CN102688907A - 细晶镁合金板带连续挤压生产系统及生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种细晶镁合金板带连续挤压生产系统及生产方法，生产系统包括开卷放料装置、在线校直装置、在线加热装置、连续挤压装置、冷却装置和排线收取装置。通过控制杆料温度，使杆料与挤压轮沟槽间形成良好的挤压驱动力；采用扩展模腔和阻流模，使镁合金在宽度方向实现扩展流动；为挤出更大宽度的板材，挤压方式可采用两杆或三杆喂料的模式，使多杆料在相应的多杆模腔中实现汇合和金属间焊合。本发明工艺流程短，生产效率高，产品组织晶粒细化程度高，板材成形性能好。同时，提出的连续化生产线适于工业化应用。
Description
技术领域
本发明属于有色金属塑性成型技术领域，涉及到一种制备高性能镁及镁合金板带的连续挤压成形方法及生产系统。
背景技术
镁及镁合金作为目前最轻的金属结构材料，具有比刚度高、阻尼减震性好、导电性好、电磁屏蔽效果佳、机加工性能优良、易回收等优点，被称为21世纪“绿色”金属材料，广泛用于现代汽车、航空、航天及电子通讯等行业，特别是随着镁合金材料在3C行业应用的不断增加，对镁合金板材的需求日益强烈，这使得变形镁合金板材具有良好的应用前景。因此，高性能变形镁合金的成形和制备技术已经成为当今材料领域的研究热点。
目前镁合金板带多采用挤压或轧制方式生产，这些方法存在着工艺流程长、道次变形量小，成材率低，需要多次加热等突出问题。同时，在轧制工艺中，金属的流动路径单一，容易形成强烈的基面织构，这对其后续塑性成形极为不利。减少板带织构程度的最好办法是晶粒细化。为得到细晶组织，通常需要采用挤压和轧制联合的加工方法，这大大增加了制造成本。因此，人们迫切希望在镁合金产品加工方面找到新的方法，以改变传统加工方法存在的问题。
连续挤压是一种适用于铜、铝塑性加工方法，这种方法尤其适应加工线材产品，且容易形成细晶组织。中国发明专利ZL200610136873.0公开了一种利用连续挤压加工变形镁合金方法，它是将变形镁合金的圆线材坯料经送料轮送入旋转式连续挤压机内挤压，通过调整挤压轮面与槽封块弧面之间的接触长度和运转间隙，使变形镁合金坯料与带沟槽的旋转挤压轮之间产生挤压力和摩擦，摩擦做功产生热量，将变形镁合金坯料以连续大剪切变形方式直接在模具中挤压成制品。其提出的工艺条件为：控制挤压轮转速为10～15转/分钟，使摩擦做功所产生热量将挤压出口温度保持在200～400℃之间，制品出口速度为10～40米/分钟。由于上述专利确定的工艺条件没有考虑如何控制金属在模腔内的扩展变形问题，因此，还仅可适用于中小规格的变形镁合金线材的生产。
板材与线材的差别在于其几何宽度大、厚度小，适合采用平面变形方式进行加工。然而，连续挤压条件下金属的流动特点适合轴对称式产品。因此，如果利用连续挤压技术实现镁板带材制造，就需要解决镁合金在挤压模腔中的扩展流动问题，迫使镁合金实现在宽度方向的扩展流动。显然，这就需要考虑扩展流动模腔的设计与制造技术。同时，考虑到镁合金这种具有密排六方结构，塑性变形能力差的特点，如果要求镁合金实现大程度的塑性变形，就需要考虑温度的控制，通过温度控制提高其塑性流动能力。另一方面，从经济方面而言，也要考虑到连续挤压的坯料如何直接利用铸态杆料而不是仅限于变形杆料，直接利用铸态原料将会降低原料成本高而有利于这项技术实现更大范围的应用。毫无疑问，直接利用铸态原料制造出具有细晶结构的高性能镁合金板带是非常有经济价值的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种细晶镁合金板带连续挤压生产系统及生产方法，本发明能够有效的解决镁合金挤压过程中的扩展流动问题，提高镁合金塑性流动能力，降低生产成本，同时制备出具有细晶结构的高性能镁合金板带。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：细晶镁合金板带连续挤压生产系统，包括开卷放料装置、在线校直装置、在线加热装置、连续挤压装置、冷却装置和排线收取装置；
