一種制備開孔泡沫金屬的成套設備及方法

一種制備開孔泡沫金屬的成套設備及方法
【專利摘要】本發明涉及一種制備開孔泡沫金屬的成套設備及方法，其特征在于該成套設備包括混粉機、模具回形傳送裝置、壓力裝置、頂出裝置、機械手裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐、冷卻水池和操作平臺；所述操作平臺包括上、中、下三層臺面，三層臺面呈階梯狀依次分布，以壓力裝置的左右邊界為界將操作平臺從左至右依次分成左區、中區和右區，上層臺面設有混粉機，且位于左區內；所述壓力裝置位于下層臺面的中區內，頂出裝置位于下層臺面的右區內；所述模具回形傳送裝置由模具裝料區、壓制成形區和頂出制件區構成，模具裝料區位于混粉機的下方，壓制成形區位于中區，且對應在壓力裝置的壓制板下方，頂出制件區正對頂出裝置，且位于右區。
【專利說明】
_種制備開孔泡沬金屬的成套設備及方法
技術領域
[0001]本發明涉及開孔合金制造技術領域，具體涉及一種制備開孔泡沫金屬的成套設備及方法。
【背景技術】
[0002]開孔泡沫金屬是近年來發展迅速的一種新型輕質材料，特殊的孔結構使得其具有輕質、比表面積大、比剛度和比強度大、吸聲和阻燃性能好等特性。目前，在交通運輸、建筑裝飾、生物醫學等領域得到了廣泛的應用。由于開孔泡沫金屬具有如此多的優異性能及廣泛用途，近年來成為材料領域關注的一大熱點。
[0003]目前針對開孔泡沫鋁的制備方法主要有粉末冶金法、熔模鑄造法和滲流鑄造法。申請號為201510368978.8的發明專利公開了一種用于減振吸能的碳納米管增強泡沫鋁復合材料的制備方法，該方法是以尿素(CO(NH2)2)為造孔劑的粉末冶金法制備開孔泡沫招，其不足之處在于該方法工藝流程復雜，生產成本高，尿素分解產生的氨氣有毒，影響人體健康，造成環境污染且該方法不能適用于大量機械化、連續化生產。申請號為201310507918.0的發明專利公開了一種泡沫鋁合金的滲流鑄造工藝，該工藝采用食鹽作為造孔劑，利用滲流鑄造法制備開孔泡沫鋁，滲流鑄造法的影響因素較多，工藝過程不容易協調控制，就其中的造孔劑預熱溫度、金屬液澆注溫度和滲鑄壓力三個因素來說，并非溫度越高壓力越大越好，需要三者良好的配合才能制備出結構均勻的泡沫金屬，加大了生產制備難度；同時該方法沒有專門連續化生產的成套設備，導致操作分散，生產過程不連續，生產效率低，不適合進行工業化生產。申請號為201410457751.6的發明專利公開了一種可降解開孔多孔鎂及鎂合金生物材料及其制備方法，該方法利用燒結氯化鈉得到預制體從而制備開孔泡沫鎂及鎂合金生物材料的方法，該制備方法除了申請號為201310507918.0專利中提到的滲流鑄造工藝的不足外，采用堿洗的方法來濾出氯化鈉，會導致孔壁嚴重腐蝕，破壞了鎂多孔結構的完整性，加入醇作為緩沖液只能減緩對鎂基體的腐蝕。以上方法雖然能夠制備出開孔泡沫金屬，但該方法僅停留在實驗室階段，不能實現產業化生產。專利號為ZL201310038972.5的中國專利公開了一種生產泡沫鋁的成套設備，該設備是利用熔體發泡法生產閉孔泡沫金屬的成套設備，得不到孔隙均勻的開孔泡沫金屬。
[0004]我國開孔泡沫鋁的產業化生產正處于起步階段，機械化、連續化開孔泡沫鋁生產設備的缺乏使得目前的生產基本處于人工操作或半人工操作狀態，導致了大尺寸開孔泡沫鋁孔結構、比表面積、比強度和比剛度的控制難度較大，不能保證產品性能的一致性，限制了產品的推廣和應用。而且，利用粉末冶金法生產開孔泡沫鋁的各種設備之間也沒有連續性，工藝操作分散，生產過程不連續，生產效率低下，導致產品生產成本高。

【發明內容】

[0005]針對現有技術的不足，本發明需要解決的技術問題是:提供一種制備開孔泡沫金屬的成套設備及方法。該成套設備能制備出質輕、孔隙均勻、孔徑大小可控、綜合性能良好的開孔泡沫金屬，且該成套設備具有立體化、機械化和連續化的特點，且節能高效、操作簡單、安全性高、布局緊湊、占地面積小等優點，適于工業生產應用。該方法采用食鹽粒子做造孔劑，同時采用清水替代堿液來溶解食鹽顆粒，可制備出形狀復雜的異形開孔泡沫金屬，方法流程簡單、成本低廉、健康環保。
[0006]本發明解決該技術問題采用的技術方案是:
