一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法发明专利

专利名称：一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202411018497.X

专利申请（专利权）人：烟台大学
权利人地址：山东省烟台市莱山区清泉路30号

专利发明（设计）人：冯慧,杨生远,杨殊,周丽,朱维金

专利摘要：本发明属于防冻复合材料制备技术领域，特别涉及一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法。该装置包括支撑架、上热挤压体、下热挤压体、热挤压杆体组件、气密腔体及纤维绕线机构，上、下热挤压体设置于支撑架上且容置于气密腔体内，热挤压杆体组件串联上、下热挤压体；通过热挤压杆体组件的热挤压使上热挤压体内铝基材料被挤压成形为铝基内筒，纤维绕线机构设置于上热挤压体的下端且在铝基内筒外侧进行螺旋缠绕增强纤维；铝基内筒向下生长进入下热挤压体内，下热挤压体内的铝基材料在铝基内筒外侧成形为铝基螺旋外筒。本发明通过控制热挤压杆体组件实现上下热挤压腔的热挤压工艺，操作便捷，能很好地控制成形精度，提高铝基复合材料零件的性能。

主权利要求：
1.一种铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，包括支撑架、上热挤压体（4）、下热挤压体（5）、热挤压杆体组件、气密腔体及纤维绕线机构（13），其中上热挤压体（4）和下热挤压体（5）上下设置于支撑架上且均容置于气密腔体内，气密腔体提供非氧化环境，热挤压杆体组件设置于支撑架的顶部，且串联上热挤压体（4）和下热挤压体（5）；通过热挤压杆体组件的热挤压，使上热挤压体（4）内铝基材料被挤压成形为铝基内筒（1501），纤维绕线机构（13）设置于上热挤压体（4）的下端，用于在铝基内筒（1501）外侧进行螺旋缠绕增强纤维；铝基内筒（1501）向下生长进入下热挤压体（5）内；同时通过热挤压杆体组件的热挤压，使下热挤压体（5）内的铝基材料在铝基内筒（1501）外侧成形为铝基螺旋外筒，获得铝基复合材料零件（15）。
2.根据权利要求1所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述上热挤压体（4）设有侧壁带有加热线圈和冷却管路的阶梯式腔体；
阶梯式腔体包括由上至下贯通设置的上大直径腔（401）、上圆台面挤压腔（402）及上小直径腔（403），其中上大直径腔（401）的顶部通过封盖（8）密封，封盖（8）上设有用于热挤压杆体组件穿过的中心孔。
3.根据权利要求2所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述热挤压杆体组件包括上驱动（2）、热挤压杆（3）及升压盘（11），其中上驱动（2）设置于所述支撑架上，且输出端与热挤压杆（3）的上端连接，热挤压杆（3）贯穿上热挤压体（4）后插入下热挤压体（5）内，升压盘（11）容置于下热挤压体（5）内，且与热挤压杆（3）的下端连接，升压盘（11）与下热挤压体（5）滑动配合，上热挤压体（4）和下热挤压体（5）内分别形成上热挤压腔（9）和下热挤压腔（12）。
4.根据权利要求3所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述热挤压杆（3）包括由上至下依次设置的小直径杆（301）、圆台密封杆（302）及大直径杆（303），其中小直径杆（301）与所述上驱动（2）连接，小直径杆（301）穿过封盖（8）的中心孔，圆台密封杆（302）与所述上圆台面挤压腔（402）锥面配合，使所述上大直径腔（401）密封形成所述上热挤压腔（9）；圆台密封杆（302）靠近小直径杆（301）的端面直径小于所述上大直径腔（401）的内径；