所述在线校直装置由机架和固定于机架上的至少1组校直单元构成，每组校直单元由2个校直方向呈90度的校直装置构成，校直装置上的校直辊轮轮面设有校直凹槽；
所述在线加热装置由电加热装置、温度检测仪、速度检测仪和防氧化保护管构成；所述电加热装置加热方式为在线感应加热或电阻加热；所述防氧化保护管两端分别与电加热装置和连续挤压装置相连；所述温度检测仪和速度检测仪布置在防氧化保护管上；所述电加热装置与防氧化保护管内充惰性气体；优选氮气和氩气；
所述连续挤压装置包括挤压轮、沟槽、扩展模腔和阻流模；阻流模的设置能够有效的控制镁合金的扩展流动，降低镁合金流动的不均匀程度；所述扩展模腔中间设有扩展模腔进料口和扩展模腔出料口，扩展模腔出料口下面安装有模具；所述阻流模布置在模具的一侧，具体位于模具靠近扩展模腔出料口的一侧，阻流模与模具为一体成形结构，也可以是分体结构；扩展模腔出料口与进料口的宽度之比为5～30，扩展角α为100°～150°，阻流角β为0°～9°。所述扩展模腔设置有带数据传输接口的循环冷却通道；所述连续挤压装置的出口设有温度传感器。
所述进料口的截面为圆形、四角带圆弧过渡的矩形或梯形。
所述连续挤压装置挤压轮上的沟槽为单槽、双槽或三槽；所述进料口的数量与沟槽数量相同。
所述冷却装置包括带数据传输接口的冷却水槽，所述冷却装置的出口设有温度传感器；冷却装置还包括水箱、水泵、换热器等辅助设备。
一种细晶镁合金板带连续挤压生产方法，包括以下步骤：
(A)放料：镁或镁合金盘卷进入开卷放料装置(1)放为杆料；所述杆料为挤压态或铸态，所述杆料截面为圆形或非圆形，圆形截面杆料直径为6～40mm；
(B)校直：杆料直接进入在线校直装置(2)进行校直；
(C)加热：杆料经校直后进入在线加热装置进行加热，通过温度检测仪测量电加热装置出口处的杆料温度；速度检测仪带有数据传输接口，测量连续挤压装置入口处的杆料速度，并将此速度反馈给电加热装置，调整加热电流，从而调节装置出口处的杆料温度为300～480℃；
(D)扩展连续挤压：杆料加热后进入连续挤压装置，连续挤压装置的出口设有温度传感器，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却通道中冷却介质的流量和温度，从而调节挤出产品的温度为200～400℃；
冷却介质的进口温度为5～20℃，出口温度为10～80℃；挤出产品的出口速度为1～10m/min，挤出的板带宽度为15～900mm；
(E)冷却：经过挤压的产品进入冷却装置，冷却装置的出口设有带数据传输接口的温度传感器，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却水槽中冷却介质的流量和温度，从而调节产品的出口温度为20～200℃；
(F)收取：产品冷却后通过排线收取装置(7)进行收取，板带卷取内径控制在450～650mm之间。
所述连续挤压装置(4)通过配置双槽或三槽挤压轮(17)，使两根或三根杆料同时喂入挤压轮沟槽(16)中，杆料在相应的多杆扩展模腔(13)中汇合，通过模腔内摩擦产生的压力和温度，实现金属间的焊合，从而扩大板带宽度。
相比于现有技术，本发明的优点是：
(1)通过连续挤压成形方法生产镁及镁合金板带，工艺流程短，生产效率高，连续生产，产品质量好，成品率可以达到80％以上；
(2)产品组织晶粒细化程度高，不容易形成基面织构，板材成形性能好，为后继加工过程提供各向异性小的板坯料；
(3)在线加热装置的配置可实现挤压温度的动态控制，杆料经预热后进入连续挤压机大大改善了镁合金的挤压性能；加热装置可根据杆料进料速度自动调整加热功率实现杆料温度的控制；采用氮气或氩气保护避免了原料的氧化；