[0007]—種制備開孔泡沫金屬的成套設備，其特征在于該成套設備包括混粉機、模具回形傳送裝置、壓力裝置、頂出裝置、機械手裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐、冷卻水池和操作平臺；所述操作平臺包括上、中、下三層臺面，三層臺面呈階梯狀依次分布，以壓力裝置的左右邊界為界將操作平臺從左至右依次分成左區、中區和右區，上層臺面設有混粉機，且位于左區內；所述壓力裝置位于下層臺面的中區內，頂出裝置位于下層臺面的右區內；所述模具回形傳送裝置由模具裝料區、壓制成形區和頂出制件區構成，模具裝料區位于混粉機的下方，壓制成形區位于中區，且對應在壓力裝置的壓制板下方，頂出制件區正對頂出裝置，且位于右區；頂出裝置的右側設有機械手裝置，以機械手裝置所在位置為圓心，機械手裝置到頂出裝置的距離為半徑做圓，頂出裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐和冷卻水池沿逆時針方向均勻布置在該圓周上。
[0008]所述混粉機包括大轉盤、η個小轉盤、混粉機控制器、η個混粉罐和鼓風機;每個混粉罐下部連接有一個小轉盤，所述小轉盤嵌入大轉盤內，η個小轉盤在大轉盤圓周上均勻分布;每個混粉罐內均加有磨球，上部設有由混粉罐小蓋板和混粉罐大蓋板組成的瓣合式混粉罐蓋板，底部開有可控的混粉罐漏料孔，混粉罐漏料孔由混粉機控制器控制開閉;每個混粉罐大蓋板上部設有鼓風機通氣孔，鼓風機正對鼓風機通氣孔;所述大轉盤設有η個大轉盤漏料孔、每個小轉盤中心設有小轉盤漏料孔;對應的混粉罐、鼓風機通氣孔、瓣合式混粉罐蓋板、小轉盤、混粉罐漏料孔、小轉盤漏料孔、大轉盤漏料孔同軸。
[0009]所述模具回形傳送裝置包括模具、傳送臺、傳送裝置控制器和振蕩器;傳送臺水平固定在操作臺的中層臺面上，傳送臺右側通過模具回形臺固定支架固定，傳送裝置控制器固定在上層臺面與中層臺面間的臺階縱向面上，傳送臺從后至前依次設有第一模具導板、第二模具導板和第三模具導板，在第一模具導板和第二模具導板及第二模具導板和第三模具導板之間均設有模具導滑槽及槽內滾軸，模具裝料區、壓制成形區和頂出制件區依次布置在第一模具導板和第二模具導板之間，在模具裝料區及頂出制件區貫穿傳送臺的橫向也設有模具導滑槽及槽內滾軸，每個區均設置有針式觸碰開關，通過針式觸碰開關控制模具的運行，滾軸的運行由傳送裝置控制器和相應的針式觸碰開關控制;振蕩器位于模具裝料區內，振蕩器上方設置模具，通過傳送裝置控制器控制振蕩器，進而實現模具的上下升降。
[0010]—種制備開孔泡沫金屬的方法，使用上述的成套設備，包括以下步驟:
[0011]I)選料，選擇球形、立方體形或不規則形，且直徑為l-5mm的食鹽顆粒為造孔劑，選擇原料為直徑為100-300μπι的純鋁、鋁合金、純鎂或鎂合金粉末；
[0012]2)均勻混粉，將原料在混粉機中以150-200r/min的速度研磨20-30min;按照食鹽顆粒與原料的質量比為0.05-0.10稱取食鹽顆粒，以250-30(^/1^11的速度混合20-401^11后，將速度增加到350-450r/min，混合20-30min后得到混合均勻的粉末；
[0013]3)裝料，將步驟2)混合均勻的粉末通過鼓風機吹入模具中，振蕩，使粉末在模具中分布完全均勻；
[0014]4)壓制，將裝好粉末的模具傳送至壓制成形區，在冷壓壓力500_600MPa下保壓2-4min得到壓制件;或熱壓壓力300_400MPa下保壓l_3min得到壓制件；
[0015]5)溶解造孔劑，將步驟4)的壓制件置于造孔劑溶解池中，造孔劑溶解池的水溫調至30-50°C，超聲振蕩至造孔劑完全溶解，取出壓制件靜置；
[0016]6)干燥壓制件，將步驟5)所得的壓制件放入鼓風干燥箱中干燥后取出；
[0017]7)燒結壓制件，將干燥后的壓制件放進保溫爐中，以5-10°C/min的升溫速度升溫至500-550 0C，保溫0.5-lh ；若步驟I)中的原料選擇為純鎂或鎂合金粉末，需先向保溫爐內通入保護氣體10_20min，再升溫；
[0018]8)冷卻，將燒結后的壓制件放到冷卻水池中冷卻，冷卻后放進鼓風干燥箱中烘干，即得到開孔泡沫金屬。
[0019]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
[0020]本發明成套設備在以下方面具有突出特點和顯著進步:
[0021](I)整套設備采用上中下三層結構和左中右三個區分布的設計理念，提高了空間的利用率，降低了投資成本。
[0022](2)單個機械手裝置即可實現壓制件在頂出裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐、冷卻水池之間的轉移問題，過程可實現機械化，節約了勞動力成本。
