专利名称：基于冲击法的回收钛屑制坯装置及其工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种金属回收技术领域的装置及方法，具体是一种基于冲击法的回收钛屑制坯装置及其工艺。
背景技术：
现代的航空航天技术提出更高的要求。首先提高飞行器的速度并减少其质量，飞机和发动机质量每降低1kg，其使用费用通常可节约220 440美元。因此，设计师们采用提高物理力学性能的材料而不是提高价格。谈到材料问题，特别关注的是钛及其合金。飞机上的风扇叶片、压气机叶片、盘、轴、机匣、骨架、蒙皮、机身隔框和起落架大都采用钛合金制造。民航飞机用钛量也呈上升趋势，如从1958年第一代波音707用钛量仅为0. 3%增加到1994年第5代波音777的11%，用钛量增加了 35倍！美国军用飞机用钛比例平均约为 28.6%,而美国第4代新战机F-22用钛量则为41 %，结构用钛达36t。法国幻影2000飞机用钛量则为23%，俄罗斯Cy-27CK为18%。我国歼_8战机机身用钛量达3. 97 %，歼-10、 歼-11更多地使用了钛材同时，高度整体性是航空结构零件的特点之一，必须保证提高强度性能。通常这些零件用极好工艺——锻造或冲压制造的密实毛坯进行铣削或车削加工。锻压后必须要机械加工的钛半成品需要清除渗氧的α-层。由于机械加工形成大量金属屑，这些金属屑的80 %没有得到重复加工利用(据某些数据，用于企业冶炼的钛屑不超过铸锭重量的15% )。制约其利用的主要原因是，重复利用切屑高质量的方法研究不够。在节能减排的今天，不得不研究钛屑的再利用。重新冶炼的切屑密度不足lg/CM3，要在密度和强度能够获得符合标准的团块，用作熔炼钛锭和次生钛。此外，团块屑做到最小损耗，减少堆放地方和运输损耗。用于黑色和有色金属切屑的著名团块静力学方法(和低速变形下的动力学的方法)，在这样的设备中不能成功地用于钛合金切屑，这是由于钛合金的物理-化学性能使然。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于冲击法的回收钛屑制坯装置及其工艺，用于各种金属屑用冲击制成团块，包括实际上由各种批量钛合金屑制成的团块的强度和密度得到大幅度提高。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及一种基于冲击法的回收钛屑制坯装置，包括底座、铁砧、冲头、控制室、燃烧室和拉力柱，其中铁砧固定设置于底座上并通过四根拉力柱与燃烧室固定连接， 燃烧室、冲头的末端和铁砧构成密封腔，四根拉力柱的两端分别与底座和燃烧室固定连接， 控制室位于燃烧室的首端，燃烧室内设有与控制室相连的火花塞、空气进出气口和天然气进气口。
所述的冲头为40CrMoAl制成的圆柱形结构，其热处理硬度为36 40HRC，该冲头的两端分别与燃烧室中的活塞以及铁砧相连，所述的铁砧为高速钢W18Cr4V制成，其硬度为52 56HRC。所述的控制室内设有控制电路，该控制电路向燃烧室顶端火花塞、空气进出气口和天然气进气口发送启动关闭指令。所述的拉力柱为40CrMoAl制成的圆柱形结构，其热处理硬度为36 40HRC。所述的铁砧上设有与控制室相连的传感器，该传感器采集铁砧表面的受力信号作为每次冲击过程的启动结束控制。本发明涉及上述装置的钛屑回收工艺，包括以下步骤；1)将钛金属屑置于密封腔内的铁砧和冲头之间，向燃烧室中供给天然气空气混合物，然后采用火花塞点燃天然气和空气混合物；所述的钛金属屑的填充量约为^ig/次。所述的天然气空气混合物中含有有效成分天然气的体积比为15 20%，余为空气。2)启动火花塞，点燃燃烧室的混合气体，瞬间推动带有活塞的冲头以30 100m/S 的速度向铁砧方向冲击，该冲头的动能使钛金属屑变形为钛金属坯料；铁砧上的传感器当受到冲击时采集受力信号并反馈至开关，提示冲击过程结束。所述的冲击次数为1-3次。
图1为本发明结构示意图；图中1底座、2铁砧、3冲头、4控制室、5燃烧室、6拉力柱、7容器。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例如图1所示，本实施例包括底座1、铁砧2、冲头3、控制室4、燃烧室5和拉力柱6， 其中铁砧2固定设置于底座1上并通过四根拉力柱6与燃烧室5固定连接，燃烧室5、冲头3的一端固定上砧块并和铁砧2构成密封腔7，另一端与工作在燃烧室的活塞紧固，四根拉力柱6的两端分别与底座1和燃烧室5固定连接，控制室4位于燃烧室5的首端。装置的工作过程如下通过电控室4，在燃烧室5中供给天然气空气混合物，火花塞点燃混合物。，在此瞬间的汽缸中燃烧混合物的能量达到最大化。带有活塞的冲头加速到 30 lOOm/s。这样如此大的动能使预置在容器7中的切屑变形。团块在带有铁砧2的容器中的型腔内变形。借助于安装在铁架上的液压缸(图中未示出)，容器7由本身的冲头-活塞推动下快速冲击钛屑，故此，在剧烈冲击下形成团块。 冲头-活塞返回到原始位置后，容器后移。装有四根拉力柱6与大底座1形成封闭框架并承受、吸收了多余的能量，因此，本装置不必设置大的基础。
