全文摘要
本实用新型公开了一种金属材料的搅拌摩擦‑挤压复合装置，包括挤压台、支座、挤压成形模块、搅拌摩擦模块、挤压块及搅拌头；所述的挤压成形模块设置在挤压台上，挤压台上对应于挤压成形模块的出口设有通孔；搅拌摩擦模块安装在挤压成形模块顶部；所述的挤压块位于搅拌摩擦模块开口正上方；所述的搅拌头穿过搅拌摩擦模块的型腔，一端支撑在支座上，另一端用于与传动机构连接；支座安装在挤压台上。本实用新型的搅拌头可以实现搅拌焊接功能和晶粒细化的过渡，从而实现复合材料焊接‑挤压复合、晶粒细化‑挤压复合以及两者之间的过渡复合功能。本实用新型流程短、成本低，适合于规模化生产，金属材料经过搅拌摩擦‑挤压复合后，界面结合强，材料力学性能优异，具有良好的应用推广前景。
主设计要求
1.一种金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：包括挤压台、支座、挤压成形模块、搅拌摩擦模块、挤压块及搅拌头；所述的挤压成形模块设置在挤压台上，挤压台上对应于挤压成形模块的出口设有通孔；搅拌摩擦模块安装在挤压成形模块顶部；所述的挤压块位于搅拌摩擦模块开口正上方；所述的搅拌头穿过搅拌摩擦模块的型腔，一端支撑在支座上，另一端用于与传动机构连接；支座安装在挤压台上。
设计方案
1.一种金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：包括挤压台、支座、挤压成形模块、搅拌摩擦模块、挤压块及搅拌头；所述的挤压成形模块设置在挤压台上，挤压台上对应于挤压成形模块的出口设有通孔；搅拌摩擦模块安装在挤压成形模块顶部；所述的挤压块位于搅拌摩擦模块开口正上方；所述的搅拌头穿过搅拌摩擦模块的型腔，一端支撑在支座上，另一端用于与传动机构连接；支座安装在挤压台上。
2.根据权利要求1所述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：还包括隔热陶瓷及感应加热装置；隔热陶瓷安装在挤压成形模块和搅拌摩擦模块之间，挤压成形模块上设有感应加热及温度控制装置Ⅰ。
3.根据权利要求2所述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：所述的搅拌摩擦模块上设有感应加热及温度控制装置Ⅱ。
4.根据权利要求2所述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：所述的传动机构包括电机及旋转轴，电机的输出轴与旋转轴的一端连接，旋转轴的另一端与搅拌头的一端连接。
5.根据权利要求1所述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，其特征在于：挤压块下端面中间设有凹槽，凹槽宽度大于搅拌头的直径，深度大于搅拌头至挤压台的距离；挤压块的长度等于搅拌摩擦模块上端面至挤压台的距离。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于金属复合材料的加工技术领域，具体涉及一种金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置。
背景技术
与普通材料相比，复合材料可改善或克服单一材料的弱点，充分发挥各材料的优势，在汽车、轨道交通、武器装备、航空航天等制造领域显示出越来越广泛的应用前景。目前金属\/金属的复合技术主要有：轧制复合法、挤压复合法、爆炸复合法、扩散复合法、铸造复合法和钎焊法等。申请号CN200910115743和申请号CN200910115723提出了一种旋转挤压复合材料的装置，利用摩擦细化晶粒，能够制备纳米晶金属基复合材料和多元颗粒增强金属基复合材料。申请号CN201610405802通过挤压对变形铝合金和非连续体增强铝基复合材料层进行复合，得到复合板材后再进行轧制处理，制备了含非连续体增强铝基复合材料层的层状复合材料，但该方法获得的复合材料界面的结合力不强。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种金属材料的搅拌摩擦-挤压复合的方法及装置，它通过挤压块把两块金属材料挤压通过高速旋转的搅拌头，通过调节搅拌摩擦模块加热装置的功率，实现金属复合材料焊接-挤压复合、晶粒细化-挤压复合以及两者之间的过渡复合功能。
本实用新型采用的技术方案是：一种金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，包括挤压台、支座、挤压成形模块、搅拌摩擦模块、挤压块及搅拌头；所述的挤压成形模块设置在挤压台上，挤压台上对应于挤压成形模块的出口设有通孔；搅拌摩擦模块安装在挤压成形模块顶部；所述的挤压块位于搅拌摩擦模块开口正上方；所述的搅拌头穿过搅拌摩擦模块的型腔，一端支撑在支座上，另一端用于与传动机构连接；支座安装在挤压台上。
