一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法
阅读说明：本技术 一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法 (Extrusion method of low-volume-fraction ceramic particle reinforced aluminum-based composite bar ) 是由 池海涛 冯永平 黄祯荣 刘金霞 黄铁明 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法,包括：支架,输送机构、加热冷却机构以及挤压模具机构；其中,所述输送机构用于材料的投放以及输送挤压,所述输送机构包括筒体和管体,所述筒体通过螺丝连接于所述支架的内部；本发明使用时,操作人员将材料通过进料斗进行投放,并将螺旋杆的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上,通过启动电机带动螺旋杆在管体内旋转,材料通过管体中的螺旋杆进行输送,并在输送过程中在管体的内壁以及螺旋槽中进行破碎,减少材料的输送体积,同时在输送挤压的过程中,利用加热管对腔模的内部进行加热,使得物料快速软化挤压,提高挤压的效率。(The invention discloses an extrusion method of a low-volume-fraction ceramic particle reinforced aluminum-based composite material bar, which comprises the following steps: the device comprises a bracket, a conveying mechanism, a heating and cooling mechanism and an extrusion die mechanism; the conveying mechanism is used for throwing materials and conveying and extruding materials, and comprises a cylinder and a pipe body, and the cylinder is connected to the inside of the support through screws; when the material feeding device is used, an operator puts in a material through the feeding hopper, one end of the screw rod is arranged on a rotating shaft of the external driving motor through the coupler, the screw rod is driven to rotate in the pipe body by starting the motor, the material is conveyed through the screw rod in the pipe body and is crushed in the inner wall and the spiral groove of the pipe body in the conveying process, the conveying volume of the material is reduced, and meanwhile, the heating pipe is used for heating the inside of the cavity die in the conveying and extruding process, so that the material is quickly softened and extruded, and the extruding efficiency is improved.)
技术领域
本发明涉及复合材料加工技术领域，具体来说，涉及一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，尤其还涉及一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置。
背景技术
众所周知，颗粒增强铝基复合材料是金属基复合材料中最成熟的一个品种。该种复合材料所用的增强体主要为碳化硅和氧化铝，亦有少量氧化钛和硼化钛等颗粒，其颗粒粒径一般为10微米左右。基体可以是纯铝，但大多数为各种铝合金，同时包括高性能的铝锂合金，然而，现有的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压制作还存在一定问题：
一、现有技术中的低体积分数颗粒增强Al基复合材料挤压工艺较为复杂，需要多个挤压生产的设备进行同时运作，导致生产制作需要花费较多的成本；
二、现有技术中的低体积分数颗粒增强Al基复合材料挤压比较低以及挤压模具设计不合理，从而影响挤压成型的生产效率，同时还会造成成品的良品率较低；
三、现有技术中，腔模需要进行长时间高温的使用，无法在使用后进行合理的降温冷却操作，导致腔模的使用维护次数增加，使用寿命较低。
为此，提出一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，通过启动电机带动螺旋杆在管体内旋转，材料通过管体中的螺旋杆进行输送，并在输送过程中在管体的内壁以及螺旋槽中进行破碎，减少材料的输送体积，使挤压的过程效率更高并且不需要外部设备进行破碎，降低了使用成本；
同时，在输送挤压的过程中，利用加热管对腔模的内部进行加热，腔模的内部通过开设加热通道并安装加热管，使温度控制在475℃-505℃，挤压通孔内部温度控制在475℃-505℃，挤压管的温度控制在445℃-465℃，使得物料快速软化挤压，提高挤压的生产效率；
材料通过挤压管向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞从冷却通道取出，并通过冷却通道外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道对腔模进行整体降温冷却操作，停止挤出作业后，能够对腔模进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势，通过对腔模以及内部部件进行冷却能够提高腔模的使用寿命，减少维护成本；
