专利名称：双金属复合材料的挤压加工方法
技术领域：
本发明涉及一种双金属复合材料的加工方法，尤其是涉及一种双金属复合型、棒、线、管材的挤压加工方法。
目前，双金属复合材料的加工可以通过热浸镀、轧制技术、爆炸技术实现，这些方法需多道工序。其中轧制复合与爆炸技术更适用于板材的复合，对于复合型材则难度较大。热浸镀适用于丝、线材复合，复合层厚度受限制，也不适用于复合型材，如城市轨道交通中作为供电系统用的钢铝复合接触轨。其他方法，如
公开日为1990年5月的美国专利US5047595和英国专利GB2231544公开了通过机加工、机械装配以及纵向焊接相结合的方法来生产大尺寸软基体钢铝复合型材，此类方法对焊接技术及机加工精度要求高，需专用设备，工序复杂，非一步成形，而且未达到冶金结合。
公开日为1982年9月的日本专利JP59045227A2，公开了用模压法生产钢铝复合接触轨的方法，即将熔化状态的铝合金或铜合金等浇铸于模子中，模压制得钢铝复合接触轨。此类方法的共同特点是均未实现一步成型，存在加工难度大，效率低，最大缺点是铝(铜)基体仍保留铸造组织。若采用普通的正向挤压方法，被包覆材料的长度、硬度及其置入方式都受限制，且难以实现连续挤压。
本发明的目的是提供一种双金属复合材料的挤压加工方法，它可以实现双金属复合材料的一步成型，达到冶金结合，且被包覆材料的长度及硬度不受限制。
本发明的双金属复合材料的挤压加工方法包括如下步骤(1)打毛被包覆材料的复合面，露出新生表面；(2)安装工模具；挤压模具由刀模、挤压模及腔模构成，将刀模置于腔模内，将挤压模置于腔模的另一端，与刀模同轴，然后将腔模装入模座，并从模座的侧部通过刀模轴向中间孔置入被包覆材料至挤压模内；(3)将工模具预热，放入已加热的坯料，控制制品出口速度为1～8m/min及挤压比为5～25，进行侧向挤压。
侧向挤压后，去除压余，继续加入已加热的坯料，按照上述工艺，则可实现连续侧向挤压。
上述的被包覆材料可以是不锈钢或其它普通钢等。对于挤压加工不同截面形状的双金属复合制品，挤压模孔为相应形状；置入的被包覆材料可以是线材、管材、棒材、管材等，刀模上用于置入被包覆材料的通道出口也随之作相应的调整。对于钢铝复合接触轨型材，可将两根叠放的钢带的头部焊合后从模座的侧部经刀模置入挤压模内。此时的挤压模孔是以包覆钢带为对称轴的双工字型。
挤压比是影响产品复合质量的主要因素之一。挤压比过大会导致挤压力迅速升高，反之则导致结合面难以复合牢固，因此，在挤压机吨位许可的前题下，尽量增大挤压比。由于本发明采用了侧向挤压，不可避免地增大了金属流动的阻力以及挤压过程的温降，因此，与普通挤压法相比，应相应提高挤压温度，减少挤压比。本发明的挤压比控制在5～25，最适宜的挤压比为10～15。
本发明中的工模具的预热温度和合金坯料的加热温度也会影响复合质量。对钢铝双金属复合材料，其工模具的预热温度应控制在300～480℃，坯料的加热温度应控制在300～500℃；对于镁基体包钢芯双金属复合材料，其工模具的预热温度应控制在250～380℃，坯料的加热温度应控制在260～480℃；对于紫铜基体包钢芯双金属复合材料，其工模具的预热温度应控制在400～480℃，坯料的加热温度应控制在750～850℃。
本发明有以下优点(1)从挤压筒流出的合金坯料经刀模切分，在腔模中转向90℃后进入挤压模，并与从刀模引入的被包覆材料进行复合，从而实现了侧向挤压复合。所以本发明方法中，被包覆材料的长度及容易弯曲与否不受影响，被包覆层的置入很容易操作，而且可以实现对厚的软基体与高强度被包覆层的复合成型，且容易达到冶金结合。
(2)可实现连续挤压复合，制品长度亦不受限制。