[0023](3)模具回形傳送裝置的設計，通過傳送裝置控制器實現對模具循環利用，提高了模具的利用率;模具的傳送采用滾軸輸送和工位控制，每一個工位都設針式觸碰開關來控制模具的運行，減少了人工操作，提高了效率和安全性。
[0024](4)原料由混粉機中落入模具中出現中間料多，周圍料少的現象，通過振蕩器的振蕩使原料在整個模具中分布更加均勻，更好的保證壓制件性能的一致性，減少因周邊缺料壓不實而得到不合格的壓制件。
[0025](5)在造孔劑的溶解過程中，通過控制帶有調節閥的出水口和進水口，使造孔劑溶解池中的水保持流動，加快造孔劑食鹽顆粒的溶解;通過加溶解池加熱器對流動水進行加熱，提高了食鹽顆粒在水中的溶解度;造孔劑溶解池底部的超聲振蕩器振動流動水，進一步加快食鹽的溶解;溶解過程中不使用堿液進行清洗，減少了對泡沫鋁的腐蝕;該造孔劑溶解池既節能環保，又降低了成本，且操作簡單安全。
[0026](6)漏筐采用多個小網格的設計，可以在η個小漏筐中同時溶解不同批次壓制坯件的食鹽顆粒(每個漏筐中放同一批次的壓制件)，大大提高了生產效率。
[0027](7)保溫爐，配合保護氣體的使用，亦可生產易氧化或易燃燒的泡沫金屬(例如，泡沫鎂合金等)。
[0028](8)混粉機中采用η個相同型號的混粉罐同時進行混粉，提高了生產率;采用相同型號的混粉罐更好的保證在相同混粉速度和時間下，η個混粉罐中的粉末同時達到均勻。
[0029](9)模具可設計成一模多腔的結構，一次壓制得到多個壓制件，既提高了生產率又減少了壓力裝置的磨損。
[0030]本發明方法的顯著進步是:
[0031](I)用食鹽顆粒代替粉末冶金法中常用的尿素做造孔劑，食鹽資源豐富易得、可回收利用，既節約了成本，又安全無污染;食鹽可選擇球形、立方體形，不規則形，根據實際需要得到不同孔結構的開孔泡沫鋁。
[0032](2)造孔劑的溶劑采用清水代替醇和氫氧化鈉配制的堿液，既降低了對泡沫鋁/泡沫鎂的腐蝕，又節約了成本。
[0033](3)均勻混粉時先對鋁粉研磨除去表面氧化膜，增強鋁粉之間的結合力以便更好的壓實壓制件;先以低速(250-300r/min)混合一段時間(20-30min)，再將速度調增到高度(350-450r/min)混合一段時間，這樣使混合更加的均勻。
[0034](4)壓制件燒結時，保溫爐以5-10°C/min的速度緩慢升溫至500-550°C，控制升溫速度，選擇緩慢升溫使壓制件內外受熱更加的均勻，減少因內外溫差造成的開裂、變形等缺陷。
【附圖說明】
[0035]圖1為本發明制備開孔泡沫金屬的成套設備一種實施例的主視布局結構示意圖。
[0036]圖2為本發明制備開孔泡沫金屬的成套設備一種實施例的俯視布局結構示意圖。
[0037]圖3為本發明制備開孔泡沫金屬的成套設備一種實施例模具回形傳送裝置2的俯視結構示意圖。
[0038]圖4為本發明制備開孔泡沫金屬的成套設備一種實施例造孔劑溶解池6的俯視結構示意圖。
[0039]圖中:I混粉機、101大轉盤、102小轉盤、103混粉機控制器、104混粉罐、105鼓風機、2模具回形傳送裝置、201傳送裝置控制器、202重量感應器、203模具、204振蕩器、205傳送臺、206頂板、207模具回形臺固定支架、208模具裝料區、209壓制成形區、210頂出制件區、211第一模具導板、212第二模具導板、213第三模具導板、214針式觸碰開關、215模具導滑槽、216滾軸、3壓力裝置、4頂出裝置、5機械手裝置、6造孔劑溶解池、601超聲振蕩器、602漏筐、603出水口、604進水口、605溶解池加熱器、606溶解池控溫儀、7鼓風干燥箱、8保溫爐、801爐蓋、802保護氣通孔、9冷卻水池、10操作平臺。
【具體實施方式】
[0040]本發明制備開孔泡沫金屬的成套設備(簡稱成套設備，參見圖1-4)包括混粉機1、模具回形傳送裝置2、壓力裝置3、頂出裝置4、機械手裝置5、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8、冷卻水池9和操作平臺10;所述操作平臺10包括上、中、下三層臺面，三層臺面呈階梯狀依次分布，以壓力裝置3的左右邊界為界將操作平臺從左至右依次分成左區、中區和右區，上層臺面設有混粉機I，且位于左區內；所述壓力裝置3位于下層臺面的中區內，頂出裝置4位于下層臺面的右區內；所述模具回形傳送裝置2由模具裝料區208、壓制成形區209和頂出制件區210構成，模具裝料區208位于混粉機I的下方，壓制成形區209位于中區，且對應在壓力裝置的壓制板下方，頂出制件區210正對頂出裝置4，且位于右區；頂出裝置4的右側設有機械手裝置5，以機械手裝置5所在位置為圓心，機械手裝置5到頂出裝置4的距離為半徑做圓，頂出裝置4、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8和冷卻水池9沿逆時針方向均勻布置在該圓周上，即所述造孔劑溶解池6位于頂出裝置4右下方，鼓風干燥箱7位于造孔劑溶解池6的右上方，保溫爐8位于鼓風干燥箱7上方，冷卻水池9位于保溫爐8的左上方。
