CN111215465A - 一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其设于挤压机的出口，牵引和拉直一体化系统包括：设于挤压机出口端旁侧的水平垂直对中装置，其对挤压机出口端输出的镁合金挤压材进行对中；第一牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，所述第一牵引装置能够沿第一牵引轨道行走；第二牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，第二牵引装置能够沿第二牵引轨道行走；第二牵引装置上设有用于将镁合金挤压材切断的切割机；控制，其与所述第一牵引装置和第二牵引装置分别连接；其中，所述第一牵引装置和第二牵引装置交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直或预延伸。

Description

一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统

技术领域

本发明涉及一种镁合金系统，尤其涉及一种镁合金挤压材系统。

背景技术

轻合金中的镁铝合金的挤压材由于具有较铸态更高的强度和塑性及耐腐蚀等综合性能，轻合金挤压加工可以实现一次挤压成型，生产效率高，并且产品灵活性大，可生产出横截面形状复杂的产品，轻量化效果明显，因此，受到航空航天、汽车、轨道交通等领域的热切关注。

此外，镁合金具有低密度(密度为1.8g/cm³)、高比强度和比刚度以及某些优良的物理属性(如导热性能、电磁屏蔽性能、阻尼减震性能和对声音高频音域的响应特性)，因而，其在汽车、轨道交通等运输工业和家电电子工业等诸多领域里也具有良好的应用前景。

然而，对于力学性能、挤压材的直度以及挤压材生产效率也提出了更高的要求。

在现有技术中，镁合金挤压材的制备流程为：热挤压机负责挤压，随后，牵引线负责将挤压出的挤压材进行牵引以及定尺切割，最后运送至矫直机对挤压材进行矫直。

在上述过程中，矫直机通常采用拉伸矫直机，其原理是利用金属工件不直时其纵向纤维必然长短不齐，而长短不齐的纤维受到塑性拉伸达到长短相等之后卸掉外力时必然以基本相等的弹性回复量恢复到稳定状态，以达到矫直目的。

然而，由于镁合金材料在室温下的塑性不够，成形性低，不能在常温下对镁挤压材进行拉直矫直，必须先将镁合金材料加热到一定温度后才能进行矫直，因此，适用于镁合金挤压材的矫直装置必须由加热装置与矫直机共同组成，这使得镁合金热挤压成品产线长，生产效率低。

此外，现有技术通常采用的单牵引机，单牵引机在挤出料达到一定长度后，需要将挤压机停下或限速以完成切割和牵引机头的返回，这导致产线无法连续生产，不仅影响生产效率，而且主机停机或降速将导致挤压料在模具内的温度场和压力场发生间歇性变化，导致挤出料性质不均匀。

公开号为CN102266881A，公开日为2011年12月7日，名称为“用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置”的中国专利文献公开了一种用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，该装置通过在矫直机用于支撑挤压料的轨道下设置加热装置，这样在加热挤压料的过程中，由于有轨道支撑，避免因热应力产生弯曲现象。

公开号为CN103302130A，公开日为2013年9月18日，名称为“一种高性能复杂截面镁合金型材”的中国专利文献公开一种高性能复杂截面镁合金型材。在该专利文献所公开的技术方案中，其制备工艺为：铸坯加热→模具加热→挤压筒加热→挤压→牵引机牵引→切压条→张力矫直→锯切→人工矫直，由于其采用的是镁合金坯料加热三级递温加热工艺，不等温温矫、震动去应力，因而确保了镁合金挤压料的高速挤压、直线度与低残余应力状态。

公开号为CN104060202A，公开日为2014年9月24日，名称为“一种镁合金挤压材在线温矫装置”的中国专利文献公开了一种镁合金挤压材在线温矫装置。该装置实现了在挤压出口处即可进行镁合金挤压材的矫直，不需要离线重新加热。

综上所述可以看出，现有技术中的镁合金挤压材的生产线设置过长，需要单独设置牵引机以及矫直机，这并不利于提高生产效率，节约生产成本。基于此，期望获得一种用于镁合金挤压材的生产系统，以实现牵引与矫直的同时进行，保证在较短产线上实现镁合金挤压材产品的连续生产，从而节省工艺步骤，提高生产效率，降低镁挤压工艺成本，同时还有利于提高所生产的镁合金挤压材的高精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，该牵引和拉直一体化系统通过建立两个牵引装置，配合精确的控制系统，从而实现了高精度双牵引线，使得热挤压后的牵引和拉直矫直两个工序可以合二为一，简化挤压机出口后的产线，从而一次性获得平直的最终产品，不仅提高成材精度，而且提高了生产效率，节省了生产成本以及节约能耗。

