CN101905241A - 铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置 - Google Patents

铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置 Download PDF

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Abstract

本发明具体为一种铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，解决了现有铝、镁合金及复合材料加工成形装置由于结构缺陷存在型材性能较低的问题。机架上设有从动轴，从动轴上设有铸轧辊，且铸轧辊下部辊面与挤压座和封槽块上部表面过渡配合，铸轧辊和挤压辊的上方设有结晶器，结晶器上开有结晶孔且结晶孔的下端位于铸轧辊和挤压辊接触部位的上方，结晶器下部表面与铸轧辊和挤压辊的辊面过渡配合，主动轴和从动轴上设有旋转驱动机构。本发明通过增设铸轧辊和结晶器大大提高了型材的性能，使得型材制造成高精薄壁、特细、超长的要求成为可能，同时具有结构简单、操作方便且成本低的优点。

Description

铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置
技术领域
本发明涉及铝、镁合金及复合材料的加工成形装置，具体为一种铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置。
背景技术
目前铝、镁合金及复合材料加工成形的工艺方案包括金属熔炼、铸坯、锻造、挤压、轧制、拉拔等工序，上述工序多数是独立进行的，具有生产线长、成材率低、耗能高、环境污染等突出问题，而铝、镁合金及复合材料的加工成形装置是一种集铸、挤、成形为一体的装置，具有产品流程短、成本低且近终形生产等优点，目前受到广泛的重视，中国专利公开了一种专利号为200720185231.X的实用新型专利，该实用新型专利所述的铝、镁合金及复合材料连续凝固与成形一体化装置包括机架、固定在机架上的且带弧面的靴座体以及套在机架上的主动轴，主动轴上固定有带水冷系统的转动辊，转动辊的圆柱面上开有环状的沟槽，靴座体的弧面与转动辊之间设有槽封块，靴座体上安装有模具，转动辊在与模具位置对应的部位的沟槽内安装有挡料块，工作时，液态的坯料进入沟槽后，受到水冷系统的作用，变为半固态坯料，接着在转动辊的作用下不断运动至挡料块处，在挡料块的作用下坯料进入模具型腔，从模具型腔内出来的型材由于受到的挤压力较小，无法改变坯料基体相的组织结构，因而导致型材的性能较低，无法满足型材高精薄壁、特细及超长的要求。
发明内容
本发明为了解决现有铝、镁合金及复合材料加工成形装置由于结构缺陷存在型材性能较低的问题，提供了一种铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，包括机架、挡料块、挤压座、主动轴以及固定在其上且辊面上开有挤压槽的挤压辊、模具以及位于挤压座和挤压辊之间的封槽块，机架上设有从动轴，从动轴上固定有辊面紧贴挤压辊辊面且位于挤压座上方的铸轧辊，铸轧辊下部辊面与挤压座和封槽块上部表面过渡配合，铸轧辊周围设有固定在机架上的结晶器，结晶器上开有结晶孔且结晶孔的下端位于铸轧辊和挤压槽接触部位的上方，结晶器下部表面与铸轧辊和挤压辊的辊面过渡配合，主动轴和从动轴上设有旋转驱动机构。旋转驱动机构是本领域技术人员容易实现的。工作时，液态坯料由高温液泵输送至结晶器的结晶孔中，然后液态坯料在结晶器的作用下变为半固态坯料，然后在旋转驱动机构的作用下主动轴和从动轴反向旋转，从而带动挤压辊和铸轧辊反向旋转，将半固态坯料不断地咬入挤压辊的挤压槽内来实现挤压，在摩擦力和挤压力的共同作用下坯料达到挤压温度，接着在挡料块的作用下坯料进入模具，将坯料挤压成形，由于坯料受到连续大剪切变形，因此改变了其基体相的组织结构，进而大大提高了型材的性能。
旋转驱动机构包括固定在主动轴上的主动齿轮和固定在从动轴上的且与主动齿轮啮合的从动齿轮，主动轴的一端设有电机，当驱动主动轴和从动轴旋转时，启动电机，带动主动轴旋转，主动轴上的主动齿轮带动从动齿轮转动，进而从动齿轮带动从动轴相对主动轴反方向旋转。
挤压槽为轴向分布的两个挤压槽，结晶器上开有两个结晶孔，铸轧辊是由辊面分别压在两个挤压槽上的两部分组成，从动轴是由两根短轴组成，且两根短轴的相邻一端套在一起，其中一根短轴与铸轧辊的一部分固定，另一根短轴与铸轧辊的另一部分固定，从动轴的另一根短轴上设有旋转驱动机构，工作时，由于采用两挤压槽的挤压辊，两挤压槽内的半固态坯料同时进入模具的型腔，便于对直径要求较大的坯料成形；同时通过调节两根短轴的转速进而调节铸轧辊两部分的转速，保证两个挤压槽内的挤压力平衡，从而防止坯料在模具型腔内的跑偏现象，使型材表面光滑且壁厚均匀。
挤压座上开有与模具型腔连通的通孔，在通孔内通入不同的包覆材料，当其与模具型腔内的坯料混合后，即可完成型材的复合和包覆作业，通孔和模具型腔的轴线位于同一直线上，即切线挤压法，而挤压座和模具设置在挤压辊的水平中心线上，即径向挤压法。
