生產(chǎn)網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的固液鑄軋復(fù)合設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的生產(chǎn)設(shè)備及方法，尤其設(shè)及用固液鑄社 復(fù)合法生產(chǎn)網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，金屬材料的使用要求不再局限于單一的機(jī)械性能，而是要 求金屬材料在多場甚至極端服役條件下，兼具結(jié)構(gòu)和功能的綜合特性，纖維增強(qiáng)金屬基復(fù) 合材料應(yīng)運(yùn)而生。纖維增強(qiáng)方式主要分為網(wǎng)狀整體增強(qiáng)和短纖維彌散分布增強(qiáng)兩種。目前， 短纖維增強(qiáng)體在基體中分散的均勻性控制問題仍未完全解決，而網(wǎng)狀整體增強(qiáng)方式可W保 證夾層復(fù)合材料質(zhì)量均勻性，因此受到廣泛關(guān)注。網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料是由網(wǎng)狀材料，如 玻璃纖維，碳纖維，芳絕纖維、鋼絲網(wǎng)、鐵絲網(wǎng)等，和金屬基體材料（主要為侶，其它還包括 儀、銅、鋼等）通過適當(dāng)工藝復(fù)合而成的一種復(fù)合材料，既具有金屬基體材料的特性，又具 有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛度W及電磁屏蔽特性等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、國防軍工、船舶、建筑、石 油化工、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但纖維與基體金屬間有效的結(jié)合質(zhì)量及產(chǎn) 品性能一直是研究重點(diǎn)，面對越來越嚴(yán)峻的服役條件和巨大的市場需求，金屬基纖維增強(qiáng) 夾層復(fù)合材料組元金屬性能多樣性及高效制備技術(shù)也成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。
[0003] 近年來，研究者對網(wǎng)狀增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的界面反應(yīng)規(guī)律和控制方法等進(jìn)行了 大量的研究工作，提出了多種制備方法，如液態(tài)金屬浸潰法、加壓鑄造法、爆炸復(fù)合法、擴(kuò)散 粘接法、粉末冶金法和超聲波焊接方法等，W上研究取得了很多重要的成果，大大推動了金 屬基復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用。但上述方法在實(shí)際生產(chǎn)中均存在因生產(chǎn)線過長或工藝復(fù)雜而 導(dǎo)致的生產(chǎn)率低、生產(chǎn)成本高、結(jié)合質(zhì)量差等問題。
[0004] 為解決W上問題，本專利公開一種網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的鑄社復(fù)合設(shè)備及方 法，即在兩個反向旋轉(zhuǎn)的鑄社漉漉縫中間喂入經(jīng)表面處理的網(wǎng)狀，同時，將金屬液直接誘注 在纖維布兩側(cè)，二者一起進(jìn)入鑄社區(qū)進(jìn)行變形加工，利用表面處理技術(shù)、快速凝固技術(shù)W及 社制復(fù)合技術(shù)，可W實(shí)現(xiàn)纖維與金屬間界面的良好結(jié)合，縮短了工藝流程，具有顯著的高效 節(jié)能特點(diǎn)。此外，若網(wǎng)狀采用較大孔徑，則纖維可W隨金屬協(xié)調(diào)變形，可對夾層復(fù)合材料進(jìn) 行深加工擴(kuò)展應(yīng)用范圍；若采用較小孔徑，兩側(cè)誘注不同金屬，纖維布連續(xù)喂入可起到隔離 流場效果，生產(chǎn)雙金屬網(wǎng)狀夾層復(fù)合材料，可實(shí)現(xiàn)金屬組元多樣性控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料提供一種基于固液鑄社復(fù)合技術(shù)的鑄 社設(shè)備及工藝，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料高效短流程和低成本生產(chǎn)。