大直径杆（303）穿过所述上小直径腔（403）后、大直径杆（303）的下端置于下热挤压体（5）内，大直径杆（303）与所述升压盘（11）连接，大直径杆（303）与所述上小直径腔（403）之间留有用于控制铝基内筒（1501）的厚度的成形环隙。
5.根据权利要求4所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述下热挤压体（5）包括由上至下依次设置的下小直径腔（503）和下大直径腔（501），其中下小直径腔（503）的内壁设有螺旋状的空间螺旋挤压槽（502），下小直径腔（503）的顶部通过导向盖（10）密封，导向盖（10）上设有上下贯通的锥形导向孔（1001）和中部孔洞（1002），中部孔洞（1002）与所述大直径杆（303）之间留有所述铝基内筒（1501）能通过的导入环隙；所述升压盘（11）与下大直径腔（501）的内壁滑动配合，使下大直径腔（501）形成密封的所述下热挤压腔（12）。
6.根据权利要求5所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述铝基内筒（1501）的外圆周与所述中部孔洞（1002）之间留有自封间隙（1504）。
7.根据权利要求3所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述升压盘（11）的上表面对称设有两个挤压柱（1101）。
8.根据权利要求3所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述纤维绕线机构（13）包括回转圈（1301）、放线电机（1302）、纤维轮（1303）、纤维（1304）、行星伺服恒力驱动电机（1306）、齿轮（1307）及齿圈（1308），其中回转圈（1301）和齿圈（1308）均套装在所述上热挤压体（4）的下端外侧，且回转圈（1301）能够转动，放线电机（1302）和行星伺服恒力驱动电机（1306）均设置于回转圈（1301）上，且行星伺服恒力驱动电机（1306）的输出端与齿轮（1307）连接，齿轮（1307）与齿圈（1308）啮合；放线电机（1302）的输出端与纤维轮（1303）连接，纤维（1304）缠绕于纤维轮（1303）上，且末端固定在所述热挤压杆（3）上。
9.根据权利要求3所述的铝基复合材料零件热挤压装置，其特征在于，所述支撑架包括底板（16）及设置于底板（16）两侧的两个立柱（1），两个立柱（1）上由上至下依次滑动连接有上连接板、中连接板及下连接板，上连接板和中连接板之间、中连接板与下连接板之间以及下连接板与底板（16）之间均设有侧升降驱动（6），每层的侧升降驱动（6）分别用于驱动上连接板、中连接板及下连接板的升降；
所述上驱动（2）设置于上连接板上，上热挤压体（4）和下热挤压体（5）分别设置于中连接板和下连接板上。
10.一种利用权利要求3‑9任一项所述的铝基复合材料零件热挤压装置的热挤压方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：气密腔体内充入氩气；
步骤S2：上热挤压体（4）的上热挤压腔（9）和下热挤压体（5）的下热挤压腔（12）内的铝基粉末通过温控获得软化状态的固态铝基；
步骤S3：上驱动（2）驱动热挤压杆（3）提升，上热挤压腔（9）内的软化状态的固态铝基被热挤压成形为铝基内筒（1501）；
步骤S4：纤维绕线机构（13）在铝基内筒（1501）的外侧螺旋缠绕增强纤维；
步骤S5：铝基内筒（1501）沿着热挤压杆（3）向下生长，且进入下热挤压体（5）内直至与升压盘（11）接触；
步骤S6：下热挤压体（5）内的升压盘（11）逐渐上升的过程中，下热挤压腔（12）内的软化状态的固态铝基被热挤压，在铝基内筒（1501）的外侧成形为铝基螺旋外筒；
