀、铜基层厚度平整度高、烧结强度高和使用寿命长的优点。解决了的芯板与铜基层烧结工艺复杂的问题。提高芯板与铜基层加工效率和烧结质量稳定性。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (6)
1.一种铜基层混料烧结设备，其特征在于：包括加热溶胶器（6），所述的加热溶胶器（6）侧边设有与加热溶胶器（6）相管路连通的混料拌合罐（1），所述的混料拌合罐（1）包括混拌罐体（13），所述的混拌罐体（13）内设有若干混拌转轴（15），所述的混拌转轴（15）上设有若干混拌刀盘（14）；所述的混拌刀盘（14）下方设有与混拌罐体（13）相轴承式套接的导料搅拌轴（16），所述的导料搅拌轴（16）上设有若干呈螺旋式交错结构分布的搅拌柱（18），所述的搅拌柱（18）与导料搅拌轴（16）间设有与导料搅拌轴（16）相嵌套连接固定的轴套（17）；所述的混料拌合罐（1）与加热溶胶器（6）间设有送料管（4），所述的送料管（4）上设有与送料管（4）相管路连通的吸料风机（5），所述的送料管（4）与混料拌合罐（1）间设有出料阀（2），所述的出料阀（2）与送料管（4）间设有与出料阀（2）、送料管（4）相法兰式螺栓连接的送料混搅组件（3），所述的送料混搅组件（3）包括混搅法兰管（19），所述的混搅法兰管（19）内设有搅拌轴（21）；所述的搅拌轴（21）上设有与搅拌轴（21）呈一体化盘旋缠绕式焊接的螺旋绞盘（22），所述的搅拌轴（21）内设有与搅拌轴（21）呈一体化嵌套且延伸出搅拌轴（21）的传动花键轴（20）；所述的加热溶胶器（6）下方设有输送带（12），所述的输送带（12）上设有喷洒导柱（11），所述的喷洒导柱（11）与加热溶胶器（6）间设有喷洒压膜盘（8），所述的喷洒压膜盘（8）与加热溶胶器（6）间设有波纹管（7），所述的加热溶胶器（6）侧边设有与喷洒导柱（11）相活动式触接的上料机械臂（10），所述的上料机械臂（10）与喷洒导柱（11）间设有与喷洒导柱（11）相套接限位的芯板（9）。
2.根据权利要求1所述的铜基层混料烧结设备，其特征在于：所述的上料机械臂（10）包括旋转架（26），所述的旋转架（26）上端设有升降油缸（24），所述的升降油缸（24）与旋转架（26）间设有伸缩油缸（25），所述的升降油缸（24）下端设有与芯板（9）相磁性吸合的磁铁环（23)。
3.根据权利要求1所述的铜基层混料烧结设备的控制方法，其特征在于按如下操作步骤：
第一步：采用激光切割将芯板（9）切割成型并用水带磨进行平整度打磨备用；
第二步：接着将铜基层混合粉末按比例放入混料拌合罐（1）内进行充分搅拌，此时出料阀（2）呈闭合状态；
第三步：完成混料过程后，打开出料阀（2），使得铜基粉料送料混搅组件（3）对铜基混料进行二次螺旋搅拌，由传动花键轴（20）主动输出动力，搅拌轴（21）带动螺旋绞盘（22）进一步搅拌和除淤过程，防止送料管（4）内堵塞；
第四步：由送料管（4）和吸料风机（5）将充分搅拌混料的铜基粉末输送至加热溶胶器（6）通过加溶胶同时加热，使得铜基粉末保持流动状态，接着由喷洒压膜盘（8）对上料机械臂（10）上料至喷洒导柱（11）处的芯板（9）先进行喷洒粉末过程，当厚度达到要求后，采用3～8MPa的压力对芯板（9）上的铜基层进行预压紧；
第五步：最后将两面都喷洒完成且经过预压紧过程的摩擦片半成品放入压力炉内，用2吨～3吨的铁块压紧，同时炉内温度达到680度～750度，进行2小时的升温过程，并保温8小时～12小时，最后自然冷却完成铜基摩擦片的烧结加工过程。
4.根据权利要求3所述的铜基层混料烧结设备的控制方法，其特征在于：混料拌合罐（1）由混拌刀盘（14）和搅拌柱（18）对铜基层混料进行充分混合，铜基层混料的成分由72%Cu、5%Fe、7%Sn、7%Pb、3%SiO2和6%C组成。
5.根据权利要求3或4所述的铜基层混料烧结设备的控制方法，其特征在于：当出料阀（2）打开时，搅拌柱（18）通过导料搅拌轴（16）带动轴套（17）旋转，防止落料堵塞。
6.根据权利要求3所述的铜基层混料烧结设备的控制方法，其特征在于：上料机械臂（10）通过磁铁环（23）吸附定位芯板（9），升降油缸（24）控制芯板（9）上下定位，伸缩油缸（25）控制芯板（9）左右位移，同时旋转架（26）可进行360度旋转方便取料进行铜基层粉末喷洒过程。
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