一種復合材料板錘的制備裝置及方法
【專利摘要】本發明涉及一種復合材料板錘的制備裝置及方法。制備裝置包括：澆口杯、板錘模腔、左半模、右半模、直澆道腔、陶瓷顆粒腔、壓頭、鎖模座、模底板和下頂塊；制備方法，包括如下步驟：S1：將板錘模腔和陶瓷顆粒腔預熱至150～250℃，將陶瓷顆粒預熱至800～1200℃；S2：將預熱后的陶瓷顆粒加入陶瓷顆粒腔內至設定量；S3安放澆口杯；S4隨流混合；S5液鍛復合：在停止澆注板錘金屬液后5～15秒時間內，利用壓頭對陶瓷顆粒?金屬混合物直接加壓，直至全部凝固；S6取件和熱處理：打開左右半模，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400℃以下，重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到所述的復合材料板錘。
【專利說明】
一種復合材料板錘的制備裝置及方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種復合材料板錘的制備裝置及方法，具體涉及一種反擊式破碎機的主要易損件之一的板錘的制備裝置及制備方法。
【背景技術】
[0002]復合材料板錘制備的過程中使用的顆粒為毫米級尺度顆粒，現有制備技術針對這種顆粒復合的方法主要包括:攪拌鑄造法、鑄滲法、消失模法和預制體法。以上方法均可以實現陶瓷顆粒與金屬基體之間的復合，但都沒有徹底解決顆粒在金屬基體中分布不均勻以及陶瓷顆粒與金屬基體的界面結合差、使用過程中顆粒剝落的問題。
[0003]李來龍發明的一種高鉻鑄鐵板錘結構(申請號:201320352589.2)以及陳玉祥發明的一種超高錳鑲鑄板錘(申請號:201110430712.3)，都是在板錘本體上鑲鑄耐磨性好的陶瓷棒或硬質合金棒。這種復合材料板錘屬于局部復合，利用現有的鑄造工藝在鑲嵌耐磨陶瓷時，無法實現高鉻鑄鐵與陶瓷的牢固結合。
[0004]謝志勇發明了一種反擊式破碎機板錘及其制造方法(申請號:201510600674.X)，板錘以合金鋼為材質，在板錘用于打擊物料的磨損工作部位內間隔排列有表面鍍鎳陶瓷棒，制作時，首先采用消失模鑄造工藝制作鑲有陶瓷棒的板錘鑄件，然后再對板錘鑄件進行淬火、回火，獲得的板錘具有較高綜合耐磨性能，使用壽命為高鉻鑄鐵(Cr26MoNiCu)板錘的2?3倍。但這種鑲鑄陶瓷棒的復合板錘成本很高，且陶瓷棒很容易碎化脫落。
[0005]王娟、鄭開宏發明了一種復合材料板錘的制備方法(申請號:201510081524.2 )，采用石英砂，并加入水玻璃作為粘結劑，通過二氧化碳硬化制成板錘鑄型;采用合箱立澆，鑄件凝固冷卻后經處理，獲得兩個工作區域均為陶瓷顆粒增強高鉻鑄鐵和安裝區域為低碳低合金鋼的復合材料板錘。這一制備方法中，高鉻鑄鐵液與低碳低合金鋼液的界面結合強度低，影響了復合材料板錘使用的安全性。
[0006]郭在在等人采用消失模鑄造工藝研制了WC陶瓷顆粒/高鉻鑄鐵復合材料板錘鑄件，結合了鑄件澆冒口系統設計、WC陶瓷顆粒涂層制備和粘結工藝、鑄造關鍵工藝控制、高鉻鑄鐵熔煉與澆注工藝和熱處理工藝，并在WC陶瓷顆粒涂層與高鉻鑄鐵液體復合澆注時，采用提高鐵水澆注溫度和砂箱內的真空負壓度，能增強高鉻鑄鐵與WC陶瓷顆粒的鑄滲效果，其截面(厚度為6?8mm)無孔洞和夾渣(砂)缺陷，界面結合牢固。但由于顆粒涂層的預處理工藝比較復雜，使用壽命僅比原高鉻鑄鐵提高43%，性價比不高。而且這種方法只能實現表層復合，無法做到大厚度共建的整體復合，不能用于復合材料板錘的制造。
[0007]邢書明公開了一種鋼基陶瓷顆粒增強復合材料的制備方法(申請號:201110178356.0)，其本質特征是首先將增強顆粒加入粘流態載體中，形成附帶增強顆粒預制體;然后采用消失模鑄造和加壓凝固，制得鋼基顆粒增強復合材料抗磨件。這種方法只能用于薄壁復合材料抗磨件的制備，用于復合材料板錘制造時，陶瓷顆粒漂浮與集聚嚴重。