步骤S7：切断铝基内筒（1501），拆模，获得铝基复合材料零件（15）。 说明书 : 一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法技术领域[0001] 本发明属于防冻复合材料制备技术领域，特别涉及一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法。背景技术[0002] 铝基复合材料是在基体铝基础上发展起来的，它们能够克服基体铝的一些弱点，由于各种型号的铝本身的物理和化学的性能不同，使得不同型号铝基复合材料的研制和应用情况存在较大的差异。而碳化硅连续纤维增强硅铝基复合材料以其优良的力学性能表现出良好的应用前景，但是其性能和制备工艺不稳定，所制得的复合材料不具有稳定的性能，连续纤维在铝基内位置很难控制。预防热挤压容易生成氧化铝，影响连续纤维与铝基的湿润性结合。因此，如何获得性能好、不易断裂、耐热抗冻，在低温中仍然能保持硬度，以此来保护基体材料的复合材料，是丞待解决的问题。发明内容[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种铝基复合材料零件热挤压装置及方法，以获得性能好、不易断裂、耐热抗冻，在低温中仍然能保持硬度，以此来保护基体材料的复合材料。[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：[0005] 本发明一方面提供一种铝基复合材料零件热挤压装置，包括支撑架、上热挤压体、下热挤压体、热挤压杆体组件、气密腔体及纤维绕线机构，其中上热挤压体和下热挤压体上下设置于支撑架上且均容置于气密腔体内，气密腔体提供非氧化环境，热挤压杆体组件设置于支撑架的顶部，且串联上热挤压体和下热挤压体；热挤压杆体组件通过热挤压使上热挤压体内铝基材料被挤压成形为铝基内筒，纤维绕线机构设置于上热挤压体的下端，用于在铝基内筒外侧进行螺旋缠绕增强纤维；铝基内筒向下生长进入下热挤压体内；同时热挤压杆体组件通过热挤压使下热挤压体内的铝基材料在铝基内筒外侧成形为铝基螺旋外筒，获得铝基复合材料零件。[0006] 在一种可能实现的方式中，所述上热挤压体设有侧壁带有加热线圈和冷却管路的阶梯式腔体；[0007] 阶梯式腔体包括由上至下贯通设置的上大直径腔、上圆台面挤压腔及上小直径腔，其中上大直径腔的顶部通过封盖密封，封盖上设有用于热挤压杆体组件穿过的中心孔。[0008] 在一种可能实现的方式中，所述热挤压杆体组件包括上驱动、热挤压杆及升压盘，其中上驱动设置于所述支撑架上，且输出端与热挤压杆的上端连接，热挤压杆贯穿上热挤压体后插入下热挤压体内，升压盘容置于下热挤压体内，且与热挤压杆的下端连接，升压盘与下热挤压体滑动配合，上热挤压体和下热挤压体内分别形成上热挤压腔和下热挤压腔。[0009] 在一种可能实现的方式中，所述热挤压杆包括由上至下依次设置的小直径杆、圆台密封杆及大直径杆，其中小直径杆与所述上驱动连接，小直径杆穿过封盖的中心孔，圆台密封杆与所述上圆台面挤压腔锥面配合，使所述上大直径腔密封形成所述上热挤压腔；圆台密封杆靠近小直径杆的端面直径小于所述上大直径腔的内径；[0010] 大直径杆穿过所述上小直径腔后，大直径杆的下端置于下热挤压体内，大直径杆与所述升压盘连接，大直径杆与所述上小直径腔之间留有用于控制铝基内筒的厚度的成形环隙。[0011] 在一种可能实现的方式中，所述下热挤压体包括由上至下依次设置的下小直径腔和下大直径腔，其中下小直径腔的内壁设有螺旋状的空间螺旋挤压槽，下小直径腔的顶部通过导向盖密封，导向盖上设有上下贯通的锥形导向孔和中部孔洞，中部孔洞与所述大直径杆之间留有所述铝基内筒能通过的导入环隙；所述升压盘与下大直径腔的内壁滑动配合，使下大直径腔形成密封的所述下热挤压腔。[0012] 在一种可能实现的方式中，所述铝基内筒的外圆周与所述中部孔洞之间留有自封间隙。[0013] 在一种可能实现的方式中，所述升压盘的上表面对称设有两个挤压柱。[0014] 在一种可能实现的方式中，所述纤维绕线机构包括回转圈、放线电机、纤维轮、纤维、行星伺服恒力驱动电机、齿轮及齿圈，其中回转圈和齿圈均套装在所述上热挤压体的下端外侧，且回转圈能够转动，放线电机和行星伺服恒力驱动电机均设置于回转圈上，且行星伺服恒力驱动电机的输出端与齿轮连接，齿轮与齿圈啮合；放线电机的输出端与纤维轮连接，纤维缠绕于纤维轮上，且末端固定在所述热挤压杆上。