上述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置中，还包括隔热陶瓷及感应加热装置；隔热陶瓷安装在挤压成形模块和搅拌摩擦模块之间，挤压成形模块上设有感应加热及温度控制装置Ⅰ。
上述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置中，所述的搅拌摩擦模块上设有感应加热及温度控制装置Ⅱ。
上述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置中，所述的传动机构包括电机及旋转轴，电机的输出轴与旋转轴的一端连接，旋转轴的另一端与搅拌头的一端连接。
上述的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置中，挤压块下端面中间设有凹槽，凹槽宽度大于搅拌头的直径，深度大于搅拌头至挤压台的距离；挤压块的长度等于搅拌摩擦模块上端面至挤压台的距离。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型能够实现金属复合材料焊接-挤压复合的功能，搅拌摩擦焊实现了复合板材的冶金复合，界面结合力好，挤压成形改善了焊缝和基体的力学性能，整体提升了复合材料的力学性能；
2、本实用新型能够实现金属复合材料晶粒细化-挤压复合的功能，搅拌摩擦使复合材料晶粒细化并形成新的金属界面，提高了挤压复合界面结合强度，金属材料经过搅拌摩擦、镦粗和挤压实现晶粒细化，通过镦粗和挤压实现复合，达到复合材料晶粒细化-挤压复合；
3、本实用新型的金属复合板材的搅拌摩擦-挤压复合装置，其搅拌头两端装在装夹装置和支座上，比普通搅拌摩擦焊的搅拌头具有更有的刚度，可以实现宽板材的焊接，具有更好的焊接效果；
4、本实用新型的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，可以通过改变挤压块和模具型腔的形状，能够完成复合板材、棒材的复合成形功能，通过调节成形块的大小和搅拌头的位置，实现异性金属材料的复合；
5、本实用新型的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，通过调节搅拌摩擦模块加热装置的功率，实现复合材料晶粒细化-挤压复合、焊接-挤压复合以及以上两种复合之间的过渡复合。
6、本实用新型的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，可以通过感应加热及温度控制装置采集温度数据，并进行温度控制，改善复合材料塑性，提高复合材料挤压复合效果。
7、本实用新型的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置，操作方便，能制备综合力学性能优异的高性能金属复合材料，能够较好应用于工业化生产。
附图说明
图1为本实用新型的金属材料的搅拌摩擦-挤压复合装置的结构示意图。
其中：1.挤压台 2.支座 3.挤压成形模块4.隔热陶瓷 5.搅拌摩擦模块 6.螺栓7.挤压块 8.搅拌头 9.感应加热及温度控制装置Ⅱ 10.感应加热及温度控制装置Ⅰ 11.装夹装置 12.旋转轴 13.联轴器 14.电机 15.底座。
图2为本实用新型的挤压成形模块、搅拌摩擦模块和隔热陶瓷的装配示意图。
图3为本实用新型的搅拌摩擦模块示意图。
图4为本实用新型的挤压成形模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型包括：挤压台1、支座2、挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5、螺栓6、挤压块7、搅拌头8、感应加热及温度控制装置Ⅱ9、感应加热及温度控制装置Ⅰ10、装夹装置11、旋转轴12、联轴器13、电机14、底座15，如图1所示。所述的支座2固定在挤压台1上；电机14固定安装在底座15上；所述的挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5通过螺栓连接，置于挤压台1上，搅拌摩擦模块5位于挤压成形模块3上方，隔热陶瓷4位于挤压成形模块3和搅拌摩擦模块5之间；挤压成形模块3和搅拌摩擦模块5上分别设有感应加热及温度控制装置Ⅰ10及感应加热及温度控制装置Ⅱ9；所述的搅拌头8通过搅拌摩擦模块5的搅拌孔，一头安装在装夹装置11，另一头装在支座2上，支座2装有滚动轴承。装夹装置11与旋转轴12的一端连接，旋转轴的另一端通过联轴器13与电机14的输出轴连接。
