一種制備泡沫金屬管的模具及生產設備的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種制備泡沫金屬管的模具及生產設備。該模具包括上蓋板、下蓋板、外管、內管和蓋板固定環；所述外管和內管的上部安裝于上蓋板的卡槽中，下部安裝于下蓋板的卡槽中；所述外管位于內管外側，外管橫截面圓與內管橫截面圓是同心圓；所述外管通過蓋板固定環分別與上蓋板和下蓋板連接；所述上蓋板和下蓋板中間均具有通孔。該模具采用Ni3Al基高溫結構材料，可保證在多次熱循環條件下設備結構的穩定性，保證泡沫金屬管的尺寸精度。該設備利用熔體發泡法一次成型制備閉孔空心泡沫管，無需進行二次加工，能夠生產出不同壁厚的泡沫金屬管材，有效地保證了泡沫金屬管的整體結構。
【專利說明】
一種制備泡沬金屬管的模具及生產設備
技術領域
[0001]本實用新型涉及管材加工領域，具體說是一種制備泡沫金屬管的模具及生產設備。
【背景技術】
[0002]泡沫金屬材料是一種在金屬或金屬合金基體中均勻分布著大量連通或不連通孔洞的新型輕質多功能材料，它兼有連續金屬相和分散空氣相的特點，滿足了科技發展對材料的需求。泡沫金屬把金屬相和氣相有機結合在一起，除了最典型的輕質優勢外，還具備高比強度和良好的可壓縮性;此外，泡沫金屬能夠吸收與方向無關的較高的沖擊能量，同時具有吸聲、隔音、散熱、振動阻尼、阻燃、電磁屏蔽等物理性能。目前泡沫金屬作為隔音和吸音材料應用時，主要是將泡沫金屬作為三明治板材的夾心材料:第一種方法主要是通過機械或物理的方法將泡沫金屬和板材進行結合，制備三明治板材，但是此種方法如果通過粘結劑進行粘合，隨著粘結劑的老化，板材將與泡沫金屬分離，環保性差，而且采用這種方式生產的泡沫金屬夾心材料需要對泡沫金屬進行二次加工，成本較高；如果通過結構控制來實現板材和泡沫金屬的結合，由于泡沫金屬表面的多孔特征，兩者之間不能實現有效的結合，隨著結構尺寸或精度的變化，三明治板材隔音和吸音效果變差。第二種方法主要是通過泡沫金屬的一次成型工藝制備內部為多孔結構表層為致密金屬的夾心材料，此方法能夠實現泡沫金屬與表層致密金屬的冶金結合，但此方法不能實現對內部多孔結構和表層致密金屬的有效控制，不能實現對隔音和吸音效果的有效調控。
[0003]目前針對泡沫金屬夾心材料的研究主要針對板狀材料的研究，對管狀材料的研究甚少。申請號201510178113.5公開了一種泡沫管棒形線材的制備方法，通過向鋁液中吹入壓縮氣體，形成固-液-氣三相區，凝固得到泡沫鋁管，然后對泡沫鋁管進行二次加工。該制備方法的缺點是需要高壓壓入氣體，成本高，且制備出的泡沫管材需經過二次加工，把管外壁的實體層加厚，以滿足其表層強度、耐蝕性能的要求，耗費的時間和產能較大，成本較高。專利號201020145493.5公開了一種泡沫鋁管，但沒有涉及制備泡沫金屬管的模具及生產設備，且其實體層厚度較薄，耐腐蝕和抗壓能力差。總之，上述現有技術生產的泡沫鋁管管壁較薄，需要在管壁外粘貼其他防腐蝕或者隔熱材料，增強其強度、防蝕、隔音、吸音能力，且均需要二次加工，耗能多，環保差。
【實用新型內容】
[0004]針對現有技術的不足，本實用新型擬解決的技術問題是，提供一種制備泡沫金屬管的模具及生產設備。該模具采用Ni3Al基高溫結構材料，可保證在多次熱循環條件下設備結構的穩定性，保證泡沫金屬管的尺寸精度。該設備利用熔體發泡法一次成型制備閉孔空心泡沫管，無需進行二次加工，能夠生產出不同壁厚的泡沫金屬管材，具有節能高效、操作安全、可連續生產的特點，提高了生產效率，降低了生產成本;同時，實現了泡沫金屬管表層致密金屬和泡沫金屬夾心層的冶金結合，有效的保證了泡沫金屬管的整體結構。