[0008]邢書明公開的另一種復合材料抗磨件的制備方法(申請號:201410745937.1)，其特征在于:利用金屬液的黏性和外加機械壓力，使金屬液經充型通道向工件腔流動的過程中，擠入陶瓷腔上方充型通道內的陶瓷顆粒間，將陶瓷顆粒分開并包裹，形成陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物，在壓力的持續作用下，這種陶瓷顆粒與金屬液的均勻混合物進入工件腔，并在隨后更高的壓力作用下快速冷卻凝固，形成陶瓷顆粒增強金屬基復合材料抗磨件。這一制備方法在用來制備復合材料板錘時，需要噸位很大的加壓設備；陶瓷顆粒與金屬液混合物在向模腔內充填的過程中，很容易發生液相領先流動，導致工件內陶瓷顆粒分布不均勻。
[0009]綜上所述，現有陶瓷顆粒增強復合材料及復合材料板錘的制備方法都存在陶瓷顆粒在基體內分布不均勻、陶瓷與基體結合不牢和使用中陶瓷易碎化脫落的問題。為了解決現有技術中的這些問題，提出本發明。
【發明內容】
[0010]針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種復合材料板錘的制備裝置及方法。通過在板錘主要磨損區域復合陶瓷顆粒來提高板錘耐磨性，從而提高其使用壽命，減少更換頻率。解決了現有復合材料板錘制備技術中陶瓷顆粒在基體內分布不均勻、陶瓷與基體結合不牢和使用中陶瓷易碎化脫落的問題。
[0011 ]為達到以上目的，本發明采取的技術方案是:
[0012]一種復合材料板錘的制備裝置，包括:澆口杯1、板錘模腔3、左半模12、右半模4、直澆道腔5、陶瓷顆粒腔9、壓頭10、鎖模座13、模底板14和下頂塊15;
[0013]所述左半模12和右半模4相對放置，二者之間形成腔體;所述腔體的上部為直澆道腔5，下部為板錘模腔3;
[0014]所述板錘模腔3的上部為上工作區6，中部為安裝區8，下部為下工作區7;
[0015]所述澆口杯I的底部設有出流口，澆口杯I的右側下方設有擋流板2，擋流板2的下端伸入直澆道腔5內，澆口杯I的出流口與板錘模腔3之間通過直澆道腔5連通；
[0016]所述陶瓷顆粒腔9為與水平面夾角為5?45°的矩形通道，陶瓷顆粒腔9的一端與直澆道腔5連通，另一端內裝有可以在陶瓷顆粒腔9內運動的推料板；
[0017]所述下頂塊15位于板錘模腔3的下方;所述鎖模座13用于固定左半模12和右半模4;所述模底板14位于鎖模座13的下方。
[0018]在上述方案的基礎上，所述澆口杯I用耐火材料制成，其出流口為矩形，出流口的長度為板錘工作面長度的0.85?0.95倍，出流口的寬度為10-20mm。
[0019]在上述方案的基礎上，所述擋流板2的長度為50?100mm，與出流口的長度等長。
[0020]在上述方案的基礎上，所述左半模12和右半模4由模具鋼制成。
[0021]在上述方案的基礎上，所述板錘模腔3的形狀與板錘的形狀幾何相似，板錘模腔3的長寬尺寸為板錘長寬尺寸的1.008?1.018倍;所述安裝區8用來形成板錘的安裝結構。
[0022]在上述方案的基礎上，所述陶瓷顆粒腔9的寬度等于澆口杯I出流口的長度，陶瓷顆粒腔9的高度為10?30mm。
[0023]在上述方案的基礎上，所述壓頭10由模具鋼制成，其底面與復合材料板錘的工作面幾何相似，所述壓頭10與板錘模腔3的兩側壁之間的間隙均勻一致，所述壓頭10與板錘模腔3的兩側壁之間的單側運動間隙為0.25?1.0mm，可以沿板錘模腔3做垂直的上下運動，并提供向下的壓力。
[0024]在上述方案的基礎上，所述裝置還包括板錘加強筋腔11，所述板錘加強筋腔11位于板錘模腔3左上方，與所述板錘模腔3連通。
[0025]—種復合材料板錘的制備方法，包括如下步驟:
[0026]SI預熱:將板錘模腔3和陶瓷顆粒腔9預熱至150?250°C，將陶瓷顆粒預熱至800?1200 °C；
[0027]S2充填陶瓷顆粒:將預熱后的陶瓷顆粒加入陶瓷顆粒腔9內至設定量；
[0028]S3安放澆口杯:將澆口杯I放在板錘模腔3的正上方，出流口的左邊界與板錘模腔3的左側壁平齊，擋流板2的下端伸入直澆道腔5內；
[0029]S4隨流混合:將過熱度為80?120°C的板錘金屬液澆入澆口杯I，同時啟動推料板將陶瓷顆粒腔9內的陶瓷顆粒以設定速度推入直澆道腔5，與板錘金屬液混合，形成陶瓷顆粒-金屬混合物；當板錘模腔3內的陶瓷顆粒-金屬混合物超過下工作區7的高度I?50mm時，推料板停止運動，同時停止饒注板錘金屬液；I?10秒后，重新啟動饒注板錘金屬液，當板錘模腔3內的金屬液液面距安裝區8的上邊界I?50mm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動推料板，推動陶瓷顆粒與金屬液混合，混合后進入板錘模腔3內，直至超過板錘工作面頂面10?30_，停止陶瓷顆粒推料板，同時停止澆注板錘金屬液，將澆口杯I移除；
[0030]S5液鍛復合:在停止澆注板錘金屬液后5?15秒時間內，利用壓頭10對陶瓷顆粒-金屬混合物直接加壓，使陶瓷顆粒-金屬混合物在壓力的持續作用下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘；
[0031]S6取件和熱處理:打開左半模12和右半模4，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到所述的復合材料板錘。
[0032]在上述方案的基礎上，步驟S4中，通過調節推料板的位置來調節陶瓷顆粒的用量，通過調節推料板的運動速度來調節陶瓷顆粒在復合材料板錘中的體積分數。
[0033]在上述方案的基礎上，步驟S5中，所述壓頭10對陶瓷顆粒-金屬混合物施加50?200MPa的機械壓力。
[0034]與現有技術相比，本發明具有以下明顯優勢:
[0035](I)質量好:本發明所得的復合材料板錘，陶瓷顆粒分布均勻，界面結合強度高，內部無收縮缺陷，外形光潔，使用中無陶瓷的碎化脫落，使用壽命與基體金屬相比，可以提高3?5倍;并且板錘加強筋的增加，極大地增強了復合材料板錘的耐磨性；
[0036](2)適用范圍廣:本發明通過高壓使金屬液與陶瓷界面的壓焊，既適用于與金屬基體潤濕的陶瓷顆粒，也適用于與基體金屬不潤濕的陶瓷-金屬復合板錘的制備；
[0037](3)工藝過程簡單，生產效率高:本發明不需對陶瓷顆粒進行包覆鍍衣或制備預制體，只需進行必要的預熱即可，工藝過程簡單；制備過程可以程序控制，實現連續生產，生產效率較高。
【附圖說明】
[0038]本發明有如下附圖:
[0039]圖1本發明所述制備裝置示意圖
[0040]圖2帶加強筋的制備裝置示意圖
[0041]附圖標記:
[0042]I為澆口杯，2為擋流板，3為板錘模腔，4為右半模，5為直澆道腔，6為上工作區，7為下工作區，8為安裝區，9為陶瓷顆粒腔，10為壓頭，11為板錘加強筋腔，12為左半模，13為鎖模座，14為模底板，15為下頂塊。
【具體實施方式】
[0043]以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0044]如圖1和圖2所示，本發明所述的一種復合材料板錘的制備裝置及方法，運用“隨流混合+液鍛復合”的技術原理，提出了一種制造陶瓷顆粒分散均勻，顆粒與金屬基體結合緊密、使用中陶瓷顆粒不脫落的復合材料板錘制備裝置及方法。
[0045]所述的“隨流混合”過程，是使用澆口杯I澆注板錘金屬的同時，將陶瓷顆粒腔9內的陶瓷顆粒以設定的速度推入金屬液流經的直澆道腔5內，隨著金屬液的流動實現陶瓷顆粒與金屬液的混合，陶瓷顆粒-金屬混合物在重力作用下流入金屬制成的板錘模腔3;
