CN110835844A - 大压机锻造用复合纤维布及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及大压机锻造用复合纤维布及其制备方法和应用，属于压机大型锻件成形锻造领域。所述大压机锻造用复合纤维布由玄武岩纤维布和石墨粉复合制成；其中，石墨粉均匀附着在玄武岩纤维布的两个表面。本发明制成后的大压机锻造用复合纤维布具有摩擦系数小、隔热、润滑效果好、抗压力大、柔软性佳等特点，同时在高温下还具有较大的延展率。

Description

大压机锻造用复合纤维布及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及大压机锻造用复合纤维布及其制备方法和应用，属于压机大型锻件成形锻造领域。
背景技术
世界上最大的8万吨大型模锻液压机已于2013年在中国二重投产使用。目前，8万吨大压机已承担着国内“C919大飞机”、“大运机”、“发动机”、“烟气轮机”等国家重点型号的大锻件配套研制任务。承担的大型锻件多属于变形抗力大的难变形合金，其特点是锻件外形尺寸大、质量要求高。锻件生产直接面临两大难题：首先是因变形抗力大锻件成型难度大；其次是模具在单位面积承受的应力应变大，造成锻模在锻压几件～几十件后，型腔表面严重变形失效。锻件质量和模具寿命都面临极大挑战，严重影响了模锻件的生产制造成本和市场竞争力。因此找到一种适合大压机生产用能够隔热、抗压、保温、润滑且易清除的纤维布成为了目前亟待解决的问题。
目前压机上使用的隔热材料有两种：一种是纤维布、一种是纤维毯；润滑材料有两种：一种是油基石墨、一种是水基石墨；四种材料独立使用，各有缺点。纤维布延展性差，易压碎、拉断，保温棉与锻件表面贴合度差，摆料困难，也不环保，石墨在模具上附着力有限，润滑效果不好。因此研究一种锻造成型时具有保温、润滑相结合的新型复合纤维布应用于大压机生产上解决大型锻件成型和模具磨损变形问题就成了当前急切需要解决的关键问题。
申请号为201711352339.8的中国专利公开了一种锻造用布，该锻造用布是由纤维布和石墨复合而成，从而使该锻造用布具有保温和润滑作用。为了使复合纤维布的摩擦系数更小，该发明选用了摩擦系数很小的玻璃纤维布来与石墨进行复合。但是由于石墨与玻璃纤维布的亲和度较差，经多次锻造后，玻璃纤维布上的石墨较易脱落，导致润滑不均，使锻造后的模具表面光洁度变差；另外，玻璃纤维布上石墨量最厚只能为1mm，如果进一步增加石墨的附着量，锻造时石墨容易脱落，同样影响锻造后的磨具表面光洁度。
为了进一步提高锻件质量和模具寿命，制备出另外一种摩擦系数更小、寿命更长的纤维布就成了急需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种摩擦系数更小的复合纤维布。
复合纤维布，由玄武岩纤维布和石墨粉复合制成；其中，石墨粉均匀附着在玄武岩纤维布的两个表面。优选的，玄武岩纤维布两面上附着的石墨层重量相等。
优选的，玄武岩纤维布厚度为0.25～0.45mm；更优选玄武岩纤维布层厚度为0.34mm。
优选的，每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为110～150克；优选的，附着的石墨粉重量为150克。
优选的，所述玄武岩纤维布的延伸率为12.8％～13.9％；更优选的，玄武岩纤维布延伸率为13.63％。
优选的，所述复合纤维布的延伸率为18.0％～18.9％，复合纤维布的导热系数为0.015～0.02，复合纤维布摩擦系数为0.165～0.19；更优选复合纤维布延伸率为18.6％，摩擦系数为0.175。
本发明要解决的第二个解决技术问题是提供一种复合纤维布的制备方法。
复合纤维布的制备方法，包括以下步骤：
a、取玄武岩纤维布、石墨粉；其中，石墨粉的用量按照每平米玄武岩纤维布需石墨粉110～150克计；
b、将a步骤取好的石墨粉加水混匀得到石墨乳液；其中，石墨粉与水的重量比为1:15～1:20；
c、将b步骤制得的石墨乳液均匀附着在a步骤的玄武岩纤维布表面上，干燥，得到复合纤维布。