(3)采用这种方法无需对挤压机及其它设备进行大的改造，就可实现在较厚的软基体上复合硬的复合层，尤其适合生产钢铝复合接触轨。对于接触轨的挤压加工，由于可以同时挤压两个制品，增加了金属流动的对称性，使生产效率及产品质量等均有大幅度提高，而且使通过挤压难以实现的表面复合转化为容易通过挤压实现的包覆复合。
(4)只要对挤压温度、坯料温度等挤压参数稍作调整，此方法对包覆层为铝、镁、铜、锌等容易挤压变形的有色金属及其合金，被包覆层为不锈钢、普通钢材的其他复合型材亦适用，而且也适用于其它形状的此类材料。
(5)与其它方法相比，本发明工艺简单，操作方便，对设备要求低，实现了钢铝复合接触轨的一步成型加工工艺，并可实现连续侧向挤压，具有显著的经济效益和社会效益。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1是实现本发明的挤压加工方法所用的挤压装置示意图。
图2是图1中刀模结构图。
图3是图1中用于挤压复合接触轨的挤压模结构图。
图1是实现本发明的挤压加工方法的挤压装置示意图。侧向挤压腔模5用来连接挤压筒2、挤压模6以及刀模4，坯料在这里被切分并完成对芯材包覆过程。模座8除了用于固定安装工模具及腔模5外，还可配有预热装置。
图2是图1中刀模4的结构示意图，其中E图为主视图，F图为俯视图，刀模4实现了坯料的切分和转向，被包覆的芯材从腔模5侧部通过刀模4引入至挤压模6内。刀模4的前端距挤压模6的距离为腔模5内径的5％～20％。
图3中A图为主视图，B图为侧视图。
实施例1一种用于制造钢铝复合接触轨的加工方法，被包覆的芯材为不锈钢带3。先用钢刷将不锈钢带3复合面打毛，露出新生表面后，将两根钢带重叠后头部焊合。安装模具，依次将刀模4及如图3所示的双工字挤压模6装入腔模5，刀模4如图2所示，再将腔模5装入模座8，从模座8侧面经刀模模孔将不锈钢带置入挤压模6。安装后的加工模具如图1所示。然后预热工模具至420℃，放入加热至450℃的铝合金坯料，控制挤压比为10，制品出口速度为3m/min，通过挤压轴1挤压铝合金坯料，进行侧向挤压。将所得制品7从中间剖开，得钢铝复合接触轨。
实施例2按照实施例1中的方法进行一次侧向挤压后，去除压余，继续加入已加热的铝合金坯料，在与实施例1中相同的挤压条件下进行复合型材的连续挤压。
实施例3
一种加工钢铝双金属复合线材的加工方法，按照实施例1所述的方法安装好工模具，此时的钢芯为线材，刀模的模孔为合适的圆形，挤压模孔亦是圆形。将打毛的钢芯从侧部置入至挤压模。刀模、挤压模、腔模及挤压筒开始预热至450℃，放入加热至460℃的铝合金坯料，控制挤压比为15，制品出口速度为4m/min，进行侧向挤压，得钢铝复合棒(线)材。
实施例4一种加工镁基体包钢芯双金属复合线材的加工方法，按照实施例1所述的方法安装好工模具，此时的钢芯为线材，刀模的模孔为合适的圆形，挤压模孔亦是圆形。将打毛的钢芯从侧部置入至挤压模。刀模、挤压模、腔模及挤压筒开始预热至300℃，放入加热至320℃的镁合金坯料，控制挤压比为10，制品出口速度为3m/min，进行侧向挤压，得镁基体包钢芯复合棒(线)材。
实施例5一种加工镁基体包钢芯双金属复合线材的加工方法，按照实施例1所述的方法安装好工模具，此时的钢芯为线材，刀模的模孔为合适的圆形，挤压模孔亦是圆形。将打毛的钢芯从侧部置入至挤压模。刀模、挤压模、腔模及挤压筒开始预热至360℃，放入加热至400℃的镁合金坯料，控制挤压比为20，制品出口速度为5m/min，进行侧向挤压，得镁基体包钢芯复合棒(线)材。
实施例6一种加工紫铜基体包钢芯双金属复合线材的加工方法，按照实施例1所述的方法安装好工模具，此时的钢芯为线材，刀模的模孔为合适的圆形，挤压模孔亦是圆形。将打毛的钢芯从侧部置入至挤压模。刀模、挤压模、腔模及挤压筒开始预热至420℃，放入加热至780℃的紫铜坯料，控制挤压比为10，制品出口速度为6m/min，进行侧向挤压，得紫铜基体包钢芯复合棒(线)材。
