CN103397285B - 一种铝型材淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝型材淬火装置，包括：水箱，具有进水管和出水管，所述进水管和出水管上分别设有控制阀；毛毡辊，设置在水箱中，用于接收待淬火的铝型材；定型模，设置在毛毡辊上部，包括一内腔，所述定型模在与水箱之间设有与进水管相连接的喷嘴；温度传感器，与所述定型模相连接；PID控制器，与温度传感器和进水管上的控制阀相连接，用于接收温度传感器发送的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述进水管上控制阀的开口。本发明根据不同型材断面尺寸和材料调整不同位置冷却速度和冷却阶段，降低温度分布不均匀性，从而使其组织性能均匀。由于定型模存在，限制了横断面上的位移自由度，从而降低了变形缺陷。

Description

一种铝型材淬火装置

技术领域

本发明属于铝型材加工技术领域，特别涉及一种防止挤压过程铝合金型材在线淬火变形装置及方法。

背景技术

淬火处理是铝型材加工过程中重要的工序，传统的铝型材淬火工艺是采用离线淬火炉来实现淬火处理，因而能耗率高、生产周期长。在线淬火技术具备降低能耗、缩短生产周期、提高生产效率、降低成本等优点在近几年陆续兴起。如果型材在线淬火过程中各部位冷却速率有所差异，会引起型材翘曲、扭曲等变形缺陷，而且冷却速度越快，各部位温差越大，变形愈严重，从而降低产品质量和成材率。

常见的铝合金型材在线淬火方式主要有风力淬火、水雾淬火、水浸淬火、高压喷水淬火和联合淬火。风力和水雾淬火冷却速度较低，不易满足淬火强度要求，而且冷却速度难以控制；水浸和高压喷水淬火方式虽然冷却速度大，但无法准确控制不同材料和型材壁厚的冷却速度，铝合金型材淬火变形严重；这几种淬火方式的联合淬火方法虽然提高了不同位置的冷却速度控制精度，一定程度上能够减少淬火变形，但设备复杂，能耗高，成本昂贵，工艺繁琐，不便于在线应用。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：针对上述现有铝合金型材在线淬火方式的缺点，本发明的目的是提供一种结构简单、制作和维护成本低、能够很好实现在线冷却并防止铝合金型材在线淬火变形的装置及方法。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种铝型材淬火装置，包括包括：

水箱，具有进水管和出水管，所述进水管和出水管上分别设有控制阀；

毛毡辊，设置在水箱中，用于接收待淬火的铝型材；

定型模，设置在毛毡辊上部，包括一与待淬火的铝型材相匹配的内腔，所述定型模在与水箱之间设有与进水管相连接的喷嘴；

温度传感器，与所述定型模相连接，用于测量定型模上的温度；PID控制器，与温度传感器和进水管上的控制阀相连接，用于接收温度传感器发送的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述进水管上控制阀的开口。

优选地，所述定型模内腔的断面形状与所述待淬火的铝型材断面形状相同。

优选地，还包括控制单元，所述控制单元与定型模相连接，用于调整定型模横向和纵向的高度。

优选地，所述定型模在沿铝型材挤压方向分为三个区域，每个区域内设有多个喷嘴，每个喷嘴上连接有一个调节阀，所述调节阀与PID控制器，用于根据PID控制器的指令来调节喷水量。

优选地，所述定型模的每个区域的上表面和左右两侧表面各设有一个温度传感器，所述PID控制器与各个温度传感器相连接，用于分别根据所述定型模三个区域中的温度传感器来控制相应区域喷嘴的喷水量。

优选地，所述铝型材在进入水箱前以及之后位置处设有吹风机。

优选地，所述水箱的内侧还设置有石墨挡板。

优选地，所述定型模与铝型材外表面尺寸间隙为0.5～1mm。

优选地，所述定型模通过支撑轴套安装在毛毡辊上部。

（三）有益效果

上述技术方案具有如下优点：本发明根据不同型材断面尺寸和材料调整不同位置冷却速度和冷却阶段，降低温度分布不均匀性，从而使其组织性能均匀。冷却过程中型材各部位不可避免会产生冷却速度差，产生一定温度分布不均匀，从而导致变形，而由于定型模存在，限制了横断面上的位移自由度，从而降低了变形缺陷。

与现有技术相比较，本发明的优点是：

1、采用定型模方式限制铝型材冷却变形，降低了温度冷却速度均匀性控制要求精度；

2、定型模由于不用承受过大的力且几乎无损耗，因而采用普通钢材料可以满足要求，成本低，易维护；

3、通过冷却水箱内的喷水装置布置和不同型材断面的定型模设计，从而使该方法可以使用于任何形状的铝型材在线淬火，功能得到拓宽。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的结构示意图；