(4)可以采用两杆或三杆方式挤压，允许金属材料在连续挤压机扩展模腔内焊合，这可使生产镁及镁合金板带的规格范围提高2～4倍；
(5)在连续挤压机的扩展模腔内配置循环冷却通道，增加了对镁合金挤压温度控制的手段，解决了镁合金塑性变形温度范围窄而难成形的顽疾；
(6)在连续挤压装置的扩展模腔内设置阻流模，能够有效降低金属流动的不均匀程度，获得截面均匀的镁及镁合金板带。
附图说明
图1为细晶镁合金板带制法流程示意图；
图2是细晶镁合金板带连续挤压生产系统示意图；
图3是沿着轮槽中心平面剖切的连续挤压机剖视图；
图4是图3的A-A剖切的局部视图。
图5是进料口的B向视图；
图5-1，为单沟槽喂料时进料口的B向视图；
图5-2，为双沟槽喂料时进料口的B向视图；
图5-3，为三沟槽喂料时进料口的B向视图。
图中：1-开卷放料装置，2-在线校直装置，3-在线加热装置，4-连续挤压装置，5-冷却装置，6-排线收取装置，7-机架，8-校直单元，9-电加热装置，10-温度检测仪，11-速度检测仪，12-防氧化保护管，13-扩展模腔，14-阻流模，15-模具，16-挤压轮沟槽，17-挤压轮，18-扩展模腔进料口，19-扩展模腔出料口，20-冷却通道。
具体实施方式
实施例1
单杆-单槽连续挤压生产系统，包括开卷放料装置1、在线校直装置2、在线加热装置3、连续挤压装置4、冷却装置5和排线收取装置6；
在线校直装置2由机架7和固定于机架上的1组校直单元8构成，校直单元由2个校直方向呈90度的校直装置构成，校直装置上的校直辊轮轮面设有校直凹槽；
在线加热装置3由电加热装置9、温度检测仪10、速度检测仪11和防氧化保护管12构成；所述防氧化保护管12两端分别与电加热装置9和连续挤压装置4相连；所述温度检测仪10和速度检测仪11布置在防氧化保护管12上；所述电加热装置9与防氧化保护管12内充氮气保护；
连续挤压装置4包括挤压轮17、沟槽16、扩展模腔13和阻流模14；所述扩展模腔13内设有扩展模腔进料口18(如图5-1所示)和扩展模腔出料口19，扩展模腔出料口19下面安装有模具15；所述阻流模14布置在模具15的一侧，具体位于模具15靠近扩展模腔出料口19的一侧；进料口18宽度为32mm，出料口19宽度为180mm，扩展角α为135°，阻流角β为0°；所述扩展模腔13配有带数据传输接口的循环冷却通道20；所述连续挤压装置4的出口设有温度传感器；
冷却装置5包括带数据传输接口的冷却水槽，所述冷却装置5的出口设有温度传感器。
实施例2
采用实施例1单杆-单槽连续挤压系统生产细晶镁合金板带的方法，将截面为圆形且直径30mm的挤压态AZ31镁合金杆料经开卷放料装置1放料后，进入在线校直装置2校直，再进入在线加热装置3将杆料加热到400～450℃，杆料经连续挤压装置4的入口进入挤压轮17的挤压轮沟槽16内，杆料在扩展模腔13的挡料块前沿圆周运动受阻，在摩擦力的作用下产生需要的温度和压力将杆料压入扩展模腔进料口18，在实现宽度方向的扩展后到达扩展模腔出料口19，杆料经过阻流模14、模具15后得到宽度170mm的镁合金板带，连续挤压装置出口处的温度传感器采集挤出产品的温度，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却通道中冷却介质的流量和温度，从而调节挤出产品的温度为230～300℃；
经过挤压的产品通过传送带进入冷却装置5，冷却装置出口处的温度传感器采集冷却后产品的温度，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却水槽中冷却介质的流量和温度，从而调节产品的出口温度为20～80℃；产品冷却后由排线收取装置6收取卷取内径为450mm镁合金板带。
实施例3
双杆-双槽连续挤压生产系统，包括2组结构同实施例1的开卷放料装置1、在线校直装置2和在线加热装置3；
