專(zhuān)利名稱(chēng)：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(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種金屬回收技術(shù)領(lǐng)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(shù)：
現(xiàn)代的航空航天技術(shù)提出更高的要求。首先提高飛行器的速度并減少其質(zhì)量，飛機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量每降低1kg，其使用費(fèi)用通?？晒?jié)約220 440美元。因此，設(shè)計(jì)師們采用提高物理力學(xué)性能的材料而不是提高價(jià)格。談到材料問(wèn)題，特別關(guān)注的是鈦及其合金。飛機(jī)上的風(fēng)扇葉片、壓氣機(jī)葉片、盤(pán)、軸、機(jī)匣、骨架、蒙皮、機(jī)身隔框和起落架大都采用鈦合金制造。民航飛機(jī)用鈦量也呈上升趨勢(shì)，如從1958年第一代波音707用鈦量?jī)H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(guó)軍用飛機(jī)用鈦比例平均約為 28.6%,而美國(guó)第4代新戰(zhàn)機(jī)F-22用鈦量則為41 %，結(jié)構(gòu)用鈦達(dá)36t。法國(guó)幻影2000飛機(jī)用鈦量則為23%，俄羅斯Cy-27CK為18%。我國(guó)殲_8戰(zhàn)機(jī)機(jī)身用鈦量達(dá)3. 97 %，殲-10、 殲-11更多地使用了鈦材同時(shí)，高度整體性是航空結(jié)構(gòu)零件的特點(diǎn)之一，必須保證提高強(qiáng)度性能。通常這些零件用極好工藝——鍛造或沖壓制造的密實(shí)毛坯進(jìn)行銑削或車(chē)削加工。鍛壓后必須要機(jī)械加工的鈦半成品需要清除滲氧的α-層。由于機(jī)械加工形成大量金屬屑，這些金屬屑的80 %沒(méi)有得到重復(fù)加工利用(據(jù)某些數(shù)據(jù)，用于企業(yè)冶煉的鈦屑不超過(guò)鑄錠重量的15% )。制約其利用的主要原因是，重復(fù)利用切屑高質(zhì)量的方法研究不夠。在節(jié)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(qiáng)度能夠獲得符合標(biāo)準(zhǔn)的團(tuán)塊，用作熔煉鈦錠和次生鈦。此外，團(tuán)塊屑做到最小損耗，減少堆放地方和運(yùn)輸損耗。用于黑色和有色金屬切屑的著名團(tuán)塊靜力學(xué)方法(和低速變形下的動(dòng)力學(xué)的方法)，在這樣的設(shè)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(xué)性能使然。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)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(tuán)塊，包括實(shí)際上由各種批量鈦合金屑制成的團(tuán)塊的強(qiáng)度和密度得到大幅度提高。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)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(shè)置于底座上并通過(guò)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(gòu)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(nèi)設(shè)有與控制室相連的火花塞、空氣進(jìn)出氣口和天然氣進(jìn)氣口。
所述的沖頭為40CrMoAl制成的圓柱形結(jié)構(gòu)，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(nèi)設(shè)有控制電路，該控制電路向燃燒室頂端火花塞、空氣進(jìn)出氣口和天然氣進(jìn)氣口發(fā)送啟動(dòng)關(guān)閉指令。所述的拉力柱為40CrMoAl制成的圓柱形結(jié)構(gòu)，其熱處理硬度為36 40HRC。所述的鐵砧上設(shè)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(hào)作為每次沖擊過(guò)程的啟動(dòng)結(jié)束控制。本發(fā)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(nèi)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(diǎn)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(dòng)火花塞，點(diǎn)燃燃燒室的混合氣體，瞬間推動(dòng)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(dòng)能使鈦金屬屑變形為鈦金屬坯料；鐵砧上的傳感器當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)采集受力信號(hào)并反饋至開(kāi)關(guān)，提示沖擊過(guò)程結(jié)束。所述的沖擊次數(shù)為1-3次。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)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(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)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(shè)置于底座1上并通過(guò)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(gòu)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(guò)程如下通過(guò)電控室4，在燃燒室5中供給天然氣空氣混合物，火花塞點(diǎn)燃混合物。，在此瞬間的汽缸中燃燒混合物的能量達(dá)到最大化。帶有活塞的沖頭加速到 30 lOOm/s。這樣如此大的動(dòng)能使預(yù)置在容器7中的切屑變形。團(tuán)塊在帶有鐵砧2的容器中的型腔內(nèi)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(dòng)下快速?zèng)_擊鈦屑，故此，在劇烈沖擊下形成團(tuán)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(shè)置大的基礎(chǔ)。
