[实用新型]金属基复合材料连续搅拌摩擦挤压生产装置

说明书

本实用新型提供一种金属基复合材料连续搅拌摩擦挤压生产装置，在经过矫直的基体金属杆料上加工凹槽并向凹槽中添加增强体，利用压料轮将复合坯料压入挤压轮的环形沟槽并夹紧，由挤压轮的旋转带动坯料向搅拌头运动，利用搅拌头的旋转对压料轮和模腔之间环形沟槽内的坯料进行至少一次搅拌摩擦加工，经过搅拌的坯料受到挡料块的阻挡后改变流动方向，由模具的内孔挤出，形成连续大长度的金属基复合材料型线材产品。

技术领域

本实用新型涉及先进制造技术领域，具体而言，尤其涉及大长度超细晶金属基复合材料型、线材的加工方法和设备。

背景技术

随着纳米技术的不断进步和轻量化的迫切需求，纳米增强体强化轻合金复合材料的研究和应用领域也逐步扩大。目前纳米增强体强化轻合金复合材料的研究主要集中在提升增强体的分散性和界面结合等方面，针对轻金属基体组织的关注较少，使用等通道挤压(ECAP)、高压扭转(HPT)、搅拌摩擦(FSP)、大压下量控轧等变形方法，将金属基体细化为超细晶或纳米晶组织，发展以纳米材料作为增强体、以超细晶或纳米晶轻金属为基体的复合材料，有望开发具有高温超塑性、室温高强度的轻质金属基复合材料。近年来，搅拌摩擦加工(FSP)受到了越来越多的关注，与其它SPD制备的超细晶材料相比，FSP超细晶组织均匀稳定，力学性能优异,而且还可以应用该方法制备金属基复合材料，但是采用这种方法，超细晶材料只在搅拌加工区域形成，且搅拌摩擦加工难以一道次得到组织均匀、致密的材料，并且采用这种方法只能得到块体材料或对原有制品进行表面改性。对于具有超细晶粒，且组织均匀稳定、力学性能优异的大长度金属基复合材料型、线材的制备则没有理想的解决方案。

发明内容

根据上述提出的技术问题，本实用新型提出了一种将搅拌摩擦加工(FSP) 与连续挤压(Continuous Extrusion)相结合的加工方法—连续搅拌摩擦挤压法(CFSE)，用于制备晶粒细化、组织均匀稳定的以超细晶金属为基体的复合材料。

本实用新型采用的技术手段如下：

金属基复合材料连续搅拌摩擦挤压生产装置，包括：机架，固定于机架上的搅拌装置，自由转动装配于机架进料侧的挤压轮，固定装配于挤压轮出料侧的靴座，固定在靴座内的模腔，固定于模腔出料腔内的挤压模具和与挤压轮配合压料的压料轮；

压料轮位于坯料进料一侧，经过挤压的金属杆料嵌入在挤压轮的沟槽内，挤压轮的滚动为继续送料动力，压料轮与挤压轮中心连线与产品挤出方向的夹角α在90°～180°之间；

搅拌装置安装在机架上，搅拌装置的搅拌头伸入到挤压轮位于模腔进料口前方行程的沟槽内，与沟槽轮槽表面的夹角在80～90°之间；

模腔设置于挤压轮送料行程末端，模腔的出料腔的进口与挤压轮送料行程末端连接，在模腔的出料腔的出口位置装配挤压模具进行挤压出料。

进一步的，的挤压轮为圆环形零件，外圆周面上有环形沟槽，端面上有与轴线平行的通孔，通孔以挤压轮的轴线为中心成环形均匀分布；环形沟槽为缩口结构，即宽度最大位置的尺寸W大于开口宽度的尺寸L，二者差值在1～6mm之间。

进一步的，

模腔中心有通孔，与挤压轮临近端面为弧面，弧面上有挡料块和沉槽，沉槽至少有一个侧面为平面，且与挡料块的端面平齐；弧面与挤压轮的外圆周面配合，挡料块伸入到挤压轮的沟槽内，端面的形状与搅拌头所在的搅拌区的剖面形状一致，尺寸小于等于搅拌区尺寸；弧面对侧的端面上有孔，通孔内壁上有均布孔，孔和均布孔相连通，冷却介质由孔进入，由均布孔喷出，直接喷淋在成品坯料上。

进一步的，

搅拌头轴肩直径D小于挤压轮的沟槽的开口宽度L，二者的差值在0.5～ 4mm之间。

进一步的，

挤压模具上下两端面平行，中心有型孔，形状与沉槽相同，二者之间采用过渡配合。