[0005]本實用新型解決所述模具技術問題的技術方案是，提供一種制備泡沫金屬管的模具，其特征在于該模具包括上蓋板、下蓋板、外管、內管和蓋板固定環;所述外管和內管的上部安裝于上蓋板的卡槽中，下部安裝于下蓋板的卡槽中；所述外管位于內管外側，外管橫截面圓與內管橫截面圓是同心圓；所述外管通過蓋板固定環分別與上蓋板和下蓋板連接;所述上蓋板和下蓋板中間均具有通孔。
[0006]本實用新型解決所述生產設備技術問題的技術方案是，提供一種制備泡沫金屬管的生產設備，包括熔煉爐、攪拌槳、攪拌槳支架、攪拌槳發動機、冷卻物流速控制臺、冷卻物連接管、模具升降發動機、粘度計、模具夾、攪拌爐、發泡爐、模具升降支架、加工平臺、攪拌槳控制臺和模具升降控制臺；所述加工平臺上安裝有攪拌槳支架、冷卻物流速控制臺、攪拌槳控制臺、發泡爐、模具升降支架和模具升降控制臺；所述攪拌爐上安裝有能夠垂直升降的攪拌系統，攪拌系統由攪拌槳、攪拌槳支架、攪拌槳發動機和攪拌槳控制臺組成;所述攪拌槳支架固定于加工平臺上，攪拌槳發動機和攪拌槳安裝在攪拌槳支架上;攪拌槳控制臺與攪拌槳發動機連接，攪拌槳發動機與攪拌槳連接;所述粘度計位于攪拌爐內，粘度計與冷卻物流速控制臺連接;所述冷卻物連接管上安裝有冷卻物流速調節閥；所述發泡爐上安裝有能夠垂直升降的模具升降系統，模具升降系統由模具升降發動機、模具夾、模具升降支架和模具升降控制臺組成;所述模具升降支架固定于加工平臺上，所述模具升降發動機和模具夾安裝在模具升降支架上;模具升降控制臺與模具升降發動機連接，模具升降發動機與模具夾連接;其特征在于該設備還包括熔煉爐翻轉傾倒裝置、攪拌爐翻轉傾倒裝置、重量感應器和權利要求1-4任一所述的模具;所述熔煉爐翻轉傾倒裝置和攪拌爐翻轉傾倒裝置安裝于加工平臺上;所述熔煉爐安裝在熔煉爐翻轉傾倒裝置上;所述攪拌爐安裝在攪拌爐翻轉傾倒裝置上;所述重量感應器安裝在攪拌爐底部;所述冷卻物連接管安裝在模具的上蓋板和下蓋板的通孔中；所述模具通過模具升降系統安裝于發泡爐內。
[0007]與現有技術相比，本實用新型有益效果在于:
[0008](I)通過調整循環冷卻物通入的時間、流速、溫度以及熔體的增粘和發泡工藝來控制泡沫金屬管內壁的厚度，實現對泡沫金屬管整體強度、夾心層孔結構的控制；同時能夠實現對泡沫金屬管隔音和吸音性能的控制。
[0009](2)該設備利用熔體發泡法一次成型制備閉孔空心泡沫管，無需進行二次加工，能夠生產出不同壁厚的泡沫金屬管材，具有節能高效、操作安全、可連續生產的特點，提高了生產效率，降低了生產成本;同時，實現了泡沫金屬管表層致密金屬和泡沫金屬夾心層的冶金結合，有效地保證了泡沫金屬管的整體結構。
[0010](3)通過調整模具的內管和外管之間的距離可生產不同管徑的泡沫金屬管。
[0011](4)該模具采用Ni3Al基高溫結構材料，可保證在多次熱循環條件下設備結構的穩定性，保證泡沫金屬管的尺寸精度；
[0012](5)模具上具有保護氣通入孔，配合使用保護氣體，該設備亦可生產易氧化或易燃燒金屬(例如鎂合金等)的管材。
[0013](6)生產出的泡沫金屬管質量輕、耐蝕性好、隔音和吸音可調控、強度和剛度高、結構穩定。
[0014](7)本實用新型的生產過程采取傾倒方式轉移金屬液，這樣能夠減少金屬液轉移過程的能量損失，從而減少能耗，提高生產效率，節省成本。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型制備泡沫金屬管的生產設備一種實施例的整體結構主視示意圖；
[0016]圖2是本實用新型制備泡沫金屬管的生產設備一種實施例的整體結構俯視示意圖；
