專利名稱：基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置及其工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種金屬回收技術領域的裝置及方法，具體是一種基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置及其工藝。
背景技術：
現代的航空航天技術提出更高的要求。首先提高飛行器的速度并減少其質量，飛機和發動機質量每降低1kg，其使用費用通常可節約220 440美元。因此，設計師們采用提高物理力學性能的材料而不是提高價格。談到材料問題，特別關注的是鈦及其合金。飛機上的風扇葉片、壓氣機葉片、盤、軸、機匣、骨架、蒙皮、機身隔框和起落架大都采用鈦合金制造。民航飛機用鈦量也呈上升趨勢，如從1958年第一代波音707用鈦量僅為0. 3%增加到1994年第5代波音777的11%，用鈦量增加了 35倍！美國軍用飛機用鈦比例平均約為 28.6%,而美國第4代新戰機F-22用鈦量則為41 %，結構用鈦達36t。法國幻影2000飛機用鈦量則為23%，俄羅斯Cy-27CK為18%。我國殲_8戰機機身用鈦量達3. 97 %，殲-10、 殲-11更多地使用了鈦材同時，高度整體性是航空結構零件的特點之一，必須保證提高強度性能。通常這些零件用極好工藝——鍛造或沖壓制造的密實毛坯進行銑削或車削加工。鍛壓后必須要機械加工的鈦半成品需要清除滲氧的α-層。由于機械加工形成大量金屬屑，這些金屬屑的80 %沒有得到重復加工利用(據某些數據，用于企業冶煉的鈦屑不超過鑄錠重量的15% )。制約其利用的主要原因是，重復利用切屑高質量的方法研究不夠。在節能減排的今天，不得不研究鈦屑的再利用。重新冶煉的切屑密度不足lg/CM3，要在密度和強度能夠獲得符合標準的團塊，用作熔煉鈦錠和次生鈦。此外，團塊屑做到最小損耗，減少堆放地方和運輸損耗。用于黑色和有色金屬切屑的著名團塊靜力學方法(和低速變形下的動力學的方法)，在這樣的設備中不能成功地用于鈦合金切屑，這是由于鈦合金的物理-化學性能使然。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置及其工藝，用于各種金屬屑用沖擊制成團塊，包括實際上由各種批量鈦合金屑制成的團塊的強度和密度得到大幅度提高。本發明是通過以下技術方案實現的本發明涉及一種基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，包括底座、鐵砧、沖頭、控制室、燃燒室和拉力柱，其中鐵砧固定設置于底座上并通過四根拉力柱與燃燒室固定連接， 燃燒室、沖頭的末端和鐵砧構成密封腔，四根拉力柱的兩端分別與底座和燃燒室固定連接， 控制室位于燃燒室的首端，燃燒室內設有與控制室相連的火花塞、空氣進出氣口和天然氣進氣口。
所述的沖頭為40CrMoAl制成的圓柱形結構，其熱處理硬度為36 40HRC，該沖頭的兩端分別與燃燒室中的活塞以及鐵砧相連，所述的鐵砧為高速鋼W18Cr4V制成，其硬度為52 56HRC。所述的控制室內設有控制電路，該控制電路向燃燒室頂端火花塞、空氣進出氣口和天然氣進氣口發送啟動關閉指令。所述的拉力柱為40CrMoAl制成的圓柱形結構，其熱處理硬度為36 40HRC。所述的鐵砧上設有與控制室相連的傳感器，該傳感器采集鐵砧表面的受力信號作為每次沖擊過程的啟動結束控制。本發明涉及上述裝置的鈦屑回收工藝，包括以下步驟；1)將鈦金屬屑置于密封腔內的鐵砧和沖頭之間，向燃燒室中供給天然氣空氣混合物，然后采用火花塞點燃天然氣和空氣混合物；所述的鈦金屬屑的填充量約為^ig/次。所述的天然氣空氣混合物中含有有效成分天然氣的體積比為15 20%，余為空氣。2)啟動火花塞，點燃燃燒室的混合氣體，瞬間推動帶有活塞的沖頭以30 100m/S 的速度向鐵砧方向沖擊，該沖頭的動能使鈦金屬屑變形為鈦金屬坯料；鐵砧上的傳感器當受到沖擊時采集受力信號并反饋至開關，提示沖擊過程結束。所述的沖擊次數為1-3次。
圖1為本發明結構示意圖；圖中1底座、2鐵砧、3沖頭、4控制室、5燃燒室、6拉力柱、7容器。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例如圖1所示，本實施例包括底座1、鐵砧2、沖頭3、控制室4、燃燒室5和拉力柱6， 其中鐵砧2固定設置于底座1上并通過四根拉力柱6與燃燒室5固定連接，燃燒室5、沖頭3的一端固定上砧塊并和鐵砧2構成密封腔7，另一端與工作在燃燒室的活塞緊固，四根拉力柱6的兩端分別與底座1和燃燒室5固定連接，控制室4位于燃燒室5的首端。裝置的工作過程如下通過電控室4，在燃燒室5中供給天然氣空氣混合物，火花塞點燃混合物。，在此瞬間的汽缸中燃燒混合物的能量達到最大化。帶有活塞的沖頭加速到 30 lOOm/s。這樣如此大的動能使預置在容器7中的切屑變形。團塊在帶有鐵砧2的容器中的型腔內變形。借助于安裝在鐵架上的液壓缸(圖中未示出)，容器7由本身的沖頭-活塞推動下快速沖擊鈦屑，故此，在劇烈沖擊下形成團塊。 沖頭-活塞返回到原始位置后，容器后移。裝有四根拉力柱6與大底座1形成封閉框架并承受、吸收了多余的能量，因此，本裝置不必設置大的基礎。