图2是图1的A-A处截面图。

图中：1-铝型材，2-石墨挡板，3-第一进水管、4-第二进水管、7-第三进水管，5-第一调节阀、14第二调节阀、20-第三调节阀，6-排气孔，8-上盖，9-定型模，10-吹风机，11-挤压机，12-下箱体，13-入口处毛毡辊、17-出口处毛毡辊，15-出水管，16-出水口，18-侧面喷嘴，19-定型模支撑轴套，21-金属框架，22-上部喷嘴，23-PID控制器，24-温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和2所示，为本发明的一种实施例的结构示意图，该铝型材淬火装置包括：

水箱，具有进水管和出水管15，所述进水管和出水管15上分别设有控制阀；

毛毡辊，设置在水箱中，用于接收待淬火的铝型材1；在水箱的一侧还设有挤压机11，铝型材经由挤压机11以速度v进行挤压，从而进入毛毡辊。

定型模9，设置在毛毡辊上部，包括一与待淬火的铝型材相匹配的内腔，所述定型模在与水箱之间设有与进水管相连接的喷嘴；

温度传感器23，与所述定型模相连接，用于测量定型模上的温度；

PID控制器24，与温度传感器23和进水管上的控制阀相连接，用于接收温度传感器发送的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述进水管上控制阀的开口。

本发明根据不同铝型材断面尺寸和材料调整不同位置冷却速度和冷却阶段，降低温度分布不均匀性，从而使其组织性能均匀。冷却过程中铝型材各部位不可避免会产生冷却速度差，产生一定温度分布不均匀，从而导致变形，而由于定型模存在，限制了横断面上的位移自由度，从而降低了变形缺陷。

本发明的定型模9包括一与待淬火的铝型材相匹配的内腔，该内腔与待淬火的铝型材1相匹配，其断面形状与所述待淬火的铝型材断面形状相近或者相同。本发明的定型模9内腔形状尺寸近似于铝型材断面，和型材外表面尺寸间隙约0.5～1mm，防止划伤铝型材表面，同时约束型材淬火变形。本实施例的定型模9为框型结构，包括两个侧面和一个顶面，通过定型模支撑轴套19支撑在毛毡辊上。该定型模9由普碳钢加工而成，根据铝型材厚度、截面以及材料不同，长度约为300～500m，厚度约为铝型材断面最厚尺寸的两倍。

本发明的定型模9与控制单元相连接，用于根据待淬火的铝型材的尺寸来调整定型模的侧面之间的间距以及侧面的长度。由于每种规格的铝型材的尺寸不一，为了适应不用尺寸的铝型材，可以调整定型模的尺寸。具体实现的过程是：定型模的侧面和顶面之间通过伸缩板相连接，所述伸缩板与控制单元相连接，通过控制单元调整伸缩板的伸缩来达到调整定型模的尺寸。

本发明的水箱包括下箱体12和上盖8，整个箱体由金属框架21支撑，上盖中设有蒸汽排气孔6；为防止冷却水溅射在箱体外的铝型材表面，造成组织性能不均匀，箱体外侧前后两端安置吹风机10。该水箱的内侧还设置石墨挡板2防止冷却水外溅。

本发明的进水管可以是一个或者多个，每个进水管连接多个喷嘴，所述喷嘴设置在定型模的两侧面和顶面，用于对定型模的侧部和顶部进行喷水。本实施例的进水管包括第一进水管3、第二进水管4和第三进水管7，三个进水管相间设置在水箱顶部，每个进水管上都连接有一个阀门，阀门与控制器相连接，用于控制水流的大小。三个进水管上连接有第一调节阀5，用于调节水流量。

本发明在水箱上盖8和定型模9之间设有上部喷嘴22，还在定型模9的侧面设有多排侧面喷嘴18，喷嘴与分进水管相连接。在为适应不同材料和不同位置的冷却速度，铝型材在定型模和水箱中的冷却过程为分段冷却，并且每段的冷却水压力和冷却水流量通过不同的分进水管由进水调节阀控制；为实现不同界面铝型材在线淬火，同一排的冷却水管是否进行喷水冷却也由调节阀控制。本实施例在定型模的顶面上设有30排喷嘴，每个喷嘴与第三调节阀20相连接。其中每10排为一组，侧面每排共有12个喷嘴，每三个为一组，实现不同横截面铝型材水冷；左右两侧每排喷嘴也包括3个，左右两侧喷嘴根据工艺条件单独控制。

