一種采用螺桿推進(jìn)和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種采用螺桿推進(jìn)和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，屬材料加工設(shè)備領(lǐng)域。
[0002]【背景技術(shù)】:
泡沫鋁是在純鋁或鋁合金中加入添加劑后，經(jīng)過(guò)發(fā)泡工藝而成，同時(shí)兼有金屬和氣泡特征。它具有密度小、高吸收沖擊能力強(qiáng)、耐高溫、防火性能強(qiáng)、抗腐蝕、隔音降噪、導(dǎo)熱率低、電磁屏蔽性高、耐候性強(qiáng)等特點(diǎn)，在航天艦船、汽車防撞、道路隔音、建筑防火等領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
[0003]泡沫鋁的吸能具有良好的速率應(yīng)變特性，即，應(yīng)變速率越大，單位體積泡沫鋁所能吸收的能量就越大，最高可達(dá)8?30J/cm3。泡沫鋁的這種性能，使其成為最理想的吸能、防撞和防爆材料。目前，奔馳、寶馬和本田等汽車大廠已經(jīng)在汽車防撞梁、A柱、B柱等處使用泡沫鋁材料，用于車體的防撞吸能。韓國(guó)今年派出的國(guó)際維和部隊(duì)，其兵營(yíng)所用材料也是泡沫鋁，用于防止流彈和冷槍等。
[0004]泡沫鋁傳統(tǒng)制備方法中，熔體發(fā)泡法工藝如下:在鋁液中加入增粘劑，攪拌均勻后加入發(fā)泡劑，放入到一定溫度的模具中進(jìn)行發(fā)泡而成。其具體的工具參數(shù)為:增粘劑采用鈣粒，其添加溫度對(duì)熔體的粘度有很大影響，溫度越高粘度越大，在660°C添加2%Ca粒攪拌1min可以獲得合適的熔體發(fā)泡粘度。折葉槳式攪拌器的攪拌效果理想，采用邊加入邊提高轉(zhuǎn)速的方法添加TiH2易于將發(fā)泡劑分散均勻。選用粒度為74μ mTiH2顆粒可以得到較高孔隙率的泡沫。氫化鈦添加量宜在1.0?1.6%范圍，發(fā)泡溫度選擇620?630°C范圍，冷卻方式在空氣中自然緩冷，并使發(fā)泡槽溫度高于熔體10°C?？梢詫?shí)現(xiàn)不同厚度500mmX 1000_X X的鋁合金泡沫鋁板材的制備。熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁的工藝過(guò)程和工藝流程圖見(jiàn)圖1、2。
[0005]傳統(tǒng)的熔體發(fā)泡法生產(chǎn)泡沫鋁的制備過(guò)程多采用單套熔爐、發(fā)泡池、成型模具來(lái)完成，一個(gè)熔煉、增粘、添加發(fā)泡劑、保溫發(fā)泡、成型、脫模生產(chǎn)周期完成之后，將成型的泡沫鋁塊送往機(jī)加工工序進(jìn)行切割。此種方法簡(jiǎn)單、可靠，但是設(shè)備利用率不高，生產(chǎn)效率低，限制了泡沫鋁批量生產(chǎn)的產(chǎn)能。同時(shí)，在生產(chǎn)泡沫鋁的制備過(guò)程中，在保溫發(fā)泡環(huán)節(jié)，由于受重力影響，泡沫鋁中的氣泡形成后自然上浮，而鋁液下沉，很容易形成沿豎直方向分布的密度梯度，即，底部鋁液多，密度大，而頂部氣泡多，密度小。熔體發(fā)泡法的這種特性，限制了其成品率，從而提高了生產(chǎn)成本，限制了泡沫鋁在工程上的大批量應(yīng)用。
[0006]為了解決間隙式泡沫鋁生產(chǎn)成本高的缺陷，美國(guó)專利US.pat6984356B2描述了一種泡沫鋁的連續(xù)制備方法，但該專利不能根據(jù)需要量對(duì)熔體進(jìn)行在線增粘，也沒(méi)有指出如何根據(jù)需要量來(lái)在線調(diào)整發(fā)泡劑從而得到具有不同孔隙率的泡沫鋁產(chǎn)品。為了解決美國(guó)專利US.pat6984356B2所存在的問(wèn)題，中南大學(xué)周向陽(yáng)等申請(qǐng)的專利CN100422363C、CN102312117A、CN201210499401.7A等提出了一系列基于熔體發(fā)泡法的連續(xù)生產(chǎn)泡沫鋁板材的方法。該方法效率高、設(shè)備復(fù)雜，并且由于對(duì)傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了徹底的改變，設(shè)備的設(shè)計(jì)、各環(huán)節(jié)的工藝控制、各工序之間的匹配等尚存在一些問(wèn)題，因此目前無(wú)法在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域批量投產(chǎn)。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