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，包括以下步骤：
S1、操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗进行投放，并将螺旋杆的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上，通过启动电机带动螺旋杆在管体内旋转，材料通过管体中的螺旋杆进行输送，并在输送过程中在管体的内壁以及螺旋槽中进行破碎，减少材料的输送体积；
S2、材料通过管体以及连接板输送至腔模的内部，在输送挤压前操作人员利用加热管对腔模的内部进行加热，使腔模的内部温度控制在475℃-505℃，挤压通孔内部温度控制在475℃-505℃，挤压管的温度控制在445℃-465℃；
S3、在材料通过挤压管向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞从冷却通道取出，并通过冷却通道外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道对腔模进行整体降温冷却操作；
S4、操作人员将挤压成型的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材进行铸锭预热，其铸锭预热的温度为470℃-480℃，并在取出后进行在线淬火，在线淬火后，将棒材进行拉伸处理，随后进行人工时效；
S5、在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势。
作为优选，在S1中，通过设置外部电机的转速控制螺旋杆的输送挤压比，其挤压比控制在12-20。
作为优选，在S2中，加热管采用电加热，通过控制加热管的功率进行温度控制。
作为优选，在S5中，腔模第一次冷却温度控制在28℃-40℃，第二次冷却温度控制在32℃-35℃，第三次冷却温度控制在28℃-30℃。
作为优选，在S4中，人工时效的时效温度为135℃-175℃，时效时间为6h-12h。
本发明还提供了一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置，包括：支架，输送机构、加热冷却机构以及挤压模具机构；
其中，所述输送机构用于材料的投放以及输送挤压，所述输送机构包括筒体和管体，所述筒体通过螺丝连接于所述支架的内部，所述管体的一端连通于所述筒体的一端，所述管体的另一端连通有连接板，所述连接板的一侧固定连接有法兰盘，所述法兰盘的一侧与所述管体螺纹连接，所述筒体的内部通过转轴转动连接有螺旋杆，所述螺旋杆的一端贯穿所述管体，所述管体的外部连通有进料斗，所述连接板的一侧开设有导向孔；
其中，所述挤压模具机构用于材料输送时进行挤压输出，所述挤压模具机构包括两个夹板和腔模，所述夹板的一侧固定连接于所述连接板的一侧，所述腔模的两侧通过螺栓固定连接于两个所述夹板的相对一侧，所述腔模的两侧均开设有定位孔，两个所述夹板的相对一侧均固定连接定位杆，所述定位杆插接于所述定位孔的内部，所述腔模的一侧嵌装有挤压管，所述挤压管的一端与所述法兰盘的一侧固定连接，所述腔模的内部开设有挤压通孔，所述挤压通孔与所述挤压管相连通；
其中，加热冷却机构用于对腔模以及腔模内部结构进行冷却加热操作，所述加热冷却机构包括加热管，所述腔模的内部开设有加热通道，所述加热管贯穿所述腔模，且所述加热管位于所述加热通道的内部，所述腔模的两侧开设有多个冷却通道，所述冷却通道的内部设置有密封塞。
作为优选，所述管体的外部套设有卡箍，所述卡箍的一侧固定连接有固定块，所述固定块上贯穿有紧固螺栓。
作为优选，所述夹板的顶部固定有垫板，所述垫板上固定连接有活动杆，所述活动杆滑动安装在所述腔模的内部，所述活动杆上套设有弹簧。
作为优选，所述支架的底部对称固定连接有两个加强筋。
作为优选，所述管体的内部开设有螺旋槽。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
1、本发明通过启动电机带动螺旋杆在管体内旋转，材料通过管体中的螺旋杆进行输送，并在输送过程中在管体的内壁以及螺旋槽中进行破碎，减少材料的输送体积，使挤压的过程效率更高并且不需要外部设备进行破碎，降低了使用成本；
2、本发明在输送挤压的过程中，利用加热管对腔模的内部进行加热，腔模的内部通过开设加热通道并安装加热管，使温度控制在475℃-505℃，挤压通孔内部温度控制在475℃-505℃，挤压管的温度控制在445℃-465℃，使得物料快速软化挤压，提高挤压的生产效率；
3、本发明使用时，操作人员能够将密封塞从冷却通道取出，并通过冷却通道外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道对腔模进行整体降温冷却操作，停止挤出作业后，能够对腔模进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势，通过对腔模以及内部部件进行冷却能够提高腔模的使用寿命，减少维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需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是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的结构示意图；
图2是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模和管体的结构示意图；
图3是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模和管体的另一视角结构示意图；
图4是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模的剖面结构示意图；
图5是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模的另一视角结构示意图；
图6是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的筒体和入料斗的结构示意图；
图7是根据本发明图1中A部位放大示意图；