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燃烧混合气体的高压力和冲头活塞高速度减小了装置的质量和外廓尺寸。160kj 装置质量只有3t，外廓尺寸只有0. 5X0. 6X4. an。在装置中，由工业纯钛、钛合金TA7、TC6等屑制成的团块做了批试。团块直径 <pl25mm，质量1. 8 2. ^g，密度——3. 5 4. 25g/m3。所有团块都具有高的力学强度。强调指出，预先准备的屑要粉碎到粒级50 70mm。屑不加热，无论如何也不能用有去污力洗涤剂类物品或粘结在一起的屑。在成形过程中大块屑中的温度难以大幅度升
尚ο试验结果表明，团块必须的单位能量由消耗的能量与团块质量比，为了达到要求的密度指标，单位能量平均为阳 85kj/kg，其值与钛合金的牌号和屑的状况有关，在此条件下，单位压力为450 550MPa。1.冶炼试验为了检验钛屑的质量获得冲击方法和可行性，从标准铸锭中取出钛屑并在真空感应电炉中冶炼试验，团块占总质量50%。团块的原始材料由合金TC6(GB/T3620. 1-1994)钛锭经机械加工后提供，机械加工时没有用液体润滑-冷却剂。切屑被粉碎到粒度50 60mm，没有加热，没有采用粘合剂。 成形钛块的平均质量^g/块，密度——3. 5 3. 8g/cm3。表1TC6铸锭化学成分
权利要求
1.一种基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征在于，包括底座、铁砧、冲头、控制室、燃烧室和拉力柱，其中铁砧固定设置于底座上并通过四根拉力柱与燃烧室固定连接， 燃烧室、冲头的末端和铁砧构成密封腔，四根拉力柱的两端分别与底座和燃烧室固定连接， 电控位于冲头的首端，燃烧室内设有与开关相连的火花塞、空气进出气口和天然气进气口。
2.根据权利要求1所述的基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征是，所述的冲头为 40CrMoAl制成的圆柱形结构，其热处理硬度为36 40HRC，该冲头的两端分别与燃烧室中的活塞以及铁砧相连。
3.根据权利要求1所述的基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征是，所述的铁砧为高速钢W18Cr4V制成，其硬度为52 56HRC。
4.根据权利要求1所述的基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征是，所述的控制室内设有控制电路，该控制电路向燃烧室顶端火花塞、空气进出气口和天然气进气口发送启动关闭指令。
5.根据权利要求1所述的基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征是，所述的拉力柱为40CrMoAl制成的圆柱形结构，其热处理硬度为36 40HRC。
6.根据权利要求1所述的基于冲击法的回收钛屑制坯装置，其特征是，所述的铁砧上设有与开关相连的传感器，该传感器采集铁砧表面的受力信号作为每次冲击过程的启示结束控制。
7.一种根据上述任一权利要求所述装置的钛屑回收工艺，其特征在于，包括以下步骤；1)将钛金属屑置于密封腔内的铁砧和冲头之间，向燃烧室中供给天然气空气混合物， 然后采用火花塞点燃天然气和空气混合物；2)启动火花塞，点燃燃烧室的混合气体，瞬间推动带有活塞的冲头以30 100m/S的速度向铁砧方向冲击，该冲头的动能使钛金属屑变形为钛金属坯料；铁砧上的传感器当受到冲击时采集受力信号并反馈至开关，提示冲击过程结束。
8.根据权利要求7所述的钛屑回收工艺，其特征是，所述的天然气空气混合物中含有有效成分天然气的体积比为15 20%，余为空气。
9.根据权利要求7所述的钛屑回收工艺，其特征是，所述的冲击次数为1-3次。
全文摘要
一种金属回收技术领域的基于冲击法的回收钛屑制坯装置及其工艺，该装置包括底座、铁砧、冲头、控制室、燃烧室和拉力柱，铁砧固定设置于底座上并通过四根拉力柱与燃烧室固定连接，燃烧室、冲头的末端和铁砧构成密封腔，四根拉力柱的两端分别与底座和燃烧室固定连接，控制室位于燃烧室的首端，燃烧室内设有与开关相连的火花塞、空气进出气口和天然气进气口。本发明用于各种金属屑用冲击制成团块，包括实际上由各种批量钛合金屑制成的团块的强度和密度得到大幅度提高。
文档编号C22B1/248GK102206747SQ201110107479
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者张建明, 王勇强 申请人:宝鸡市腾鑫钛业有限公司