一種采用螺桿推進(jìn)和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:將現(xiàn)有熔體發(fā)泡法生產(chǎn)泡沫鋁的熔煉、增粘、添加發(fā)泡劑、保溫發(fā)泡、成型、脫模幾道工序進(jìn)行整合，在一臺(tái)設(shè)備上完成所有工序。在熔煉室，加入鋁合金溶液或鋁原料，同時(shí)加熱或保溫。在加料室，加入增粘劑、發(fā)泡劑，同時(shí)利用槳葉進(jìn)行快速定向攪拌，迅速完成攪拌，同時(shí)將攪拌好的鋁液利用高壓螺桿推向高壓發(fā)泡室。在高壓發(fā)泡室，對(duì)鋁合金進(jìn)行保溫、發(fā)泡，同時(shí)對(duì)鋁溶液進(jìn)行加壓應(yīng)力處理，使其具有一定的預(yù)應(yīng)力，從而改善其機(jī)械性能。然后，將發(fā)泡完成的泡沫鋁在半固態(tài)下用螺桿推向成型室，并通過(guò)軋輥提取的方式，將半固態(tài)泡沫鋁連續(xù)成型，形成泡沫鋁板材。
[0008]設(shè)備分為熔煉室、加料室、高壓發(fā)泡室和成型室?guī)讉€(gè)部分。
[0009]在加料室，設(shè)備采用螺旋槳定向推進(jìn)的方式，將加入的發(fā)泡劑、增粘劑與鋁合金溶液充分混合，同時(shí)送往底部螺桿。
[0010]在加料室和高壓發(fā)泡室，設(shè)備采用螺桿推進(jìn)的方式將鋁溶液送往下一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)將鋁溶液組織細(xì)化，將泡沫鋁氣泡細(xì)化，改善機(jī)械性能。
[0011]在高壓發(fā)泡室，設(shè)備由外界通高壓空氣，氣壓為0.2-0.5MPa。
[0012]在高壓發(fā)泡室，底部溫度控制為560~600° C，保持鋁合金在半固態(tài)，進(jìn)而利用螺桿推進(jìn)的方式送往成型環(huán)節(jié)。
[0013]在成型環(huán)節(jié)，溫度控制為560~600° C，保持泡沫鋁鋁合金在半固態(tài)。
[0014]在成型環(huán)節(jié)，設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)軋輥將半固態(tài)泡沫鋁提起、壓制，進(jìn)而完成連續(xù)泡沫鋁板材的生產(chǎn)。
[0015]有益效果:
本方法在工藝上基于發(fā)泡法，利用單臺(tái)設(shè)備，將過(guò)去多道工序的間斷式生產(chǎn)改進(jìn)為連續(xù)不間斷生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)率和成型尺寸。螺桿攪拌、擠壓的引入，使得泡沫鋁氣泡可以充分細(xì)化，改善了其機(jī)械性能。并且，在加壓環(huán)節(jié)，對(duì)鋁合金進(jìn)行預(yù)應(yīng)力處理，使得材料在使用過(guò)程中，對(duì)剪切力、交變載荷的承受能力大大提升。本發(fā)明專利所提出的方法，是高效率、高性能的泡沫鋁連續(xù)生產(chǎn)方法。
[0016]【附圖說(shuō)明】:
圖1為采用采用熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁的工藝過(guò)程。
[0017]圖2為采用采用熔體發(fā)泡法制備泡沫鋁的工藝流程圖。
[0018]圖3為旋轉(zhuǎn)多工位泡沫鋁生產(chǎn)線示意圖。
[0019]附圖標(biāo)記:I熔煉室；2加料室；3高壓發(fā)泡室；4鋁液；5攪拌螺旋槳；6推進(jìn)螺桿；7高壓空氣進(jìn)氣口 ； 8半固態(tài)泡沫鋁；9軋輥；10成型泡沫鋁板材。
[0020]【具體實(shí)施方式】:
為更好地說(shuō)明本發(fā)明，便于理解本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明的典型但非限制性的實(shí)施例如下。
[0021]在熔煉室，加入A356鋁合金溶液，同時(shí)保溫在680~720° C。
[0022]在加料室，加入2%增粘劑、1.5% TiH2發(fā)泡劑，發(fā)泡溫度680~720° C。同時(shí)利用槳葉進(jìn)行快速定向攪拌，迅速完成攪拌，同時(shí)將攪拌好的鋁液利用高壓螺桿推向高壓發(fā)泡室。攪拌速度1000轉(zhuǎn)/分。
[0023]在高壓發(fā)泡室，對(duì)鋁合金進(jìn)行保溫、發(fā)泡，同時(shí)對(duì)鋁溶液進(jìn)行加壓應(yīng)力處理，氣壓為0.3MPa。底部溫度控制為580° C，保持鋁合金在半固態(tài)，進(jìn)而利用螺桿推進(jìn)的方式送往成型環(huán)節(jié)。
[0024]在成型環(huán)節(jié)，溫度控制為580° C，保持泡沫鋁鋁合金在半固態(tài)。利用旋轉(zhuǎn)軋輥將半固態(tài)泡沫鋁提起、壓制，進(jìn)而完成連續(xù)泡沫鋁板材的生產(chǎn)。