图8是根据本发明图2中B部位放大示意图；
图9是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模的剖面示意图；
图10是根据本发明实施例的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置的腔模的主视结构示意图。
图中：1、夹板；2、腔模；3、连接板；4、进料斗；5、筒体；6、支架；7、螺旋杆；8、加强筋；9、管体；10、螺旋槽；11、导向孔；12、法兰盘；13、紧固螺栓；14、卡箍；15、固定块；16、定位孔；17、挤压管；18、活动杆；19、弹簧；20、垫板；21、定位杆；22、加热管；23、冷却通道；24、挤压通孔；25、密封塞；26、加热通道。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图图1-图10和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1-图10所示，本实施例提供了一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，包括以下步骤：
S1、操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗4进行投放，并将螺旋杆7的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上，通过启动电机带动螺旋杆7在管体9内旋转，材料通过管体9中的螺旋杆7进行输送，并在输送过程中在管体9的内壁以及螺旋槽10中进行破碎，减少材料的输送体积；
S2、材料通过管体9以及连接板3输送至腔模2的内部，在输送挤压前操作人员利用加热管22对腔模2的内部进行加热，使腔模2的内部温度控制在475℃，挤压通孔24内部温度控制在475℃，挤压管17的温度控制在445℃；
S3、在材料通过挤压管17向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞25从冷却通道23取出，并通过冷却通道23外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道23对腔模2进行整体降温冷却操作；
S4、操作人员将挤压成型的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材进行铸锭预热，其铸锭预热的温度为470℃，并在取出后进行在线淬火，在线淬火后，将棒材进行拉伸处理，随后进行人工时效；
S5、在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模2进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势。
具体的，在S1中，通过设置外部电机的转速控制螺旋杆7的输送挤压比，其挤压比控制在12。
具体的，在S2中，加热管22采用电加热，通过控制加热管22的功率进行温度控制。
具体的，在S5中，腔模2第一次冷却温度控制在28℃，第二次冷却温度控制在32℃，第三次冷却温度控制在28℃。
具体的，在S4中，人工时效的时效温度为135℃，时效时间为6h。
实施例2
如图1-图10所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例提供的一种低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，包括以下步骤：
S1、操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗4进行投放，并将螺旋杆7的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上，通过启动电机带动螺旋杆7在管体9内旋转，材料通过管体9中的螺旋杆7进行输送，并在输送过程中在管体9的内壁以及螺旋槽10中进行破碎，减少材料的输送体积；
S2、材料通过管体9以及连接板3输送至腔模2的内部，在输送挤压前操作人员利用加热管22对腔模2的内部进行加热，使腔模2的内部温度控制在505℃，挤压通孔24内部温度控制在505℃，挤压管17的温度控制在465℃；
S3、在材料通过挤压管17向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞25从冷却通道23取出，并通过冷却通道23外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道23对腔模2进行整体降温冷却操作；
S4、操作人员将挤压成型的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材进行铸锭预热，其铸锭预热的温度为480℃，并在取出后进行在线淬火，在线淬火后，将棒材进行拉伸处理，随后进行人工时效；
S5、在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模2进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势。
具体的，在S1中，通过设置外部电机的转速控制螺旋杆7的输送挤压比，其挤压比控制在20。
具体的，在S2中，加热管22采用电加热，通过控制加热管22的功率进行温度控制。
具体的，在S5中，腔模2第一次冷却温度控制在40℃，第二次冷却温度控制在35℃，第三次冷却温度控制在30℃。
具体的，在S4中，人工时效的时效温度为175℃，时效时间为12h。
实施例3
如图1-图10所示，本实施例与实施例2的不同之处在于，本实施例提供的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压方法，包括以下步骤：
S1、操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗4进行投放，并将螺旋杆7的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上，通过启动电机带动螺旋杆7在管体9内旋转，材料通过管体9中的螺旋杆7进行输送，并在输送过程中在管体9的内壁以及螺旋槽10中进行破碎，减少材料的输送体积；
S2、材料通过管体9以及连接板3输送至腔模2的内部，在输送挤压前操作人员利用加热管22对腔模2的内部进行加热，使腔模2的内部温度控制在495℃，挤压通孔24内部温度控制在495℃，挤压管17的温度控制在455℃；
