具有表面预处理的异质金属层合板制备装置及工作方法

本发明涉及新型金属材料加工，具体涉及一种具有表面预处理的异质金属层合板制备装置及工作方法。

背景技术：

1、随着科学发展和社会进步，航空航天、汽车船舶制造和各种严苛的工业环境对金属材料提出了更高的要求。例如更优异的比强度、比刚度、耐腐蚀性、耐磨性、抗疲劳性等诸多的综合性能要求。显然单质金属材料已经难以满足这些要求。金属层合板作为复合材料中的一大类，因其综合了两种及以上金属的优点，相比于单质金属板材在物理和化学属性上都有显著优势而被各个领域重视和应用，所以金属层合板制备工艺及其设备的改进和创新对于工业的发展有重要的影响。

2、异种金属共挤压成形是工业制备复合板的一种重要工艺方法。该工艺具有优化材料结合、生产成本和能耗较低、提高复合材料的均匀性的优点。共挤压成形工艺根据复合坯料放置方式不同主要分为两类，一类是将待复合坯料放置在同一模具腔中，在热力耦合的作用下被送进共挤压通道发生塑性变形并实现金属结合，该工艺由于复合坯料之间的物理化学性质差异，在挤压成形过程中变形抗力不同会产生层合板界面结合不均匀的问题；另一类共挤压工艺是将复合坯料放入不同通道中，先进行塑性变形再将其挤出送入复合通道，这种工艺能够利用通道压力实现两种或多种强度、硬度等力学性能差异较大的金属复合，但是会存在硬质金属板侧流动能力不足的问题，导致金属层合板的界面结合质量下降。

3、在评价金属层合板的制备质量时，界面层的结合性能是其中一个重要的指标。为了增强金属层合板的界面结合强度，主要对复合前的预处理和复合后的热处理进行优化改善。制备工艺的研究与改进其目的都是为了减少界面层间杂质和缺陷，提高异种金属之间的结合能力。但是现有的技术方法都存在耗时多、不经济、操作繁琐等缺点，这极大地阻碍了金属层合板新材料的发展和应用。综上，存在一下问题：1)未经表面处理的异种金属板材复合后其界面强度较低，而现有的表面处理技术需要特殊设备，增加了金属层合板的制备成本而且操作复杂；2）非等通道共挤压工艺在操作过程中会存在硬质金属板材一侧流动能力不足的问题，导致金属复合板之间的结合质量下降。

技术实现思路

1、鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供具有表面预处理的异质金属层合板制备装置及工作方法，不仅结构合理，而且有效地提高挤出棒料与板料之间的有效结合面积，显著增强层合板界面的结合性能。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，包括底座与固连在底座上方的凹模，所述底座上端面开设有横向延伸的推送槽，所述凹模上方设置有压板，压板下端固设有一冲头，所述凹模上竖向贯穿开设有供冲头压入的压腔，所述压腔下方与底座之间设置有以利与压腔相通形成挤压通道的模仁；所述凹模内还开设有供表面预处理组件安装的腔室，所述表面预处理组件包括一齿轮轴，该齿轮轴上同轴设置有表面带滚花纹的滚花轮，所述压板下端固连有竖向下延伸的齿条，所述齿轮轴端部表面均设置有用以与齿条啮合的轮齿。

3、进一步的，所述模仁与底座固连，模仁底部开设有与挤压通道底部相通的合板槽。

4、进一步的，所述所述底座与凹模经竖向延伸的连接板固连。

5、进一步的，所述齿条与凹模、底座滑动连接，所述底座上固设有竖向延伸以供齿条背侧滑动配合导向的齿条导轨。

6、进一步的，位于腔室内的底座上固设有两轴承座，该齿轮轴经轴承座与底座转动连接，所述滚花轮下端经滚花纹顶接在推送槽内金属板料上端表面。

7、进一步的，所述模仁内的挤压通道呈上宽下窄且自后朝前斜向下延伸的锥形通道结构。

8、进一步的，所述凹模顶部固设有两竖向延伸的导向柱，该导向柱顶端均贯穿压板与其滑动连接以导向压板。

9、具有表面预处理的异质金属层合板制备装置的工作方法，按以下步骤进行：将待加工的金属棒料放置在凹模的压腔中，金属板料置于底座的推送槽中，并被滚花轮压紧，然后将冲头、压板、导向柱和齿条相互配合之后调试到合适位置；检查无误后外部对压板施加向下压力，冲头和齿条同步向下移动，金属棒料经模仁发生塑性变形，齿条驱动齿轮轴带动滚花轮同步转动，加工金属板料表面的同时推动其向前移动，从模仁挤压通道流出的金属棒料与经表面处理之后的金属板料在模仁出口处相互结合并连续向合板槽与推送槽出口移动，并在此处完成共挤压成型，完成合板制备。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