优选的，步骤c中，将石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布表面上的方法为：将玄武岩纤维布浸泡在石墨乳液中，然后将玄武岩纤维布取出；或者将石墨乳液喷涂在玄武岩纤维布两面。
本发明还提供复合纤维布的应用方法。
复合纤维布的应用，将所述复合纤维布作为锻造用纤维布；优选的，所述锻造用纤维布为大型模锻液压机用锻造纤维布或油压机用锻造纤维布；所述大型模锻液压机为2万吨以上的大型模锻液压机；油压机公称压力≥50MN。
优选的，使用方法为：将复合纤维布铺盖在下模型腔中，确保能够清晰分辨模具型腔内的结构形状，随后将热锻坯放入垫有复合纤维布模具型腔内，在锻坯的上表面再覆盖复合纤维布进行锻造成型。
本发明的有益效果：
1、石墨复合玄武岩纤维布摩擦系数更小，且石墨粉可以更稳定的附着在玄武岩纤维布上，因此，可以提高复合纤维布的寿命，也可以进一步提高锻件质量和模具寿命。
2、由于玄武岩纤维布的延伸率相比于玻璃纤维布的延伸率大，所以本发明的复合纤维布比石墨/玻璃纤维布复合布的延伸率更大，制备出的复合布厚度更薄，可以进一步提高锻件的精度。
3、本发明制成后的纤维布具有隔热、润滑效果好、抗压力大、柔软性佳等特点，同时在高温下还具有较大的延展率。
4、研究的新型复合纤维布在制作及使用过程均对人体和环境无毒无害、无污染。生产使用后，对其进行清理比较方便，清理中无扬尘。
5、一般玻璃纤维在650℃开始软化，玄武岩纤维的软化点较高，在960℃开始软化。一般情况在1000℃以下，玄武岩纤维不会软化与其他物体发生粘连，易于脱落，因此，本发明的复合纤维布具有耐热性强的优点。
附图说明
图1为复合纤维布结构示意图：其中，1-石墨层，2-玄武岩纤维层，3-石墨层；
图2为利用Deform仿真软件测摩擦系数和延伸率过程中，坯料变形的尺寸图；其中，a-1、a-2为原始坯料示意图；b-1为方案1变形后的坯料示意图；b-2为方案2变形后的坯料示意图；c-1为方案1变形后的坯料的俯视图，其中x为外环的第一方向直径，y为外环的第二方向直径，x、y的方向互相垂直，z为变形后坯料高度；c-2为方案2变形后的坯料的俯视图，其中x为外环的第一方向直径，y为外环的第二方向直径，x、y的方向互相垂直，z为变形后坯料高度；d-1为方案1变形后的坯料主视图，Y为坯料底部直径；d-2为方案2变形后的坯料主视图，Y为坯料底部直径。
具体实施方式
本发明提供一种摩擦系数更小的锻造用复合纤维布。
复合纤维布，所述复合纤维布由玄武岩纤维布和石墨粉复合制成；其中，石墨粉均匀附着在玄武岩纤维布的两个表面。
优选的，玄武岩纤维布厚度为0.25～0.45mm；更优选玄武岩纤维布层厚度为0.34mm。
优选的，每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为110～150克；附着的石墨过多，在锻造时，石墨容易脱落，且还会影响复合纤维布的厚度，降低锻件的尺寸精度；石墨过少，复合纤维布的润滑度不够。优选的，附着的石墨粉重量为150克，当石墨粉重量为150g时，摩擦系数最小且不影响锻造质量。
优选的，所述玄武岩纤维布的延伸率为12.8％～13.9％；更优选的，玄武岩纤维布延伸率为13.63％。
优选的，所述复合纤维布的延伸率为18.0％～18.9％，复合纤维布的导热系数为0.015～0.02，复合纤维布摩擦系数为0.165～0.19；更优选复合纤维布延伸率为18.6％，摩擦系数为0.175。
本发明要解决的第二个解决技术问题是提供一种复合纤维布的制备方法。
复合纤维布的制备方法，包括以下步骤：
a、取玄武岩纤维布、石墨粉；其中，石墨粉的用量按照每平米玄武岩纤维布需石墨粉110～150克计；
b、将a步骤取好的石墨粉加水混匀得到石墨乳液；其中，石墨粉与水的重量比为1:15～1:20；如果石墨乳液的浓度太高，附着降低，石墨不易均匀涂覆在纤维布表面；浓度太低，石墨也不易涂覆在纤维布表面，附着量达不到要求。
c、将b步骤制得的石墨乳液均匀附着在a步骤的玄武岩纤维布表面上，干燥，得到复合纤维布。
其中，所述干燥为风干、烘干、晒干中的任意一种。
优选的，步骤c中，将石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布表面上的方法为：将玄武岩纤维布浸泡在石墨乳液中，然后将玄武岩纤维布取出；或者将石墨乳液喷涂在玄武岩纤维布两面。
