一种金属复合材料蠕压制造设备制造技术

本发明专利技术涉及金属复合材料和机械制造综合技术领域，具体是一种制造金属层状复合材料用蠕压一体化设备。包括设备本体以及控制系统两部分。设备本体内部设有加热体、导向柱、温度传感器、加压隔板及加压隔板之间的工作区；设备本体上方设有加压装置。控制系统内部设有电机、液压泵、电磁换向阀、压力传感器及加热器控制线路；控制系统通过线缆与设备本体连接，通过高压导管及低压导管与加压装置连接；控制系统外部设有显示屏以及操控按钮。工作区尺寸为1000mm

【技术实现步骤摘要】
一种金属复合材料蠕压制造设备


[0001]本专利技术涉及金属复合材料和机械制造综合
，具体是一种制造金属层状复合材料用蠕压一体化设备。

技术介绍

[0002]层状金属复合材料是采用不同的制造方法使两种或者两种以上性能不同的金属之间达到冶金结合而得到的新型材料。目前层状金属复合材料的制造方法主要有爆炸焊接、爆炸+轧制、轧制以及蠕压复合新方法四大类。
[0003]爆炸焊接利用炸药爆轰所产生的巨大能量，于一瞬间完成同种或一种金属复合材料的固/固相冶金结合。具有工艺简单、成本较低、结合强度高等优点。爆炸+轧制是在爆炸焊接基础上对爆炸复合材料进行后续轧制处理，能够提高材料表面粗糙度、形状精度、厚度尺寸精度以及加工性能。但是爆炸焊接以及爆炸+ 轧制板型控制差，会产生环境污染，且在制造薄板的过程中复合率较低，生产效率和成品率均较低。真空轧制可以提高生产效率和成品率、减少环境污染以及提高结合强度。但是轧制只适用于性能相近的金属之间进行复合，对于性能相差较大的金属复合效果较差，且轧制的能量消耗较大，能量的利用率低。
[0004]虽然真空蠕压(CN 114043178 A)和真空轧制(CN 106180186 A)两种制造层状复合材料在真空控制工艺和组坯工艺两方面有相同之处，但两种工艺方法的结合机理、能量作用原理和最终效果明显有本质不同，这两种工艺方法的不同之处主要体现为：
[0005]1、两种制造方法结合机理明显不同。轧制是一种金属加工工艺，指的是将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙，因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法。而对比文件1和2真空轧制就是在真空环境下利用一对旋转轧辊的巨大压力(压下率)使待复合材料产生截面减小长度增加即使待复合材料产生剧烈的塑性变形而形成结合。而真空蠕压是在真空环境下，使待复合材料无需产生塑性变形，而是运用“很小的压力”使两个待结合的表面紧密接触，蠕压一定时间，使两界面充分接触保持原子间距并形成金属原子固相结合。虽然，对于层状复合材料而言，只要两新鲜界面达到原子间距就可形成良好的接头，但真空轧制以及爆炸焊接的能量都远超界面的结合能，这也是业界长期认为两个界面的结合需要很大的能量使两待复合材料产生塑性变形或高温熔化才能形成冶金结合 (而不是原子结合)。正因为业界对爆炸复合、真空轧制等层状复合材料制造方法的界面结合机理认识不够深刻和充分，致使迄今为止国内外仍没有人提出蠕压制造复合材料这一简易方法。
[0006]2、能量加入方式不同。真空轧制不仅其正压力很大，要使待复合材料产生塑性变形，即要超过材料的屈服强度，一般是几百兆帕以上，而且真空轧制还有侧向剪切力。而真空蠕压只有很小的维持两界面达到原子间距的静态正压力即可，一般小于材料的屈服强度。本专利技术试验了一种压力即是1Mpa，远小于材料的屈服强度。而且真空蠕压是静态的，且没有侧向剪切力，因此减少了大量的能量消耗。
[0007]3、能量利用率不同。轧制方法，其大多数能量都消耗在待复合材料的塑性变形上，
而实际上界面的结合能只占了很小一部分，由模拟计算表明：此结合能只占了总能量的10％
‑
20％，同时，过多的能量反而在界面会形成过熔及位错等微观缺陷。而蠕压的压力非常小，即消耗的能量很小，而且仅有的压力即重力势能大部分都转化为界面的结合能，其运用了自然界和物理学的最小作用量原理，不仅消耗能量少而且能量利用率高，真正实现了层状复合材料制造领域的低碳节能和可持续性发展。蠕压方法的推广应用将是复合材料领域的一次颠覆性重大创新突破，将会给我国工业装备及军事工程等领域带来一次升级换代。
[0008]相较于前三种制造方法，蠕压复合新方法克服了上述问题，能实现同种或者一种金属之间的复合，且适用于大尺寸复合板的制造，具有降低制造成本，提升产品质量以及实现绿色节能制造等优点。
[0009]蠕压复合新方法的主要工艺过程包括：表面处理、基复板校平、组坯封焊、热处理以及蠕压结合。其中热处理和蠕压结合是关键的两步，分别控制复合过程的温度和压力，而温度和压力会直接影响蠕压复合材料的结合强度。在一般的蠕压复合过程中，坯件在热处理炉中进行热处理后，再转到相应的油压机下面进行蠕压结合。从热处理炉转到油压机的过程会使坯件的热量散失，不便于对组坯温度的控制，且在蠕压过程中坯件的温度也会迅速下降，进而影响产品的成材率。
[0010]为了解决上述问题，本专利技术提供的一种金属层状复合材料蠕压制造设备，在加工之前对需要复合的材料进行分子动力学计算，结合实际加工环境确定加压时间、加热温度以及加压压力。而后将坯件放入本专利技术所述设备中，设定好加热温度、加压压力以及加压时间，设备会自动调节相应参数。

