CN110711852B - 一种半固态镁合金剪切推送装置 - Google Patents

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Abstract

一种半固态镁合金剪切推送装置，其保护罩与铸轧机螺栓连接，低温快速辊和高温慢速辊连接于铸轧机轴承座之间；上辊套通过键固定连接于高温慢速辊上，下辊套通过键固定连接于低温快速辊上；密封装置与低温快速辊、高温慢速辊采用过盈配合的装配关系，挤压磨具与铸轧机螺栓连接，上挡料块、下挡料块通过螺钉固定于密封装置上，上辊套、下辊套采用过盈配固定于辊上，底座与地面采用螺栓连接保持装置固定。本发明将铸造工序与挤压工序并线生产，缩短流程；充分利用铸造工序余热，节约能源；具有产能高、质量好、灵活性强和稳定生产的优点及积极效果。

Description

一种半固态镁合金剪切推送装置
技术领域
本发明涉及镁合金加工技术领域，具体涉及一种半固态镁合金剪切推送装置。
背景技术
镁合金具有轻量化、高比强度、散热及吸震性佳、精密成形性佳、尺寸安定性高、可回收等诸多优点，是航空航天、轨道交通、汽车、便携式军工及民用产品金属结构用材的理想选择。但受镁及镁合金塑性差、易开裂、散热快、延展性低、塑性加工能力极差，阻碍了镁合金的进一步开发和应用。半固态成形技术由于凝固收缩小，充型平稳，产品致密等优点，以广泛应用于镁合金生产。
目前，镁合金半固态成形技术包括流变成形和触变成形两种，触变成形是先将固、液混合浆料凝固成铸锭，再将铸锭切割，最后将其加热到固、液区间再进行成形的方法，但其生产成本高、工艺流程长、能耗高从而制约其大规模推广应用；而流变成形是将固、液混合浆料直接成形的方法；由于其生产成本低，工艺流程短，能耗低等特点使其越来越受到人们的重视，但流变成形在浆料制备及输送方面存在缺陷。因此，制备高品质镁合金浆料使其在短时间内快速成形成为半固态成形技术的技术关键。
半固态压铸技术作为一种近净成型工艺，相比于传统液态压铸可避免气孔和缩松缺陷，产品致密、性能强、应用广。目前，镁合金半固态压铸技术大多采用先制备浆料再挤压铸造的方法，其制备的相关技术有电磁搅拌、应变诱导熔化激活法、机械搅拌和超声振动法、外加倾斜板等装置的方法实现制备良好的半固态浆料，由于这些方法成本高、稳定性差还未实现大规模的推广应用。如何在短时间内制备优良的半固态浆料，实现半固态成形技术与挤压铸造技术快速稳定、高效的链接，达到精准控制，产出高质量镁合金产品，成为制约镁合金半固态成形的技术关键。因此，急需开发一种可控性强，制备均匀优良、稳定可靠的半固态镁合金剪切推送装置，实现制浆与成形的紧密衔接。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种半固态镁合金剪切推送装置，可有效解决现有的镁合金半固态浆料制备不均、晶粒粗糙、固相率控制难、温耗高以及生产工艺流程长、灵活性差、稳定性差等技术问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种半固态镁合金剪切推送装置，结构包括：保护罩、铸轧机、铸嘴、低温快速辊、上挡料块、下挡料块、密封装置、弧形密封腔、刮料板、挤压模具、导油腔、高温慢速辊、上辊套、W型槽、下辊套及底座；其特征在于，保护罩与铸轧机螺栓连接，低温快速辊和高温慢速辊连接于铸轧机轴承座之间，且低温快速辊位于高温慢速辊上方；上辊套通过键固定连接于低温快速辊上，下辊套通过键固定连接于高温慢速辊上，上辊套、下辊套采用过盈配合固定于辊上；导油腔分别设置于低温快速辊和高温慢速辊的中心位置处；挤压模具设置于铸轧机一侧，且通过螺栓进行连接；密封装置设置于低温快速辊、高温慢速辊连接挤压模具的一侧，通过螺栓与机架进行连接，密封装置与低温快速辊、高温慢速辊采用过盈配合的装配关系，且由于高温慢速辊上的轮槽为W型形状，在高温慢速辊与密封装置连接位置，W型形状轮槽被密封装置密封形成了弧形密封腔；所述密封装置上通过螺钉固定设置有上挡料块和下挡料块；所述刮料板横向设置于高温慢速辊一侧的中间位置；装置的底座与地面采用螺栓连接保持装置固定；所述低温快速辊上的轮槽为矩形形状，高温慢速辊上的轮槽为W型形状，在低温快速辊与高温慢速辊结合处，其辊槽配合形成差温异速W型槽高温慢速高温慢速高温慢速；其具体流程为：溶液经前箱除杂、控流，再经铸嘴导入低温快速辊和高温慢速辊形成的差温异速W型槽内，通过低温快速辊和高温慢速辊上的轮槽转动牵引半固态镁合金，经弧形密封装置与高温慢速辊形成的弧形密封腔道旋转挤压，旋转90度被刮料板刮净，推送至挤压模具里面；期间弧形密封腔通过梯度冷却控温，高温慢速辊内通冷却水控温，从而使密封腔内的半固态镁合金保持相应的温度，控制溶液固相率。