[0025]申請(qǐng)人聲明，以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用螺桿推進(jìn)和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:將現(xiàn)有熔體發(fā)泡法生產(chǎn)泡沫鋁的熔煉、增粘、添加發(fā)泡劑、保溫發(fā)泡、成型、脫模幾道工序進(jìn)行整合，在一臺(tái)設(shè)備上完成所有工序，在熔煉室，加入鋁合金溶液或鋁原料，同時(shí)加熱或保溫，在加料室，加入增粘劑、發(fā)泡劑，同時(shí)利用槳葉進(jìn)行快速定向攪拌，迅速完成攪拌，同時(shí)將攪拌好的鋁液利用高壓螺桿推向高壓發(fā)泡室，在高壓發(fā)泡室，對(duì)鋁合金進(jìn)行保溫、發(fā)泡，同時(shí)對(duì)鋁溶液進(jìn)行加壓應(yīng)力處理，使其具有一定的預(yù)應(yīng)力，從而改善其機(jī)械性能，然后，將發(fā)泡完成的泡沫鋁在半固態(tài)下用螺桿推向成型室，并通過(guò)軋輥提取的方式，將半固態(tài)泡沫鋁連續(xù)成型，形成泡沫鋁板材。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:設(shè)備分為熔煉室、加料室、高壓發(fā)泡室和成型室?guī)讉€(gè)部分。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在加料室，設(shè)備采用螺旋槳定向推進(jìn)的方式，將加入的發(fā)泡劑、增粘劑與鋁合金溶液充分混合，同時(shí)送往底部螺桿。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在加料室和高壓發(fā)泡室，設(shè)備采用螺桿推進(jìn)的方式將鋁溶液送往下一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)將鋁溶液組織細(xì)化，將泡沫鋁氣泡細(xì)化，改善機(jī)械性能。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在高壓發(fā)泡室，設(shè)備由外界通高壓空氣，氣壓為0.2-0.5MPa。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在高壓發(fā)泡室，底部溫度控制為560~600° C，保持鋁合金在半固態(tài)，進(jìn)而利用螺桿推進(jìn)的方式送往成型環(huán)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在成型環(huán)節(jié)，溫度控制為560~600° C，保持泡沫鋁鋁合金在半固態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利I所述的加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其特征在于:在成型環(huán)節(jié)，設(shè)備利用旋轉(zhuǎn)軋輥將半固態(tài)泡沫鋁提起、壓制，進(jìn)而完成連續(xù)泡沫鋁板材的生產(chǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種采用螺桿推進(jìn)和加壓發(fā)泡的連續(xù)泡沫鋁板材生產(chǎn)線，其主要技術(shù)方案為將現(xiàn)有熔體發(fā)泡法生產(chǎn)泡沫鋁的熔煉、增粘、添加發(fā)泡劑、保溫發(fā)泡、成型、脫模幾道工序進(jìn)行整合，在一臺(tái)設(shè)備上完成所有工序。在熔煉室，加入鋁合金溶液或鋁原料，同時(shí)加熱或保溫。在加料室，加入增粘劑、發(fā)泡劑，同時(shí)利用槳葉進(jìn)行快速定向攪拌，迅速完成攪拌，同時(shí)將攪拌好的鋁液利用高壓螺桿推向高壓發(fā)泡室。在高壓發(fā)泡室，對(duì)鋁合金進(jìn)行保溫、發(fā)泡，同時(shí)對(duì)鋁溶液進(jìn)行加壓應(yīng)力處理，使其具有一定的預(yù)應(yīng)力，從而改善其機(jī)械性能。然后，將發(fā)泡完成的泡沫鋁在半固態(tài)下用螺桿推向成型室，并通過(guò)軋輥提取的方式，將半固態(tài)泡沫鋁連續(xù)成型，形成泡沫鋁板材。
【IPC分類】C22C1-08, B29C44-00, B21B1-22
【公開(kāi)號(hào)】CN104589567
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410653557
【發(fā)明人】聶剛, 謝峰, 龍海敏
【申請(qǐng)人】界首市一鳴新材料科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2014年11月17日