还包括1个双沟槽连续挤压装置4，连续挤压装置4包括挤压轮17、双沟槽16、扩展模腔13和阻流模14；所述扩展模腔13内设有2个扩展模腔进料口18(如图5-2所示)和1个扩展模腔出料口19，出料口19下面安装有模具15；所述阻流模14布置在模具15的一侧，具体位于模具15靠近扩展模腔出料口19的一侧；2个扩展模腔进料口18宽度均为22mm，扩展模腔出料口19宽度为310mm，扩展角α为130°，阻流角β为2°；所述扩展模腔13配有带数据传输接口的循环冷却通道20；所述连续挤压装置4的出口设有温度传感器；
连续挤压装置4后连接有1组结构同实施例1的冷却装置5和排线收取装置6。
实施例4
采用实施例3双杆-双槽连续挤压系统生产细晶镁合金板带的方法，将截面为圆形且直径20mm的2盘铸态镁合金盘卷分别同步经开卷放料装置1放料后，进入在线校直装置2校直，再进入在线加热装置3的加热炉内，将杆料加热到380～430℃，双杆料经连续挤压装置4的入口进入挤压轮17的两个沟槽16内，杆料在扩展模腔13挡料块前沿圆周运动受阻，在摩擦力的作用下产生需要的温度和压力将杆料分别压入两个扩展模腔进料口18，杆料在扩展模腔13内汇合并沿宽度方向扩展，在实现宽度方向的扩展后到达扩展模腔出料口19，杆料经过阻流模14、模具15后得到宽度300mm的镁合金板带，最后经冷却装置5冷却后由排线收取装置6收取卷取内径为500mm的镁合金板带。
实施例5
三杆-三槽连续挤压生产系统，包括3组结构同实施例1的开卷放料装置1、在线校直装置2和在线加热装置3；
还包括1个三沟槽连续挤压装置4，所述连续挤压装置4包括带有三个沟槽16的挤压轮17、扩展模腔13和阻流模14；所述扩展模腔13内设有3个扩展模腔进料口18(如图5-3所示)和1个扩展模腔出料口19，扩展模腔出料口19下面安装有模具15；所述阻流模14布置在模具15的一侧，具体位于模具15靠近扩展模腔出料口19的一侧；3个进料口18宽度均为35mm，出料口19宽度为820mm，扩展角α为130°，阻流角β为2°；所述扩展模腔13配有带数据传输接口的循环冷却通道20；所述连续挤压装置4的出口设有温度传感器；
连续挤压装置4后连接有1组结构同实施例1的冷却装置5和排线收取装置6。
实施例6
采用三杆-三槽连续挤压系统生产细晶镁合金板带的方法，将截面为圆形且直径30mm的3盘挤压态镁合金盘卷分别同步经开卷放料装置1放料后，进入在线校直装置2校直，再进入在线加热装置3的加热炉内，将杆料加热到360～420℃，三杆料经连续挤压装置4的入口进入挤压轮17的三个挤压轮沟槽16内，杆料在扩展模腔13挡料块前沿圆周运动受阻，在摩擦力的作用下产生需要的温度和压力将杆料分别压入三个扩展模腔进料口18，杆料在扩展模腔13内汇合并沿宽度方向扩展，在实现宽度方向的扩展后到达扩展模腔出料口19，杆料经过阻流模14、模具15后得到宽度800mm的镁合金板带，最后经冷却装置5冷却后由排线收取装置6收取卷取内径为630mm的镁合金板带。
Claims (9)
1.一种细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：包括开卷放料装置(1)、在线校直装置(2)、在线加热装置(3)、连续挤压装置(4)、冷却装置(5)和排线收取装置(6)；
所述在线校直装置(2)包括机架(7)和固定于机架上的至少1组校直单元(8)构成；
所述在线加热装置(3)包括电加热装置(9)、温度检测仪(10)、速度检测仪(11)和防氧化保护管(12)；所述防氧化保护管(12)两端分别与电加热装置(9)和连续挤压装置(4)相连；所述温度检测仪(10)和速度检测仪(11)布置在防氧化保护管(12)上；所述电加热装置(9)与防氧化保护管(12)内充惰性气体；