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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(zhì)量和外廓尺寸。160kj 裝置質(zhì)量只有3t，外廓尺寸只有0. 5X0. 6X4. an。在裝置中，由工業(yè)純鈦、鈦合金TA7、TC6等屑制成的團(tuán)塊做了批試。團(tuán)塊直徑 <pl25mm，質(zhì)量1. 8 2. ^g，密度——3. 5 4. 25g/m3。所有團(tuán)塊都具有高的力學(xué)強(qiáng)度。強(qiáng)調(diào)指出，預(yù)先準(zhǔn)備的屑要粉碎到粒級(jí)50 70mm。屑不加熱，無(wú)論如何也不能用有去污力洗滌劑類(lèi)物品或粘結(jié)在一起的屑。在成形過(guò)程中大塊屑中的溫度難以大幅度升
尚ο試驗(yàn)結(jié)果表明，團(tuán)塊必須的單位能量由消耗的能量與團(tuán)塊質(zhì)量比，為了達(dá)到要求的密度指標(biāo)，單位能量平均為陽(yáng) 85kj/kg，其值與鈦合金的牌號(hào)和屑的狀況有關(guān)，在此條件下，單位壓力為450 550MPa。1.冶煉試驗(yàn)為了檢驗(yàn)鈦屑的質(zhì)量獲得沖擊方法和可行性，從標(biāo)準(zhǔn)鑄錠中取出鈦屑并在真空感應(yīng)電爐中冶煉試驗(yàn)，團(tuán)塊占總質(zhì)量50%。團(tuán)塊的原始材料由合金TC6(GB/T3620. 1-1994)鈦錠經(jīng)機(jī)械加工后提供，機(jī)械加工時(shí)沒(méi)有用液體潤(rùn)滑-冷卻劑。切屑被粉碎到粒度50 60mm，沒(méi)有加熱，沒(méi)有采用粘合劑。 成形鈦塊的平均質(zhì)量^g/塊，密度——3. 5 3. 8g/cm3。表1TC6鑄錠化學(xué)成分
權(quán)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(shè)置于底座上并通過(guò)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(gòu)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(nèi)設(shè)有與開(kāi)關(guān)相連的火花塞、空氣進(jìn)出氣口和天然氣進(jìn)氣口。
2.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)，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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(nèi)設(shè)有控制電路，該控制電路向燃燒室頂端火花塞、空氣進(jìn)出氣口和天然氣進(jìn)氣口發(fā)送啟動(dòng)關(guān)閉指令。
5.根據(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)，其熱處理硬度為36 40HRC。
6.根據(jù)權(quán)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(shè)有與開(kāi)關(guān)相連的傳感器，該傳感器采集鐵砧表面的受力信號(hào)作為每次沖擊過(guò)程的啟示結(jié)束控制。
7.一種根據(jù)上述任一權(quán)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(nèi)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(diǎn)燃天然氣和空氣混合物；2)啟動(dòng)火花塞，點(diǎn)燃燃燒室的混合氣體，瞬間推動(dòng)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(dòng)能使鈦金屬屑變形為鈦金屬坯料；鐵砧上的傳感器當(dāng)受到?jīng)_擊時(shí)采集受力信號(hào)并反饋至開(kāi)關(guān)，提示沖擊過(guò)程結(jié)束。
8.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求7所述的鈦屑回收工藝，其特征是，所述的沖擊次數(shù)為1-3次。
全文摘要
一種金屬回收技術(shù)領(lǐng)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(shè)置于底座上并通過(guò)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(gòu)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(nèi)設(shè)有與開(kāi)關(guān)相連的火花塞、空氣進(jìn)出氣口和天然氣進(jìn)氣口。本發(fā)明用于各種金屬屑用沖擊制成團(tuán)塊，包括實(shí)際上由各種批量鈦合金屑制成的團(tuán)塊的強(qiáng)度和密度得到大幅度提高。
文檔編號(hào)C22B1/248GK102206747SQ201110107479
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者張建明, 王勇強(qiáng) 申請(qǐng)人:寶雞市騰鑫鈦業(yè)有限公司