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燃燒混合氣體的高壓力和沖頭活塞高速度減小了裝置的質量和外廓尺寸。160kj 裝置質量只有3t，外廓尺寸只有0. 5X0. 6X4. an。在裝置中，由工業純鈦、鈦合金TA7、TC6等屑制成的團塊做了批試。團塊直徑 <pl25mm，質量1. 8 2. ^g，密度——3. 5 4. 25g/m3。所有團塊都具有高的力學強度。強調指出，預先準備的屑要粉碎到粒級50 70mm。屑不加熱，無論如何也不能用有去污力洗滌劑類物品或粘結在一起的屑。在成形過程中大塊屑中的溫度難以大幅度升
尚ο試驗結果表明，團塊必須的單位能量由消耗的能量與團塊質量比，為了達到要求的密度指標，單位能量平均為陽 85kj/kg，其值與鈦合金的牌號和屑的狀況有關，在此條件下，單位壓力為450 550MPa。1.冶煉試驗為了檢驗鈦屑的質量獲得沖擊方法和可行性，從標準鑄錠中取出鈦屑并在真空感應電爐中冶煉試驗，團塊占總質量50%。團塊的原始材料由合金TC6(GB/T3620. 1-1994)鈦錠經機械加工后提供，機械加工時沒有用液體潤滑-冷卻劑。切屑被粉碎到粒度50 60mm，沒有加熱，沒有采用粘合劑。 成形鈦塊的平均質量^g/塊，密度——3. 5 3. 8g/cm3。表1TC6鑄錠化學成分
權利要求
1.一種基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征在于，包括底座、鐵砧、沖頭、控制室、燃燒室和拉力柱，其中鐵砧固定設置于底座上并通過四根拉力柱與燃燒室固定連接， 燃燒室、沖頭的末端和鐵砧構成密封腔，四根拉力柱的兩端分別與底座和燃燒室固定連接， 電控位于沖頭的首端，燃燒室內設有與開關相連的火花塞、空氣進出氣口和天然氣進氣口。
2.根據權利要求1所述的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征是，所述的沖頭為 40CrMoAl制成的圓柱形結構，其熱處理硬度為36 40HRC，該沖頭的兩端分別與燃燒室中的活塞以及鐵砧相連。
3.根據權利要求1所述的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征是，所述的鐵砧為高速鋼W18Cr4V制成，其硬度為52 56HRC。
4.根據權利要求1所述的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征是，所述的控制室內設有控制電路，該控制電路向燃燒室頂端火花塞、空氣進出氣口和天然氣進氣口發送啟動關閉指令。
5.根據權利要求1所述的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征是，所述的拉力柱為40CrMoAl制成的圓柱形結構，其熱處理硬度為36 40HRC。
6.根據權利要求1所述的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置，其特征是，所述的鐵砧上設有與開關相連的傳感器，該傳感器采集鐵砧表面的受力信號作為每次沖擊過程的啟示結束控制。
7.一種根據上述任一權利要求所述裝置的鈦屑回收工藝，其特征在于，包括以下步驟；1)將鈦金屬屑置于密封腔內的鐵砧和沖頭之間，向燃燒室中供給天然氣空氣混合物， 然后采用火花塞點燃天然氣和空氣混合物；2)啟動火花塞，點燃燃燒室的混合氣體，瞬間推動帶有活塞的沖頭以30 100m/S的速度向鐵砧方向沖擊，該沖頭的動能使鈦金屬屑變形為鈦金屬坯料；鐵砧上的傳感器當受到沖擊時采集受力信號并反饋至開關，提示沖擊過程結束。
8.根據權利要求7所述的鈦屑回收工藝，其特征是，所述的天然氣空氣混合物中含有有效成分天然氣的體積比為15 20%，余為空氣。
9.根據權利要求7所述的鈦屑回收工藝，其特征是，所述的沖擊次數為1-3次。
全文摘要
一種金屬回收技術領域的基于沖擊法的回收鈦屑制坯裝置及其工藝，該裝置包括底座、鐵砧、沖頭、控制室、燃燒室和拉力柱，鐵砧固定設置于底座上并通過四根拉力柱與燃燒室固定連接，燃燒室、沖頭的末端和鐵砧構成密封腔，四根拉力柱的兩端分別與底座和燃燒室固定連接，控制室位于燃燒室的首端，燃燒室內設有與開關相連的火花塞、空氣進出氣口和天然氣進氣口。本發明用于各種金屬屑用沖擊制成團塊，包括實際上由各種批量鈦合金屑制成的團塊的強度和密度得到大幅度提高。
文檔編號C22B1/248GK102206747SQ201110107479
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月28日 優先權日2011年4月28日
發明者張建明, 王勇強 申請人:寶雞市騰鑫鈦業有限公司