所述低温快速辊和高温慢速辊外表面采用可拆换式轧辊曲面，弧形密封腔和挤压模具内侧采用可更换式接触套环。
所述高温慢速辊和低温快速辊上分别设有多个定位凸条，通过配合连接可使辊套与辊轴体之间的定位结合可靠，根据不同轧制要求更换不同规格的辊套，操作灵活方便。
所述低温快速辊上的轮槽为矩形形状，溶液不易黏附在上辊上，高温慢速辊上的轮槽为W型形状，溶液依附面积大，作用力强；两辊的温度、速度不同，产生的搓轧及离心力作用强烈，使在W型槽表面形成的晶核易于离开表面进入到熔体中，增加形核率，细化组织。
溶液在该结构里由于型腔内部的冷却作用，在型腔表面发生结晶形成晶壳，晶壳随着W型槽的旋转通过低温快速辊和高温慢速辊上的轮槽转动牵引半固态镁合金，经保温弧形密封装置与高温慢速辊形成的密封腔道旋转挤压，最后被刮料板阻挡刮净，推送至挤压模具里面；在旋转高温慢速辊作用下金属由内摩擦转为外摩擦，使金属产生变形，同时还有动态再结晶的出现；期间弧形密封腔通过电阻层预热，高温慢速辊内通导热油预热，从而使密封腔内的半固态镁合金保持相应的温度，控制溶液固相率；使溶液在高温慢速辊转动的过程中，由于合金液自身重力及轧辊提供的高剪切力作用，产生枝晶破碎，形成球状晶粒，达到细化晶粒获得高质量的半固态金属浆料目的。
一种半固态镁合金剪切推送装置的应用方法，具体操作的步骤如下：
1）铸挤前，通过调节螺钉调整高温慢速辊与弧形密封腔之间的间隙，启动铸挤装置，使高温慢速辊进行空转，对铸挤装置进行预热、除杂；然后控制上下辊预热温度及转速；
2）开始铸挤，固相率在10%~30%的镁合金溶液；通过前箱底侧的横浇道由铸嘴直接进入差温异速铸轧辊（上辊：低温快速；下辊：高温慢速）中间的W型槽内，与两辊表面接触的溶液通过轮槽转动进入预热好的弧形密封腔；密封装置和高温慢速辊内部设有通水冷却系统对W型密封腔内溶液温度进行实时调整，使腔内溶液温度稳定在设定值，溶液通过90°包角进入挤压模具；
3）待铸挤即将完成时，需降低剪切推送装置转速，打开剪切推送装置四周设置的喷水冷却系统对其进行冷却，同时，通过调节螺钉使弧形密封腔与铸挤装置分开，然后对铸挤装置停车；同时继续通水冷却，待铸挤装置温度降到一定温度以下后，停止冷却，并关闭所有电源。
本发明的有益效果是：将铸造工序与挤压工序并线生产，缩短流程；充分利用铸造工序余热，节约能源；具有产能高、质量好、灵活性强和稳定生产的优点及积极效果。
附图说明
图1为半固态镁合金剪切推送装置俯视图；
图2为半固态镁合金剪切推送装置中A-A剖视图；；
图3为半固态镁合金剪切推送装置主视图；
图4为图3中B-B剖视图；
图5为图3中C-C剖视图；
图6为W型槽示意图。
图中：1、保护罩；2、铸轧机；3、铸嘴；4、低温快速辊；5、上挡料块；5'、下挡料块；6、密封装置；7、弧形密封腔；8、刮料板；9、挤压模具；10、导油腔；11、高温慢速辊；12、上辊套；13、W型槽；14、下辊套；15、底座。
具体实施方式
下面将结合本发明的具体实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。
如图1-5所示，本发明所提供的一种半固态镁合金剪切推送装置，结构包括：保护罩1、铸轧机2、铸嘴3、低温快速辊4、上挡料块5、下挡料块5'、密封装置6、弧形密封腔7、刮料板8、挤压模具9、导油腔10、高温慢速辊11、上辊套12、W型槽13、下辊套14及底座15；其中，保护罩1与铸轧机2螺栓连接，低温快速辊4和高温慢速辊11连接于铸轧机2的轴承座之间；上辊套12通过键固定连接于低温快速辊4上，下辊套14通过键固定连接于高温慢速辊11上；密封装置6与低温快速辊4、高温慢速辊11采用过盈配合的装配关系，挤压模具9与铸轧机2螺栓连接，上挡料块5、下挡料块5'通过螺钉固定于密封装置6上，上辊套12、下辊套14采用过盈配合固定于辊上，底座与地面采用螺栓连接保持装置固定。