[0017]圖3是本實用新型制備泡沫金屬管的模具一種實施例的主視結構示意圖；(圖中1、模具；2、重量感應器;3、攪拌爐翻轉傾倒裝置;4、熔煉爐；5、熔煉爐翻轉傾倒裝置;6、攪拌槳;7、攪拌槳支架;8、攪拌槳發動機;9、冷卻物流速控制臺；10、冷卻物連接管；11、模具升降發動機；12、粘度計；13、模具夾；14、攪拌爐；15、發泡爐；16、模具升降支架；17、加工平臺；18、攪拌槳控制臺；19、模具升降控制臺；1-1、上蓋板；1-2、下蓋板；1-3、外管；1-4、內管；1-
5、蓋板固定環;1-6、蓋板固定環扣；1-7、保護氣通入孔)
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例及其附圖對本實用新型進一步說明。
[0019]本實用新型提供了一種制備泡沫金屬管的模具(參見圖3，簡稱模具)，包括上蓋板1-1、下蓋板1-2、外管1-3、內管1-4和蓋板固定環1-5;所述外管1-3和內管1-4的上部安裝于上蓋板1-1的卡槽中，下部安裝于下蓋板1-2的卡槽中，此連接方式連接穩固，便于拆卸;所述外管1-3位于內管1-4外側，夕卜管1-3橫截面圓與內管1-4橫截面圓是同心圓，夕卜管1-3橫截面圓的半徑與內管1-4橫截面圓的半徑差的范圍是20-100_;所述外管1-3通過蓋板固定環1-5分別與上蓋板1-1和下蓋板1-2連接，起到進一步加固的作用;所述上蓋板1-1和下蓋板1-2中間均具有通孔，用于冷卻物連接管10穿過;所述上蓋板1-1還具有保護氣通入孔1-6，能夠通入保護氣體，制備泡沫鎂等易燃泡沫金屬;所述上蓋板1-1、下蓋板1-2、外管1-3、內管1-4和蓋板固定環1-5均采用高溫結構材料Ni3Al制成；
[0020]本實用新型同時提供了一種制備泡沫金屬管的生產設備(參見圖1-2，簡稱設備)，包括模具1、重量感應器2、攪拌爐翻轉傾倒裝置3、熔煉爐4、熔煉爐翻轉傾倒裝置5、攪拌槳
6、攪拌槳支架7、攪拌槳發動機8、冷卻物流速控制臺9、冷卻物連接管10、模具升降發動機
11、粘度計12、模具夾13、攪拌爐14、發泡爐15、模具升降支架16、加工平臺17、攪拌槳控制臺18和模具升降控制臺19;
[0021]所述加工平臺17是三層臺階型平臺，臺階的尺寸具體要求根據熔煉爐4、攪拌爐14和發泡爐15的直徑和高度確定，其中上層安裝有熔煉爐翻轉傾倒裝置5，中層安裝有攪拌爐翻轉傾倒裝置3、攪拌槳支架7、冷卻物流速控制臺9和攪拌槳控制臺18，下層安裝有發泡爐15、模具升降支架16和模具升降控制臺19，工作人員主要在加工平臺17上進行操作;所述熔煉爐4安裝在熔煉爐翻轉傾倒裝置5上，熔煉爐翻轉傾倒裝置5可使熔融金屬液由熔煉爐4轉移到攪拌爐14中；所述攪拌爐14安裝在攪拌爐翻轉傾倒裝置3上，攪拌爐翻轉傾倒裝置3可使待發泡的金屬液由攪拌爐14轉移到發泡爐15中；所述攪拌爐14底部安裝有重量感應器2，能夠控制倒入攪拌爐14的金屬液的質量，從而計算加入增粘劑和發泡劑的質量;所述攪拌爐14上安裝有能夠垂直升降的攪拌系統，攪拌系統由攪拌槳6、攪拌槳支架7、攪拌槳發動機8和攪拌槳控制臺18組成;所述攪拌槳支架7固定于加工平臺17的中層，所述攪拌槳發動機8和攪拌槳6安裝在攪拌槳支架7上;攪拌槳控制臺18與攪拌槳發動機8連接，能夠控制攪拌槳發動機8，攪拌槳發動機8與攪拌槳6連接，攪拌槳發動機8控制攪拌槳6的升降，攪拌槳6伸入到攪拌爐14內部，完成攪拌過程;所述粘度計12位于攪拌爐14內，用于測試金屬液粘度;粘度計12與冷卻物流速控制臺9連接，冷卻物流速控制臺9顯示粘度計12測得的金屬液的粘度;所述冷卻物連接管10安裝在模具I的上蓋板1-1和下蓋板1-2的通孔中，冷卻物連接管10