[0041]所述混粉機I包括大轉盤101、n個小轉盤102、混粉機控制器103、n個混粉罐104和鼓風機105;每個混粉罐104下部連接有一個小轉盤102，所述小轉盤102嵌入大轉盤101內，η個小轉盤在大轉盤101圓周上均勻分布;每個混粉罐104內均加有磨球，上部設有由混粉罐小蓋板和混粉罐大蓋板組成的瓣合式混粉罐蓋板，底部開有可控的混粉罐漏料孔，混粉罐漏料孔由混粉機控制器103控制開閉；每個混粉罐大蓋板上部設有鼓風機通氣孔，鼓風機105正對鼓風機通氣孔;所述大轉盤101設有η個大轉盤漏料孔、每個小轉盤102中心設有小轉盤漏料孔;對應的混粉罐104、鼓風機通氣孔、瓣合式混粉罐蓋板、小轉盤102、混粉罐漏料孔、小轉盤漏料孔、大轉盤漏料孔同軸。
[0042]所述模具回形傳送裝置2包括模具203(底部設有模具上頂件孔、模具壁上設于重量感應器202、內部設有頂板206)、傳送臺205、傳送裝置控制器201和振蕩器204;傳送臺205水平固定在操作臺的中層臺面上，傳送臺右側通過模具回形臺固定支架207固定，傳送裝置控制器201固定在上層臺面與中層臺面間的臺階縱向面上，傳送臺205從后至前依次設有第一模具導板211、第二模具導板212和第三模具導板213，在第一模具導板211和第二模具導板212及第二模具導板212和第三模具導板213之間均設有模具導滑槽215及槽內滾軸216，模具裝料區208、壓制成形區209和頂出制件區210依次布置在第一模具導板211和第二模具導板212之間，在模具裝料區及頂出制件區貫穿傳送臺的橫向也設有模具導滑槽215及槽內滾軸216，每個區均設置有針式觸碰開關214，通過針式觸碰開關214控制模具203的運行，滾軸216的運行由傳送裝置控制器201和相應的針式觸碰開關控制，模具在模具導滑槽內實現回形傳送(參見圖3);振蕩器204位于模具裝料區208內，振蕩器上方設置模具203，通過傳送裝置控制器201控制振蕩器進而實現模具203的上下升降，振蕩時，將振蕩器204上升至高出傳送臺205臺面，結束后回落進入傳送臺205內部;頂出制件區210內設有傳送臺上頂件孔。
[0043]所述壓力裝置3上設有壓制板和壓力裝置控制器，壓力裝置控制器可實現對壓制板的升降、壓力大小、保壓時間等的控制，壓制板與位于壓制成形區210的模具203上下對應并需要配套使用。
[0044]所述造孔劑溶解池6(參見圖4)內設有漏筐602，漏筐602的筐壁為孔洞結構，漏筐602掛在造孔劑溶解池6上;造孔劑溶解池6采用下進上出水的設計，在其上部和下部分別設有出水口 603和進水口 604，底部設有超聲振蕩器601，左、右內壁上設有溶解池加熱器605，在右側池壁的上部設有溶解池控溫儀606。
[0045]所述保溫爐8上的爐蓋801為瓣合式爐蓋，爐蓋801上設有保護氣通孔802。
[0046]圖1所示生產過程的主視布局結構示意圖表明，本發明成套設備的操作平臺10由上中下三層臺面構成，三層平臺呈階梯狀分布。操作平臺的上層臺面設有混粉機I，圖1顯示，操作平臺的中層臺面位于上層臺面的右下方，設有模具回形傳送裝置2，傳送臺205左右兩側分別固定在操作平臺的中層臺面和模具回形臺固定支架207上，傳送裝置控制器201固定在上層臺面下方臺階的縱向面上，振蕩器204可由傳送裝置控制器201調節來實現上下升降。操作平臺的下層臺面設有7種裝置，分別為壓力裝置3、頂出裝置4、機械手裝置5、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8和冷卻池9。壓力裝置3上設有與模具配套的壓制板和壓力裝置控制器，所述壓制板與位于壓制成形區209內的模具203上下對應。頂出裝置4位于頂出制件區210的正下方，頂出裝置4由液壓升降機控制升降。機械手裝置5位于頂出裝置4的右側。造孔劑溶解池6和冷卻水池9位于頂出裝置4右側;鼓風干燥箱7和保溫爐8位于機械手裝置5的右側;保溫爐8上的爐蓋為瓣合式爐蓋801，爐蓋801上設有保護氣通孔802。
