喷射沉积连续挤压设备研发及实验研究

论文摘要

喷射沉积连续挤压将喷射沉积和连续挤压两种技术进行集成,可有效解决常规铸锭缺陷及喷射沉积的稳定性问题,是一种针对高强度低塑性材料管棒型线材成形的新技术。雾化后的金属液滴沉积到挤压轮槽内,经连续挤压后直接成为所需形状的制品。连续挤压轮既是喷射沉积的沉积接收器,也是旋转运动的挤压筒。连续挤压所需要的驱动力及温度增量由挤压轮槽与喷射沉积金属间的摩擦力提供。喷射沉积与连续挤压两种技术的结合存在一定难度,论文从解决二者结合的根本问题出发,从理论研究和工艺两方面着手,使用自行设计的喷射沉积及流型控制设备进行喷射沉积连续挤压的准备实验。以实现喷射沉积连续挤压技术为目的的区域控制下,调整参数对2A12铝合金进行了喷射沉积实验,并针对不同的雾化器和导流管类型,以及不同过热度、雾化气体压力条件下的喷射沉积组织进行了金相分析,最终获得了组织致密,呈细小等轴晶,孔隙较小的喷射沉积组织。喷射沉积及区域控制参数确定后,进行实验室现有连续挤压机及其相关设备的改造。首先将切向的连续挤压机改为径向式,重新设计和制造了连续挤压机的靴座、模腔、模具,并对压紧缸、压实轮等部件的位置进行调整；对挤压力、挤压变形区的分布、扭矩以及驱动马达功率进行计算；改造喷射沉积的雾化气体供应系统及动力系统,搭建了放置感应加热炉的操作平台,喷射沉积连续挤压设备初具雏形。针对挤压轮的正转和反转两种运动方式进行喷射沉积连续挤压实验,调整喷射距离、雾化气体压力、挤压轮间隙、挤压轮转速等参数,解决了挤压轮槽内敷铝、模腔及模具加热、压紧缸压紧以及喷射沉积速度与连续挤压机匹配等问题。针对喷射沉积连续挤压制品做了金相分析、硬度测试、以及成分分析,综合评价了喷射沉积连续挤压技术制备高合金材料的优越性,为喷射沉积连续挤压技术的发展奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 喷射沉积连续挤压技术
• 1.3 喷射沉积技术
• 1.3.1 喷射沉积技术的原理
• 1.3.2 喷射沉积技术的国内外发展现状
• 1.3.3 喷射沉积过程及特点
• 1.3.4 喷射沉积坯的热加工及致密化
• 1.3.4.1 楔形热压
• 1.3.4.2 旋压成形
• 1.3.4.3 环轧
• 1.3.4.4 摆辗
• 1.4 连续挤压技术
• 1.4.1 连续挤压技术的原理
• 1.4.2 连续挤压的技术特点
• 1.4.3 连续挤压技术的应用和发展
• 1.4.3.1 有色金属及其合金管棒型线的连续挤压
• 1.4.3.2 有色金属复合管棒型线的连续挤压复合
• 1.4.3.3 粉末连续挤压及连续挤压复合
• 1.5 论文研究内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 喷射沉积连续挤压的准备实验
• 2.1 喷射沉积与流型控制设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 熔化装置
• 2.1.3 雾化装置
• 2.1.3.1 雾化器
• 2.1.3.2 导流管
• 2.1.3.3 流型控制器
• 2.1.3.4 雾化器座
• 2.2 喷射沉积2A12铝合金及其区域控制实验结果
• 2.2.1 实验过程
• 2.2.1.1 熔炼过程
• 2.2.1.2 喷射沉积实验
• 2.2.2 实验结果
• 2.2.2.1 过热度对沉积区域及沉积坯组织的影响
• 2.2.2.2 雾化气体压力
• 2.2.2.3 流型控制器辊轮的转速
• 2.2.2.4 喷射距离
• 2.2.2.5 导流管的突出长度
• 2.3 小结
• 第三章 连续挤压机及其辅助设备的设计和改造
• 3.1 喷射沉积装置及流型控制器与连续挤压机的匹配
• 3.2 连续挤压机的改造
• 3.2.1 连续挤压机靴座改造和设计
• 3.2.2 模腔设计
• 3.2.2.1 进料口
• 3.2.2.2 堵头
• 3.2.2.3 模腔的固定及模具的装配
• 3.2.3 模具的设计
• 3.2.3.1 模角选取
• 3.2.3.2 工作带长度h的确定
• 3.2.3.3 模孔尺寸的确定
• 3.2.4 压紧系统的改造
• 3.3 连续挤压金属变形区及挤压力分析
• 3.3.1 连续挤压变形区
• 3.3.2 挤压力的计算
• 3.3.2.1 初始驱动力
• 3.3.2.2 挤压力
• 3.3.2.3 接触应力分布方程
• 1,l₂,θ₁,θ₂'>3.3.2.4 求l₁,l₂,θ₁,θ₂
• 3.3.2.5 计算挤压机扭矩和驱动马达功率
• 3.3.3 喷射沉积连续挤压设备
• 3.4 小结
• 第四章 喷射沉积连续挤压实验过程及结果
• 4.1 喷射沉积连续挤压的工艺参数
• 4.2 实验过程及结果
• 4.2.1 挤压轮正转实验
• 4.2.2 挤压轮反转实验
• 4.2.2.1 压实轮安装及挤压轮槽敷铝
• 4.2.2.2 模腔及模具加热
• 4.2.2.3 压紧缸压紧力的调整
• 4.2.3 喷射沉积连续挤压2A12铝合金制品
• 4.3 小结
• 第五章 喷射沉积连续挤压2A12铝合金的组织性能研究
• 5.1 喷射沉积连续挤压制品与铸态,喷射沉积态组织的对比
• 5.2 喷射沉积连续挤压制品的纵、横截面组织分析
• 5.3 硬度测试
• 5.4 成分分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录