上安裝有冷卻物流速調節閥，冷卻物流速控制臺9控制冷卻物流速調節閥的通斷;冷卻物連接管10外接循環冷卻物，用于調節模具I中金屬液的溫度;所述發泡爐15上安裝有能夠垂直升降的模具升降系統，模具升降系統由模具升降發動機11、模具夾13、模具升降支架16和模具升降控制臺19組成;所述模具I通過模具升降系統安裝于發泡爐15內；所述模具升降支架16固定于加工平臺17的下層，所述模具升降發動機11和模具夾13安裝在模具升降支架16上;模具升降控制臺19與模具升降發動機11連接，能夠控制模具升降發動機11，模具升降發動機11控制模具夾13的升降，進而控制模具I在發泡爐15中的位置，完成發泡成型過程。
[0022]根據金屬液粘度設置模具I中通入冷卻物的流速和溫度，能夠實現調整泡沫金屬管內壁壁厚的目的。
[0023]本實用新型生產設備的工作原理和工作流程是:首先將熔煉爐4、攪拌爐14和發泡爐15升溫至生產所需溫度，利用模具升降系統將模具I放入發泡爐15中預熱，用熔煉爐4將金屬熔化成金屬液，利用熔煉爐4兩側的熔煉爐翻轉傾倒裝置5將熔化的金屬液倒入攪拌爐14中，通過重量感應器2控制倒入攪拌爐14中金屬液質量，此時利用攪拌槳控制臺18控制攪拌槳發動機8，將攪拌槳6浸入金屬液中，啟動攪拌槳6同時加入增粘劑攪拌。攪拌完成后，使用粘度計12測量金屬液粘度，由冷卻物流速控制臺9讀取金屬液的粘度。根據金屬液的黏度調節循環冷卻物的速度，控制泡沫管內壁的厚度(當金屬液的粘度一定時，冷卻物的循環速度(V)與泡沫管內壁的厚度(h)成正比，S卩h = kv，其中k為與金屬液粘度相關的固定數值，不同粘度范圍對應的k值不同)，將金屬液粘度和泡沫管的內壁厚數值輸入到冷卻物流速控制臺9，同時打開冷卻物流速調節閥的開關，在金屬液倒入模具I前通入冷卻物隨后加入發泡劑攪拌，攪拌結束后，迅速提起攪拌槳6，將金屬液由攪拌爐14快速倒入發泡爐15的模具I中，保溫一段時間，然后利用模具升降發動機11和模具夾13共同作用將模具I取出，空冷，拆卸模具，即可得到泡沫鋁管。
[0024]實施例1
[0025]利用模具升降系統將模具I放入發泡爐中，發泡爐的溫度控制在670-700°C，保溫0.5-1小時；用熔煉爐4將鋁錠在670-700°C熔化成金屬液，利用熔煉爐4兩側的熔煉爐翻轉傾倒裝置5將熔化的金屬液倒入攪拌爐14中，通過重量感應器2控制倒入攪拌爐14中金屬液質量，此時利用攪拌槳控制臺18控制攪拌槳發動機8，將攪拌槳6浸入金屬液中，啟動攪拌槳6同時加入質量為鋁錠質量1-1.5%的鈣作為增粘劑，充分攪拌，攪拌轉速400-700轉/分鐘，攪拌時間4-10分鐘，攪拌完成后，使用粘度計12測量金屬液粘度，由冷卻物流速控制臺9讀取金屬液的粘度。根據金屬液的黏度調節循環冷卻物的速度，控制泡沫管內壁的厚度，將金屬液粘度和泡沫管的內壁厚數值輸入到冷卻物流速控制臺9，同時打開冷卻物流速調節閥的開關，在金屬液倒入模具I前通入冷卻物，隨后將攪拌爐14中攪拌槳6的轉速提高到1000-1200轉/分鐘，同時加入質量為鋁錠質量1-2%的氫化鈦作為發泡劑，攪拌時間為20-40秒；攪拌結束后，迅速提起攪拌槳6，將金屬液由攪拌爐14快速倒入發泡爐15的模具I中，保溫1-2分鐘，發泡;然后利用模具升降發動機11和模具夾13共同作用將模具I取出，空冷，拆卸模具，即可得到泡沫鋁管。
[0026]實施例2