[0046]所述的“液態模鍛”過程，是利用模具鋼制成的壓頭10對流入板錘模腔3的陶瓷顆粒-金屬混合物施加50-200MPa的機械壓力，使其在壓力作用下冷卻凝固成復合材料板錘。
[0047]實施例1一一高錳鋼+剛玉板錘
[0048]本實施例公開了一種剛玉顆粒增強高錳鋼復合板錘的制備方法，該方法基本原理與所需裝置如前所述。
[0049]其具體制備過程包括步驟:
[0050]SI預熱:將板錘模腔3和陶瓷顆粒腔9預熱至200°C，將剛玉顆粒預熱至1000°C ;
[0051]S2充填陶瓷顆粒:將預熱好的剛玉顆粒加入陶瓷顆粒腔9，所述的剛玉顆粒，平均粒徑2mm;
[0052]S3安放澆口杯:將澆口杯I放在板錘模腔3正上方，出流口的左邊界與板錘模腔3的左壁面平齊，澆口杯I右側的擋流板2伸入直澆道腔5內；
[0053]S4隨流混合:將具有過熱度為1000C的高錳鋼液澆入澆口杯I的同時，啟動推料板將陶瓷顆粒腔9內的剛玉顆粒推入直澆道腔5，通過調整推進速度使板錘工作部位顆粒體積比為40% ;當板錘模腔3內剛玉顆粒與金屬液的混合物超過板錘下工作區高度30mm時，陶瓷顆粒推板停止運動的，同時停止澆注;8秒后，重新啟動澆注板錘金屬液，當板錘模腔3內的金屬液液面距安裝區腔8上邊界30mm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動陶瓷顆粒推板，推動剛玉顆粒，與金屬液混合，混合物進入板錘模腔3內，直至超過板錘工作面頂面20mm，停止推動剛玉顆粒的同時，停止澆注，將澆口杯I移除;所述高錳鋼液為ZGMn 13;
[0054]S5液鍛復合:在停止澆注后5秒時間內，利用壓頭10對剛玉與高錳鋼混合物直接加壓，使板錘金屬液在50MPa壓力的持續作用3min下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘；
[0055]S6取件和熱處理:打開左半模12和右半模4，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，然后重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到本發明制備的復合材料板錘。
[0056]該復合板錘工作區域顆粒分布均勻，安裝區域無顆粒復合，在同等工況下使用壽命比同材質高錳鋼提高5倍，顆粒與基體結合牢固，使用過程無顆粒脫落現象。
[0057]實施例2—一高鉻鑄鐵+氧化鋯板錘
[0058]本實施例公開了一種氧化鋯顆粒增強高鉻鑄鐵復合板錘的制備方法，該方法基本原理與所需裝置如前所述。
[0059]其具體制備過程包括:
[0060]SI預熱:將板錘模腔3和陶瓷顆粒腔9預熱至250°C，將氧化鋯顆粒預熱至1200°C ;[0061 ] S2充填陶瓷顆粒:將預熱好的氧化鋯顆粒加入陶瓷顆粒腔9，所述的氧化鋯顆粒，平均粒徑2mm;
[0062]S3安放澆口杯:將澆口杯I放在板錘模腔3正上方，出流口的左邊界與板錘模腔3的左壁面平齊，澆口杯I右側的擋流板2伸入直澆道腔5內；
[0063]S4隨流混合:將具有過熱度為120 0C的高鉻鑄鐵液澆入澆口杯I的同時，啟動推料板將陶瓷顆粒腔9內的氧化鋯顆粒推入直澆道腔5，通過調整推進速度使板錘工作部位顆粒體積比為40% ；當板錘模腔3內氧化錯顆粒與金屬液的混合物超過板錘下工作區高度50mm時，陶瓷顆粒推板停止運動的，同時停止澆注；10秒后，重新啟動澆注板錘金屬液，當板錘模腔3內的金屬液液面距安裝區腔8上邊界50mm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動陶瓷顆粒推板，推動氧化鋯顆粒，與金屬液混合，混合物進入板錘模腔3內，直至超過板錘工作面頂面30mm，停止推動氧化鋯顆粒的同時，停止澆注，將澆口杯I移除；所述高鉻鑄鐵液為KmTBCr26，添加V0.14% ,T1.1 % ,Nb0.06% 等元素微合金化；