封槽块位于挤压座与挤压辊之间的间隙处，且封槽块的弧面与挤压辊的辊面过渡配合，封槽块的弧面上开有与挤压辊的挤压槽位置对应且相对挤压辊轴线偏心的偏心槽，偏心槽接近模具一侧的直径小于偏心槽另一侧的直径，工作时，封槽块的偏心度为3-8mm，此种结构设计更加合理，坯料受到挤压辊和铸轧辊的咬入挤压力后进入挤压槽，随着挤压槽与偏心槽围成空间的截面不断缩小，半固态坯料受到进一步增压，在挤压槽内的摩擦力和挤压力逐步增大，进一步提高了型材的性能。
封槽块的弧角为180°-320°，且封槽块与挤压辊辊面之间的间隙距离为0.5mm-1.5mm，封槽块的弧角设置使半固态坯料的增压效果更好，增压后的型材性能达到最佳效果；同时间隙距离的调整在满足挤压效果的前提下，延长了封槽块的使用寿命，减小应更换封槽块存在费时费力进而影响生产效率的问题。
模具型腔内的温度为520℃-580℃，用以保证型材从模具中出来时其内部的组合结构不发生变化，进而保证型材的性能；同时模具型腔内的温度是通过多次试验测得的。
结晶器采用水冷结晶器，且结晶器的温度为300℃-450℃，水冷结晶器的结构设计合理，且结晶器的温度范围使经过结晶器的液态坯料形成半固态坯料的效果较好；且结晶器的温度选择是通过多次试验测得的，如结晶器的温度过高或过低，都会影响半固态坯料的咬入效果。
铸轧辊和挤压辊的转速比的范围是1∶1-1.5∶1，此时铸轧辊和挤压辊转动咬入半固态坯料的挤压力效果最好，转速比的范围是经多次试验测得的。
本发明通过合理的改进克服了现有铝、镁合金及复合材料加工成形装置由于结构缺陷存在成形困难且型材性能较低的问题，通过增设铸轧辊和结晶器大大改善了坯料的咬入和挤压效果，进而提高了型材的性能，使得型材制造成高精薄壁、特细、超长的要求成为可能，同时具有结构简单、操作方便且成本低的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的俯视示意图。
图3为图1中挤压辊上有两个挤压槽的结构示意图。
图中：1-挤压座，2-挤压槽，3-挤压辊，4-模具，5-封槽块，6-铸轧辊，7-结晶器，8-结晶孔，9-主动轴，10-从动轴，11-主动齿轮，12-从动齿轮，13-通孔，14-辐射状沟槽孔，15-挡料块。
具体实施方式
铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，机架、挤压座1、挡料块15、主动轴9以及固定在其上且辊面上开有挤压槽2的挤压辊3、模具4以及位于挤压座1和挤压辊3之间的封槽块5，机架上设有从动轴10，从动轴10上固定有辊面紧贴挤压辊3辊面且位于挤压座1上方的铸轧辊6，铸轧辊6下部辊面与挤压座1和封槽块5上部表面过渡配合，铸轧辊6周围设有固定在机架上的结晶器7，结晶器7上开有结晶孔8且结晶孔8的下端位于铸轧辊6和挤压槽2接触部位的上方，结晶器7下部表面与铸轧辊6和挤压辊3的辊面过渡配合，主动轴9和从动轴10上设有旋转驱动机构。旋转驱动机构包括固定在主动轴9上的主动齿轮11和固定在从动轴10上的且与主动齿轮9啮合的从动齿轮12，主动轴9的一端设有电机；挤压槽2为轴向分布的两个挤压槽2，结晶器7上开有两个结晶孔8，铸轧辊6是由辊面分别压在两个挤压槽2上的两部分组成，从动轴9是由两根短轴组成，且两根短轴的相邻一端套在一起，其中一根短轴与铸轧辊6的一部分固定，另一根短轴与铸轧辊6的另一部分固定，从动轴9的另一根短轴上分别设有旋转驱动机构；挤压座1上开有与模具4型腔连通的通孔13；封槽块5位于挤压座1与挤压辊3之间的间隙处，且封槽块5的弧面与挤压辊3的辊面过渡配合，封槽块5的弧面上开有与挤压辊3的挤压槽2位置对应且相对挤压辊3轴线偏心的偏心槽，偏心槽接近模具4一侧的直径小于偏心槽另一侧的直径；封槽块5的弧角为180°(或200°，或290°，或320°)，且封槽块5与挤压辊3辊面之间的间隙距离为0.5mm(或0.9mm，或1.1mm，或1.5mm)；模具4型腔内的温度为520℃(523℃，或556℃，或580℃)；结晶器7采用水冷结晶器，且结晶器7的温度为300℃(或321℃，或399℃，或450℃)，铸轧辊6和挤压辊3的转速比的范围是1∶1(或1.1∶1，或1.3∶1，或1.5∶1)。具体实施过程中，一根短轴的端部设有阶梯状结构，另一根短轴一端端面上开有可将短轴阶梯状端部插入的孔；液态坯料由真空炉溶化制成；模具4型腔内根据坯料的成形结构设置有空心型材模、实心型材模、复合及包覆型材模、扩展模或各种异型膜，模具材料选用高级模具钢；在模具4和挤压槽2之间设置挡料块15，使坯料剪切进入模具型腔，细化了坯料的晶相组织，提高了型材的性能；铸轧辊6和挤压辊3的轴心处均设置有水冷系统，水冷系统为现有技术，具体为铸轧辊6和挤压辊3的轴心处设置有空心轴，空心轴内设置有分水套，铸轧辊6和挤压辊3内开有使分水套和辐射状沟槽孔14连通的环形槽；挤压座1及模具4的夹紧、更换及安装均通过液压机构完成，液压机构包括液压站、电磁阀、单向阀相连，从而驱动液压缸来完成各种动作；对于熔体流量、冷却强度、铸轧辊和挤压辊转速等主要参数的控制与显示均通过PLC可编程逻辑控制技术实现；挤压辊3的一端装有扭矩转速传感器，通过PLC自动控制系统对挤压辊3的挤压力进行测控。

