专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202510376959.3 | 申请日 | 2025-03-28 |
公开(公告)号 | CN119900744A | 公开(公告)日 | 2025-04-29 |
申请人 | 太原理工大学; | 申请人类型 | 学校 |
发明人 | 和东平; 高志辉; 杨豪; 刘元铭; 王涛; 黄庆学; | 第一发明人 | 和东平 |
权利人 | 太原理工大学 | 权利人类型 | 学校 |
当前权利人 | 太原理工大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
省份 | 当前专利权人所在省份:山西省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:山西省太原市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:山西省太原市万柏林区迎泽西大街79号 | 邮编 | 当前专利权人邮编:030000 |
主IPC国际分类 | F15B15/14 | 所有IPC国际分类 | F15B15/14 ; B32B15/01 ; B32B3/26 ; B32B1/08 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京知迪知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 陶晶晶; |
摘要 | 本 发明 公开一种液压作动器壳体及其制备方法,涉及金属材料制备技术领域,以解决现有液压作动器壳体抗压能 力 弱,减振降噪能力差的问题。液压作动器壳体包括 泡沫 金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯 法兰 以及泡沫金属夹芯端盖;泡沫金属夹芯复合管和泡沫金属夹芯法兰的一端相连,泡沫金属夹芯端盖与泡沫金属夹芯法兰的另一端相连;泡沫金属夹芯复合管包括由内至外依次设置的第一金属管层、第一泡沫金属层以及第二金属管层;第一金属管层、第一泡沫金属层以及第二金属管层之间的第一结合界面为 冶金 结合界面。本发明提供的液压作动器壳体用于提高液压作动器壳体的抗压能力、耐 腐蚀 能力以及减振降噪能力。 | ||
权利要求 | 1.一种液压作动器壳体,其特征在于,包括泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖; |
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说明书全文 | 一种液压作动器壳体及其制备方法技术领域[0001] 本发明涉及金属材料制备技术领域,尤其涉及一种液压作动器壳体及其制备方法。 背景技术[0002] 深海液压作动器作为深海作业及海洋探测的核心传动组件,不仅需要承受高压、高温、高湿等恶劣条件,还需应对海水腐蚀与机械振动的双重挑战。为了确保装备在深海高静水压下的生存能力,海洋装备壳体必须具备出色的抗压性能。同时,为了拓宽应用范围,这些壳体还需在力声电磁等复杂多物理场耦合作用下具备多种功能。 [0003] 双金属复合材料和双金属复合板通过结合两种不同金属元素的优点,具有轻质高强、耐腐蚀、抗疲劳、抗冲击等独特性能,在航空航天、船舶制造、石油化工等领域得到了广泛应用。然而,其高密度、高刚性和坚固的物理特性导致声波在接触其表面时更倾向于反射而非吸收,特别是在高频声波的吸收方面存在困难。此外,复合结构内部的多层界面还可能导致声波发生复杂的反射和折射,进一步削弱了其吸声性能。 [0004] 泡沫金属则凭借其独特的孔隙结构,在轻质、高强度、吸能减振、良好导热和卓越声学性能等方面展现出了显著优势。特别是在声学领域,泡沫金属的高效隔音与吸声效果使其成为吸声材料领域的新星。然而,泡沫金属较低的强度限制了其承载能力和吸能特性。因此,通常采用泡沫金属填充薄壁结构的方式来提高整体结构的稳定性、高强度和缓冲减振能力。然而,目前泡沫金属复合材料主要以机械结合为主,难以满足高强度、高稳定性和高耐腐蚀性的高标准要求。 [0005] 因此,亟需一种液压作动器壳体及其制备方法。 发明内容[0006] 本发明的目的在于提供一种液压作动器壳体及其制备方法,用于提高液压作动器壳体在深海作业及海洋探测过程中的抗压能力、耐腐蚀能力以及减振降噪能力。 [0007] 为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:第一方面,本发明提供一种液压作动器壳体,包括泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属 夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖; 所述泡沫金属夹芯复合管和所述泡沫金属夹芯法兰的一端相连,所述泡沫金属夹 芯端盖与所述泡沫金属夹芯法兰的另一端相连; 所述泡沫金属夹芯复合管包括由内至外依次设置的第一金属管层、第一泡沫金属 层以及第二金属管层;所述第一金属管层、第一泡沫金属层以及第二金属管层之间的第一结合界面为冶金结合界面。 [0008] 可选的,所述泡沫金属夹芯法兰为环形圆柱体结构,所述泡沫金属夹芯端盖为圆柱体结构,所述泡沫金属夹芯法兰的外径与所述泡沫金属夹芯端盖的直径相同,所述泡沫金属夹芯法兰的圆环面上沿圆周方向均匀设置有多个第一通孔,所述泡沫金属夹芯端盖的圆形面上设置有与所述第一通孔一一对应的多个第二通孔。 [0009] 可选的,所述泡沫金属夹芯端盖和所述泡沫金属夹芯法兰是由泡沫金属夹芯复合板切割得到的,所述泡沫金属夹芯复合板由上至下依次包括第一波纹金属层、第二泡沫金属层以及第二波纹金属层,所述第一波纹金属层、第二波纹金属层以及第二泡沫金属层之间的结合界面为冶金结合的第二结合界面,所述第二结合界面为波纹界面。 [0010] 与现有技术相比,本发明提供的一种液压作动器壳体,包括泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖;泡沫金属夹芯复合管包括由内至外依次设置的第一金属管层、第一泡沫金属层以及第二金属管层;第一金属管层、第一泡沫金属层以及第二金属管层之间的第一结合界面为冶金结合界面;本方案中的泡沫金属夹芯复合管为泡沫金属夹芯材料且各结构的结合界面为冶金结合界面,该泡沫金属夹芯复合管材料具有高强度、高稳定性、高耐腐蚀性,且具备优异的吸声减振性能,由此材料制备得到的液压作动器壳体不仅具备轻质高强和优异的吸声减振性能,还能在深海高压、低温、高盐等极端环境中保持卓越的性能,从而满足深海液压作动器对高性能功能壳体材料的迫切需求。 [0011] 第二方面,本发明提供一种液压作动器壳体的制备方法,用于制备所述液压作动器壳体,方法包括:提供一管坯复合坯;所述管坯复合坯由内至外包括第一金属管层、环形预制发泡 坯以及第二金属管层; 将所述管坯复合坯加热至目标温度,并通过对所述管坯复合坯挤压成形,成形过 程中使所述管坯复合坯各结构之间的第一接触界面的温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述环形预制发泡坯的熔点温度,所述第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯;所述目标温度小于所述熔点温度; 将所述目标复合管坯置于加热炉中,使所述目标复合管坯的中间层发泡形成第一 泡沫金属层,得到泡沫金属夹芯复合管; 将所述泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装 形成液压作动器壳体。 [0012] 可选的,所述目标温度包括第一目标温度和第二目标温度;所述将所述管坯复合坯加热至目标温度,并通过对所述管坯复合坯挤压成形,成形过程中使所述管坯复合坯各结构之间的第一接触界面的温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述环形预制发泡坯的熔点温度,所述第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯包括:将所述管坯复合坯放入挤压内模和挤压外模形成的第一环形内腔内; 通过挤压机固定所述挤压外模,启动设置在挤压内模的第一感应加热线圈将所述 第一金属管层加热至第一目标温度;启动设置在挤压外模的第二感应加热线圈将所述第二金属管层加热至第二目标温度; 通过压头推动所述挤压内模的一端沿所述管坯复合坯的轴向运动,使所述管坯复 合坯从所述第一环形内腔的挤出端挤出成形,且所述第一接触界面在挤压过程中温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述熔点温度,所述第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯,所述挤出端用于对所述管坯复合坯施加径向压力。 [0013] 可选的,所述将所述泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装形成液压作动器壳体之前还包括:制备泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖; 所述制备泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖包括: 提供一复合板坯;所述复合板坯由上至下依次包括第一波纹金属层、方形预制发 泡坯以及第二波纹金属层;所述第一波纹金属层和所述第二波纹金属层为单面为波纹界面的波纹金属板; 对所述复合板坯进行加热,将所述第一波纹金属层加热至第一目标温度,将所述 第二波纹金属层加热至第二目标温度,得到异温复合板坯; 对所述异温复合板坯进行轧制处理,使第一波纹金属层、方形预制发泡坯层以及 第二波纹金属层结合紧密,且变形过程中所述异温复合板坯各结构之间的第二接触界面的温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述熔点温度,所述第二接触界面重熔形成冶金结合的第二结合界面,得到目标复合板; 将所述目标复合板置于温度为第三目标温度的加热炉中保温预设时间,使所述目 标复合板的中间层发泡形成第二泡沫金属层,得到泡沫金属夹芯复合板; 按照预设尺寸对所述泡沫金属夹芯复合板进行切割,得到两个泡沫金属夹芯法兰 和两个泡沫金属夹芯端盖。 [0014] 可选的,所述提供一复合板坯之前还包括:制备复合板坯; 所述制备复合板坯包括: 提供两个金属板; 将第二发泡粉末放入方形模具,并对所述第二发泡粉末进行压制,得到方形预制 发泡坯; 采用波平轧机对两个所述金属板进行轧制,得到第一波纹金属层和第二波纹金属 层;所述波平轧机的上辊为波纹辊,下辊为平辊; 将所述方形预制发泡坯放置到所述第一波纹金属层和所述第二波纹金属层之间 进行组坯,得到复合板坯。 [0015] 可选的,所述泡沫金属夹芯复合管是通过挤压工装制备得到的,所述挤压工装包括:挤压内模,所述挤压内模包括T型结构的内模缸体,所述内模缸体包括头部和尾 部,所述尾部设置有圆柱体内腔,所述圆柱体内腔中设置有第一感应加热线圈,所述第一感应加热线圈和所述圆柱体内腔之间设置有内模绝缘垫,所述圆柱体内腔远离所述头部的一端设置有内模端盖,所述内模端盖通过内模紧固螺钉与所述内模缸体相连,所述内模端盖用于使所述圆柱体内腔形成封闭空间; 挤压外模,所述挤压外模内设置有第二感应加热线圈,所述挤压外模的内壁包括 大径段、斜坡段和小径段,所述大径段和所述小径段之间通过所述斜坡段过渡连接,所述挤压外模的大径段与所述内模缸体的头部配合套接,在所述挤压外模的内壁与所述挤压内模的尾部之间形成第一环形内腔,所述第一环形内腔中靠近所述小径段的一端为挤出端; 挤压机,用于夹持和固定所述挤压外模的外壁; 压头,用于推动所述挤压内模使所述管坯复合坯沿轴向运动,并从所述第一环形 内腔的挤出端挤压成形。 [0016] 可选的,所述挤压外模的主体为外模缸体,所述大径段的内壁与外壁之间设置有第二环形内腔,所述第二环形内腔内设置有第二感应加热线圈,所述第二感应加热线圈与所述第二环形内腔通过外模绝缘垫隔开,所述第二环形内腔远离小径段的一端设置有外模端盖,所述外模端盖与所述外模缸体相连使所述第二环形内腔形成封闭空间。 [0017] 可选的,所述提供一管坯复合坯之前还包括:制备管坯复合坯; 所述制备管坯复合坯包括: 将金属粉末、增黏剂和发泡剂粉末按预设比例混合得到发泡粉末;所述发泡粉末 包括第一发泡粉末和第二发泡粉末; 将第一发泡粉末倒入由管坯成形外模和管坯成形内模组成第三环形内腔中,启动 管坯套装模具的第一震荡底座,使用环形压头将所述发泡粉末在所述第一震荡底座震荡过程中压制成环形预制发泡坯; 将所述环形预制发泡坯放置在所述管坯复合坯的第一金属管层和第二金属管层 之间的间隙中,得到管坯复合坯。 [0018] 与现有技术相比,本发明提供的一种液压作动器壳体的制备方法通过将管坯复合坯加热至目标温度,并通过对管坯复合坯挤压成形,同时挤压复合变形作用下的变形热使管坯复合坯各结构之间的第一接触界面的温度升高至预设温度,预设温度大于或等于环形预制发泡坯的熔点温度,第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯,由于第一接触界面的温度是靠变形热的作用下达到的预设温度,因此温度升高的不会特别多,可以实现第一接触界面的温度达到熔点温度而未达到管坯复合坯中间层的发泡温度,管坯复合坯的中间层在挤压复合的过程中不会发泡,因此在挤压的作用下管坯复合坯各结构之间结合更加紧密;之后再将目标复合管坯置于加热炉中,令目标复合管坯的中间层发泡,从而得到泡沫金属夹芯复合管。再将泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装得到液压作动器壳体。本方法通过在挤压过程中使管坯复合坯的第一接触界面重熔形成冶金结合,同时避免管坯复合坯的中间层的发泡坯料提前发泡,对发泡过程实现了精准控制,有效解决了现有难以实现泡沫金属与基体金属之间的紧密冶金结合的问题。通过本方法制备的泡沫金属夹芯复合管材料具有高强度、高稳定性、高耐腐蚀性,且具备优异的吸声减振性能,基于该材料制备得到的液压作动器壳体不仅具备轻质高强和优异的吸声减振性能,还能在深海高压、低温、高盐等极端环境中保持卓越的性能,从而满足深海液压作动器对高性能功能壳体材料的迫切需求。附图说明 [0019] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:图1为本发明提供的一种液压作动器壳体的结构示意图; 图2为本发明提供的泡沫金属夹芯复合管的俯视图; 图3为本发明提供的泡沫金属夹芯复合板的结构示意图; 图4为本发明提供的泡沫金属夹芯法兰的俯视图; 图5为本发明提供的泡沫金属夹芯法兰的剖面图; 图6为本发明提供的泡沫金属夹芯端盖的俯视图; 图7为本发明提供的泡沫金属夹芯端盖的剖面图; 图8为本发明提供一种液压作动器壳体的制备方法的流程图; 图9为本发明提供的管坯复合坯的结构示意图; 图10为本发明提供的环形预制发泡坯成形示意图; 图11为本发明提供的挤压内模的剖面示意图; 图12为本发明提供的挤压外模的剖面示意图; 图13为本发明提供的目标复合管坯的挤压成形示意图; 图14为本发明提供的方形预制发泡坯层制备示意图; 图15为本发明提供的波纹金属板轧制过程示意图; 图16为本发明提供的泡沫金属夹芯复合板感应加热装置的结构示意图; 图17为本发明提供的复合板坯轧制成形示意图。 [0020] 附图标记:1‑泡沫金属夹芯复合管,11‑第一金属管层,12‑第一泡沫金属层,13‑第二金属管层,14‑环形预制发泡坯,2‑泡沫金属夹芯法兰,21‑第一通孔,3‑泡沫金属夹芯端盖,31‑第二通孔,4‑泡沫金属夹芯复合板,41‑第一波纹金属层,42‑第二泡沫金属层,43‑第二波纹金属层,101‑管坯成形内模,102‑管坯成形外模,103‑第一震荡底座,104环形压头,5‑挤压内模,51‑内模缸体,52‑内模圆形绝缘垫片,53‑第一感应加热线圈,54‑内模端盖,55‑内模条形绝缘胶垫,56‑内模紧固螺钉,6‑挤压外模,61‑外模缸体,62‑第二感应加热线圈,63‑外模端盖,64‑外模紧固螺钉,65‑外模条形绝缘胶垫,66‑外模环形绝缘垫片,7‑挤压机,8‑压头, 9‑石墨垫片,10‑目标复合管坯,141‑方形压头,142‑方形模具,143‑第二震荡底座,144‑方形预制发泡坯,161‑第三感应加热线圈,162‑第四感应加热线圈。 具体实施方式[0021] 为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。 [0022] 需要说明的是,当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。 [0023] 此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。 [0024] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。 [0025] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0026] 随着陆上和沿海资源的日益枯竭,全球海洋强国纷纷将发展重心从近海转向深海领域。深海装备的快速进步使得大规模开发利用深海资源成为可能。然而,深海的高压、低温、高盐等极端环境对海洋装备的壳体设计提出了严峻挑战。现有通常采用以机械结合为主的泡沫金属夹芯材料制备深海液压制动器壳体,难以满足高强度、高稳定性和高耐腐蚀性的要求。 [0027] 为解决上述问题,本发明提供一种液压作动器壳体及其制备方法,接下来结合附图进行说明。 [0028] 参见图1,本发明提供的一种液压作动器壳体包括泡沫金属夹芯复合管1、泡沫金属夹芯法兰2以及泡沫金属夹芯端盖3;泡沫金属夹芯复合管1和泡沫金属夹芯法兰2的一端相连,泡沫金属夹芯端盖3与 泡沫金属夹芯法兰2的另一端相连; 参见图2,泡沫金属夹芯复合管包括由内至外依次设置的第一金属管层11、第一泡 沫金属层12以及第二金属管层13;第一金属管层11、第一泡沫金属层12以及第二金属管层 13之间的第一结合界面为冶金结合界面。 [0029] 其中,泡沫金属夹芯法兰2的各结构之间的结合界面为冶金结合界面,泡沫金属夹芯端盖3的各结构之间的结合界面为冶金结合界面。 [0030] 第一结合界面是第一接触界面在挤压作用下温度升高置预设温度后,界面重熔形成的,第一接触界面是管坯复合坯各结构之间的接触界面。 [0031] 上述结构中的第一金属管层11和第二金属管层13的材料均可以为无缝金属管。 [0032] 通过上述结构可知,本发明提供的液压作动器壳体由泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰、泡沫金属夹芯端盖组成,可以有效满足减振吸声的性能需求,同时可以根据不同需求选用多种外层包覆金属,钛/不锈钢,钛/铝、钛/铜等多种泡沫金属夹芯复合管、法兰和端盖,泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰、泡沫金属夹芯端盖均为泡沫金属夹芯材料且各结构的结合界面为冶金结合界面,泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖等材料具有高强度、高稳定性、高耐腐蚀性,且具备优异的吸声减振性能,由这些材料制备得到的液压作动器壳体不仅具备轻质高强和优异的吸声减振性能,还能在深海高压、低温、高盐等极端环境中保持卓越的性能,从而满足深海液压作动器对高性能功能壳体材料的迫切需求。 [0033] 参见图3,上述结构中的泡沫金属夹芯法兰2和泡沫金属夹芯端盖3是由泡沫金属夹芯复合板4切割得到的,如图3所示,泡沫金属夹芯复合板4由上至下依次包括第一波纹金属层41、第二泡沫金属层42以及第二波纹金属层43,第一波纹金属层41与第二泡沫金属层42之间的结合界面以及第二波纹金属层43与第二泡沫金属层42之间的结合界面统称为第二结合界面,第二结合界面为冶金结合界面,第二结合界面为波纹界面。第一波纹金属层的材料与第一金属管层的材料相同,第二波纹金属层的材料与第二金属管层的材料相同。 [0034] 参见图4至图7,上述结构中的泡沫金属夹芯法兰2为环形圆柱体结构,泡沫金属夹芯端盖3为圆柱体结构,泡沫金属夹芯法兰2的外径与泡沫金属夹芯端盖3的直径相同,泡沫金属夹芯法兰2的内径与泡沫金属夹芯复合管1的内径相同,泡沫金属夹芯法兰2的圆环面上沿圆周方向均匀设置有多个第一通孔21,泡沫金属夹芯端盖3的圆形面上设置有与第一通孔21一一对应的多个第二通孔31。 [0035] 结合图1,组成液压作动器壳体的泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖的数量均为2个,一个泡沫金属夹芯法兰与泡沫金属夹芯复合管的一端焊接连接,另一个泡沫金属夹芯法兰与泡沫金属夹芯复合管的另一端通过焊接连接,泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖之间通过螺栓紧固连接,螺栓穿过第一通孔和第二通孔。 [0037] 泡沫金属具有高效隔音与吸声效果,但是泡沫金属的强度较低,限制了其承载能力和吸能特性,现有通常采用对泡沫金属填加薄壁结构的方式来提高整体结构的稳定性、强度和缓冲减振能力,然而各结构之间仅为机械结合,得到的泡沫金属夹芯复合材料不能满足深海极端环境下的高强度、高稳定性以及高耐腐蚀性的高标准要求;而且现有的泡沫金属复合材料的制备难以实现泡沫金属与基体金属之间的紧密冶金结合。 [0038] 为解决该技术问题,本发明还提供一种液压作动器壳体的制备方法,用于制备上述液压作动器壳体,如图8所示,一种液压作动器壳体的制备方法包括以下步骤:步骤S1:提供一管坯复合坯; 如图9所示,管坯复合坯由内至外依次包括第一金属管层11,环形预制发泡坯14以 及第二金属管层13。 [0039] 第一金属管层和第二金属管层为两种不同的高强耐蚀的无缝金属管。 [0040] 步骤S2:将所述管坯复合坯加热至目标温度,并通过对所述管坯复合坯挤压成形,使所述管坯复合坯各结构之间的第一接触界面的温度在成形过程中升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述环形预制发泡坯的熔点温度,所述第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯;熔点温度为环形预制发泡坯的熔点温度,目标温度小于熔点温度; 步骤S2之间还包括根据公式(1)计算目标温度,如公式(1)所示: (1) 其中,为目标温度, 为环形预制发泡坯的熔点温度,为第一金属管层的密度 或第二金属管层的密度, 为第一金属管层的比热容或第二金属管层的比热容。 [0041] 当第一金属管层和第二金属管层的材料不同时,加热的温度不同,根据第一金属管层的密度和比热容计算得到的目标温度为第一目标温度,根据第二金属管层的密度和比热容计算得到的目标温度为第二目标温度;第一目标温度和第二目标温度均小于熔点温度。 [0042] 步骤S3:将所述目标复合管坯置于加热炉中,使所述目标复合管坯的中间层发泡形成第一泡沫金属层,得到泡沫金属夹芯复合管;具体的,将目标复合管坯置于温度为第三目标温度的加热炉中保温一定时间,加 热过程中发泡剂分解产生气泡,目标复合管坯中间层的环形预制发泡坯形成第二金属泡沫层,保温完成后获得具有冶金结合界面的泡沫金属夹芯复合管。第三目标温度大于或等于环形预制发泡坯的发泡温度。 [0043] 步骤S4:将所述泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装形成液压作动器壳体。 [0044] 需要说明的是,泡沫金属夹芯复合管是由管坯复合坯经过加热、挤压、保温发泡等步骤制备得到的。 [0045] 本发明提供的一种液压作动器壳体的制备方法中由于第一接触界面的温度是靠变形热的作用下达到的预设温度,因此温度升高的不会特别多,可以实现第一接触界面的温度达到熔点温度而未达到管坯复合坯的环形预制发泡坯的发泡温度,管坯复合坯的中间层在挤压复合的过程中不会发泡,因此在挤压的作用下管坯复合坯各结构之间结合更加紧密;之后再将目标复合管坯置于加热炉中,令目标复合管坯的中间层发泡,从而得到泡沫金属夹芯复合管。再将泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装得到液压作动器壳体。本方法通过在挤压过程中使管坯复合坯的第一接触界面重熔形成冶金结合,同时避免管坯复合坯的中间层的环形预制发泡坯提前发泡,对发泡过程实现了精准控制,有效解决了现有难以实现泡沫金属与基体金属之间的紧密冶金结合的问题。通过本方法制备的泡沫金属夹芯复合管材料,其内层和外层是两种高耐强腐蚀的无缝金属管,芯层为泡沫金属填充。此泡沫金属夹芯复合管具有高强度、高稳定性、高耐腐蚀性,且具备优异的吸声减振性能,基于该材料制备得到的液压作动器壳体不仅具备轻质高强和优异的吸声减振性能,还能在深海高压、低温、高盐等极端环境中保持卓越的性能,从而满足深海液压作动器对高性能功能壳体材料的迫切需求。 [0046] 基于上述方法,本发明还提供一些具体的实施方式,接下来进行详细说明。 [0047] 作为一种可选的方式,所述提供一管坯复合坯之前还包括:通过管坯套装模具制备管坯复合坯; 参见图10,上述管坯套装模具包括管坯成形内模101,管坯成形外模102,环形压头 104,第一震荡底座103,管坯成形内模101为圆柱体结构,管坯成形外模102套设在管坯成形内模101的外表面,管坯成形内模101和管坯成形外模102之间形成有第三环形内腔,管坯成形内模101的下表面以及管坯成形外模102的下表面与第一震荡底座103的上表面相连,环形压头104包括头部和尾部,环形压头104的头部可以为上下表面为圆形的金属板,环形压头104的尾部为环形圆柱体,环形压头104的尾部与第三环形内腔配合套接。制备管坯复合坯包括以下步骤: 将金属粉末、增黏剂和发泡剂粉末按预设比例混合得到发泡粉末; 由于制备泡沫金属夹芯复合管的第一发泡金属层以及泡沫金属夹芯板的第二发 泡金属层采用的发泡粉末的材料相同,因此将发泡粉末分为第一发泡粉末和第二发泡粉末; 将第一发泡粉末倒入由管坯成形外模102和管坯成形内模101形成的第三环形内 腔中,启动第一震荡底座103,使用环形压头104将发泡粉末在第一震荡底座103震荡过程中压制成环形预制发泡坯14; 将所述环形预制发泡坯14放置在所述管坯复合坯的第一金属管层11和第二金属 管层13之间的间隙中,得到管坯复合坯。 [0048] 作为一种可选的方式,上述步骤S2中的第一金属管层和第二金属管层的材料不同时,目标温度包括第一目标温度和第二目标温度;步骤S2中的目标复合管坯可以采用挤压工装进行制备,先将管坯复合坯放入到挤压内模和挤压外模之间的第一环形内腔中,将管坯复合坯的第一金属管层加热到第一目标温度,将管坯复合坯的第二金属管层加热到第二目标温度,然后推动挤压内模的一端带动管坯复合坯从第一环形内腔的挤出端挤压成形,使管坯复合坯各结构之间的第一接触界面的温度升高至预设温度,预设温度大于或等于熔点温度,第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯。 [0049] 参见图11‑图13,上述步骤中采用的挤压工装包括:挤压内模5,如图11所示,挤压内模5包括T型结构的内模缸体51,内模缸体51包括 头部和尾部,尾部设置有圆柱体内腔,圆柱体内腔中设置有第一感应加热线圈53,第一感应加热线圈53和圆柱体内腔之间设置有内模绝缘垫,内模绝缘垫包括内模圆形绝缘垫片52和内模条形绝缘胶垫55,内模圆形绝缘垫片52和内模条形绝缘胶垫55将第一感应加热线圈与内模缸体内表面隔开避免接触导电;圆柱体内腔远离内模缸体头部的一端设置有内模端盖 54,内模端盖54通过内模紧固螺钉56与内模缸体51相连,内模端盖54用于使圆柱体内腔形成封闭空间; 挤压外模6,挤压外模6内设置有第二感应加热线圈62,挤压外模6的内壁包括大径 段、斜坡段和小径段,大径段和小径段之间通过斜坡段过渡连接,如图13所示,挤压外模6的大径段与内模缸体头部配合套接,在挤压外模6的内壁与挤压内模尾部之间形成第一环形内腔,第一环形内腔中靠近小径段的一端为挤出端; 如图12所示,上述结构中的挤压外模6的主体为外模缸体61,外膜缸体大径段的内 壁与外膜缸体外壁之间设置有第二环形内腔,第二环形内腔内设置有第二感应加热线圈 62,第二感应加热线圈62与第二环形内腔之间通过外模绝缘垫隔开,外模绝缘垫包括外模条形绝缘胶垫65和外模环形绝缘垫片66,第二环形内腔远离小径段的一端设置有外模端盖 63,外模端盖63与外模缸体61通过外模紧固螺钉64相连使第二环形内腔形成封闭空间。 [0050] 挤压机7,用于夹持和固定挤压外模6的外壁;压头8,用于推动挤压内模5使管坯复合坯沿轴向运动,并从第一环形内腔的挤出 端挤压成形。压头8与挤压内模5之间设置有石墨垫片9。 [0051] 具体的,步骤S2可以基于以下步骤实现:步骤S21:将所述管坯复合坯放入挤压内模和挤压外模形成的第一环形内腔内; 步骤S22:通过挤压机7固定挤压外模6,启动设置在挤压内模5的第一感应加热线 圈53将管坯复合坯的第一金属管层加热至第一目标温度;启动设置在挤压外模6的第二感应加热线圈62将管坯复合坯的第二金属管层加热至第二目标温度; 设置的不同的第一目标温度和第二目标温度小于且接近环形预制发泡坯的熔点 温度。 [0052] 步骤S23:通过压头推动所述挤压内模的一端沿所述管坯复合坯的轴向运动,使所述管坯复合坯从所述第一环形内腔的挤出端挤出成形,且所述第一接触界面在挤压过程中温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于所述熔点温度,所述第一接触界面重熔形成冶金结合的第一结合界面,得到目标复合管坯,所述挤出端用于对所述管坯复合坯施加径向压力。 [0053] 上述方法采用挤压工装进行目标复合管坯的制备,挤压工装采用独立的感应加热线圈同时对不同的金属管层进行感应加热,实现了温度精确控制,保证了高温下的第一金属管层的材料和第二金属管层的材料与常温下的环形预制发泡坯的变形抗力相近,有效避免加热的过程中待复合的第一接触面氧化,同时实现了协调变形,极大的提高了目标复合管坯制备的成功率和稳定性,其中挤压管坯复合坯时可根据挤压速度调节电磁感应频率,实现了精准在线控温,进一步提高生产效率和稳定性。