技术实现思路

[0011]一、蠕压设备结构组成及功能
[0012]本专利技术的一个目的在于提出一种可控制温度与压力用于金属蠕压复合的蠕压一体化设备，解决蠕压工艺过程中温度以及压力的控制问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种制造金属层状复合材料用蠕压一体化设备，包括设备本体、设备本体内部结构以及控制系统三大部分。
[0013]设备本体包括设备外壳、盖板、支撑柱及加压装置。所述设备本体的底部设置有基座，设备本体上方安装有加压装置，其侧面固定安装有支撑柱。设备本体通过线缆、高压导管与低压导管与控制系统连接。
[0014]设备本体内部结构包括其内壁面安装的发热体、温度传感器，中间固定安装导向柱，所述导向柱上安装加压隔板以及加压隔板之间为工作区。所述最上方加压隔板的上方为加压装置的压头。压头与设备本体内部最上方的加压隔板通过螺栓连接。
[0015]控制系统内部设有电机、液压泵、电磁换向阀、压力传感器、压力调节装置及控制线路，能够为压力机提供高压油或者其他高压液体。控制系统内部的电机、液压泵、电磁换向阀、压力传感器、等部件与设备本体上方压机、高压导管及低压导管构成完成的液压系统。所述液压系统可以实现对坯件的加压功能。控制系统通过线缆与设备本体连接，可以控制发热体进行发热，设备本体内部的温度传感器也可以将温度实时反馈回控制系统。控制线路与温度传感器构成温控系统，能实现对坯件的加热及保温功能。控制系统上设有显示
屏以及操控按钮，显示屏上可以显示设定温度、实时温度、实时压力、已加热时间、保温时间及已加压时间。可以通过操作按钮可以控制设备本体对坯件进行加热、保温以及加压。
[0016]进一步地，加压装置活塞行程可达600mm，加压压力最大可达10MPa.
[0017]进一步地，设备本体内部设置有六个加压隔板，两个加压隔板之间为工作区。工作过程中，中间的加压隔板同时作为上一工作区的下加压隔板和下一工作区的上加压隔板。加压隔板通过其上面的导向孔安装固定在导向柱上面。可以通过简单增加加压隔板的数量来增加工作区的数量。
[0018]进一步地，盖板通过螺栓与设备本体连接在一起，在盖板中间开有用于加压装置活塞通过的通孔。活塞与压头通过螺栓连接。
[0019]进一步地，本专利技术加压隔板采用耐高温材料并且在其表面有特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属层状复合材料蠕压制造设备，其特征在于，包括设备本体、设备本体内部结构以及控制系统三大部分；所述设备本体包括设备外壳、盖板及加压装置；所述设备本体内部结构设有加热体、导向柱、温度传感器、加压隔板及加压隔板之间的工作区；所述控制系统内部设有电机、液压泵、电磁换向阀、压力传感器、压力调节装置及控制线路；控制系统通过线缆与设备本体连接，通过高压导管及低压导管与加压装置连接；控制系统外部设有显示屏以及操控按钮。2.根据权利要求1所述的设备本体内部结构，其特征在于，所述设备内部共有6块加压隔板及加压隔板间的5个工作区；所述加压隔板上开有导向孔，通过导向孔安装在导向柱上；所述加压隔板采用耐高温材料并且在其表面有特殊涂层，所述工作区的尺寸为1000mm
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2000mm；所述设备内部内表面有保温层，所述设备内部可以通过合理改造增加加压隔板的数量，进而增加工作区的数量；所述设备本体顶部盖板开有通孔，加压装置活塞通过通孔与设备内部压头连接；所述设备本体上方的加压装置可以油压机、水压机或者其他压机。3.根据权利要求1所述的一种金属层状复合材料蠕压制造设备，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：史长根，罗旭川，王海涛，杨小强，孙泽瑞，吴晓明，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：