为了实现上述目的，本发明提出了一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其设于挤压机的出口，牵引和拉直一体化系统包括：

设于挤压机出口端旁侧的水平垂直对中装置，其对挤压机出口端输出的镁合金挤压材进行对中；

第一牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，第一牵引装置能够沿第一牵引轨道行走；

第二牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，第二牵引装置能够沿第二牵引轨道行走；第二牵引装置上设有用于将镁合金挤压材切断的切割机；

控制系统，其与第一牵引装置和第二牵引装置连接，以控制第一牵引装置和第二牵引装置对挤压材施加连续不间断的精确牵引力；

其中，第一牵引装置和第二牵引装置交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直或预延伸。

从挤压机中挤出的镁合金挤压材在刚挤出的时候，其头部并不一定沿着轴线笔直挤出，其很有可能弯曲偏往某一个方向，因而，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中设置了水平和垂直对中装置，以对挤压材的料头进行对中调整。对中辊可以是被动转动，也可以按工艺需要实现微张力夹送。在本案中，张力夹送是指水平和垂直对中装置中的夹紧辊的速度略高于挤压机的出口速度，从而形成对材料的一定张力。若在设置多个夹送辊，则每一道次的夹送辊的速度均较其前道次的夹送辊的速度略高，则可以形成对材料的持续张力。夹送辊的辊形可以根据挤压材的截面形状进行设置，例如设置为圆柱形、V形或其他本领域内技术人员可以想到的形状。

随后，镁合金挤压材可以通过第一牵引装置以及第二牵引装置分别沿着第一牵引轨道和第二牵引轨道进行牵引，彼此之间互不干扰，从而保证了挤压牵引过程的连续不间断。其中，第一牵引装置可以设置为其行程满足镁合金挤压材的最长值，而第二牵引装置设置有切割机，以用于对镁合金挤压材进行定尺切割，其行程可以短于第一牵引装置的行程。

控制系统根据镁合金挤压材在不同温度下的强度、当前挤出点温度、镁合金挤压材的截面积，预计算并设定牵引力值，由控制系统控制第一和第二牵引装置来实现。

需要指出的是，当镁合金挤压材牵引到一定长度后，若挤压机的推挤速度略有波动，由于(面积)挤压比(1:X)的放大效应，会导致型材的被挤出速度大幅波动。此时，无论多高精度的牵引力随动控制系统都不可避免地会出现牵引力的轻微波动，由此，被牵引的镁合金挤压长材将产生振动，而该振动会一直反向传递到挤压机的模具出口，导致在挤出的镁合金挤压料上出现较明显的连续振动纹，该振动纹不仅会影响型材表面质量，也会对材料内部的力学性能略有影响。因此，可以优选地在挤压机的出口设置夹送装置，以隔离由于挤压机速度不稳导致的波动。本发明的所述的对中辊可以兼用作夹送辊，也可以在牵引路径上另外单独设置夹送辊系统，可根据需要自动投入运行。

控制系统综上所述可以看出，本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统通过设置第一牵引装置和第二牵引装置，从而建立了双牵引产线，使得其可以交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并通过设置控制系统向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直或预延伸，从而实现了现热挤压后的牵引和拉直矫直两个工序的合二为一，简化挤压机出口后的产线，一次性获得平直的最终产品，不仅提高成材精度，而且由此提高了生产效率，节省了生产成本以及节约能耗。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，水平垂直对中装置包括水平对中装置和垂直对中装置，其中水平对中装置包括在镁合金挤压材的厚度方向上成对设置的水平对中辊，水平对中辊的轴向方向与水平方向一致；垂直对中装置包括在镁合金挤压材的宽度方向上成对设置的垂直对中辊，垂直对中辊的轴向方向与竖直方向一致。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，水平垂直对中装置包括成对设置的V型对叉件，该成对设置的V型对叉件的V型开口端相对设置，且均指向镁合金挤压材，并且其中一个V型对叉件的V型杆插设在另一个V向对叉件的V型槽内。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，水平对中辊和垂直对中辊被设置为被动转动。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，水平对中辊和/或垂直对中辊与驱动元件连接，驱动元件驱动水平对中辊和/或垂直对中辊主动转动，以使水平对中辊和/或垂直对中辊的线速度大于挤压机出口处镁合金挤压材的挤出速度，以实现对挤出型材的第一级微张力。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，驱动元件与控制控制系统连接。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，驱动元件包括伺服电机，以实现对牵引力的精确控制。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，水平对中辊呈圆柱形或沙漏型。