S3、在材料通过挤压管17向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞25从冷却通道23取出，并通过冷却通道23外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道23对腔模2进行整体降温冷却操作；
S4、操作人员将挤压成型的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材进行铸锭预热，其铸锭预热的温度为475℃，并在取出后进行在线淬火，在线淬火后，将棒材进行拉伸处理，随后进行人工时效；
S5、在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模2进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势。
具体的，在S1中，通过设置外部电机的转速控制螺旋杆7的输送挤压比，其挤压比控制在16。
具体的，在S2中，加热管22采用电加热，通过控制加热管22的功率进行温度控制。
具体的，在S5中，腔模2第一次冷却温度控制在33℃，第二次冷却温度控制在34℃，第三次冷却温度控制在29℃。
具体的，在S4中，人工时效的时效温度为155℃，时效时间为8h。
实施例4
如图1-图10所示，根据本发明实施例1-3的低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料棒材的挤压装置，包括：支架6，输送机构、加热冷却机构以及挤压模具机构。
其中，输送机构用于材料的投放以及输送挤压，输送机构包括筒体5和管体9，筒体5通过螺丝连接于支架6的内部，管体9的一端连通于筒体5的一端，管体9的另一端连通有连接板3，连接板3的一侧固定连接有法兰盘12，法兰盘12的一侧与管体9螺纹连接，筒体5的内部通过转轴转动连接有螺旋杆7，螺旋杆7的一端贯穿管体9，管体9的外部连通有进料斗4，连接板3的一侧开设有导向孔11。
其中，挤压模具机构用于材料输送时进行挤压输出，挤压模具机构包括两个夹板1和腔模2，夹板1的一侧固定连接于连接板3的一侧，腔模2的两侧通过螺栓固定连接于两个夹板1的相对一侧，腔模2的两侧均开设有定位孔16，两个夹板1的相对一侧均固定连接定位杆21，定位杆21插接于定位孔16的内部，腔模2的一侧嵌装有挤压管17，挤压管17的一端与法兰盘12的一侧固定连接，腔模2的内部开设有挤压通孔24，挤压通孔24与挤压管17相连通。
其中，加热冷却机构用于对腔模2以及腔模2内部结构进行冷却加热操作，加热冷却机构包括加热管22，腔模2的内部开设有加热通道26，加热管22贯穿腔模2，且加热管22位于加热通道26的内部，腔模2的两侧开设有多个冷却通道23，冷却通道23的内部设置有密封塞25。
通过采用上述技术方案，本方案使用时，操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗4进行投放，并通过启动电机带动螺旋杆7在管体9内旋转，材料通过管体9中的螺旋杆7进行输送，并在输送过程中在管体9的内壁以及螺旋槽10中进行破碎，减少材料的输送体积，同时在输送挤压的过程中，利用加热管22对腔模2的内部进行加热，使得物料快速软化挤压，提高挤压的效率，在材料通过挤压管17向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞25从冷却通道23取出，并通过冷却通道23外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道23对腔模2进行整体降温冷却操作，同时在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模2进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势。
实施例5
如图1-图10所示，本实施例与实施例4的不同之处在于，管体9的外部套设有卡箍14，卡箍14的一侧固定连接有固定块15，固定块15上贯穿有紧固螺栓13。
通过采用上述技术方案，通过在管体9的外部套设卡箍14，并在卡箍14上的固定块15中使用紧固螺栓13进行紧固能够提升管体9的整体强度，并能够通过卡箍14能够连接多个管体9。
具体的，夹板1的顶部固定有垫板20，垫板20上固定连接有活动杆18，活动杆18滑动安装在腔模2的内部，活动杆18上套设有弹簧19。
通过采用上述技术方案，腔模2为夹层结构，并通过垫板20增加或减少腔模2的厚度，并在内部通过活动杆18和弹簧19增加腔模2挤出时的缓冲能力。
具体的，支架6的底部对称固定连接有两个加强筋8。
通过采用上述技术方案，加强筋8能够增加支架6的稳定性。
具体的，管体9的内部开设有螺旋槽10。
通过采用上述技术方案，材料通过螺旋杆7在管体9内部移动输送时，搭配螺旋槽10能够对材料进行挤压破碎。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
本发明使用时，操作人员将低体积分数陶瓷颗粒增强铝基复合材料通过进料斗4进行投放，并将螺旋杆7的一端通过联轴器安装在外部驱动电机的转动轴上，通过启动电机带动螺旋杆7在管体9内旋转，材料通过管体9中的螺旋杆7进行输送，并在输送过程中在管体9的内壁以及螺旋槽10中进行破碎，减少材料的输送体积，使挤压的过程效率更高并且不需要外部设备进行破碎，降低了使用成本；
本发明在输送挤压的过程中，利用加热管22对腔模2的内部进行加热，使腔模2的内部温度控制在475℃-505℃，挤压通孔24内部温度控制在475℃-505℃，挤压管17的温度控制在445℃-465℃，使得物料快速软化挤压，提高挤压的效率；
本发明在材料通过挤压管17向外部挤压输出时，操作人员能够将密封塞25从冷却通道23取出，并通过冷却通道23外接冷却液输送管，通过输送冷却液进入冷却通道23对腔模2进行整体降温冷却操作，同时在材料挤出成型后，停止挤出作业，并重新对腔模2进行三次冷却作业，三次冷却呈递减趋势，通过对腔模2以及内部部件进行冷却能够提高腔模2的使用寿命，减少维护成本。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
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