另外挤压工装通过电磁控温和挤压间隙配合实现目标复合管坯的制备,使得目标复合管坯具有冶金结合界面,有效解决了间隙配合套管的管坯复合坯成形难的问题。 [0054] 作为一种可选的方式,所述将所述泡沫金属夹芯复合管、泡沫金属夹芯法兰以及泡沫金属夹芯端盖进行组装形成液压作动器壳体之前还包括:制备泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖; 所述制备泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖包括以下步骤: 步骤S31:提供一复合板坯;所述复合板坯由上至下依次包括第一波纹金属层、方 形预制发泡坯层以及第二波纹金属层;所述第一波纹金属层和所述第二波纹金属层为单面为波纹界面的波纹金属板;第一波纹金属层与第一金属管层的材料相同,第二波纹金属层与第二金属管层的材料相同; 参见图14‑图16,制备复合板坯的步骤为: 提供两个金属板; 如图14所示,将第二发泡粉末放入方形模具142形成的方形内腔中,启动第二震荡 底座143,通过方形压头141对所述第二发泡粉末进行压制,第二发泡粉末在第二震荡底座持续振动以及方形压头挤压的作用下形成方形预制发泡坯144; 采用波平轧机对两个所述金属板进行轧制,得到第一波纹金属层和第二波纹金属 层;如图15所示,波平轧机的上辊为波纹辊,下辊为平辊;第一波纹金属层和第二波纹金属层为单面为波纹界面的波纹金属层; 将方形预制发泡坯放置到第一波纹金属层和所述第二波纹金属层之间进行组坯, 得到复合板坯。方形预制发泡坯与两个波纹金属层的波纹界面接触,复合板坯为三明治结构。 [0055] 步骤S32:采用泡沫金属夹芯复合板感应加热装置对复合板坯进行加热,如图16所示,采用设置在顶部的第三感应加热线圈161将所述第一波纹金属层加热至第一目标温度,采用设置在底部的第四感应加热线圈162将所述第二波纹金属层加热至第二目标温度,得到异温复合板坯;步骤S33:如图17所示,对所述异温复合板坯进行轧制处理,使第一波纹金属层、方 形预制发泡坯以及第二波纹金属层结合紧密,且所述异温复合板坯各结构之间的第二接触界面的温度升高至预设温度,所述预设温度大于或等于熔点温度,第二接触界面重熔形成冶金结合的第二结合界面,得到目标复合板;方形预制发泡坯与环形预制发泡坯的材料相同,熔点相同,发泡温度相同。 [0056] 将所述目标复合板置于温度为第三目标温度的加热炉中保温预设时间,使目标复合板中间层的方形预制发泡坯发泡形成第二泡沫金属层,得到泡沫金属夹芯复合板;第三目标温度大于或等于发泡温度;上述步骤S32和步骤S33采用单独的感应加热线圈对复合板坯的第一波纹金属层 和第二波纹金属层加热到不同的温度,实现了轧制复合前温度的精确控制,保证了高温下的第一波纹金属层、第二波纹金属层与常温下的方形预制发泡坯变形抗力接近,有效避免加热使待复合表面氧化,实现协调变形,极大的提高了泡沫金属夹芯复合板制备的成功率和稳定性。通过上述步骤制备的泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖的表层为两种高强耐腐蚀的金属板材,芯层为泡沫金属填充,具有高强度、高稳定性、高耐腐蚀性,且具备优异的吸声减振性能。 [0057] 按照预设尺寸对所述泡沫金属夹芯复合板进行切割,得到两个泡沫金属夹芯法兰和两个泡沫金属夹芯端盖。 [0058] 接下来以举例的方式对本发明提供的一种液压作动器壳体的制备方法进行详细说明。 [0059] 一种面向深海液压作动器用TA1/304泡沫铝夹芯壳体由TA1/304泡沫金属夹芯复合管、TA1/304泡沫金属夹芯法兰以及TA1/304泡沫金属夹芯端盖组成,TA1/304泡沫金属夹芯复合管和TA1/304泡沫金属夹芯法兰焊接连接,TA1/304泡沫金属夹芯法兰和TA1/304泡沫金属夹芯端盖通过螺栓和密封胶垫连接,其制备方法由两部分组成:第一部分为TA1/304泡沫金属夹芯复合管的制备方法,泡沫金属夹芯复合管的第 一金属层的材料为TA1无缝管,第二金属层的材料为304不锈钢无缝管,方法包括以下步骤: 步骤11:发泡粉末制备:选用金属Ca作为增粘剂、钛金属氢化物为发泡剂粉末,对 发泡剂粉末进行预氧化处理,以推迟其在加热发泡过程中的分解速度,将铝合金粉末、增粘剂和发泡剂粉末按95%、3%、2%的质量百分比混合得到发泡粉末,然后将发泡粉末倒入管坯成形外模和管坯成形内模形成的第三环形内腔中,使用环形压头压制成尺寸外径为178mm,壁厚为18mm,长度为500mm的环形预制发泡坯,压制过程中第一震荡底座持续工作保证获得紧实的泡沫铝环形预制发泡坯; 步骤12:组坯:选用外径为200mm,壁厚为10mm,长度为500mm的TAI无缝管和外径为 140mm,壁厚为10mm,长度为500mm的304不锈钢无缝管,使用酒精清洗去除油污,然后对TA1无缝管的内表面和304不锈钢无缝管的外表面进行打磨处理,按TA1无缝管、环形预制发泡坯、304不锈钢无缝管的顺序间隙套装组坯,得到TA1/304泡沫铝夹芯管坯复合坯; 步骤13:根据公式(1)计算第一目标温度和第二目标温度,其中,TA1/304泡沫铝夹 芯管坯复合坯中TA1无缝管的密度为4.51g/cm3,比热容为0.526J/g,TA1/304泡沫铝夹芯管坯复合坯中304不锈钢无缝管的密度为7.93g/cm3,比热容分别为0.5J/g,环形预制发泡坯的熔点温度为660℃,将这些数据代入公式(1)中可得TA1无缝管的第一目标温度为550℃, 304不锈钢无缝管的第二目标温度为600℃。 [0060] 步骤13:电磁控温挤压复合:将TA1/304管坯复合坯套入外径为110mm的挤压内模,并把挤压内模和管坯复合坯一同送入挤压外模的未变形区,然后启动设置在挤压内模和挤压外模内的感应加热线圈,将TA1无缝管和304不锈钢无缝管分别加热至550℃和600℃,关闭感应加热线圈,同时启动挤压机,压头推动挤压内模带动管坯复合坯穿过成形区内径为170mm的挤压外模,从挤压模型中挤出无缝金属复合管坯;在开始进行挤压复合前,TA1无缝管和304不锈钢无缝管分别加热至550℃和600℃温度,温度均低于预制发泡坯料熔点温度 660℃,感应加热完成后管坯复合坯中间层的环形预制发泡坯的温度低于无缝管温度,由于钛具有较低的热导率和较高的热膨胀系数,导致在塑性变形过程中更容易吸收热量并迅速升温,相同条件下钛通常会比不锈钢更快地升温,所以TA1无缝管设置比304不锈钢无缝管更高的开始温度,在挤压复合变形作用下变形热导致TA1无缝管和304不锈钢无缝管与环形预制发泡坯的接触界面温度升高超过环形预制发泡坯熔点温度,实现界面重熔形成冶金结合,但环形预制发泡坯并未达到发泡温度550℃而不会发生预先发泡; 步骤14保温发泡成形:将步骤13制备得到的目标复合管坯置于温度为550℃的加 热炉中保温3min,加热过程中环形预制发泡坯分解产生气泡,中间层的预制发泡坯料形成泡沫金属铝,保温发泡完成后切除端部,获得具有界面冶金结合的TA1/304泡沫铝夹芯复合管; 第二部分为一种TA1/304泡沫铝夹芯法兰和TA1/304泡沫铝夹芯端盖的制备方法, 其包括以下步骤: 步骤21:预制发泡坯料制备:选用金属Ca作为增黏剂,钛金属氢化物为发泡剂粉 末,对发泡剂粉末进行预氧化处理,以推迟其在加热发泡过程中的分解速度,将铝合金粉末、增黏剂和发泡剂粉末按95%、3%、2%的质量百分比混合得到发泡粉末,然后使用方形模具对发泡粉末进行压制得到尺寸为250mm*250mm*10mm的泡沫铝方形预制发泡坯; 步骤22:预制波纹金属板:使用上辊为波纹辊下辊为平辊的波平轧机轧制尺寸为 250*250mm*5mm的TA1钛板和304不锈钢板,得到两块单面为波纹界面的TA1钛板和304不锈钢板; 步骤23:打磨组坯:使用钢丝刷对TA1钛板和304不锈钢板的波纹界面进行打磨处 理,去除波纹界面氧化物后,按TA1钛板、泡沫铝方形预制发泡坯、304不锈钢板的顺序堆叠组坯获得TA1/304泡沫铝夹芯板复合坯,组坯时保证波纹界面与泡沫铝方形预制发泡坯接触; 步骤24:复合坯料电磁感应加热:将TA1/304泡沫铝夹芯板复合坯放入感应加热装 置中,开启顶部和底部感应加热线圈,将TA1钛板和304不锈钢板分别加热至目标温度550℃和600℃,目标温度均低于方形预制发泡坯熔点温度660℃,由于钛具有较低的热导率和较高的热膨胀系数,导致在轧制过程中更容易吸收热量并迅速升温,相同条件下钛通常会比不锈钢更快地升温,所以TA1钛板比304不锈钢板加热的温度高; 步骤25:轧制复合:将加热完成的TA1/304泡沫铝夹芯板复合坯送入二辊平轧机中 进行轧制复合,冷却后最终得到复合金属板坯,在轧制变形作用下变形热导致TA1钛板和 304不锈钢板与方形预制发泡坯的接触界面温度升高超过方形预制发泡坯熔点温度,实现界面重熔形成冶金结合,但方形预制发泡坯并未达到发泡温度550℃而不会发生预先发泡; 步骤26:保温发泡成形:将复合金属板坯置于温度为550℃的加热炉中保温3min, 加热过程中方形预制发泡坯分解产生气泡,中间层的方形预制发泡坯形成泡沫金属铝,保温发泡完成后得到泡沫铝夹芯复合板,其第一波纹金属层的材料为TA1,第二波纹金属层的材料为304不锈钢。对泡沫铝夹芯复合板切割加工,获得具有波纹冶金结合界面的TA1/304泡沫铝夹芯法兰和TA1/304泡沫铝夹芯端盖,泡沫金属夹芯法兰的外径为240mm,内径为 100mm,厚度为15mm,泡沫金属夹芯端盖的直径为240mm,厚度为15mm,泡沫金属夹芯法兰和泡沫金属夹芯端盖直径为230mm的圆周上加工了6个直径为8mm的通孔,螺栓穿过通孔紧固连接。 [0061] 最后,清洗制备好的TA1/304泡沫铝夹芯复合管、TA1/304泡沫铝夹芯法兰和TA1/304泡沫铝夹芯端盖,然后将TA1/304泡沫铝夹芯法兰焊接在TA1/304泡沫铝夹芯复合管两端,采用螺栓连接TA1/304泡沫铝夹芯法兰和TA1/304泡沫铝夹芯端盖进行密封,获得所需的TA1/304泡沫铝夹芯壳体。 [0062] 在上述实施方式的描述中,具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 |