一种热挤压成型装置的制作方法

1.本技术涉及金属制造技术领域，尤其涉及一种热挤压成型装置。


背景技术：

2.随着高速列车、航空航天和汽车快速发展，对于轻量化结构部件需求明显增加趋势。对构件大型化、薄壁化、整体化的要求越来越高。在结构刚度和强度满足要求的情况下，构件厚度不断的被降低，挤压产品结构表现出越来越复杂，在轨道交通、飞机及航天器上的应用不断扩大。
3.常见的挤压产品除了常规的壁板结构，还有复杂的结构，如在挤压产品的壁板上设置特征结构，尤其是内壁垂直于挤压方向凸起结构的连续挤压管材或内腔结构产品。目前，通过先生产常规壁板，然后通过在后续工艺中，在产品上内壁垂直于挤压方向的筋或焊上加强块等特征结构的后续加强方式来生产复杂结构的挤压产品。但是现有技术一方面加工效率低、一致性差、型面精度低；另一方面，在产品上内壁垂直于挤压方向的筋或焊上加强块等特征结构，依赖于后续工艺的效果，而后续工艺的效果影响因素较多，会影响生产的在壁板上带特征结构是困扰该类热挤压产品质量。
4.考虑到这些缺点，非常需要对热挤压装置及制造工艺方法进行改进。特别是需要基于随动的挤压方式，所述一种连续热挤压成套装置与方法通过系统地将挤压过程合理组合，利用挤压过程的材料挤入特点，实现局部特征结构制造，尤其是内壁垂直于挤压方向凸起结构的连续挤压管材或内腔结构产品。


技术实现要素：

5.本技术解决的技术问题是：针对现有技术中带特征结构的挤压产品质量不满足实际需求的情况，本技术提供了一种连续热挤压成型装置，本技术实施例所提供的方案中，通过在形成预制件壁板的壁板腔设置转动带，且在转动带上设置第一特征结构，使得在制备预制件挤压过程中，将坯料同时壁板腔和第一特征结构一体化形成具有第二特征结构的预制件。由于预制件上的第二特征结构一体化不仅形成具有较好的挤压流线，一致性以及型面精度，还避免通过后续工艺添加焊特征结构所影响预制件的质量。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种热挤压成型装置，该装置包括：转动机构以及挤压部，其中，所述转动机构，包括第一转动轴和第二转动轴以及转动带；所述转动带设置有第一特征结构，所述转动带在所述第一转动轴和所述第二转动轴带动下沿着预设传送方向传送预制件；所述挤压部用于将坯料挤压成预制件；其中，所述挤压部设置有壁板腔，所述转动带设置于所述壁板腔中，当将坯料挤压入所述壁板腔时，在所述第一转动轴和所述第二转动轴带动下，基于所述壁板腔以及所述第一特征结构形成具有第二特征结构的预制件，并沿着预设传送方向传送所述预制件，其中，所述第二特征结构与所述第一特征结构相匹配。
7.可选地，所述挤压部，还包括：挤压模、挤压套筒以及热挤压冲头，其中，所述挤压
套筒与所述挤压模连接，用于承载所述坯料；所述挤压冲头与所述挤压套筒连接，用于将所述挤压套筒所承载的坯料挤压到所述挤压模的壁板腔中，以使得在所述壁板腔以及所述转动机构作用下形成所述预制件。
8.可选地，所述第一特征结构为凹槽或凸起。
9.可选地，所述转动带包括第一层和第二层，在所述第一层上设置凹槽或者凸起形成所述第一特征结构，所述第二层覆盖于所述第一层上，所述第二层为表面光滑且满足预设的强度以及柔性要求的带状金属材料。
10.可选地，所述第一特征结构具有预设的拔模斜度。
11.可选地，所述第一转动轴和所述第二转动轴带动所述转动带转动速度根据所述挤压模将坯料挤压成预制件的速度来进行调整。
12.可选地，在所述转动带设置多个第一特征结构，其中，多个第一特征结构在所述转动带上呈等间距、非等间距、错落或拓扑排列。
13.可选地，其中，所述第一特征结构中设置有与所述坯料相同或者不同类别的填充材料，以使得生成所述预制件时，将所述填充材料添加到所述第二特征结构表面，以调整所述预制件的性能。
14.可选地，其中，所述填充材料为碳化硅颗粒或者增强材料。
15.与现有技术相比，本技术实施例所提供的方案至少具有如下有益效果：
16.1、本技术实施例所提供的方案中，通过在形成预制件壁板的壁板腔设置转动带，且在转动带上设置第一特征结构，使得在制备预制件挤压过程中，将坯料同时壁板腔和第一特征结构一体化形成具有第二特征结构的预制件。由于预制件上的第二特征结构一体化不仅形成具有较好的挤压流线，一致性以及型面精度，还避免通过后续工艺添加焊特征结构所影响预制件的质量。