[0015] 在一种可能实现的方式中，所述支撑架包括底板及设置于底板两侧的两个立柱，两个立柱上由上至下依次滑动连接有上连接板、中连接板及下连接板，上连接板和中连接板之间、中连接板与下连接板之间以及下连接板与底板之间均设有侧升降驱动，每层的侧升降驱动分别用于驱动上连接板、中连接板及下连接板的升降；[0016] 在一种可能实现的方式中，所述上驱动设置于上连接板上，上热挤压体和下热挤压体分别设置于中连接板和下连接板上。[0017] 本发明另一方面提供一种利用如上所述的铝基复合材料零件热挤压装置的热挤压方法，包括以下步骤：[0018] 步骤S1：气密腔体内充入氩气；[0019] 步骤S2：上热挤压体的上热挤压腔和下热挤压体的下热挤压腔内的铝基粉末通过温控获得软化状态的固态铝基；[0020] 步骤S3：上驱动驱动热挤压杆提升，上热挤压腔内的软化状态的固态铝基被热挤压成形为铝基内筒；[0021] 步骤S4：纤维绕线机构在铝基内筒的外侧螺旋缠绕增强纤维；[0022] 步骤S5：铝基内筒沿着热挤压杆向下生长，且进入下热挤压体内直至与升压盘接触；[0023] 步骤S6：下热挤压体内的升压盘逐渐上升的过程中，下热挤压腔内的软化状态的固态铝基被热挤压，在铝基内筒的外侧成形为铝基螺旋外筒；[0024] 步骤S7：切断铝基内筒，拆模，获得铝基复合材料零件。[0025] 本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种铝基复合材料零件热挤压装置，在非氧化环境下通过热挤压杆体组件的热挤压，使上热挤压体内铝基材料被挤压成形为铝基内筒，在铝基内筒向下生长过程中，纤维绕线机构在铝基内筒外侧进行螺旋缠绕增强纤维；铝基内筒向下生长进入下热挤压体内；同时通过热挤压杆体组件的热挤压，使下热挤压体内的铝基材料在铝基内筒外侧成形为铝基螺旋外筒，获得铝基复合材料零件。该装置通过控制同一热挤压杆体组件实现上下热挤压腔的热挤压工艺，操作便捷，使用方便，且能很好地控制成形精度，提高铝基复合材料零件的性能。[0026] 本发明提供的一种铝基复合材料零件热挤压方法，采用铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合，能够形成一种在‑50℃～100℃的温度下，维氏硬度可达560以上，能够利用于冷热交替明显的应用环境中，即可获得性能好、不易断裂、耐热抗冻的效果。铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合热挤压，由于有保护气体，防止氧化铝的形成，铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合效果好，具有连续纤维增强的复合材料优点。[0027] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。[0028] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0029] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0030] 图1为本发明一种铝基复合材料零件热挤压装置的轴测图；[0031] 图2为本发明一种铝基复合材料零件热挤压装置挤压前的剖面视图；[0032] 图3为图2中A处局部放大视图；[0033] 图4为图2中B处局部放大视图；[0034] 图5为本发明一种铝基复合材料零件热挤压装置挤压后的剖面视图；[0035] 图6为图5中C处局部放大视图；[0036] 图7为图5中D处局部放大视图；[0037] 图8为图5中E处局部放大视图；[0038] 图9为本发明中热挤压成形零件的轴测图之一；[0039] 图10为本发明中热挤压成形零件的轴测图之二。