[0047]圖2所示生產過程的俯視布局結構示意圖表明，本發明成套設備分為左、中、右三個區。混料機I位于左區，包括大轉盤11、η個小轉盤102、混粉機控制臺103、η個混粉罐104和鼓風機105 ；位于混粉罐104上部的瓣合式混粉罐蓋板由混粉罐小蓋板和混粉罐大蓋板構成;每個混粉罐大蓋板上設有鼓風機通氣孔;η個小轉盤在大轉盤101圓周上均勻分布，所述η個同一構件具有相同型號。壓力裝置3位于中區，混粉機I的右側。模具回形傳送裝置2貫穿整套設備的三個區，第一模具導板211、第二模具導板212、第三模具導板213分別位于傳送臺205后、中和前的位置。傳送臺205上設有模具裝料區208、壓制成形區209和頂出制件區210，其中頂出制件區210內設有傳送臺上頂件孔。頂出裝置4是圓柱體結構，底面與傳送臺上頂件孔同心。右區內，以機械手裝置5為圓心，機械手5到頂出裝置4的距離為半徑做圓，沿逆時針方向每72°在圓周上設置了一種裝置，依次為頂出裝置4、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8及冷卻水池9;所述頂出裝置4位于模具回形傳送裝置2頂出制件區210下方且穿過傳送臺上頂件孔，將運行至此的模具203頂出，造孔劑溶解池6位于頂出裝置4右下方，鼓風干燥箱7位于造孔劑溶解池6的右上方，保溫爐8位于鼓風干燥箱7上方，冷卻水池9位于保溫爐8的左上方;漏筐602分為η個大小相等的小漏筐(中間用網隔開)，掛在造孔劑溶解池6上;保溫爐8設有瓣合式爐蓋801，瓣合式爐蓋801的2片爐蓋為大小相同的半圓形，右半邊爐蓋設有保護氣通孔802。冷卻水池9上設有進出水口。
[0048]圖3是模具回形傳送裝置2的俯視結構示意圖，圖3顯示，傳送臺205由第一模具導板211、第二模具導板212、第三模具導板213、針式觸碰開關214、模具導滑槽215以及槽內的滾軸216構成。振蕩器204位于模具裝料區208內，可由傳送裝置控制器201調節實現上下升降;振蕩時，將振蕩器204上升至高出傳送臺205臺面，結束后回落進入傳送臺205內部;每一個工位都設有針式觸碰開關214，通過針式觸碰開關214來控制模具203的運行；圖3顯示，在模具裝料區208和頂出制件區210橫向貫穿傳送臺也設有模具導滑槽215以及槽內的滾軸216，縱向兩側和橫向兩側內的滾軸216構成了模具運行的回形軌道，滾軸216的運行由傳送裝置控制器201和位于傳送臺205左前、左后、右前、右后方的針式觸碰開關214控制。
[0049]圖4為造孔劑溶解池6俯視結構示意圖，圖中漏筐602的筐壁為孔洞結構，需保證壓制件不能從孔洞漏出(可根據壓制件尺寸大小換取不同孔洞大小的漏筐602)，漏筐602掛在造孔劑溶解池6上;造孔劑溶解池6底部設有超聲振蕩器601，振動流動水加快造孔劑溶解；采用下進上出水的設計，帶有調節閥的出水口 603和進水口 604分別位于左側池壁上部和右側池壁的下部;造孔劑溶解池6的左、右內壁均設有溶解池加熱器605 ；溶解池控溫儀606位于右側池壁的上部。
[0050]本發明中若壓制件較小，模具203可采用一模多腔的設計，應將頂板206改成頂桿，一個壓制件對應一個或多個頂桿。混粉罐104隨大轉盤101公轉的同時進行自轉，利用運轉產生的離心力、摩擦力，磨球在混粉罐104內運動進行研磨混粉;磨球選用不銹鋼，直徑根據所需粉末粒度進行選擇;混粉罐漏料孔的直徑不能過大，以防重量感應器202顯示視數延遲造成模具203中的原料質量大于重量感應器202顯示的視數。本申請中η為自然數。
[0051]本發明制備開孔泡沫金屬的方法(簡稱方法)，使用上述的成套設備，包括以下步驟:
[0052]I)選料，選擇球形、立方體形或不規則形，且直徑為l-5mm的食鹽顆粒為造孔劑，選擇原料為直徑為100-300μπι的純鋁、鋁合金、純鎂或鎂合金粉末；
[0053]2)均勻混粉，將原料在混粉機中以150-200r/min的速度研磨20-30min;按照食鹽顆粒與原料的質量比為0.05-0.10稱取食鹽顆粒，以250-30(^/1^11的速度混合20-401^11后，將速度增加到350-450r/min，混合20-30min后得到混合均勻的粉末；
[0054]3)裝料，將步驟2)混合均勻的粉末通過鼓風機吹入模具中，振蕩，使粉末在模具中分布完全均勻；
[0055]4)壓制，將裝好粉末的模具傳送至壓制成形區，在冷壓壓力500_600MPa下保壓2-4min得到壓制件;或熱壓壓力300_400MPa下保壓l_3min得到壓制件；
[0056]5)溶解造孔劑，將步驟4)的壓制件置于造孔劑溶解池中，造孔劑溶解池的水溫調至30-50°C，超聲振蕩至造孔劑完全溶解，取出壓制件靜置；
[0057]6)干燥壓制件，將步驟5)所得的壓制件放入鼓風干燥箱中干燥后取出；