17.2、本技术实施例所提供的方案中，通过控制转动带上第一特征结构的排布方式，如等间距、非等间距、错落、拓扑等，进而可以灵活在预制件上制备多样化的特征结构，以满足设计强度和装配的需求。
18.3、本技术实施例所提供的方案中，通过在第一特征结构中添加相同或不同类别的填充材料能够实现局部特征结构表面复合材料的原位生成、表面改性、表面涂覆和表面功能化，表面复合材料在表面上表现出增强的复合材料特性，同时保留了基础材料的性质。
19.4、本技术实施例所提供的方案，在第一特征结构中预制增强块或粉末颗粒，在较强的高温挤压流动过程中，形成较强的金属冶金机械连接，提供了同种或异种材料复合挤压的可能性，用于生产具有良好界面结合的杂合结构或用于连接由不同材料制成的结构，所述不同材料之间具有良好的粘合性。
20.5、本技术实施例所提供的方案，制备工艺是固态的，并且通常是单一步骤工艺，无需事先进行表面处理，提供了良好的尺寸稳定性，能够很好地控制预制件的表面形状，增加了局部区域的强度，提高了预制件整体的刚度，基于坯料的流动来在预制件壁板上形成特征结构，有助于与预制件壁板的优异结合特性，具有良好的灵活性和重复性，以及为工艺自动化提供了潜力。
附图说明
21.图1展示了本技术实施例提供的一种热挤压成型装置的结构示意图；
22.图2展示了本技术实施例提供的另一种热挤压成型装置的结构示意图；
23.图3展示了本技术实施例所提供的一种转动带局部放大图；
24.图4为本技术实施例所提供的一种预制件的结构示意图；
25.图5a展示了本技术实施例所提供的一种预制件的截面轮廓图；
26.图5b展示了本技术实施例所提供的一种预制件的截面轮廓的剖视图；
27.图6为本技术实施例所提供的一种预制件的截面流线示意图。
28.附图标记：1-转动机构；2-挤压部；11-第一转动轴；12-第二转动轴；13-转动带；131-第一特征结构；132-第一层；133-第二层；21-挤压模；22-挤压套筒；23-热挤压冲头；211-壁板腔。
具体实施方式
29.本技术实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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它实施例，都属于本技术保护的范围。
30.为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
31.在制备挤压产品时，可以在挤压产品壁板上制备各种形状的特征结构，例如，凹槽或凸起特征结构。其中，凹槽特征结构例如圆形凹陷、长方形凹陷、菱形凹陷、五角凹陷或蜂窝凹陷等纹理结构特征；凸起特征结构例如圆形凸起、长方形凸起、菱形凸起、五角凸起或蜂窝凸起等纹理结构特征。应理解，在本技术实施例所提供的方案中，在挤压产品壁板上设置何种特征结构可以根据实际需求来设置，在此并不做限定。为了在挤压产品(下文称为预制件)壁板上设置特征结构，且保证挤压产品质量，本技术实施例提供了如下热挤压成型装置来制备挤压产品。
32.图1展示了本技术实施例提供的一种热挤压成型装置的结构示意图。
33.作为举例，如图1所示，热挤压成型装置包括转动机构1以及挤压部2，其中，转动机构1，包括第一转动轴11和第二转动轴12以及转动带13；转动带13设置有第一特征结构131，转动带13在第一转动轴11和第二转动轴12带动下沿着预设传送方向传送预制件。
34.进一步，热挤压成型装置还包括挤压部2。挤压部2用于将坯料挤压成预制件；其中，所述挤压部2设置有壁板腔211，所述转动带13设置于所述壁板腔211中，当将坯料挤压入所述壁板腔211时，在所述第一转动轴11和所述第二转动轴12带动下，基于所述壁板腔211以及所述第一特征结构131形成具有第二特征结构的预制件，并沿着预设传送方向传送所述预制件，其中，所述第二特征结构与所述第一特征结构131相匹配。
35.作为举例，第一特征结构131为凹槽或凸起。当第一特征结构131为凸起时，在基于本技术实施例所提供的热挤压成型装置制备所得到的预制件的壁板上的第二特征结构为该凸起匹配的凹槽；当第一特征结构131为凹槽时，在基于本技术实施例所提供的热挤压成