优选的，具体的操作方法为：将准备好的玄武岩纤维布浸泡在石墨乳液中，然后将玄武岩纤维布取出，随后轻微旋转玄武岩纤维布，使石墨在玄武岩纤维布上附着均匀。再夹住玄武岩纤维布的一端使其垂直于水平面，晾干附有石墨乳液的玄武岩纤维布(晾干过程中防止玄武岩纤维布抖动造成石墨附着不均匀)。
本发明还提供复合纤维布的应用方法。
复合纤维布的应用，将所述复合纤维布作为锻造用纤维布；优选的，所述锻造用纤维布为大型模锻液压机用锻造纤维布或油压机用锻造纤维布；所述大型模锻液压机为2万吨以上的大型模锻液压机；油压机公称压力≥50MN。
优选的，使用方法为：将复合纤维布铺盖在下模型腔中，确保能够清晰分辨模具型腔内的结构形状，随后将热锻坯放入垫有复合纤维布模具型腔内，在锻坯的上表面再覆盖复合纤维布进行锻造成型。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
取玄武岩纤维布，玄武岩纤维布厚度为0.34mm，尺寸大小以100％覆盖模具型腔表面积为准；采用清水和石墨配制石墨乳液，石墨粉与水的重量比为1:15；将制得的石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布两面上，使每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为150克；再晒干，得到石墨复合玄武岩纤维布。
对比例1
取与实施例1相同的玄武岩纤维布。
试验例1
测试对比例1的玄武岩纤维布和实施例1的石墨复合玄武岩纤维布的延伸率和摩擦系数。
采用钢方块高温镦粗实验进行测试，钢方块上分别垫有玄武岩纤维布、石墨复合玄武岩纤维布，其中镦粗变形量为14％。通过镦粗实验，获得的实验数据如表1所示。
利用Deform仿真软件设置不同的摩擦系数反复模拟该次镦粗实验，利用Deform仿真软件测摩擦系数和延伸率的具体过程如下表1及图2所示；其中，方案1指采用对比例1的玄武岩纤维布进行试验；方案2指采用实施例1的石墨复合玄武岩纤维布进行试验。
表1
Figure BDA0002279015400000051
最后得出玄武岩纤维布的摩擦系数为0.475，石墨复合玄武岩纤维布摩擦系数为0.175，如表1所示。由此可得，石墨复合玄武岩纤维布的润滑效果非常好。在高温800℃下玄武岩纤维布延伸率仅为13.63％，而石墨复合玄武岩纤维布延伸率为18.6％，锻造中石墨复合玄武岩纤维布能与锻件表面紧密贴合，能随锻件变形而自动适应锻件的形状，因而复合玄武岩纤维布具有抗压力大、柔软性佳特点。
试验例2
对实施例1制得的石墨复合玄武岩纤维布的导热系数进行测试,玄武岩纤维的导热系数在0.031～0.038之间，石墨复合玄武岩纤维布的导热系数在0.015～0.02之间，因此，石墨复合玄武岩纤维布的导热能力差，具有好的保温效果。
实施例2
取玄武岩纤维布，玄武岩纤维布厚度为0.34mm，尺寸大小以100％覆盖模具型腔表面积为准；采用清水和石墨配制石墨乳液，石墨粉与水的重量比为1:15；将制得的石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布两面上，使每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为130克；再晒干，得到石墨复合玄武岩纤维布。
对比例2
取玄武岩纤维布，玄武岩纤维布厚度为0.34mm，尺寸大小以100％覆盖模具型腔表面积为准；采用清水和石墨配制石墨乳液，石墨粉与水的重量比为1:15；将制得的石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布两面上，使每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为160克；再晒干，得到石墨复合玄武岩纤维布。
对比例3
取玻璃纤维布，纤维布厚度为2mm，尺寸为以100％覆盖模具型腔表面积为准；采用清水和石墨配制石墨乳液，石墨粉与水的重量比为1:15；将制得的石墨乳液均匀附着在玻璃纤维布两面上，其中每平米玻璃纤维布上，附着的石墨粉重量为130克；再晒干，得到复合纤维布。