[0058]7)燒結壓制件，將干燥后的壓制件放進保溫爐中，以5-10°C/min的升溫速度升溫至500-550 0C，保溫0.5-lh ；若步驟I)中的原料選擇為純鎂或鎂合金粉末，需先向保溫爐內通入保護氣體10_20min，再升溫；
[0059]8)冷卻，將燒結后的壓制件放到冷卻水池中冷卻，冷卻后放進鼓風干燥箱中烘干，即得到開孔泡沫金屬。
[0060]本發明方法的進一步特征在于所述步驟8)可以采用隨爐冷卻的方式冷卻得到開孔泡沫金屬，若為開孔泡沫鎂，隨爐冷卻時應在保護氣下進行。
[0061]本發明方法的操作要點是:本方法中原料尺寸的選擇;食鹽顆粒和原料的質量比；冷壓、熱壓的選擇及壓制的壓力大小和保壓時間的控制均對生產開孔泡沫金屬具有顯著影響。為保證得到完全開孔的泡沫金屬，不同形狀的造孔劑食鹽顆粒，選擇原料的尺寸有所不同。球形食鹽顆粒選擇的直徑為l-3mm;立方體、不規則的食鹽顆粒選擇的直徑為3-5mm。選擇不規則食鹽顆粒，均勻混粉時間延長lOmin，壓制時壓力增加50-100MPa，保壓時間延長Imin0
[0062]實施例1
[0063]本實施例制備開孔泡沫金屬的成套設備包括混粉機1、模具回形傳送裝置2、壓力裝置3、頂出裝置4、機械手裝置5、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8、冷卻水池9和操作平臺10;所述操作平臺10包括上、中、下三層臺面，三層臺面呈階梯狀依次分布，以壓力裝置3的左右邊界為界將操作平臺從左至右依次分成左區、中區和右區，上層臺面設有混粉機I，且位于左區內；所述壓力裝置3位于下層臺面的中區內，頂出裝置4位于下層臺面的右區內；所述模具回形傳送裝置2由模具裝料區208、壓制成形區209和頂出制件區210構成，模具裝料區208位于混粉機I的下方，壓制成形區209位于中區，且對應在壓力裝置的壓制板下方，頂出制件區210正對頂出裝置4，且位于右區;頂出裝置4的右側設有機械手裝置5，以機械手裝置5所在位置為圓心，機械手裝置5到頂出裝置4的距離為半徑做圓，頂出裝置4、造孔劑溶解池6、鼓風干燥箱7、保溫爐8和冷卻水池9沿逆時針方向均勻布置在該圓周上，即所述造孔劑溶解池6位于頂出裝置4右下方，鼓風干燥箱7位于造孔劑溶解池6的右上方，保溫爐8位于鼓風干燥箱7上方，冷卻水池9位于保溫爐8的左上方。
[0064]所述混粉機I包括大轉盤101、四個小轉盤102、混粉機控制器103、四個混粉罐104和鼓風機105;每個混粉罐104下部連接有一個小轉盤102，所述小轉盤102嵌入大轉盤101內，四個小轉盤在大轉盤101圓周上均勻分布;每個混粉罐104內均加有磨球，上部設有由混粉罐小蓋板和混粉罐大蓋板組成的瓣合式混粉罐蓋板，底部開有可控的混粉罐漏料孔，混粉罐漏料孔由混粉機控制器103控制開閉;每個混粉罐大蓋板上部設有鼓風機通氣孔，鼓風機105正對鼓風機通氣孔;所述大轉盤101設有η個大轉盤漏料孔、每個小轉盤102中心設有小轉盤漏料孔;對應的混粉罐104、鼓風機通氣孔、瓣合式混粉罐蓋板、小轉盤102、混粉罐漏料孔、小轉盤漏料孔、大轉盤漏料孔同軸。
[0065]所述模具回形傳送裝置2包括模具203(底部設有模具上頂件孔、模具壁上設于重量感應器202、內部設有頂板206)、傳送臺205、傳送裝置控制器201和振蕩器204;傳送臺205水平固定在操作臺的中層臺面上，傳送臺右側通過模具回形臺固定支架207固定，傳送裝置控制器201固定在上層臺面與中層臺面間的臺階縱向面上，傳送臺205從后至前依次設有第一模具導板211、第二模具導板212和第三模具導板213，在第一模具導板211和第二模具導板212及第二模具導板212和第三模具導板213之間均設有模具導滑槽215及槽內滾軸216，模具裝料區208、壓制成形區209和頂出制件區210依次布置在第一模具導板211和第二模具導板212之間，在模具裝料區及頂出制件區貫穿傳送臺的橫向也設有模具導滑槽215及槽內滾軸216，每個區均設置有針式觸碰開關214，通過針式觸碰開關214控制模具203的運行，滾軸216的運行由傳送裝置控制器201和相應的針式觸碰開關控制，模具在模具導滑槽內實現回形傳送;振蕩器204位于模具裝料區208內，振蕩器上方設置模具203，通過傳送裝置控制器201控制振蕩器進而實現模具203的上下升降，振蕩時，將振蕩器204上升至高出傳送臺205臺面，結束后回落進入傳送臺205內部;頂出制件區210內設有傳送臺上頂件孔。