11、1）该装置中的表面预处理功能与非等通道挤出夹具合理紧凑的集成在一起，解决了需要特殊表面处理设备和操作人员对板料进行处理的问题，相比于传统的工艺减少了工序，降低了时间和人力成本，提高了经济效益。

12、2）使用滚花轮对待挤出板料进行表面预处理，其处理后的表面微结构纹理可以有效地提高挤出棒料与板料之间的有效结合面积，显著增强层合板界面的结合性能，例如界面的剪切强度。

13、3）滚花轮在转动时的辅助进给功能可以推动板料前进，帮助挤出制备过程中层合板的流动，克服摩擦阻力过大导致层合板流动困难的问题。

14、4）使用可更换的模仁和滚花轮，当需要制备不同类型材料的层合板时仅仅改变模仁的挤出比和滚花轮的直径，使挤出比与滚花轮的辅助进给速度相互匹配即可，而且更换不同花纹类型的滚花轮（横纹、斜纹、竖纹）就可以达到加工出不同表面微结构的板材，大大提高了该装置使用的灵活性。

15、装置利用滚花轮对板材的表面微结构加工和辅助进给功能，同步完成待挤压板材的表面处理和辅助进给，结合齿轮齿条传动机构在给冲头施加位移的同时也能驱动滚花轮工作，通过挤出比和传动比相匹配便可以完成棒料挤出速度与板料进给速度的匹配。经过表面处理后的板料与挤出棒料相结合后，其表面微结构能够提高层合板结合层性能，而且制备中板材受到滚花轮的辅助进给，也能相应提高层合板的结合质量。

16、下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

技术特征：

1.具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：包括底座与固连在底座上方的凹模，所述底座上端面开设有横向延伸的推送槽，所述凹模上方设置有压板，压板下端固设有一冲头，所述凹模上竖向贯穿开设有供冲头压入的压腔，所述压腔下方与底座之间设置有以利与压腔相通形成挤压通道的模仁；所述凹模内还开设有供表面预处理组件安装的腔室，所述表面预处理组件包括一齿轮轴，该齿轮轴上同轴设置有表面带滚花纹的滚花轮，所述压板下端固连有竖向下延伸的齿条，所述齿轮轴端部表面均设置有用以与齿条啮合的轮齿。

2.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：所述模仁与底座固连，模仁底部开设有与挤压通道底部相通的合板槽。

3.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：所述所述底座与凹模经竖向延伸的连接板固连。

4.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：所述齿条与凹模、底座滑动连接，所述底座上固设有竖向延伸以供齿条背侧滑动配合导向的齿条导轨。

5.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：位于腔室内的底座上固设有两轴承座，该齿轮轴经轴承座与底座转动连接，所述滚花轮下端经滚花纹顶接在推送槽内金属板料上端表面。

6.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：所述模仁内的挤压通道呈上宽下窄且自后朝前斜向下延伸的锥形通道结构。

7.根据权利要求1所述的具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，其特征在于：所述凹模顶部固设有两竖向延伸的导向柱，该导向柱顶端均贯穿压板与其滑动连接以导向压板。

8.具有表面预处理的异质金属层合板制备装置的工作方法，其特征在于，采用如权利要求1-7所述的任一具有表面预处理的异质金属层合板制备装置，并按以下步骤进行：将待加工的金属棒料放置在凹模的压腔中，金属板料置于底座的推送槽中，并被滚花轮压紧，然后将冲头、压板、导向柱和齿条相互配合之后调试到合适位置；检查无误后外部对压板施加向下压力，冲头和齿条同步向下移动，金属棒料经模仁发生塑性变形，齿条驱动齿轮轴带动滚花轮同步转动，加工金属板料表面的同时推动其向前移动，从模仁挤压通道流出的金属棒料与经表面处理之后的金属板料在模仁出口处相互结合并连续向合板槽与推送槽出口移动，完成合板制备。

技术总结
本发明涉及具有表面预处理的异质金属层合板制备装置及工作方法，包括底座与固连在底座上方的凹模，所述底座上端面开设有横向延伸的推送槽，所述凹模上方设置有压板，压板下端固设有一冲头，所述凹模上竖向贯穿开设有供冲头压入的压腔，所述压腔下方与底座之间设置有以利与压腔相通形成挤压通道的模仁；所述凹模内还开设有供表面预处理组件安装的腔室，所述表面预处理组件包括一齿轮轴，该齿轮轴上同轴设置有表面带滚花纹的滚花轮，所述压板下端固连有竖向下延伸的齿条，所述齿轮轴端部表面均设置有用以与齿条啮合的轮齿，该具有表面预处理的异质金属层合板制备装置利用滚花轮对板材的表面微结构加工和辅助进给功能，节省人力，降低成本。

技术研发人员：廖娟,彭凤英
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16