[0006] 具體地，本發(fā)明提供一種網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的固液鑄社復(fù)合設(shè)備，其包括開 卷機(jī)、轉(zhuǎn)向漉、金屬液誘注裝置和鑄社機(jī)，所述開卷機(jī)設(shè)置在上方，其包括開卷機(jī)和位于所 述開卷機(jī)上的網(wǎng)狀材料，所述轉(zhuǎn)向漉設(shè)置在所述開卷機(jī)的一側(cè)，所述網(wǎng)狀材料經(jīng)開卷機(jī)開 卷后輸送至所述轉(zhuǎn)向漉，
[0007] 所述金屬液誘注裝置包括用于容納第一金屬液的第一誘注單元和用于容納第二 金屬液的第二誘注單元，所述第一誘注單元和第二誘注單元設(shè)置在所述轉(zhuǎn)向漉的下方并且 分別平行地設(shè)置在所述網(wǎng)狀材料的兩側(cè)；
[0008] 所述鑄社機(jī)設(shè)置在所述金屬液誘注裝置的下方，所述金屬液誘注裝置與所述鑄社 機(jī)之間設(shè)置有用于第一金屬液、第二金屬液W及所述網(wǎng)狀材料經(jīng)過的布流與導(dǎo)向組件。
[0009] 優(yōu)選地，在所述鑄社機(jī)的下方沿水平方向依次設(shè)置有第一夾送漉、推鋼機(jī)、第一剪 切機(jī)、引錠桿、第二夾送漉、第二剪切機(jī)和卷取機(jī)。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一誘注單元包括前箱、容納第一金屬液的中間包、塞棒W及液位檢 測和控制系統(tǒng)；所述第二誘注單元包括前箱、容納第二金屬液的中間包、塞棒W及液位檢測 和控制系統(tǒng)。
[0011] 優(yōu)選地，所述鑄社機(jī)包括兩個相互平行設(shè)置的鑄社漉系和側(cè)封裝置，所述每個鑄 社漉系均包括鑄社漉、冷卻系統(tǒng)、壓下裝置、過載保護(hù)裝置、社制力監(jiān)測裝置W及主傳動裝 置，所述鑄社漉系與側(cè)封裝置共同組成鑄社烙池。
[0012] 優(yōu)選地，所述網(wǎng)狀材料從所述鑄社烙池中穿過，從而在所述網(wǎng)狀材料兩側(cè)形成兩 個烙池，即第一金屬液烙池和第二金屬液烙池。
[0013] 優(yōu)選地，所述布流與導(dǎo)向組件包括連接所述第一誘注單元的第一金屬液入口、連 接所述第二誘注單元的第二金屬液入口、供所述網(wǎng)狀材料穿過的矩形通道、用于第一金屬 液均勻布流的第一整流罩及第一布流鑄嘴和用于第二金屬液均勻布流的第二整流罩及第 二布流鑄嘴，所述布流鑄嘴W及整流罩為沿位于其一側(cè)的鑄社漉軸線方向均勻設(shè)置的孔或 縫。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種制造網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料的連續(xù)鑄社方法，其包括W下步 驟：
[0015] S1、預(yù)熱布流與導(dǎo)向組件，根據(jù)誘鑄金屬液烙點(diǎn)溫度，使其內(nèi)腔溫度達(dá)到150~ 800°C，并準(zhǔn)備金屬液誘注裝置；
[0016] S2、根據(jù)網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料規(guī)格和性能要求選取不同類型的網(wǎng)狀材料，所述 不同類型的網(wǎng)狀材料包括碳纖維布W及金屬絲網(wǎng)，并根據(jù)需要選取同一金屬材料作為第一 金屬液W及第二金屬液或者選取不同金屬材料分別作為第一金屬液W及第二金屬液，所述 金屬材料的烙點(diǎn)低于酥所述網(wǎng)狀材料的烙點(diǎn)；
[0017] S3、根據(jù)選取的不同類型的網(wǎng)狀材料，對網(wǎng)狀材料進(jìn)行表面預(yù)處理；
[0018] S4、網(wǎng)狀材料經(jīng)開卷機(jī)水平開卷后輸送至轉(zhuǎn)向漉，經(jīng)轉(zhuǎn)向漉轉(zhuǎn)向?yàn)榇怪狈较蜓由?的網(wǎng)狀材料，同時啟動鑄社機(jī)，分別設(shè)定兩個鑄社機(jī)漉縫Η和兩個鑄社漉的速度，使鑄社漉 初始線速度保持在1~2m/min范圍內(nèi)；
