本发明涉及金属挤压技术领域，特别是涉及一种纤维增强方管类型材复合挤压装置及其挤压方法。
背景技术：
由于经济和环境的原因，特别是在汽车和航空航天工业以及建筑领域，型材的轻质化战略已经成为结构件设计的重要方面。一方面，车辆整体重量的减轻会降低油耗和二氧化碳的排放；另一方面，从安全角度看，结构件需要更优良的机械性能。而混合结构件的发展是满足这一需求的可行方法，混合结构件的设计可以实现不同材料的机械性能和物理化学性能的组合。目前，生产混合结构件的现有挤压工艺包括不连续复合挤压、共挤压和纤维坯料的复合挤压。其中，不连续复合挤压生产的型材不能连续增强；共挤压的坯料为两种材料的内外包附，需要挤压前的额外加工制造，生产繁琐且成本较高；纤维坯料的复合挤压，需要在制造坯料时，将大量细小纤维均匀的融入到坯料的内部，制造困难，成本高，挤压时对模具磨损较为严重。因此，为了解决上述三种挤压工艺的不足，亟需提供一种复合挤压的新工艺。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种纤维增强方管类型材复合挤压装置及其挤压方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得该复合挤压装置及方法能够在型材横截面的指定位置处连续加强型材，实现连续复合挤压，制造出无限长的纤维增强型材，相比于传统的纤维颗粒混合坯料，本发明使用常规的坯料，降低了生产成本，并提高了模具的耐磨性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种纤维增强方管类型材复合挤压模具，包括导流板、上模、下模、第一心轴、第二心轴、送料板和模芯，所述导流板、所述上模和所述下模依次连接，所述导流板上设置有第一分流孔，所述第一分流孔内依次间隔设置有第一分流桥、第二分流桥和第三分流桥，所述上模上设置有第二分流孔，所述第二分流孔内依次间隔设置有第四分流桥、第五分流桥和第六分流桥，所述第一分流桥的一端与所述第四分流桥的一端相连接，所述第四分流桥的另一端与第一心轴相连接，所述第二分流桥的一端与所述第五分流桥的一端相连接，所述第五分流桥的另一端与所述模芯相连接，所述第三分流桥的一端与所述第六分流桥的一端相连接，所述第六分流桥的另一端与第二心轴相连接，所述第一心轴和所述第二心轴上均设置有平行于型材挤压方向的通孔，所述第一分流桥的一端和所述第四分流桥的一端、所述第三分流桥的一端和所述第六分流桥的一端上均设置有一卡接槽，两对所述卡接槽内均卡接有所述送料板，所述送料板上设置有若干纤维进给通道，所述纤维进给通道的一端与设置在所述导流板侧壁上的贯通孔相连通，所述纤维进给通道的另一端与所述通孔相连通，所述下模上设置有依次相连通的焊合室、模孔和空刀，所述焊合室依次与所述第二分流孔和所述第一分流孔相连通，所述第一心轴和所述第二心轴均伸入所述焊合室内，所述第一心轴和所述第二心轴与所述焊合室的底部之间均存在间隙，所述模芯位于所述模孔中。
优选的，所述第一分流孔和所述第二分流孔呈矩形，所述第一、二、三分流桥对所述第一分流孔的内腔进行分割，所述第四、五、六分流桥对所述第二分流孔的内腔进行分割。
优选的，所述第一分流孔和所述第二分流孔对称布置，所述第一、二、三分流桥对所述第一分流孔的内腔进行等体积分割，所述第四、五、六分流桥对所述第二分流孔的内腔进行等体积分割。
优选的，所述第一心轴的一端与第四分流桥的另一端相连接，所述第二心轴的一端与第六分流桥的另一端相连接，所述第一心轴的另一端和所述第二心轴的另一端沿挤压方向均设置有凸起，所述凸起位于焊合室内，所述凸起与所述焊合室的底面之间存在间隙，所述第一心轴和所述第二心轴与坯料接触的表面均具有圆滑过渡，所述第一心轴和所述第二心轴上对应于每个纤维进给通道处均设有平行于挤压方向的通孔，所述通孔与所述纤维进给通道之间为圆滑过渡连接。