型装置制备所得到的预制件的壁板上的第二特征结构为该凹槽匹配的凸起。
36.在本技术实施例所提供的方案中，预制件可以具有特定截面轮廓的壁板，例如，平面壁板、弧面壁板、圆形截面壁板或梯形截面壁板。另外，在壁板上设置的第二特征结构也具有多样化，例如第二特征结构为横筋、纵筋或纵横交错筋，该类结构特征明显分布在壁板的内外壁上，不仅具有较好的性能，而且还可形成特定的纹路、花样等特征结构。
37.为了便于理解，下面对热挤压成型装置的原理进行简要介绍。
38.继续参见图1，壁板腔211为一个中空腔体，该壁板腔211包括输入口和输出口，转动带13在第一转动轴11和第二转动轴12的作用下置于壁板腔211中，当从壁板腔211的输入口输入待加工的坯料时，由于坯料在高温状态下呈现较高的可塑性以及在挤压力的作用下沿着壁板腔211的输入口往输出口方向移动。另外，由于转动带13置于壁板腔211内，且转动带13设置有第一特征结构131，故将坯料挤压入壁板腔211中时，一方面基于壁板腔211结构和形状形成预制件的壁板，另一方面基于第一特征结构131会在预制件壁板上形成与第一特征结构131相匹配的第二特征结构，即坯料在壁板腔211和第一特征结构131同时作用下使得坯料不仅与壁板腔211充分接触形成预制件的壁板，还与第一特征结构131充分接触在预制件的壁板上形成第二特征结构，且壁板和第二特征结构一体化形成得到预制件。在预制件壁板上形成第二特征结构后，转动带13在第一转动轴11和第二转动轴12的作用将预制件中第二特征结构的部分区域传送出壁板腔211。
39.本技术实施例所提供的方案中，通过在形成预制件壁板的壁板腔211设置转动带13，且在转动带13上设置第一特征结构131，使得在制备预制件挤压过程中，将坯料同时壁板腔211和第一特征结构131一体化形成具有第二特征结构的预制件。由于预制件上的第二特征结构一体化不仅形成具有较好的挤压流线，一致性以及型面精度，还避免通过后续工艺添加焊特征结构所影响预制件的质量。
40.图2展示了本技术实施例提供的另一种热挤压成型装置的结构示意图。
41.作为举例，为了将坯料挤压入壁板腔211，挤压部2还包括：挤压模、挤压套筒22以及热挤压冲头23，其中，所述挤压套筒22与所述挤压模21连接，用于承载所述坯料；所述挤压冲头23与所述挤压套筒22连接，用于将所述挤压套筒22所承载的坯料挤压到所述挤压模21的壁板腔211中，以使得在所述壁板腔211以及所述转动机构1作用下形成所述预制件。
42.本技术实施例所提供的方案中，由于热挤压成型装置需要在高温环境中制备预制件，转动带13需要能承受一定的高温；另外，转动带13需要在第一转动轴11和第二转动轴12的作用下转动，转动带13需要具有较高的柔韧性。而柔韧性高可能会影响其形态的稳定性，容易发生形变，进而影响制备的预制件的质量。
43.图3展示了本技术实施例所提供的一种转动带局部放大图。
44.作为举例，参见图3，在不影响转动带13的性能基础上，为了进一步保证预制件的质量，将转动带13设置为两层，分别为第一层132和第二层133，其中，第一层132与第一转动轴11和所述第二转动轴12接触，用于在第一转动轴11和所述第二转动轴12带动下转动；另外，在所述第一层132上设置凹槽或者凸起形成所述第一特征结构131，第一层132具有耐高温、柔韧性较高等特点；所述第二层133覆盖于所述第一层132上，所述第二层133为表面光滑且满足预设的强度以及柔性要求的带状金属材料。由于第二层133的带状金属材料具有一定强度可以一定程度上避免坯料挤压成型过程中形变，进而提高了制备的预制件的质
量。
45.又作为举例，为了减少预制件制备过程中损伤，所述第一特征结构131具有预设的拔模斜度。