[0019] S5、打開第一夾送漉，將引錠桿升至鑄社機(jī)出口位置并堵住漉縫，網(wǎng)狀材料經(jīng)布流 與導(dǎo)向組件中屯、通道穿過鑄社漉漉縫，并由引錠桿夾緊，調(diào)整網(wǎng)狀材料位置，在網(wǎng)狀材料兩 側(cè)形成厚度分別為Hi和Η2的漉縫，并滿足下式：
[0020] Η = Hi+Hz+h ;
[0021] S6、向布流與導(dǎo)向組件的中屯、矩形通道內(nèi)注入氣氣作為保護(hù)氣體，同時開啟第一 誘注單元和第二誘注單元，向第一誘注單元中注入第一金屬液，向第二誘注單元中注入第 二金屬液，使第一金屬液W及第二金屬液進(jìn)入布流與導(dǎo)向組件，分別經(jīng)各自一側(cè)的鑄嘴開 始布流；
[0022] S7、第一金屬液W及第二金屬液沿布流與導(dǎo)向組件的布流鑄嘴向位于各自一側(cè)的 鑄社烙池內(nèi)均勻布流，第一金屬液W及第二金屬液在鑄社漉的冷卻和社制作用下，開始逐 步凝固并與網(wǎng)狀材料復(fù)合，形成良好界面結(jié)合效果；
[0023] S8、鑄社后網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料在引錠桿作用下逐步向下拉巧，到達(dá)底部位置 時由第一夾送漉夾緊，并經(jīng)第一剪切機(jī)切頭后，推鋼機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)至工作工位，將復(fù)合帶材 送入第二夾送漉漉縫中，轉(zhuǎn)向水平方向并進(jìn)入卷取狀態(tài)，建立起穩(wěn)定鑄社復(fù)合巧后，逐步提 升鑄社漉線速度至2. 5~5m/min，連續(xù)生產(chǎn)出預(yù)定厚度的網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料；
[0024] S9、第二剪切機(jī)進(jìn)行切頭尾和定尺剪切，最后成品網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合板帶由卷取 機(jī)卷曲成卷，卸下后入庫。
[00巧]優(yōu)選地，S3進(jìn)一步包括對碳纖維布進(jìn)行表面鍛儀處理，對金屬絲網(wǎng)進(jìn)行酸洗、水洗 和烘干處理W去除金屬絲網(wǎng)表面氧化物和油脂。
[00%] 優(yōu)選地，所述推鋼機(jī)繞定點(diǎn)能旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，其包括準(zhǔn)備工位W及工作工位，在開始 誘注時，推鋼機(jī)處于準(zhǔn)備工位，當(dāng)板巧建立完成后，所述引錠桿到達(dá)底端，板巧由第一夾送 漉夾緊并被第一剪切機(jī)組剪切完成后，推鋼機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)進(jìn)入工作工位，將板巧送入第二 夾送漉。
[0027] 優(yōu)選地，所述引錠桿的頭部與兩個鑄社漉的漉縫出口處的漉面貼合，從而對鑄社 烙池進(jìn)行堵流，所述引錠桿在開誘過程中可W對網(wǎng)狀材料進(jìn)行位置可調(diào)的夾持，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)狀 增強(qiáng)夾層復(fù)合材料層厚比的精確分配。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下所述：
[0029] 1、采用固-液鑄社復(fù)合成形工藝生產(chǎn)網(wǎng)狀增強(qiáng)夾層復(fù)合材料，將快速表面處理技 術(shù)、凝固技術(shù)、社制技術(shù)相結(jié)合，可W實(shí)現(xiàn)纖維與金屬間的有效復(fù)合，相比于傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝， 覆層金屬采用液態(tài)誘注，網(wǎng)狀材料采用連續(xù)喂入，解決了液態(tài)金屬浸潰法、爆炸復(fù)合等傳統(tǒng) 復(fù)合的不能連續(xù)生產(chǎn)等問題，具有顯著節(jié)能、高效率、流程短等優(yōu)點(diǎn)。
[0