应用过程中，溶液经前箱除杂、控流，再经铸嘴3导入低温快速辊4和高温慢速辊11形成的差温异速W型槽13内；如图6所示，W型槽13内有凸缘结构可增加溶液依附面积，增强翻腾剪切作用，增强轮槽推挤能力；通过低温快速辊4和高温慢速辊11上的轮槽转动牵引半固态镁合金，产生离心剪切作用，从而控制溶液固相率；经弧形密封腔7与高温慢速辊11形成的密封腔道旋转挤压，旋转90度被刮料板8刮净，推送至挤压模具9里面；在旋转高温慢速辊11的作用下金属由内摩擦转为外摩擦，使金属产生变形，同时还有动态再结晶的出现；期间弧形密封腔7通过梯度冷却控温，高温慢速辊11内通冷却水控温，从而使密封腔内的半固态镁合金保持相应的温度，控制溶液固相率，使溶液在高温慢速辊11转动的过程中，由于合金液自身重力及轧辊提供的高剪切力作用，产生枝晶破碎，形成球状晶粒，达到细化晶粒获得高质量的半固态金属浆料目的。
本实施选用AZ91镁合金来验证上述理论分析，该镁合金缝管材（管外径Φ25.00-50.00mm；壁厚6.30-10.00mm）加工的连铸连挤工艺如下所示：将AZ91镁合金溶液通过前箱上的液压泵使熔液从静置炉流出后，进入保温输送管道流入可以控制液面高度的前箱内，前箱温度控制在580℃左右；通过前箱底侧的横浇道流入由保温材料制成的供料铸嘴中，液体金属靠静压力由铸嘴直接进入差温异速铸轧辊（上辊：温控在380℃，转速控制在18r/min；下辊温控在420℃：转速控制在9r/min）中间的W型槽内（型腔内金属溶液浇注的流量秒体积为1.1kg），与两辊表面接触的溶液通过轮槽转动进入温控在380℃~400℃弧形密封腔。
铸挤前，先调整高温慢速辊与保温弧形密封腔之间的间隙，大致在0.8mm范围，再将所有固定螺钉拧紧，并启动铸挤装置，通过PLC控制器对高温慢速辊进行控制，转速控制在8r/min进行空转，时间3分钟，对铸挤装置进行预热、摩擦、除杂质。然后将上下辊转速稳定在8r/min，开始连铸，连铸装置内部四周设有喷水冷却系统对W型密封腔内溶液温度进行实时调整，使腔内溶液温度稳定在530℃~570℃，在腔内溶液随着铸轧辊的转动，镁熔体的热量不断通过凝固壳被铸轧辊带走，结晶前沿温度持续下降。结晶面不断向熔体内部推进，随着铸轧辊的转动形核率越来越高；溶液通过90°包角进入挤压模具。
以上所述，仅为本发明中一例具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，基于本发明中的方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它方案，都属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种半固态镁合金剪切推送装置，结构包括：保护罩、铸轧机、铸嘴、低温快速辊、上挡料块、下挡料块、密封装置、弧形密封腔、刮料板、挤压模具、导油腔、高温慢速辊、上辊套、W型槽、下辊套及底座；其特征在于，保护罩与铸轧机螺栓连接，低温快速辊和高温慢速辊连接于铸轧机轴承座之间，且低温快速辊位于高温慢速辊上方；上辊套通过键固定连接于低温快速辊上，下辊套通过键固定连接于高温慢速辊上，上辊套、下辊套采用过盈配合固定于辊上；导油腔分别设置于低温快速辊和高温慢速辊的中心位置处；挤压模具设置于铸轧机一侧，且通过螺栓进行连接；密封装置设置于低温快速辊、高温慢速辊连接挤压模具的一侧，通过螺栓与机架进行连接，密封装置与低温快速辊、高温慢速辊采用过盈配合的装配关系，且由于高温慢速辊上的轮槽为W型形状，在高温慢速辊与密封装置连接位置，W型形状轮槽被密封装置密封形成了弧形密封腔；所述密封装置上通过螺钉固定设置有上挡料块和下挡料块；所述刮料板横向设置于高温慢速辊一侧的中间位置；装置的底座与地面采用螺栓连接保持装置固定；所述低温快速辊上的轮槽为矩形形状，高温慢速辊上的轮槽为W型形状，在低温快速辊与高温慢速辊结合处，其辊槽配合形成差温异速W型槽。
2.根据权利要求1所述的一种半固态镁合金剪切推送装置，其特征在于：所述的低温快速辊和高温慢速辊外表面采用可拆换式轧辊曲面，弧形密封腔和挤压模具内侧采用可更换式接触套环。
3.根据权利要求1所述的一种半固态镁合金剪切推送装置，其特征在于：所述高温慢速辊和低温快速辊上分别设有多个定位凸条。
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