[0040] 图中：1‑立柱，2‑上驱动，3‑热挤压杆，301‑小直径杆，302‑圆台密封杆，303‑大直径杆，304‑切割环槽，4‑上热挤压体，401‑上大直径腔，402‑上圆台面挤压腔，403‑上小直径腔，5‑下热挤压体，501‑下大直径腔，502‑空间螺旋挤压槽，503‑下小直径腔，6‑侧升降驱动，7‑气密波纹管，8‑封盖，9‑上热挤压腔，10‑导向盖，1001‑锥形导向孔，1002‑中部孔洞，11‑升压盘，1101‑挤压柱，12‑下热挤压腔，13‑纤维绕线机构，1301‑回转圈，1302‑放线电机，1303‑纤维轮，1304‑纤维，1305‑轴承，1306‑行星伺服恒力驱动电机，1307‑齿轮，1308‑齿圈，14‑辅料，15‑铝基复合材料零件，1501‑铝基内筒，1502‑空间螺旋连续增强碳化硅纤维，1503‑铝基外筒，1504‑自封间隙，1505‑外部空间螺旋部，1506‑下盘，1507‑凹孔，16‑底板。具体实施方式[0041] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。[0042] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。[0043] 本发明一实施例提供一种铝基复合材料零件热挤压装置，可获得性能好、不易断裂、耐热抗冻，在低温中，仍然能保持硬度，以此来保护基体的材料。参见图1至图10所示，该铝基复合材料零件热挤压装置，包括支撑架、上热挤压体4、下热挤压体5、热挤压杆体组件、气密腔体及纤维绕线机构13，其中上热挤压体4和下热挤压体5上下设置于支撑架上且均容置于气密腔体内，气密腔体提供非氧化环境，热挤压杆体组件设置于支撑架的顶部，且串联上热挤压体4和下热挤压体5；通过热挤压杆体组件的热挤压，使上热挤压体4内铝基材料被挤压成形为铝基内筒1501，纤维绕线机构13设置于上热挤压体4的下端，用于在向下生长的铝基内筒1501外侧进行螺旋缠绕增强纤维；铝基内筒1501向下生长进入下热挤压体5内；同时通过热挤压杆体组件的热挤压，使下热挤压体5内的铝基材料在铝基内筒1501外侧成形为铝基螺旋外筒，从而获得铝基复合材料零件15。[0044] 参见图1所示，本发明的实施例中，支撑架包括底板16及设置于底板16两侧的两个立柱1，两个立柱1上由上至下依次滑动连接有上连接板、中连接板及下连接板，上连接板和中连接板之间、中连接板与下连接板之间以及下连接板与底板16之间均设有侧升降驱动6，每层的侧升降驱动6分别用于驱动上连接板、中连接板及下连接板的升降，以便工艺过程中的合模或拆模等，提高工作效率。[0045] 参见图2至图4所示，本发明的实施例中，上热挤压体4设置于中连接板上。上热挤压体4设有侧壁带有加热线圈和冷却管路的阶梯式腔体；阶梯式腔体包括由上至下贯通设置的上大直径腔401、上圆台面挤压腔402及上小直径腔403，其中上大直径腔401的顶部通过封盖8密封，封盖8上设有用于热挤压杆体组件穿过的中心孔。[0046] 进一步地，封盖8与上热挤压腔9可拆卸连接，打开封盖8后，向上热挤压腔9内充满铝基粉末，并通过上热挤压体4侧壁内的电磁线圈或者水冷控制，使铝基粉末变成能够热挤压的软化状态的固态铝基。[0047] 本发明的实施例中，热挤压杆体组件包括上驱动2、热挤压杆3及升压盘11，其中上驱动2设置于上连接板上，且上驱动2的输出端与热挤压杆3的上端连接，热挤压杆3贯穿上热挤压体4后插入下热挤压体5内，升压盘11容置于下热挤压体5内，且与热挤压杆3的下端连接，升压盘11与下热挤压体5滑动配合，上热挤压体4和下热挤压体5内分别形成上热挤压腔9和下热挤压腔12。上热挤压腔9和下热挤压腔12内放入的铝基粉末通过温控形成软化状态的固态铝基，以便后续的热挤压成形。