[0064]S5液鍛復合:在停止澆注后15秒時間內，利用壓頭10對陶瓷-金屬混合物直接加壓，使板錘金屬液在120MPa壓力的持續作用3min下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘；
[0065]S6取件和熱處理:打開左半模12和右半模4，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，然后重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到本發明制備的復合材料板錘。
[0066]該復合板錘工作區域顆粒分布均勻，安裝區域無顆粒復合，在同等工況下使用壽命比同材質高鉻鑄鐵提高4倍，顆粒與基體結合牢固，使用過程無顆粒脫落現象。
[0067]實施例3—一高鉻鑄鐵+ZTA板錘
[0068]本實施例公開了一種ZTA顆粒增強高鉻鑄鐵復合板錘的制備方法，該方法基本原理與所需裝置如前所述。
[0069]其具體制備過程包括:
[0070]SI預熱:將板錘模腔3和陶瓷顆粒腔9預熱至150°C，將ZTA顆粒預熱至800°C ；
[0071]S2充填陶瓷顆粒:將預熱好的ZTA顆粒加入陶瓷顆粒腔9，所述的ZTA顆粒，平均粒徑 2mm;
[0072]S3安放澆口杯:將澆口杯I放在板錘模腔3正上方，出流口的左邊界與板錘模腔3的左壁面平齊，澆口杯I右側的擋流板伸入直澆道腔5內；
[0073]S4隨流混合:將具有過熱度為80 0C的高鉻鑄鐵液澆入澆口杯I的同時，啟動顆粒推板將陶瓷顆粒腔9內的ZTA顆粒推入直澆道腔5，通過調整推進速度時板錘工作部位顆粒體積比為40%;當板錘模腔3內陶瓷顆粒與金屬液的混合物超過板錘下工作區高度Imm時，陶瓷顆粒推板停止運動的，同時停止澆注；I秒后，重新啟動澆注板錘金屬液，當板錘模腔3內的金屬液液面距安裝區腔8上邊界Imm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動陶瓷顆粒推板，推動陶瓷顆粒，與金屬液混合，混合物進入板錘模腔3內，直至超過板錘工作面頂面10_，停止推動陶瓷顆粒的同時，停止澆注，將澆口杯I移除；所述高鉻鑄鐵液為KmTBCr26，添加V0.14%，T1.1 %，Nb0.06 % 等元素微合金化；
[0074]S5液鍛復合:在停止澆注后10秒時間內，利用壓頭10對陶瓷-金屬混合物直接加壓，使板錘金屬液在150MPa壓力的持續作用3min下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘；
[0075]S6取件和熱處理:打開左半模12和右半模4，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，然后重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到本發明制備的復合材料板錘。
[0076]該復合板錘工作區域顆粒分布均勻，安裝區域無顆粒復合，在同等工況下使用壽命比同材質高鉻鑄鐵提高4倍，顆粒與基體結合牢固，使用過程無顆粒脫落現象，由于使用密度較輕的ZTA顆粒復合，板錘總重減輕10%左右。
[0077]實施例4一一高鉻鑄鐵+ZTA帶加強筋的板錘
[0078]本實施例公開了一種ZTA顆粒增強高鉻鑄鐵復合板錘的制備方法，主要制備方法與實施例3相同，在實施例3板錘結構的基礎上在板錘一側增加高度為50mm、厚度為30mm加強筋，含有加強筋一側工作面置于上工作區腔6。
[0079]其具體制備過程包括:
[0080]SI預熱:將板錘模腔3和陶瓷顆粒腔9預熱至200°C，將剛玉顆粒預熱至900°C ;
[0081]S2充填陶瓷顆粒:將預熱好的ZTA顆粒加入陶瓷顆粒腔9，所述的剛玉顆粒，平均粒徑 2mm;
[0082]S3安放澆口杯:將澆口杯I放在板錘模腔3正上方，出流口的左邊界與板錘模腔3的左壁面平齊，澆口杯I右側的擋流板2伸入直澆道腔5內；
[0083]S4隨流混合:將具有過熱度為100°C的高鉻鑄鐵液澆入澆口杯12的同時，啟動顆粒推板將陶瓷顆粒腔9內的ZTA顆粒推入直澆道腔5，通過調整推進速度時板錘工作部位顆粒體積比為40% ;當板錘模腔3內陶瓷顆粒與金屬液的混合物超過板錘下工作區高度20mm時，陶瓷顆粒推板停止運動的，同時停止澆注;5秒后，重新啟動澆注板錘金屬液，當板錘模腔3內的金屬液液面距安裝區腔8上邊界20mm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動陶瓷顆粒推板，推動陶瓷顆粒，與金屬液混合，混合物進入板錘模腔3內，直至超過板錘工作面頂面15mm，停止推動陶瓷顆粒的同時，停止澆注，將澆口杯I移除；所述高鉻鑄鐵液為KmTBCr26，添加V0.14%,T1.1%,Nb0.06%等元素微合金化；
[0084]S5液鍛復合:在停止澆注后15秒時間內，利用壓頭10對陶瓷-金屬混合物直接加壓，使板錘金屬液在200MPa壓力的持續作用3min下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘；
[0085]S6取件和熱處理:打開左半模12和右半模4，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，然后重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到本發明制備的復合材料板錘。
[0086]該復合板錘工作區域顆粒分布均勻，安裝區域無顆粒復合，在同等工況下使用壽命比同材質高鉻鑄鐵提高4.5倍以上，顆粒與基體結合牢固，使用過程無顆粒脫落現象，板錘加強筋比板錘主體先接觸摩擦，可以延長板錘磨損時間，延長板錘使用壽命。
[0087]本說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
【主權項】
1.一種復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:包括澆口杯(I)、板錘模腔(3)、左半模(12)、右半模(4)、直澆道腔(5)、陶瓷顆粒腔(9)、壓頭(10)、鎖模座(13)、模底板(14)和下頂塊(15); 所述左半模(12)和右半模(4)相對放置，二者之間形成腔體;所述腔體的上部為直澆道腔(5)，下部為板錘模腔(3); 所述板錘模腔(3)的上部為上工作區(6)，中部為安裝區(8)，下部為下工作區(7); 所述澆口杯(I)的底部設有出流口，澆口杯(I)的右側下方設有擋流板(2)，擋流板(2)的下端伸入直澆道腔(5)內，澆口杯(I)的出流口與板錘模腔(3)之間通過直澆道腔(5)連通； 所述陶瓷顆粒腔(9)為與水平面夾角為5?45°的矩形通道，陶瓷顆粒腔(9)的一端與直澆道腔(5)連通，另一端內裝有可以在陶瓷顆粒腔(9)內運動的推料板； 所述下頂塊(15)位于板錘模腔(3)的下方;所述鎖模座(13)用于固定左半模(12)和右半模(4);所述模底板(14)位于鎖模座(13)的下方。2.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述澆口杯(I)用耐火材料制成，其出流口為矩形，出流口的長度為板錘工作面長度的0.85?0.95倍，出流口的寬度為 10-20mm; 所述擋流板(2)的長度為50?10mm，與出流口的長度等長。3.