Claims (10)

1.一种铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，包括机架、挤压座(1)、挡料块(15)、主动轴(9)以及固定在其上且辊面上开有挤压槽(2)的挤压辊(3)、模具(4)以及位于挤压座(1)和挤压辊(3)之间的封槽块(5)，其特征在于：机架上设有从动轴(10)，从动轴(10)上固定有辊面紧贴挤压辊(3)辊面且位于挤压座(1)上方的铸轧辊(6)，铸轧辊(6)下部辊面与挤压座(1)和封槽块(5)上部表面过渡配合，铸轧辊(6)周围设有固定在机架上的结晶器(7)，结晶器(7)上开有结晶孔(8)且结晶孔(8)的下端位于铸轧辊(6)和挤压槽(2)接触部位的上方，结晶器(7)下部表面与铸轧辊(6)和挤压辊(3)的辊面过渡配合，主动轴(9)和从动轴(10)上设有旋转驱动机构。
2.根据权利要求1所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：旋转驱动机构包括固定在主动轴(9)上的主动齿轮(11)和固定在从动轴(10)上的且与主动齿轮(9)啮合的从动齿轮(12)，主动轴(9)的一端设有电机。
3.根据权利要求1所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：挤压槽(2)为轴向分布的两个挤压槽(2)，结晶器(7)上开有两个结晶孔(8)，铸轧辊(6)是由辊面分别压在两个挤压槽(2)上的两部分组成，从动轴(9)是由两根短轴组成，且两根短轴的相邻一端套在一起，其中一根短轴与铸轧辊(6)的一部分固定，另一根短轴与铸轧辊(6)的另一部分固定，从动轴(9)的另一根短轴上设有旋转驱动机构。
4.根据权利要求1、2或3所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：挤压座(1)上开有与模具(4)型腔连通的通孔(13)。
5.根据权利要求1、2或3所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：封槽块(5)位于挤压座(1)与挤压辊(3)之间的间隙处，且封槽块(5)的弧面与挤压辊(3)的辊面过渡配合，封槽块(5)的弧面上开有与挤压辊(3)的挤压槽(2)位置对应且相对挤压辊(3)轴线偏心的偏心槽，偏心槽接近模具(4)一侧的直径小于偏心槽另一侧的直径。
6.根据权利要求4所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：封槽块(5)位于挤压座(1)与挤压辊(3)之间的间隙处，且封槽块(5)的弧面与挤压辊(3)的辊面过渡配合，封槽块(5)的弧面上开有与挤压辊(3)的挤压槽(2)位置对应且相对挤压辊(3)轴线偏心的偏心槽，偏心槽接近模具(4)一侧的直径小于偏心槽另一侧的直径。
7.根据权利要求1、2或3所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：封槽块(5)的弧角为180°-320°，且封槽块(5)与挤压辊(3)辊面之间的间隙距离为0.5mm-1.5mm。
8.根据权利要求1、2或3所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：模具(4)型腔内的温度为520℃-580℃。
9.根据权利要求1、2或3所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：结晶器(7)采用水冷结晶器，且结晶器(7)的温度为300℃-450℃。
10.根据权利要求1或2所述的铝、镁、铜合金及复合材料的连续铸轧挤压成形装置，其特征在于：铸轧辊(6)和挤压辊(3)的转速比的范围是1∶1-1.5∶1。
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