如图2所示，本实用新型所述的搅拌摩擦模块和挤压成形模块图，它包括：挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5、螺栓6、挤压块7、搅拌孔81。螺栓把挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5上下联接在一起，最后螺栓6把前后两部分模块组合在一起；搅拌头穿过搅拌孔81；所述的挤压块7中间有凹槽，凹槽宽度大于搅拌头8，深度大于搅拌头至挤压孔的距离；挤压块7的挤压头长度等于搅拌摩擦模块5上表面至挤压孔的距离。
图3和图4为搅拌摩擦模块和挤压成形模块图。
实施例1： 7A52铝合金\/7050铝合金的焊接-挤压复合。
将两块宽为20mm、厚为15mm的7A52铝合金和7050铝合金制备成宽为20mm、厚10mm复合板。
（1）前成形块和后成形块的型腔尺寸宽为20mm、厚为15mm，搅拌头直径10 mm，挤压成形模块出口尺寸宽为20mm、厚为10mm，加工两块7A52铝合金、7050铝合金坯料，板材状态为均匀化态，坯料厚宽20mm、15mm，表面平整抛光；
（2）通过装夹装置11装夹搅拌头8，搅拌头8另一装装在支座2，支座2装有轴承；通过螺栓把挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5上下联接在一起，搅拌头8穿过搅拌孔81，最后螺栓6把前后两部分模块组合在一起；
（3）将7A52铝合金和7050铝合金放入搅拌摩擦模块5的型腔内；
（4）启动搅拌摩擦焊电机14；
（5）启动挤压成形模块的感应加热及温度控制装置10，控制铝合金的挤压变形温度至400℃；
（6）不启动搅拌摩擦模块的感应加热及温度控制装置9；
（7）启动油压机，通过挤压块7对7A52铝合金和7050铝合金进行挤压；
（8）挤压块把两块金属材料挤压通过高速旋转的搅拌头8，通过搅拌摩擦方式把两块金属材料焊合在一起；金属材料在搅拌摩擦产生的热量以及感应加热装置的共同作用下再进行挤压变形。
（9）挤压块将复合材料挤压至挤压孔，完成搅拌摩擦-挤压复合成形，制备宽为20mm、厚为10mm的铝合金复合板材。
实施例2：7A52铝合金\/7050铝合金的晶粒细化-挤压复合。
将两块宽为20mm、厚为15mm的7A52铝合金和7050铝合金制备成宽为20mm、厚10mm复合板。
（1）前成形块和后成形块的型腔尺寸宽为20mm、厚为15mm，搅拌头直径10 mm，挤压成形模块出口尺寸宽为20mm、厚为10mm，加工两块7A52铝合金、7050铝合金坯料，板材状态为均匀化态，坯料厚宽20mm、15mm，表面平整抛光；
（2）通过装夹装置11装夹搅拌头8，搅拌头8另一装装在支座2，支座2装有轴承；通过螺栓把挤压成形模块3、隔热陶瓷4、搅拌摩擦模块5上下联接在一起，搅拌头8穿过搅拌孔，最后螺栓6把前后两部分模块组合在一起；
（3）将7A52铝合金和7050铝合金放入搅拌摩擦模块5的型腔内；
（4）启动搅拌摩擦焊电机14；
（5）启动挤压成形模块的感应加热及温度控制装置10，控制铝合金的挤压变形温度至400℃；
（6）启动搅拌摩擦模块的感应加热及温度控制装置9，控制铝合金的搅拌摩擦温度至350℃；
（7）启动油压机，通过挤压块7对7A52铝合金和7050铝合金进行挤压；
（8）挤压块把两块金属材料挤压通过高速旋转的搅拌头8，金属材料发生塑性变形，高速旋转的搅拌头使金属材料晶粒细化，同时形成新的金属表面。
（9）新形成的金属表面在挤压成形模块中进行镦粗、挤压复合，从而实现复合材料晶粒细化-挤压复合，制备宽为20mm、厚为10mm的铝合金复合板材。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920055274.9
申请日:2019-01-14
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:43(湖南)
授权编号:CN209532668U
授权时间:20191025
主分类号:B23P 23/00
专利分类号:B23P23/00
范畴分类:26H;
申请人:湖南科技大学
第一申请人:湖南科技大学
申请人地址:411201 湖南省湘潭市雨湖区桃源路
发明人:刘文辉;肖明月;曹平;唐昌平;陈宇强;游泽宇;刘章宏
第一发明人:刘文辉
当前权利人:湖南科技大学
代理人:颜昌伟
代理机构:43108
代理机构编号:湘潭市汇智专利事务所（普通合伙）
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计