所述连续挤压装置(4)包括挤压轮(17)、挤压轮沟槽(16)、扩展模腔(13)和阻流模(14)；所述扩展模腔(13)内设有扩展模腔进料口(18)和扩展模腔出料口(19)，扩展模腔出料口(19)下面安装有模具(15)；所述阻流模(14)布置在模具(15)的一侧，具体位于模具(15)靠近扩展模腔出料口(19)的一侧；所述扩展模腔(13)内配有带数据传输接口的循环冷却通道(20)；所述连续挤压装置(4)的出口设有温度传感器；
所述冷却装置(5)包括带数据传输接口的冷却水槽，所述冷却装置(5)的出口设有温度传感器。
2.根据权利要求1所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述校直单元(8)由2个校直方向呈90度的校直装置构成。
3.根据权利要求1所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述连续挤压装置的扩展模腔出料口(19)与扩展模腔进料口(18)的宽度之比为5～30，所述扩展角α为100°～150°，所述阻流角β为0°～9°。
4.根据权利要求3所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述扩展模腔进料口(18)的截面为圆形、四角带圆弧过渡的矩形或梯形。
5.根据权利要求1所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述阻流模(14)与模具(15)为一体成形。
6.根据权利要求1所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述挤压轮沟槽(16)为单槽、双槽或三槽；所述扩展模腔进料口(18)的数量与沟槽数量相同。
7.根据权利要求1所述细晶镁合金板带连续挤压生产系统，其特征在于：所述电加热装置(9)的加热方式为在线感应加热或电阻加热。
8.一种细晶镁合金板带连续挤压生产方法，其特征在于包括以下步骤：
(A)开卷放料：镁或镁合金盘卷进入开卷放料装置(1)放为杆料；所述杆料为挤压态或铸态，所述杆料截面为圆形或非圆形，所述圆形截面杆料直径为6～40mm；
(B)在线校直：杆料进入在线校直装置(2)进行校直；
(C)在线加热：杆料经校直后进入在线加热装置(3)进行加热，通过温度检测仪(10)测量电加热装置(9)出口处的杆料温度；速度检测仪(11)带有数据传输接口，测量连续挤压装置(4)入口处的杆料速度，并将此速度反馈给电加热装置，调整加热电流，从而调节电加热装置(9)出口处的杆料温度为300～480℃；电加热装置(9)与防氧化保护管(12)内充惰性气体，防止杆料氧化；
(D)扩展连续挤压：杆料加热后进入连续挤压装置(4)，连续挤压装置的出口设有温度传感器，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却通道中冷却介质的流量和温度，从而调节挤出产品的温度为200～400℃；
冷却介质的进口温度为5～20℃，出口温度为10～80℃；挤出产品的出口速度为1～10m/min，挤出的板带宽度为15～900mm；
(E)冷却：冷却装置(5)的出口设有带数据传输接口的温度传感器，通过数据传输接口将采集的温度信息传递给PLC可编程控制器或工业控制计算机，并将此温度与存储在PLC或工业控制计算机中的设定值进行比较，调整冷却水槽中冷却介质的流量和温度，从而调节产品的出口温度为20～200℃；
(F)排线收取：产品冷却后通过排线收取装置(7)进行收取，板带卷取内径控制在450～650mm之间。
9.根据权利要求8所述细晶镁合金板带连续挤压生产方法，其特征在于：连续挤压装置(4)通过配置双槽或三槽挤压轮(17)，使两根或三根坯料同时进入挤压轮沟槽(16)中，杆料在相应的多杆扩展模腔(13)中汇合，从而扩大挤出的板带宽度。
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