对比例4
取玻璃纤维布，纤维布厚度为2mm，尺寸为以100％完全覆盖模具型腔表面积为准；采用清水和石墨配制石墨乳液，石墨粉与水的重量比为1:15；将制得的石墨乳液均匀附着在玻璃纤维布两面上，其中每平米玻璃纤维布上，附着的石墨粉重量为160克；再晒干，得到复合纤维布。
试验例3
采用试验例1的试验方法，测得实施例2、对比例2-4的摩擦系数如表2所示。
表2
实施例2 对比例2 对比例3 对比例4
摩擦系数 0.19 0.215 0.442 0.47
试验例4
将实施例1-2、对比例2-4所制得的复合纤维布用于锻造飞机起落架外筒，一种带异形高包复杂结构大锻件，锻造过程中的压力700MN，欠压8mm。
将实施例1-2、对比例2-4所制得的复合纤维布分别铺盖在下模型腔中，确保能够清晰分辨模具型腔内的结构形状。随后将热锻坯放入垫有复合纤维布模具型腔内，在锻坯的上表面再覆盖新型复合纤维布进行锻造成型。
锻造结束后，实施例1-2和对比例3的模具型腔光洁；对比例2和4模具光洁度较差。造成对比例2和4模具光洁度较差的原因是由于纤维布无法负载如此大量的石墨粉，在锻造过程中，石墨脱落，导致石墨分布不均匀，模具光洁度较差。
重复锻造5次后，实施例1和2的模具表面依然光洁如新，锻件充填成形达到预期效果。对比例3出现磨损，其原因是石墨粉可以更好的负载在玄武岩纤维布上，重复锻造5次后，玻璃纤维布上的石墨粉开始脱落，造成模具磨损。

Claims (9)

1.大压机锻造用复合纤维布，其特征在于，所述大压机锻造用复合纤维布由玄武岩纤维布和石墨粉复合制成；其中，石墨粉均匀附着在玄武岩纤维布的两个表面，且玄武岩纤维布两面上附着的石墨粉的重量相等；每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为110～150克。
2.根据权利要求1所述的大压机锻造用复合纤维布，其特征在于，玄武岩纤维布厚度为0.25～0.45mm；优选玄武岩纤维布层厚度为0.34mm。
3.根据权利要求1或2所述的大压机锻造用复合纤维布，其特征在于，每平米玄武岩纤维布上，附着的石墨粉重量为150克。
4.根据权利要求1所述的大压机锻造用复合纤维布，其特征在于，所述玄武岩纤维布的延伸率为12.8％～13.9％；优选的，玄武岩纤维布延伸率为13.63％。
5.根据权利要求1～4任一项所述的大压机锻造用复合纤维布，其特征在于，所述复合纤维布的延伸率为18.0％～18.9％，复合纤维布的导热系数为0.015～0.02，复合纤维布摩擦系数为0.165～0.19；优选复合纤维布延伸率为18.6％，摩擦系数为0.175。
6.权利要求1～5任一项所述的大压机锻造用复合纤维布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、取玄武岩纤维布和石墨粉；其中，石墨粉的用量按照每平米玄武岩纤维布需石墨粉110～150克计；
b、将a步骤取好的石墨粉加水混匀得到石墨乳液；其中，石墨粉与水的重量比为1:15～1:20；
c、将b步骤制得的石墨乳液均匀附着在a步骤的玄武岩纤维布表面上，干燥，得到复合纤维布。
7.根据权利要求6所述的大压机锻造用复合纤维布的制备方法，其特征在于，步骤c中，将石墨乳液均匀附着在玄武岩纤维布表面上的方法为：将玄武岩纤维布浸泡在石墨乳液中，然后将玄武岩纤维布取出；或者将石墨乳液喷涂在玄武岩纤维布两面。
8.权利要求1～5任一项所述的大压机锻造用复合纤维布的应用，其特征在于，将所述复合纤维布作为锻造用纤维布；优选的，所述锻造用纤维布为大型模锻液压机用锻造纤维布或油压机用锻造纤维布；所述大型模锻液压机为2万吨以上的大型模锻液压机；油压机公称压力≥50MN。
9.根据权利要求8所述的大压机锻造用复合纤维布的应用，其特征在于，使用方法为：将复合纤维布铺盖在下模型腔中，确保能够清晰分辨模具型腔内的结构形状，随后将热锻坯放入垫有复合纤维布模具型腔内，在锻坯的上表面再覆盖复合纤维布进行锻造成型。
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