[0066]所述造孔劑溶解池6內設有漏筐602，漏筐602的筐壁為孔洞結構，漏筐602掛在造孔劑溶解池6上;造孔劑溶解池6采用下進上出水的設計，在其上部和下部分別設有出水口603和進水口 604，底部設有超聲振蕩器601，左、右內壁上設有溶解池加熱器605，在右側池壁的上部設有溶解池控溫儀606。
[0067]本實施例制備開孔泡沫金屬的方法，使用上述的成套設備，制備開孔泡沫鋁，包括以下步驟:
[0068]I)選料，選擇球形直徑為3mm的食鹽顆粒為造孔劑，選擇原料為直徑為100-200μπι的招合金粉末；
[0069]2)均勻混粉，將原料在混粉機1(選用4個型號相同的混粉罐)中以200r/min的速度研磨20min;按照食鹽顆粒與原料的質量比為0.05稱取食鹽顆粒，以250r/min的速度混合20min后，將速度增加到350r/min，混合20min后得到混合均勻的粉末；
[0070]3)裝料，將步驟2)混合均勻的粉末通過鼓風機吹入模具203中，振蕩1min，使粉末在模具203中分布完全均勻；
[0071]4)壓制，將裝好粉末的模具203傳送至壓制成形區209，在冷壓壓力500MPa下保壓2min得到壓制件;
[0072]5)溶解造孔劑，將步驟4)的壓制件置于造孔劑溶解池6中，造孔劑溶解池6的水溫調至30°C，超聲振蕩Ih至造孔劑完全溶解，取出壓制件靜置5min;
[0073]6)干燥壓制件，將步驟5)所得的壓制件放入鼓風干燥箱7中干燥20min后取出；
[0074]7)燒結壓制件，將干燥后的壓制件放進保溫爐8中，以5°C/min的升溫速度升溫至500°(:，保溫0.511;
[0075]8)冷卻，將燒結后的壓制件放到25 0C的冷卻水池9中冷卻1min，取出放進鼓風干燥箱7中烘干，即得到開孔泡沫鋁。
[0076]實施例2
[0077]本實施例采用實施例1的成套設備，本實施例制備開孔泡沫鎂，具體方法是:
[0078]I)選擇立方體形、直徑為4mm的食鹽顆粒為造孔劑、原料選擇直徑為300μηι的鎂合金粉末。
[0079]2)均勻混粉，將原料在混粉機1(選用4個型號相同的混粉罐)中以150r/min的速度研磨30min;按照食鹽顆粒與鎂粉的質量比為0.10稱取食鹽顆粒，以300r/min的速度混合40min后，將速度增加到450r/min，混合30min后得到混合均勻的粉末；
[0080]3)裝料，將步驟2)混合均勻的粉末通過鼓風機吹入模具203中，振蕩20min使粉末在模具203中分布完全均勻；
[0081]4)壓制，將裝好粉末的模具203傳送至壓制成形區209，熱壓壓力400MPa下保壓3min，得到壓制件。
[0082]5)溶解造孔劑，將步驟4)的壓制件置于造孔劑溶解池6中，造孔劑溶解池6的水溫調至50°C，超聲振蕩2h至造孔劑完全溶解，取出壓制件靜置5min;
[0083]6)干燥壓制件，將步驟5)所得的壓制件放入鼓風干燥箱7中干燥30min后取出；
[0084]7)燒結壓制件，先向保溫爐內通入保護氣體15min，再將干燥后的壓制件放進保溫爐8中，以10°C/min的升溫速度升溫至550°C，保溫Ih;
[0085]8)冷卻，采用隨爐冷卻，繼續向保溫爐8中通入保護氣至壓制件冷卻，即得到開孔泡沫鎂。
[0086]實施例1和2分別得到質輕、孔隙均勻、孔徑大小和形狀可控、綜合性能良好的異形開孔泡沫鋁和開孔泡沫鎂。通過以上2個實施例證實了，該成套設備克服了現有技術中影響開孔泡沫金屬質量的因素多且協調控制差、工藝流程復雜、生產成本高、生產過程中產生有毒物質影響人體健康、污染環境、堿洗造孔劑導致孔壁嚴重腐蝕、各種設備之間沒有連續性、工藝操作分散、生產過程不連續、生產效率低下、產品生產成本高等缺點。本申請成套設備實現了立體化、機械化和連續化的生產，而且節能高效、操作簡單、協調性好、安全性高、布局緊湊、占地面積小。該方法制得的開孔泡沫金屬孔隙均勻、孔徑大小和形狀可控，性能良好，能夠得到大尺寸的開孔泡沫金屬。
[0087]本發明中所述的“前”、“后”、“左”、“右”等方位詞語是一個相對概念，以混粉機I所在方向為左，以頂出裝置所在方向為右，以第一模具導板211所在方向為后，以第三模具導板213所在方向為前。
[0088]本發明未述及之處適用于現有技術。
【主權項】