进一步地，在本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统中，垂直对中辊呈圆柱形或沙漏型。

相较于现有技术中的技术方案，本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统具有如下优点和有益效果：

本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统通过设置第一牵引装置和第二牵引装置，从而建立了双牵引产线，使得其可以交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并通过设置控制系统向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直和预延伸，从而实现了热挤压后的牵引和拉直矫直两个工序的合二为一，简化挤压机出口后的产线，从而一次性获得平直的最终产品，不仅提高成材精度，而且由此提高了生产效率，节省了生产成本以及节约能耗。

此外，本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统克服了现有技术中的镁合金挤压材需要离线矫直，导致生产流程长的缺点，节省了镁合金挤压材制造过程的能耗。

另外，通过本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统所获的最终产品精度高，质量好，综合性能强，尤其是挤压材的强度较高。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统的工作原理。

图2从另一视角显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统的工作原理。

图3为本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统在一种实施方式中的结构布置图。

图4为图3的俯视图。

图5为图3的等轴测图。

图6显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统在另一种实施方式中的水平对中装置和/或垂直对中装置的结构。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1示意性地显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统的工作原理。图2从另一视角显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统的工作原理。

如图1所示，并在必要时参考图2，在本实施方式中的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其设于挤压机1的下游，牵引和拉直一体化系统包括：设于挤压机出口端旁侧的水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2，其对挤压机1出口端输出的镁合金挤压材M进行对中；第一牵引装置4，其设于水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2的下游，第一牵引装置4能够沿第一牵引轨道4.1行走；第二牵引装置3，其也设于水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2的下游，第二牵引装置3能够沿第二牵引轨道3.2行走；第二牵引装置3上设有用于将镁合金挤压材切断的切割机3.1。此外，牵引和拉直一体化系统还包括PLC控制系统，控制系统用于控制第一牵引装置4和第二牵引装置3的联动。

其中，第一牵引装置4和第二牵引装置3交替地对镁合金挤压材M进行夹抓，并向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直或预延伸。

结合图1和图2可以看出，水平对中装置2.1包括在镁合金挤压材M的厚度方向V上成对设置的水平对中辊，水平对中辊的轴向方向与水平方向一致；垂直对中装置2.2包括在镁合金挤压材M的宽度方向H上成对设置的垂直对中辊，垂直对中辊的轴向方向与竖直方向一致。并且水平对中辊和垂直对中辊在图1和图2中为圆柱形。在本实施方式中，水平对中辊和垂直对中辊被设置为被动转动。

图3为本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统在一种实施方式中的结构布置图。图4为图3的俯视图。图5为图3的等轴测图。

如图3所示，并在必要时参考图4和图5，在本实施方式中的牵引和拉直一体化系统也设于挤压机1的下游，镁合金挤压材M沿着辊道5移动，牵引和拉直一体化系统包括：水平对中装置2.1、垂直对中装置2.2、第一牵引装置4、第二牵引装置3以及PLC控制系统，其结构与图1和图2所示的牵引和拉直一体化系统相同，因而，不再赘述，其区别在于，水平对中辊和垂直对中辊与驱动元件连接，驱动元件驱动水平对中辊和垂直对中辊主动转动，以使水平对中辊和垂直对中辊的线速度大于挤压机1出口端镁合金挤压材M的挤出速度，以实现对挤出型材的第一级微张力。在本实施方式中，驱动元件包括由PLC控制系统控制的高精度伺服电机，以实现对牵引力的精确控制。控制系统

结合图3至图5可以看出，水平对中辊和垂直对中辊在本实施方式中采用沙漏形。

当然，图3至图5所示的牵引和拉直一体化系统中的水平对中辊和垂直对中辊也可以采用被动转动。

图6显示了本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统在另一种实施方式中的水平垂直对中装置的结构。

如图6所示，该实施方式中的牵引和拉直一体化系统也设于挤压机1的下游，其包括：水平对中装置2.1、垂直对中装置2.2、第一牵引装置4、第二牵引装置3以及控制系统，其结构与图1和图2所示的牵引和拉直一体化系统相同，因而不再赘述。其区别在于，水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2包括成对设置的V型对叉件51，该成对设置的V型对叉件51的V型开口端相对设置，且均指向镁合金挤压材M，并且其中一个V型对叉件51的V型杆插设在另一个V向对叉件的V型槽内。