优选的，所述第四分流桥的另一端与所述第一心轴之间圆滑过渡连接，所述第五分流桥的另一端与所述模芯之间圆滑过渡连接，所述第六分流桥的另一端与所述第二心轴之间圆滑过渡连接。
优选的，所述纤维进给通道呈90°直角结构。
本发明还提供一种纤维增强方管类型材复合挤压装置，包括上述所述的纤维增强方管类型材复合挤压模具和纤维牵引装置，坯料在挤压机的作用下，依次挤压入所述纤维增强方管类型材复合挤压模具的所述第一分流孔、所述第二分流孔和所述焊合室中，最终从所述模孔中与纤维共同挤出，所述纤维牵引装置与所述纤维进给通道中穿出的纤维相连接，所述纤维牵引装置对所述纤维进行牵引及精确定位。
优选的，所述纤维牵引装置包括导轨机构、水平移动块、横向移动块、升降杆和夹持机构，所述导轨机构包括一对平行设置的导轨，所述水平移动块的底部与所述导轨滑动配合连接，所述水平移动块的顶部设置有一滑槽，所述横向移动块与所述水平移动块通过所述滑槽相连接，所述横向移动块上设置有升降孔，所述升降杆的一端设置在所述升降孔中，所述横向移动块上设置有第一锁紧螺栓和第二锁紧螺栓，所述第一锁紧螺栓用于限制所述横向移动块的横向位移，所述第二锁紧螺栓用于限制所述升降杆的纵向位移，所述夹持机构包括导向板和第三锁紧螺栓，所述导向板与所述升降杆的另一端相连接，所述导向板上设置有供所述纤维穿过的若干导向孔，所述第三锁紧螺栓用于锁紧置于所述导向孔中的所述纤维。
本发明中还提供一种纤维增强方管类型材复合挤压方法，包括如下步骤：
将若干根纤维通过设置在纤维增强方管类型材复合挤压模具中导流板侧壁上的贯通孔送入相应的纤维进给通道中，随后所述纤维由第一心轴和第二心轴上平行于型材挤压方向的通孔内穿出，并在依次穿过焊合室、模孔和空刀后，将若干所述纤维均固定在纤维牵引装置上；
将坯料通过挤压机压入所述导流板上的第一分流孔中，随后所述坯料在挤压力作用下依次进入上模的第二分流孔、下模的焊合室、模孔和空刀中，其中，在所述焊合室的高温高压下，所述坯料与所述纤维接触并粘结在一起，所述坯料与所述纤维共同从模孔中挤出形成复合型材。
优选的，若干所述纤维均固定在所述纤维牵引装置中夹持机构的导向板上，并通过第三锁紧螺栓锁紧；当需要对所述导向板的横向位置进行调节时，通过旋出第一锁紧螺栓，使横向移动块在水平移动块的滑槽中进行横向移动；当需要对所述导向板的竖向位置进行调节时，通过旋出第二锁紧螺栓，使升降杆在所述横向移动块的升降孔中进行竖向移动；当需要对所述纤维牵引装置相对于所述纤维增强方管类型材复合挤压模具的距离进行调节时，使所述水平移动块相对于导轨进行滑动。
本发明相对于现有技术取得了以下有益效果：
1、本发明的纤维增强方管类型材复合挤压模具中将模具分为导流板、上模、下模、送料板、第一心轴、第二心轴和模芯，实现模具的模块化，有利于模具的加工制造，对于易坏或易磨损部件，便于维修和更换，降低模具的生产成本，提高模具的整体寿命；同时对于方管类型材的挤压模具，一般采用对称布置的四个扇形分流孔和四个分流桥(或两个矩形分流孔和一个分流桥)，而复合挤压模具的分流采用了“四孔三桥”(优选的)，即对称布置的四个矩形分流孔和三个分流桥。复合挤压模具结合分流组合模的分流特点，巧妙地在分流桥上开设了送料板，又在送料板上开设了纤维进给通道，既实现了铝基体中纤维的嵌入，又有利于复合挤压模具的加工制造，为方管类复合型材的轻质化与多功能性提供了巨大的潜力。
2、本发明中与传统的方管类分流组合模相比，复合挤压模具中分流桥后的第一心轴和第二心轴均位于焊合室内，第一心轴和第二心轴的端面均与焊合室的底面保持一定间距，第一心轴和第二心轴不作为成型工作带，而是进给纤维和实现纤维与铝基体平缓无缝结合的重要模块；而复合挤压模具中分流桥后的模芯，其伸入模孔部分作为型材成型的工作带，与下模的模孔工作带进行配合，控制型材的壁厚尺寸。
3、本发明的纤维增强方管类型材复合挤压装置中采用设置纤维牵引装置的方式，给纤维施加一定的张紧力，保证了纤维所处位置的精确性。