实施例7一种加工紫铜基体包钢芯双金属复合线材的加工方法，按照实施例1所述的方法安装好工模具，此时的钢芯为线材，刀模的模孔为合适的圆形，挤压模孔亦是圆形。将打毛的钢芯从侧部置入至挤压模。刀模、挤压模、腔模及挤压筒开始预热至460℃，放入加热至820℃的紫铜坯料，控制挤压比为15，制品出口速度为5m/min，进行侧向挤压，得紫铜基体包钢芯复合棒(线)材。
权利要求
1.一种双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是它包括如下步骤(1)打毛被包覆材料的复合面，露出新生表面；(2)安装工模具；挤压模具由刀模、挤压模及腔模构成，将刀模置于腔模内，将挤压模置于腔模的另一端，与刀模同轴，然后将腔模装入模座，并从模座的侧部通过刀模轴向中间孔置入被包覆材料至挤压模内；(3)将工模具预热，放入已加热的坯料，控制制品出口速度为1～8m/min，挤压比为5～25，进行侧向挤压。
2.根据权利要求1所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是侧向挤压后，去除压余，继续加入已加热好的挤压坯料，进行连续侧向挤压。
3.根据权利要求1所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是其中的双金属复合材料是型材、棒材、线材及管材。
4.根据权利要求3所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是其中的复合型材是钢铝复合接触轨。
5.根据权利要求4所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是将两根钢带重叠在一起，且头部焊合后，将其置入以被包覆钢带为对称轴的挤压模孔内，侧向挤压。
6.根据权利要求5所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是将工模具预热至300～480℃，坯料加热温度控制在300～500℃，控制制品出口速度为1～5m/min，挤压比为5～20。
7.根据权利要求1所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是挤压的双金属复合材料是镁基体包钢芯材料，工模具预热温度为250～380℃，坯料加热温度控制在260～420℃，控制制品出口速度为0.5～4m/min。
8.根据权利要求1所述的双金属复合材料的挤压加工方法，其特征是挤压的双金属复合材料是紫铜基体包钢芯材料，工模具预热温度为400～480℃，坯料加热温度控制在750～850℃，控制制品出口速度为3～8m/min。
全文摘要
本发明公开了一种生产双金属复合材料的挤压加工方法,其加工方法为:(1)打毛复合面,露出新生表面;(2)将刀模置于腔模内,将挤压模置于腔模的另一端,与刀模同轴,然后将腔模装入模座,并从模座的侧部通过刀模置入被包覆材料至腔模与挤压模内;(3)将工模具预热,然后放入加热好的包覆材料,控制挤压比及制品出口速度,进行侧向挤压。该方法不限制置入材料的长度及形状,适于软金属复合难变形金属。本发明尤其适于生产钢铝复合接触轨。
文档编号B21C23/22GK1360980SQ00136738
公开日2002年7月31日 申请日期2000年12月28日 优先权日2000年12月28日
发明者谢水生, 金其坚, 阎晓东, 涂思京, 杨玉松 申请人:北京有色金属研究总院