[0048] 参见图2至图4所示，本发明的实施例中，热挤压杆3包括由上至下依次设置的小直径杆301、圆台密封杆302及大直径杆303，其中小直径杆301与上驱动2连接，小直径杆301穿过封盖8的中心孔，圆台密封杆302与上圆台面挤压腔402锥面配合，使上大直径腔401密封形成上热挤压腔9；圆台密封杆302靠近小直径杆301的上端面直径小于上大直径腔401的内径，这样才能保证热挤压杆3提升过程中，上热挤压腔9内的软化状态的固态铝基从圆台密封杆302的上端面外圆周与上热挤压腔9之间的环形间隙向下挤压成形。大直径杆303穿过上小直径腔403后、大直径杆303的下端置于下热挤压体5内，大直径杆303的下端与升压盘11可拆卸连接，大直径杆303与上小直径腔403之间留有用于控制铝基内筒1501厚度的成形环隙。[0049] 进一步地，圆台密封杆302的下端面直径与大直径杆303的上端面为同圆关系，即直径相等。圆台密封杆302的上端面直径大于小直径杆301的直径。[0050] 参见图2至图6所示，本发明的实施例中，下热挤压体5设置于下连接板上。下热挤压体5包括由上至下依次设置的下小直径腔503和下大直径腔501，其中下小直径腔503的内壁设有螺旋状的空间螺旋挤压槽502，下小直径腔503的顶部通过导向盖10密封，导向盖10可拆卸。导向盖10上设有上下贯通的锥形导向孔1001和中部孔洞1002，中部孔洞1002与大直径杆303之间留有铝基内筒1501能通过的导入环隙；升压盘11与下大直径腔501的内壁滑动配合，使下大直径腔501形成密封的下热挤压腔12。[0051] 因下热挤压腔12与导向盖10为拆卸连接，打开导向盖10，向下热挤压腔12内充满铝基粉末，并通过下热挤压体5侧壁内的电磁线圈或者水冷控制，使铝基粉末形成能够热挤压的软化状态的固态铝基。[0052] 进一步地，铝基内筒1501的外圆周与中部孔洞1002之间留有自封间隙1504，参见图6所示。自封间隙1504能够使由下热挤压腔12内挤出的固体铝基进一步冷却固化，从而自行密封下热挤压腔12。[0053] 进一步地，升压盘11的上表面对称设有两个挤压柱1101，两个挤压柱1101使铝基螺旋外筒的底部形成两个凹孔1507，以便后续方便脱模操作，参见图10所示。[0054] 参见图5、图7、图8所示，本发明的实施例中，纤维绕线机构13包括回转圈1301、放线电机1302、纤维轮1303、纤维1304、行星伺服恒力驱动电机1306、齿轮1307及齿圈1308，其中回转圈1301和齿圈1308均套装在上热挤压体4的下端外侧，且回转圈1301能够转动，放线电机1302和行星伺服恒力驱动电机1306均设置于回转圈1301上，且行星伺服恒力驱动电机1306的输出端与齿轮1307连接，齿轮1307与齿圈1308啮合；放线电机1302的输出端与纤维轮1303连接，纤维1304缠绕于纤维轮1303上，且末端固定在热挤压杆3上。绕线时，行星伺服恒力驱动电机1306驱动齿轮1307旋转，同时齿轮1307在齿圈1308上滚动，从而带动回转圈1301旋转，实现螺旋绕线。放线电机1302驱动纤维轮1303转动，且张紧纤维1304。[0055] 优选地，纤维1304为连续碳化硅纤维。纤维1304的一端捆绑固定在热挤压杆3上。行星伺服恒力驱动电机1306能够有效控制纤维1304在绕热挤压杆3旋转过程中的拉力。热挤压过程中，热挤压杆3被提起。由于小直径杆301比大直径杆303的横截面直径小，所以上热挤压腔9内的软固态铝基会被热挤压形成铝基内筒1501。[0056] 本发明的实施例中，气密腔体为气密波纹管7，气密波纹管7的两端分别与上热挤压体4和下热挤压体5密封连接。气密波纹管7内维持氩气保护氛围，防止氧化铝形成后导致铝基和纤维的湿润性受到影响。具体地，侧升降驱动6可以为液压伺服调节上驱动2、上热挤压体4、下热挤压体5和地面之间相对位置。上驱动2和侧升降驱动6优选但不限于液压缸。[0057] 本发明提供的一种铝基复合材料零件热挤压装置，在非氧化环境下通过热挤压杆体组件的热挤压，使上热挤压体4内铝基材料被挤压成形为铝基内筒1501，在铝基内筒1501向下生长过程中，纤维绕线机构13在铝基内筒1501外侧进行螺旋缠绕纤维1304；铝基内筒1501向下生长进入下热挤压体5内；同时通过热挤压杆体组件的热挤压，使下热挤压体5内的铝基材料在铝基内筒1501外侧成形为铝基螺旋外筒，获得铝基复合材料零件15。