4、本发明的纤维增强方管类型材复合挤压装置中利用复合挤压模具和纤维牵引装置，能够在型材横截面的指定位置处连续加强型材，实现连续复合挤压，制造出无限长的纤维增强型材，同时可以适用于各种形状的复合挤压型材，相比于传统的纤维颗粒混合坯料，本发明使用常规的坯料，降低了生产成本，并提高了模具的耐磨性。
5、本发明中纤维和方管类复合型材的特点:纤维具有多样性，如高强度钢丝(绳)、玻璃纤维、碳纤维、陶瓷氧化物纤维、芳纶纤维、复合纤维、隔离光纤、隔离电导体、隔离镍丝等，在不同的纤维进给通道可以进给不同的纤维，以满足型材不同位置的性能要求；由于方管类复合型材中嵌入了具有多种优良性能(如高拉伸强度，高刚度，良好的耐腐蚀性，良好的导电性)的纤维，因此相比于没有嵌入纤维的方管类型材，具有更好的拉伸强度、刚度、耐腐蚀性、导电性等，甚至具备方管类型材原本不具有的传输信号和数据的新功能，进一步使得方管类型材的应用领域更加广泛和多样化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明纤维增强方管类型材复合挤压模具的整体结构示意图；
图2为图1纤维增强方管类型材复合挤压模具的剖视图；
图3为图1纤维增强方管类型材复合挤压模具中导流板的结构示意图；
图4为图1纤维增强方管类型材复合挤压模具中上模的结构示意图；
图5为图1纤维增强方管类型材复合挤压模具中下模的结构示意图；
图6为图1纤维增强方管类型材复合挤压模具中送料板的结构示意图；
图7为本发明纤维增强方管类型材复合挤压装置的整体结构示意图；
其中，1导流板；2第一心轴；3送料板；4上模；5下模；6纤维；7水平移动块；8导轨；9横向移动块；10第一锁紧螺栓；11第二锁紧螺栓；12升降杆；13导向板；14第三锁紧螺栓；15坯料；16纤维进给通道；17第一分流孔；18第一分流桥；19第二分流孔；20第二分流桥；21贯通孔；22通孔；23焊合室；24模孔；25空刀；26卡接槽；27第三分流桥；28第四分流桥；29第五分流桥；30第六分流桥；31模芯；32第二心轴。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种纤维增强方管类型材复合挤压装置及其挤压方法，以解决上述现有技术存在的问题，使得该复合挤压装置及方法能够在型材横截面的指定位置处连续加强型材，实现连续复合挤压，制造出无限长的纤维增强型材，相比于传统的纤维颗粒混合坯料，本发明使用常规的坯料，降低了生产成本，并提高了模具的耐磨性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-6所示，本发明提供一种纤维增强方管类型材复合挤压模具，包括导流板1、上模4、下模5、第一心轴2、第二心轴32、送料板3和模芯31，导流板1、上模4和上模5依次连接，导流板1上设置有第一分流孔17，第一分流孔17内依次间隔设置有第一分流桥18、第二分流桥20和第三分流桥27，上模4上设置有第二分流孔19，第二分流孔19内依次间隔设置有第四分流桥28、第五分流桥29和第六分流桥30，第一分流桥18的一端与第四分流桥28的一端相连接，第四分流桥28的另一端与第一心轴2相连接，第二分流桥20的一端与第五分流桥29的一端相连接，第五分流桥29的另一端与所述模芯31相连接，第三分流桥27的一端与第六分流桥30的一端相连接，第六分流桥30的另一端与第二心轴32相连接，第一心轴2和第二心轴32上均设置有平行于型材挤压方向的通孔22，第一分流桥18的一端和第四分流桥28的一端、第三分流桥27的一端和第六分流桥30的一端上均设置有一卡接槽26，两对卡接槽26内均卡接有所述送料板3，送料板3上设置有若干纤维进给通道16，纤维进给通道16的一端与设置在导流板1侧壁上的贯通孔21相连通，纤维进给通道16的另一端与通孔22相连通，上模5上设置有依次相连通的焊合室23、模孔24和空刀25，焊合室23依次与第二分流孔19和第一分流孔17相连通，第一心轴2和第二心轴32均伸入焊合室23内，第一心轴2和第二心轴32与焊合室23的底部之间均存在间隙，模芯31伸入模孔24中。