结合图1至图6对用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统的工作原理进行说明：

当挤压料头部从挤压机1中出来后，水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2对镁合金挤压材M的料头进行机器对中，以确保料头进入第一牵引装置4的中心位置；水平对中装置2.1以及垂直对中装置2.2同时实现微张力夹送；料头进入第一牵引装置4后，第一牵引装置4的夹抓合拢夹紧挤出料，控制系统系统根据测量的挤压材温度快速预设定第一牵引装置4的牵引力值控制系统，并通过控制第一牵引装置4传动伺服电机的驱动电流使得第一牵引装置4对镁合金挤压材M施加预定的牵引力，对材料进行牵引、在线拉直和或预延伸控制；在被牵引的镁合金挤压材M长度接近预定的目标长度前，第二牵引装置3从静止启动并向第一牵引装置4的相同牵引方向(图中箭头所示方向)加速，直到与第一牵引装置4速度同步后，切换由第二牵引装置3的夹抓夹紧并牵引镁合金挤压材M，这时对镁合金挤压材M的牵引力转移到第二牵引装置3来控制，第一牵引装置保持与第二牵引装置速度同步，切割机3.2开始工作，对镁合金挤压材M进行定尺切割；切割完成后，第一牵引装置4带着被切断的挤压机材快速向远端移动至落料位置，松开夹抓，然后逆着牵引方向，向着第二牵引装置3快速返回，接近第二牵引装置3后，再反向并沿着牵引方向加速至与第二牵引装置速度同步后，切换由第一牵引装置4的夹抓夹紧并牵引镁合金挤压材M，第二牵引装置3同步松开并退出牵引轴线，回复至原工作位置。在牵引过程中两牵引装置交替地对镁合金挤压材M进行夹抓和牵引，保持对挤压材M的牵引力持续不间断，二者的牵引轨道互不影响。

综上所述可以看出，本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统通过设置第一牵引装置和第二牵引装置，从而建立了双牵引产线，使得其可以交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并通过PLC控制系统系统向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行高精度地牵引、在线拉直和预延伸，从而实现了热挤压后的牵引和拉直矫直两个工序的合二为一，简化挤压机出口后的产线，从而一次性获得平直的最终产品，不仅提高成材精度，而且由此提高了生产效率，节省了生产成本以及节约能耗。

此外，本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统克服了现有技术中的镁合金挤压材需要离线矫直，导致生产流程长的缺点，节省了镁合金挤压材制造过程的能耗。

另外，通过本发明所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统所获的最终产品精度高，质量好，综合性能强，尤其是挤压材的强度较高。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其设于挤压机的出口，其特征在于，牵引和拉直一体化系统包括：

设于挤压机出口端旁侧的水平垂直对中装置，其对挤压机出口端输出的镁合金挤压材进行对中；

第一牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，所述第一牵引装置能够沿第一牵引轨道行走；

第二牵引装置，其设于水平垂直对中装置的下游，所述第二牵引装置能够沿第二牵引轨道行走；所述第二牵引装置上设有用于将镁合金挤压材切断的切割机；

控制系统，其与所述第一牵引装置和第二牵引装置分别连接；

其中，所述第一牵引装置和第二牵引装置交替地对镁合金挤压材进行夹抓，并向镁合金挤压材施加预设定的牵引力，以对镁合金挤压材进行牵引、在线拉直或预延伸。

2.如权利要求1所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述水平垂直对中装置包括水平对中装置和垂直对中装置，其中水平对中装置包括在镁合金挤压材的厚度方向上成对设置的水平对中辊，所述水平对中辊的轴向方向与水平方向一致；所述垂直对中装置包括在镁合金挤压材的宽度方向上成对设置的垂直对中辊，所述垂直对中辊的轴向方向与竖直方向一致。

3.如权利要求1所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述水平垂直对中装置包括成对设置的V型对叉件，该成对设置的V型对叉件的V型开口端相对设置，且均指向镁合金挤压材，并且其中一个V型对叉件的V型杆插设在另一个V向对叉件的V型槽内。

4.如权利要求2所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述水平对中辊和垂直对中辊被设置为被动转动。

5.如权利要求2所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述水平对中辊和/或垂直对中辊与驱动元件连接，所述驱动元件驱动水平对中辊和/或垂直对中辊主动转动，以使水平对中辊和/或垂直对中辊的线速度大于挤压机出口处镁合金挤压材的挤出速度。

6.如权利要求5所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述驱动元件与控制系统连接。

7.如权利要求5所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述驱动元件包括伺服电机。

8.如权利要求2所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述水平对中辊呈圆柱形或沙漏型。

9.如权利要求2所述的用于镁合金挤压材的牵引和拉直一体化系统，其特征在于，所述垂直对中辊呈圆柱形或沙漏型。

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