该装置通过控制同一热挤压杆体组件实现上、下热挤压腔的热挤压工艺，操作便捷，使用方便，且能很好地控制成形精度，提高铝基复合材料零件的性能。[0058] 本发明另一实施例提供一种铝基复合材料零件热挤压方法，包括以下步骤：[0059] 步骤S1：气密腔体内充入氩气；[0060] 步骤S2：上热挤压体4的上热挤压腔9和下热挤压体5的下热挤压腔12内的铝基粉末通过温控获得软化状态的固态铝基；[0061] 步骤S3：上驱动2驱动热挤压杆3提升，上热挤压腔9内的软化状态的固态铝基被热挤压成形为铝基内筒1501；[0062] 步骤S4：纤维绕线机构13在铝基内筒1501的外侧螺旋缠绕增强纤维；[0063] 步骤S5：铝基内筒1501沿着热挤压杆3向下生长，且进入下热挤压体5内直至与升压盘11接触；[0064] 步骤S6：下热挤压体5内的升压盘11逐渐上升的过程中，下热挤压腔12内的软化状态的固态铝基被热挤压，在铝基内筒1501的外侧成形为铝基螺旋外筒；[0065] 步骤S7：切断铝基内筒1501，拆模，获得铝基复合材料零件15。[0066] 本发明的实施例中，铝基内筒1501生成并沿着热挤压杆3的大直径杆303从上向下生长过程中，铝基内筒1501的外径被上小直径腔403的内径所控制。纤维绕线机构13会在向下生长的铝基内筒1501的外径上空间螺旋连续缠绕纤维1304，当铝基内筒1501的下端顶到升压盘11时刻热挤压完成。同时下热挤压腔12内有一部分软化的固态铝基，同时也有一部分氩气。当升压盘11向上挤压时，下热挤压腔12内氩气排出，一部分软化的铝基逐渐充满剩余的下热挤压腔12空间，且进入导向盖10的中部孔洞1002与当铝基内筒1501之间的自封间隙1504内，因自封间隙1504狭小，散热较快，软化的固态铝基在自封间隙1504内迅速凝固，所以将下热挤压腔12自封闭。升压盘11上升持续提供自封闭区间内压力，因此下热挤压腔12内形成封闭腔状态，零件结晶具有高压锻造的各种优点。当连续纤维和铝基成形后，氩气状态切换空气状态，此状态下热挤压杆3位于下热挤压腔12外侧部分设有切割环槽304，在热挤压杆3的切割环槽304处切割铝基内筒1501，会形成辅料14和铝基复合材料零件15。再通过侧升降驱动6依次拆模，从底部旋转铝基复合材料零件15，将铝基复合材料零件15旋出。[0067] 参见图9、图10所示，铝基复合材料零件15为连续碳化硅纤维增强铝基复合材料。铝基复合材料零件15包含由内到外设置的铝基内筒1501、空间螺旋连续增强碳化硅纤维1502及铝基螺旋外筒，其中铝基螺旋外筒包括铝基外筒1503及在铝基外筒1503外侧一体成型的外部空间螺旋部1505，空间螺旋连续增强碳化硅纤维1502是纤维绕线机构13和铝基外筒1503耦合运动而成，铝基外筒1503的底部形成的凹孔1507用于凝固后旋转退模。[0068] 本发明提供的一种铝基复合材料零件热挤压方法，采用铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合，能够形成一种在‑50℃～100℃的温度下，维氏硬度可达560以上的铝基复合材料零件15，能够利用于冷热交替明显的应用环境中，即可获得性能好、不易断裂、耐热抗冻的效果。铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合热挤压，由于有保护气体，防止氧化铝的形成，铝基与碳化硅连续增强纤维材料结合效果好，具有连续纤维增强的复合材料优点。[0069] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

专利地区：山东

专利申请日期：2024-07-29

专利公开日期：2024-11-29

专利公告号：CN118527656B