在挤压模具进行工作时，将若干根连续的纤维6从导流板1的侧面贯通孔21一一送入相应的纤维进给通道16中，纤维6穿过纤维进给通道16后进入第一心轴2和第二心轴32上的通孔22中，从第一心轴2和第二心轴32上的通孔22穿出后，纤维6的前进方向转变成平行于型材挤压方向，随后纤维6进入模具的焊合室23中，最终从模孔24中穿出，当挤压坯料15通过第一分流孔17、第二分流孔19进入焊合室23时，在焊合室23的高温高压(在进行复合挤压前对模具进行加热，其加热方式不限)的作用下，坯料15与纤维6接触并粘结在一起，随后，在置于模孔24内的模芯31和模孔24的共同作用下，坯料15和纤维6共同从模孔24挤出后得到空心复合型材，本发明中将模具分为导流板1、上模4、下模5、送料板3、第一心轴2、第二心轴32和模芯31，实现模具的模块化，有利于模具的加工制造，对于易坏或易磨损部件，便于维修和更换，降低模具的生产成本，提高模具的整体寿命；其中，贯通孔21的形状不限，如方形或者圆形；通孔22的形状也不限，如方形或者圆形，优选的为圆形；模具中存在的棱角均设置为圆角结构，有利于材料的流动和避免了应力的集中；心轴下端设有沿挤压方向的凸起，凸起优选的为矩形块，矩形块位于分流桥下方的焊合室23内，矩形块的棱边均设有倒角结构，矩形块的端面距离模孔24一定高度，凸起可以减缓四股坯料15流对纤维6较大的应力作用。
本发明中所述第一分流孔17和所述第二分流孔19呈矩形，所述第一、二、三分流桥对所述第一分流孔17的内腔进行分割，所述第四、五、六分流桥对所述第二分流孔19的内腔进行分割。
本发明中第一分流孔17和第二分流孔19对称布置，所述第一、二、三分流桥对第一分流孔17的内腔进行等体积分割，所述第四、五、六分流桥对第二分流孔19的内腔进行等体积分割。
本发明中所述第一心轴2的一端与第四分流桥28的另一端相连接，所述第二心轴32的一端与第六分流桥30的另一端相连接，所述第一心轴2的另一端和所述第二心轴32的另一端沿挤压方向均设置有凸起，所述凸起位于焊合室23内，所述凸起与所述焊合室23的底面之间存在间隙，所述第一心轴2和所述第二心轴32与坯料15接触的表面均具有圆滑过渡，所述第一心轴2和所述第二心轴32上对应于每个纤维进给通道16处均设有平行于挤压方向的通孔22，所述通孔22与所述纤维进给通道16之间为圆滑过渡连接。
本发明中第一心轴2和第二心轴32均伸入焊合室23内，第一心轴2和第二心轴32与焊合室23的底部之间均存在间隙。
本发明中焊合室23为蝶形结构。
本发明中空刀25包括一级空刀和二级空刀。
为了降低坯料流在模具内部产生的应力作用，本发明中第四分流桥28的另一端与第一心轴2之间圆滑过渡连接，第五分流桥29的另一端与模芯31之间圆滑过渡连接，第六分流桥30的另一端与第二心轴32之间圆滑过渡连接，采用圆滑过渡连接的方式，使得坯料15可以顺利的在模具内流动，降低了流动阻力，从而减弱了模具上的应力集中。
本发明中纤维进给通道16呈90°直角结构，其中，90°直角结构的直角部位为圆弧过渡。
如图7所示，本发明中还提供一种纤维增强方管类型材复合挤压装置，包括上述的纤维增强方管类型材复合挤压模具和纤维牵引装置，坯料15在挤压机的作用下，依次挤压入纤维增强方管类型材复合挤压模具的所述第一分流孔17、所述第二分流孔19和所述焊合室23中，最终从所述模孔24中与纤维6共同挤出，所述纤维牵引装置与所述纤维进给通道16中流出的纤维6相连接，所述纤维牵引装置对所述纤维6进行牵引及精确定位。