本发明的下箱体12设有出水口16和出水管15，实现冷却水循环试用，出水口设有第二调节阀14，从而控制水箱内水位高低，控制铝型材下表面冷却速度。

本发明的所述毛毡辊为双层材质，内层为普碳钢，表面为厚约1-3mm耐高温毛毡，耐温温度为500～600℃，冷却水箱出口处由2-4个毛毡辊为主动辊，通过摩擦对铝型材起一定的张力作用。本实施例的毛毡辊包括入口处的毛毡辊13、出口处的毛毡辊17以及位于两者之间的毛毡辊，本实施例将出口处的毛毡辊设置为主动辊，由电机驱动运转，其他的毛毡辊为从动辊，便于铝型材移出水箱。

本发明的淬火装置还包括温度传感器24和PID控制器23，其中，温度传感器共3组9个，a组传感器主要有上表面和左右两侧表面3个，三个传感器主要测试铝型材进入定型模后主要三个方位的初始温度，根据该测试温度和热处理工艺通过PID控制器反馈给入水管控制阀，从而调节第一阶段左、右以及上边三组喷水装置的喷水嘴开启的排数、速度、压力和流量；b组传感器布置同a组也有上表面和左右两侧表面3个，三个传感器主要测试铝型材第一阶段喷水冷却后主要三个方位的温度，根据该测试温度和热处理工艺通过PID控制器反馈给入水管控制阀，从而调节第二阶段左、右和上边三组喷水装置的喷水嘴开启的排数、速度、压力和流量；c组传感器同a和b组，主要测试第二阶段冷却后温度，从而通过PID控制调节第三阶段喷水嘴开启排水、速度、压力和流量。所述PID控制器与进水管的控制阀相连接，所述控制器用于接收温度传感器测量的温度值，并根据所述温度值来调节控制阀，以达到控制喷水量，从而控制冷却速度和温度，以实现均匀快速冷却，满足热处理工艺和组织性能均匀性控制要求。

本发明的PID控制器进行控制过程所用的时间t与喷水嘴开启数量有关，水流密度与喷水流量有关，冷却水温度恒定。时间t和水流密度计算方程为：

$t=\frac{n\·s}{v}---\left(1\right)$

${\mathrm{HC}}_W=\frac{Q}{A}---\left(2\right)$

式中：n为开启排数；s为每排喷嘴之间的间距；v为铝型材挤压速度；HC_W(L/min·m²)为水流密度；Q(L/min)为水流量；A（m²）为喷嘴截面积。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铝型材淬火装置，其特征在于，包括：

水箱，具有进水管和出水管，所述进水管和出水管上分别设有控制阀；

毛毡辊，设置在水箱中，用于接收经过挤压之后待淬火的铝型材；

定型模，设置在毛毡辊上部，包括一与待淬火的铝型材相匹配的内腔，所述定型模在与水箱之间设有与进水管相连接的多排喷嘴；

温度传感器，与所述定型模相连接，用于测量定型模上的温度；

PID控制器，与温度传感器和进水管上的控制阀相连接，用于接收温度传感器发送的温度信号，并根据接收的温度信号来调节所述进水管上控制阀的开口。

2.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述PID控制器进行控制的时间t和水流密度满足如下公式：

$t=\frac{n\·s}{v}---\left(1\right)$

${\mathrm{HC}}_W=\frac{Q}{A}---\left(2\right)$

式中：n为开启排数；s为每排喷嘴之间的间距；v为铝型材挤压速度；HC_W为水流密度；Q为水流量；A为喷嘴截面积。

3.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述定型模内腔的断面形状与所述待淬火的铝型材断面形状相同。

4.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元与定型模相连接，用于调整定型模横向和纵向的高度。

5.根据权利要求1-4任一项所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述定型模在沿铝型材挤压方向分为三个区域，每个区域内设有多个喷嘴，每个喷嘴上连接有一个调节阀，所述调节阀与PID控制器，用于根据PID控制器的指令来调节喷水量。

6.根据权利要求5所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述定型模的每个区域的上表面和左右两侧表面各设有一个温度传感器，所述PID控制器与各个温度传感器相连接，用于分别根据所述定型模三个区域中的温度传感器来控制相应区域喷嘴的喷水量。

7.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述铝型材在进入水箱前以及之后位置处设有吹风机。

8.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述水箱的内侧还设置有石墨挡板。

9.根据权利要求1所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述定型模与铝型材外表面尺寸间隙为0.5～1mm。

10.根据权利要求9所述的铝型材淬火装置，其特征在于，所述定型模通过支撑轴套安装在毛毡辊上部。