[0027]利用模具升降系統將模具I放入發泡爐中，發泡爐的溫度控制在670-700°C，保溫0.5-1小時;通過保護氣通入孔1-6通入保護氣體，用熔煉爐4將鎂錠在660-780°C熔化成金屬液，利用熔煉爐4兩側的熔煉爐翻轉傾倒裝置5將熔化的金屬液倒入攪拌爐14中，通過重量感應器2控制倒入攪拌爐14中金屬液質量，此時利用攪拌槳控制臺18控制攪拌槳發動機8，將攪拌槳6浸入金屬液中，啟動攪拌槳6同時加入質量為鎂錠質量1-1.5%的鈣作為增粘劑，充分攪拌，攪拌轉速400-700轉/分鐘，攪拌時間4-10分鐘，攪拌完成后，使用粘度計12測量金屬液粘度，由冷卻物流速控制臺9讀取金屬液的粘度。根據金屬液的黏度調節循環冷卻物的速度，控制泡沫管內壁的厚度，將金屬液粘度和泡沫管的內壁厚數值輸入到冷卻物流速控制臺9，同時打開冷卻物流速調節閥的開關，在金屬液倒入模具I前通入冷卻物，隨后將攪拌爐14中攪拌槳6的轉速提高到1000-1200轉/分鐘，同時加入質量為鎂錠質量1-2%的碳酸鈣作為發泡劑，攪拌時間為20-40秒;攪拌結束后，迅速提起攪拌槳6，將金屬液由攪拌爐14快速倒入發泡爐15的模具I中，通過保護氣通入孔1-6通入保護氣體，保溫1-2分鐘，發泡；然后利用模具升降發動機11和模具夾13共同作用將模具I取出，空冷，拆卸模具，即可得到泡沫招管。
[0028]本實用新型未述及之處適用于現有技術。
【主權項】
1.一種制備泡沫金屬管的模具，其特征在于該模具包括上蓋板、下蓋板、外管、內管和蓋板固定環;所述外管和內管的上部安裝于上蓋板的卡槽中，下部安裝于下蓋板的卡槽中；所述外管位于內管外側，外管橫截面圓與內管橫截面圓是同心圓；所述外管通過蓋板固定環分別與上蓋板和下蓋板連接;所述上蓋板和下蓋板中間均具有通孔。2.根據權利要求1所述的制備泡沫金屬管的模具，其特征在于所述上蓋板還具有保護氣通入孔。3.根據權利要求1所述的制備泡沫金屬管的模具，其特征在于所述上蓋板、下蓋板、夕卜管、內管和蓋板固定環均由Ni3Al材料制成。4.根據權利要求1所述的制備泡沫金屬管的模具，其特征在于外管橫截面圓的半徑與內管橫截面圓的半徑差的范圍是20-100mm。5.—種制備泡沫金屬管的生產設備，包括熔煉爐、攪拌槳、攪拌槳支架、攪拌槳發動機、冷卻物流速控制臺、冷卻物連接管、模具升降發動機、粘度計、模具夾、攪拌爐、發泡爐、模具升降支架、加工平臺、攪拌槳控制臺和模具升降控制臺；所述加工平臺上安裝有攪拌槳支架、冷卻物流速控制臺、攪拌槳控制臺、發泡爐、模具升降支架和模具升降控制臺；所述攪拌爐上安裝有能夠垂直升降的攪拌系統，攪拌系統由攪拌槳、攪拌槳支架、攪拌槳發動機和攪拌槳控制臺組成;所述攪拌槳支架固定于加工平臺上，攪拌槳發動機和攪拌槳安裝在攪拌槳支架上;攪拌槳控制臺與攪拌槳發動機連接，攪拌槳發動機與攪拌槳連接;所述粘度計位于攪拌爐內，粘度計與冷卻物流速控制臺連接;所述冷卻物連接管上安裝有冷卻物流速調節閥；所述發泡爐上安裝有能夠垂直升降的模具升降系統，模具升降系統由模具升降發動機、模具夾、模具升降支架和模具升降控制臺組成;所述模具升降支架固定于加工平臺上，所述模具升降發動機和模具夾安裝在模具升降支架上;模具升降控制臺與模具升降發動機連接，模具升降發動機與模具夾連接;其特征在于該設備還包括熔煉爐翻轉傾倒裝置、攪拌爐翻轉傾倒裝置、重量感應器和權利要求1-4任一所述的模具;所述熔煉爐翻轉傾倒裝置和攪拌爐翻轉傾倒裝置安裝于加工平臺上;所述熔煉爐安裝在熔煉爐翻轉傾倒裝置上;所述攪拌爐安裝在攪拌爐翻轉傾倒裝置上;所述重量感應器安裝在攪拌爐底部;所述冷卻物連接管安裝在模具的上蓋板和下蓋板的通孔中；所述模具通過模具升降系統安裝于發泡爐內。
【文檔編號】B22D25/00GK205551444SQ201620429520
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】夏興川, 王晶, 丁儉, 趙維民
【申請人】河北工業大學