在进行复合挤压工作时，挤压机将坯料15通过第一分流孔17和第二分流孔19挤压入焊合室23中，在焊合室23的高温高压(在进行复合挤压前对模具进行加热，其加热方式不限)的作用下，坯料15与纤维6接触并粘结在一起，随后，在置于模孔24内的模芯31和模孔24的共同作用下，坯料15和纤维6共同从模孔24挤出，得到空心复合型材，其中，纤维6从模孔24中穿出后，固定在纤维牵引装置上，并通过纤维牵引装置设置在复合型材的指定位置处；本发明中利用复合挤压模具和纤维牵引装置，能够在型材横截面的指定位置处连续加强型材，实现连续复合挤压，制造出无限长的纤维增强型材，同时可以适用于各种形状的复合挤压型材，相比于传统的纤维颗粒混合坯料，本发明使用常规的坯料15，降低了生产成本，并提高了模具的耐磨性。
本发明中纤维牵引装置包括导轨机构、水平移动块7、横向移动块9、升降杆12和夹持机构，导轨机构包括一对平行设置的导轨8，水平移动块7的底部与导轨8滑动配合连接，水平移动块7的顶部设置有一滑槽，横向移动块9与水平移动块7通过滑槽相连接，横向移动块9上设置有升降孔，升降杆12的一端设置在升降孔中，横向移动块9上设置有第一锁紧螺栓10和第二锁紧螺栓11，第一锁紧螺栓10用于限制横向移动块9的横向位移，第二锁紧螺栓11用于限制升降杆12的纵向位移，夹持机构包括导向板13和第三锁紧螺栓14，导向板13与升降杆12的另一端相连接，导向板13上设置有供纤维6穿过的若干导向孔，第三锁紧螺栓14用于锁紧置于导向孔中的纤维6。其中，纤维牵引装置的工作过程为：通过调节安装在导轨8上的水平移动块7，将纤维牵引装置移动到指定的水平位置，然后利用滑槽和第一锁紧螺栓10将横向移动块9固定在水平移动块7上，同时，通过第二锁紧螺栓11调节升降杆12，将夹持机构移动到指定的竖直位置，然后利用第二锁紧螺栓11将升降杆12固定在横向移动块9上，最后，将纤维6穿入夹持机构的导向孔内，利用第三锁紧螺栓14将纤维6固定在导向孔内，随后，将水平移动块7后移一定距离，给纤维6施加一定的张紧力，保证纤维6所处位置的精确性。
本发明中还提供一种应用上述复合挤压装置的纤维增强方管类型材复合挤压方法，包括如下步骤：
将若干根纤维6通过设置在纤维增强方管类型材复合挤压模具中导流板1侧壁上的贯通孔21送入相应的纤维进给通道16中，随后纤维6由第一心轴2和第二心轴32上平行于型材挤压方向的通孔22内穿出，并在依次穿过焊合室23、模孔24和空刀25后，将若干纤维6均固定在纤维牵引装置上；
将坯料15通过挤压机压入导流板1上的第一分流孔17中，随后坯料15在挤压力作用下依次进入上模4的第二分流孔19、下模5的焊合室23、模孔24和空刀25中，其中，在焊合室23的高温高压下，坯料15与纤维6接触并粘结在一起，坯料15与纤维6共同从模孔24中挤出形成复合型材。
本发明中若干纤维6均固定在纤维牵引装置中夹持机构的导向板13上，并通过第三锁紧螺栓14锁紧；当需要对导向板13的横向位置进行调节时，通过旋出第一锁紧螺栓10，使横向移动块9在水平移动块7的滑槽中进行横向移动；当需要对导向板13的竖向位置进行调节时，通过旋出第二锁紧螺栓11，使升降杆12在横向移动块9的升降孔中进行纵向移动；当需要对纤维牵引装置相对于纤维增强方管类型材复合挤压模具的距离进行调节时，使水平移动块7相对于导轨8进行滑动。
需要说明的是，本发明中的相关部件的设置以及使用均可进行适当的变动，只要与本发明中复合挤压的工作方法和使用原理相同，仅是在此基础上进行适当的变换或者增加一些显而易见的技术特征，均在本发明的保护范围内；同时本发明中的复合挤压装置和方法并不局限于对方管类复合型材和固定纤维数量的连续复合挤压，其他形状或规格的复合型材以及具有一条或多条纤维的复合型材同样可以通过本发明的复合挤压方法来实现连续复合挤压。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。