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述左半模(12)和右半模(4)由模具鋼制成。4.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述板錘模腔(3)的形狀與板錘的形狀幾何相似，板錘模腔(3)的長寬尺寸為板錘長寬尺寸的1.008?1.018倍;所述安裝區(8)用來形成板錘的安裝結構。5.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述陶瓷顆粒腔(9)的寬度等于澆口杯(I)出流口的長度，陶瓷顆粒腔(9)的高度為10?30mm。6.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述壓頭(10)由模具鋼制成，其底面與復合材料板錘的工作面幾何相似，所述壓頭(10)與板錘模腔(3)的兩側壁之間的間隙均勻一致，所述壓頭(10)與板錘模腔(3)的兩側壁之間的單側運動間隙為0.25?1.0_，可以沿板錘模腔(3)做垂直的上下運動，并提供向下的壓力。7.如權利要求1所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于:所述裝置還包括板錘加強筋腔(11)，所述板錘加強筋腔(11)位于板錘模腔(3)左上方，與所述板錘模腔(3)連通。8.—種復合材料板錘的制備方法，應用權利要求1-7任意一個權利要求所述的復合材料板錘的制備裝置，其特征在于包括如下步驟: SI預熱:將板錘模腔(3)和陶瓷顆粒腔(9)預熱至150?250°C，將陶瓷顆粒預熱至800?1200 °C； S2充填陶瓷顆粒:將預熱后的陶瓷顆粒加入陶瓷顆粒腔(9)內至設定量； S3安放澆口杯:將澆口杯(I)放在板錘模腔(3)的正上方，出流口的左邊界與板錘模腔(3)的左側壁平齊，擋流板(2)的下端伸入直澆道腔(5)內； S4隨流混合:將過熱度為80?1200C的板錘金屬液澆入澆口杯(I)，同時啟動推料板將陶瓷顆粒腔(9)內的陶瓷顆粒以設定速度推入直澆道腔(5)，與板錘金屬液混合，形成陶瓷顆粒-金屬混合物；當板錘模腔(3)內的陶瓷顆粒-金屬混合物超過下工作區(7)的高度I?50mm時，推料板停止運動，同時停止澆注板錘金屬液；I?10秒后，重新啟動澆注板錘金屬液，當板錘模腔(3)內的金屬液液面距安裝區(8)的上邊界I?50mm時，繼續澆注金屬液的同時，重新啟動推料板，推動陶瓷顆粒與金屬液混合，混合后進入板錘模腔(3)內，直至超過板錘工作面頂面10?30mm，停止陶瓷顆粒推料板，同時停止澆注板錘金屬液，將澆口杯(I)移除； S5液鍛復合:在停止澆注板錘金屬液后5?15秒時間內，利用壓頭(10)對陶瓷顆粒-金屬混合物直接加壓，使陶瓷顆粒-金屬混合物在壓力的持續作用下快速冷卻、凝固，直至全部凝固，板錘金屬將其中的陶瓷顆粒牢固地抱緊，得到陶瓷顆粒分布均勻、結合牢固的復合材料板錘； S6取件和熱處理:打開左半模(12)和右半模(4)，取出復合材料板錘，置入緩冷爐冷卻至400°C以下，重新加熱進行淬火和回火熱處理，得到所述的復合材料板錘。9.如權利要求8所述的復合材料板錘的制備方法，其特征在于:步驟S4中，通過調節推料板的位置來調節陶瓷顆粒的用量，通過調節推料板的運動速度來調節陶瓷顆粒在復合材料板錘中的體積分數。10.如權利要求8所述的復合材料板錘的制備方法，其特征在于:步驟S5中，所述壓頭(10)對陶瓷顆粒-金屬混合物施加50?200MPa的機械壓力。
【文檔編號】B22D27/11GK105903924SQ201610416277
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月14日
【發明人】邢書明, 董琦, 邱博
【申請人】北京交通大學