46.在本技术实施例所提供的方案中，预制件在制备过程中，转动带13的转动速度也会影响制备的预制件的质量。例如，转动带13的转动速度大于坯料被挤压成预制件的速度时，在预制件制备过程中可能坯料还没有充满转动带13上的第一特征结构131就被传送出去，进而可能会导致制备的预制件上与第一特征结构131匹配的第二特征结构不满足预设要求，例如，第二特征结构的高度不满足指定值。又例如，转动带13的转动速度小于坯料被挤压成预制件的速度时，预制件的壁板上一个第二特征结构制备完成后，该第二特征结构区域不能及时被传送出去进行下一第二特征结构的制备，进而影响预制件的制备时间，降低预制件的制备效率。作为举例，所述第一转动轴11和所述第二转动轴12带动所述转动带13转动速度根据所述挤压模21将坯料挤压成预制件的速度来进行调整。例如，转动带13转动速度与坯料挤压成预制件的速度一致或相同。实际预制件制备过程中，转动带13转动速度与坯料挤压成预制件的速度可以结合实际参数(例如，坯料的密度、坯料的硬度等)来调整，在此不做限定。
47.又作为举例，在本技术实施所提供的方案中，可以通过控制热挤压成型装置的工艺参数，如挤压速度、挤压比、预制件壁板厚度、特征结构(第一特征结构或第二特征结构)高度或深度、温度等，可以严格控制特征结构的微结构和内部流线结构。此外，通过控制转动带131与第一转动轴11和第二转动轴12之间的距离，可以进一步控制整体连续挤压结构长度。
48.在本技术实施所提供的方案中，可能需要在预制件上制备多个第二特征结构。为了在预制件上制备多个第二特征结构，需要在转动带13上设置多个第一特征结构131。作为举例，多个第一特征结构131在所述转动带13上呈等间距、非等间距、错落或拓扑排列。基于多个第一特征结构131在所述转动带13上呈间距、非等间距、错落或拓扑排列，相应的生成出的预制件上多个第二特征结构也呈等间距、非等间距、错落或拓扑排列。
49.例如，预制件为某大型带筋壁板铝合金构件，其形状如图4所示，预制件的壁板厚度5mm，在预制件上具有等间距的多个交叉筋形状的特征结构，其中，特征结构的横筋长20mm，宽6mm，筋高3mm，特征结构的纵筋长10mm，宽6mm，筋高3mm。在温度在400～470℃，采用本技术实施例所提供的热挤压成型装置来生成图4所示的预制件。
50.又例如，制备的预制件为具备带内筋结构的复杂梯形截面6005a铝合金壁板，如图5a和图5b所示展示了该预制件的结构。其中，图5a展示了本技术实施例所提供的一种预制件的截面轮廓图；图5b展示了本技术实施例所提供的一种预制件的截面轮廓的剖视图。
51.本技术实施例所提供的方案中，通过控制转动带13上第一特征结构131的排布方式，如等间距、非等间距、错落、拓扑等，进而可以灵活在预制件上制备多样化的特征结构，以满足设计强度和装配的需求。
52.又作为举例，所述第一特征结构131中设置有与所述坯料相同或者不同类别的填充材料，以使得生成所述预制件时，将所述填充材料添加到所述第二特征结构表面，以调整所述预制件的性能。
53.本技术实施例所提供的方案中，通过在第一特征结构131中添加相同或不同类别
的填充材料能够实现局部特征结构表面复合材料的原位生成、表面改性、表面涂覆和表面功能化。表面复合材料在表面上表现出增强的复合材料特性，同时保留了基础材料的性质。
54.又作为举例，所述填充材料为碳化硅颗粒或者增强材料。例如，在第一特征结构131中预制增强块或粉末颗粒，在较强的高温挤压流动过程中，形成较强的金属冶金机械连接，提供了同种或异种材料复合挤压的可能性，用于生产具有良好界面结合的杂合结构或用于连接由不同材料制成的结构，所述不同材料之间具有良好的粘合性。
55.另外，通过本技术实施例所提供的热挤压成型装置制备预制件的过程中，制备工艺是固态的，并且通常是单一步骤工艺，无需事先进行表面处理，提供了良好的尺寸稳定性，能够很好地控制预制件的表面形状，增加了局部区域的强度，提高了预制件整体的刚度，基于坯料的流动来在预制件壁板上形成特征结构，有助于与预制件壁板的优异结合特性，具有良好的灵活性和重复性，以及为工艺自动化提供了潜力。
56.为了便于理解上述热挤压成型装置优势，下面以举例的形式进行说明。
57.例如，图6所示为采用本技术实施例所提供的热挤压成型装置所制备的具有特征结构的预制件的截面流线示意图。从图6可以看出预制件的截面流线完整以及均匀，进而说明该预制件一致性好、具备较优异的力学性能。
58.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。