1.一種制備開孔泡沫金屬的成套設備，其特征在于該成套設備包括混粉機、模具回形傳送裝置、壓力裝置、頂出裝置、機械手裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐、冷卻水池和操作平臺；所述操作平臺包括上、中、下三層臺面，三層臺面呈階梯狀依次分布，以壓力裝置的左右邊界為界將操作平臺從左至右依次分成左區、中區和右區，上層臺面設有混粉機，且位于左區內；所述壓力裝置位于下層臺面的中區內，頂出裝置位于下層臺面的右區內；所述模具回形傳送裝置由模具裝料區、壓制成形區和頂出制件區構成，模具裝料區位于混粉機的下方，壓制成形區位于中區，且對應在壓力裝置的壓制板下方，頂出制件區正對頂出裝置，且位于右區；頂出裝置的右側設有機械手裝置，以機械手裝置所在位置為圓心，機械手裝置到頂出裝置的距離為半徑做圓，頂出裝置、造孔劑溶解池、鼓風干燥箱、保溫爐和冷卻水池沿逆時針方向均勻布置在該圓周上； 所述混粉機包括大轉盤、η個小轉盤、混粉機控制器、η個混粉罐和鼓風機;每個混粉罐下部連接有一個小轉盤，所述小轉盤嵌入大轉盤內，η個小轉盤在大轉盤圓周上均勻分布；每個混粉罐內均加有磨球，上部設有由混粉罐小蓋板和混粉罐大蓋板組成的瓣合式混粉罐蓋板，底部開有可控的混粉罐漏料孔，混粉罐漏料孔由混粉機控制器控制開閉;每個混粉罐大蓋板上部設有鼓風機通氣孔，鼓風機正對鼓風機通氣孔;所述大轉盤設有η個大轉盤漏料孔、每個小轉盤中心設有小轉盤漏料孔;對應的混粉罐、鼓風機通氣孔、瓣合式混粉罐蓋板、小轉盤、混粉罐漏料孔、小轉盤漏料孔、大轉盤漏料孔同軸； 所述模具回形傳送裝置包括模具、傳送臺、傳送裝置控制器和振蕩器;傳送臺水平固定在操作臺的中層臺面上，傳送臺右側通過模具回形臺固定支架固定，傳送裝置控制器固定在上層臺面與中層臺面間的臺階縱向面上，傳送臺從后至前依次設有第一模具導板、第二模具導板和第三模具導板，在第一模具導板和第二模具導板及第二模具導板和第三模具導板之間均設有模具導滑槽及槽內滾軸，模具裝料區、壓制成形區和頂出制件區依次布置在第一模具導板和第二模具導板之間，在模具裝料區及頂出制件區貫穿傳送臺的橫向也設有模具導滑槽及槽內滾軸，每個區均設置有針式觸碰開關，通過針式觸碰開關控制模具的運行，滾軸的運行由傳送裝置控制器和相應的針式觸碰開關控制;振蕩器位于模具裝料區內，振蕩器上方設置模具，通過傳送裝置控制器控制振蕩器，進而實現模具的上下升降。2.根據權利要求1所述的制備開孔泡沫金屬的成套設備，其特征在于所述造孔劑溶解池內設有漏筐，漏筐的筐壁為孔洞結構，漏筐掛在造孔劑溶解池上;造孔劑溶解池的上部和下部分別設有出水口和進水口，底部設有超聲振蕩器，左、右內壁上設有溶解池加熱器，在右側池壁的上部設有溶解池控溫儀。3.根據權利要求1所述的制備開孔泡沫金屬的成套設備，其特征在于所述保溫爐上的爐蓋為瓣合式爐蓋，爐蓋上設有保護氣通孔。4.一種制備開孔泡沫金屬的方法，使用權利要求1-3任一所述的成套設備，包括以下步驟: 1)選料，選擇球形、立方體形或不規則形，且直徑為l_5mm的食鹽顆粒為造孔劑，選擇原料為直徑為100-300μπι的純鋁、鋁合金、純鎂或鎂合金粉末； 2)均勻混粉，將原料在混粉機中以150-200r/min的速度研磨20-30min;按照食鹽顆粒與原料的質量比為0.05-0.10稱取食鹽顆粒，以250-300r/min的速度混合20-40min后，將速度增加到350-450r/min，混合20-30min后得到混合均勻的粉末； 3)裝料，將步驟2)混合均勻的粉末通過鼓風機吹入模具中，振蕩，使粉末在模具中分布完全均勻； 4)壓制，將裝好粉末的模具傳送至壓制成形區，在冷壓壓力500-600MPa下保壓2-4min得到壓制件;或熱壓壓力300-400MPa下保壓l-3min得到壓制件； 5)溶解造孔劑，將步驟4)的壓制件置于造孔劑溶解池中，造孔劑溶解池的水溫調至30-50 V，超聲振蕩至造孔劑完全溶解，取出壓制件靜置； 6)干燥壓制件，將步驟5)所得的壓制件放入鼓風干燥箱中干燥后取出； 7)燒結壓制件，將干燥后的壓制件放進保溫爐中，以5-10°C/min的升溫速度升溫至500-5500C，保溫0.5-lh;若步驟I)中的原料選擇為純鎂或鎂合金粉末，需先向保溫爐內通入保護氣體10_20min，再升溫； 8)冷卻，將燒結后的壓制件放到冷卻水池中冷卻，冷卻后放進鼓風干燥箱中烘干，即得到開孔泡沫金屬。5.根據權利要求4所述的制備開孔泡沫金屬的方法，其特征在于所述步驟8)可以采用隨爐冷卻的方式冷卻得到開孔泡沫金屬，若為開孔泡沫鎂，隨爐冷卻時應在保護氣下進行。
【文檔編號】B22F3/11GK105838912SQ201610278739
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月28日
【發明人】夏興川, 姜慶, 王晶, 趙維民, 丁儉, 邱傳榮
【申請人】河北工業大學