CN115255295B - 一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属铸造模具技术领域，尤其涉及一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具。本发明通过在底板上设置旋转轴、模具主体、水冷槽体板单元、电机，以及弹性夹紧柱单元的方式，使得铝合金熔体的冷却固化成型操作更加快速、高效。本发明具有以下优点：第一，模具主体安放在水冷槽体板单元内，后者通入流动水体，保证模具主体内的铝合金熔体水冷固化，可以适当地提高固化速度；第二，水冷槽体板单元连带模具主体小幅往复旋转，弹性夹紧柱单元不定地、更小幅地来回推动模具主体，使得铝合金熔体获得充分且适宜的离心力场、推力场，保证铝合金熔体可以最快速度地在模具主体内铺平，填满每一个模具角落。

Description

一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具

技术领域

本发明属于金属铸造模具技术领域，尤其涉及一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具。

背景技术

多场耦合，指的是该铝合金锭成型过程中，影响其成型速度、成型质量等参数的物理场有多个，例如可以是温度场、重力场、磁场、湿度场，以及静电力场等中的若干个场的组合。

另一方面，对于铝合金锭的模具本身，其结构形态特点包括：数量多、结构相对较小、无需上下模组合。所以，在铝合金锭的连铸过程中，一般会将模具本身放在转盘上、输送带上，保证一次性成型获得多个铝合金锭产品。

专利公告号为CN216461636U、公告日为2022.05.10的中国实用新型专利，公开了一种铝锭铸造模具，其包括支撑底板，支撑底板的底端等距安装有支撑腿，支撑底板的顶端一侧转动安装有支撑杆，还设置有双轴电机、第一不完全齿轮、齿板和第二不完全齿轮等各组件。

该实用新型专利中的铝锭铸造模具，其大体运行原理为：多个模具本体可以依次旋转至注料管下方，保证铝熔体可以快速下料，而且模具本体还可以升降，避免铝熔体洒落。

但是，该铝锭铸造模具在实际生产使用过程中，则至少还存在以下2个不足之处。

第一、铝熔体只能自然冷却成型，缺少更加高效的水冷、油冷等结构，因此连铸成型整体工艺的效率就不高。

第二、铝熔体在模具本体内缺少一个快速铺平功能，只能依靠自身重力来流淌展开，这是十分低效的，也限制了快速冷却方式的运行，这一点对于内部结构相对复杂的模具本体来说，是尤为致命的。

所以综上所述，现在急需一种力学场、水冷温度场耦合，最终得以让铝熔体快速填满模具本体、在允许的前提下尽量快速固化的新型铝合金锭成型模具。

发明内容

本发明提供一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，其能通过在底板上设置旋转轴、模具主体、水冷槽体板单元、电机，以及弹性夹紧柱单元的方式，使得铝合金熔体的冷却固化成型操作更加快速、高效。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，结构包括底板，旋转轴，以及模具主体，还包括设置在所述旋转轴上端面上，并用于安放所述模具主体的水冷槽体板单元，设置在所述底板上表面上，并通过往复驱动所述旋转轴旋转的方式，以用于提高所述模具主体内熔体铺平速度的电机，以及设置在所述水冷槽体板单元内，且弹性夹紧所述模具主体，并通过水平方向弹性震动方式，以用于提高所述模具主体内熔体铺平速度的弹性夹紧柱单元。

进一步优选的技术方案在于：所述水冷槽体板单元包括圆形板体，设置在所述圆形板体上表面上，并用于接收下落水体的环形槽，设置在所述圆形板体上表面上，并用于安放所述模具主体的圆形槽，设置在所述环形槽和圆形槽之间的水体交换孔，设置在两个所述圆形槽之间的水体连通孔道，以及设置在所述环形槽内底面上的排水孔。

进一步优选的技术方案在于：所述圆形槽的数量为3-5个，设置在所述环形槽内侧，绕着所述圆形板体的圆心，按圆周排列方式均匀间隔设置。

进一步优选的技术方案在于：所述弹性夹紧柱单元包括设置在所述水体交换孔或水体连通孔道内的夹紧环部，以及插接设置在所述夹紧环部上，并用于弹性夹紧所述模具主体的夹紧柱部。

进一步优选的技术方案在于：所述夹紧环部包括设置在所述水体交换孔或水体连通孔道内的竖向圆环，设置在所述竖向圆环上的径向螺孔，设置在所述径向螺孔上，并用于顶起所述水体交换孔或水体连通孔道内环面、安装所述夹紧柱部的夹紧用螺柱，以及设置在所述竖向圆环内环面上，并用于插接所述夹紧柱部的内侧圆环。

进一步优选的技术方案在于：所述夹紧柱部包括插接设置在所述内侧圆环内的横向柱体，设置在所述横向柱体端面上，并用于夹紧所述模具主体的放大板，以及套接设置在所述横向柱体上，且位于所述夹紧用螺柱和放大板之间的顶起弹簧。

进一步优选的技术方案在于：所述夹紧柱部还包括套接设置在所述横向柱体上，并用于压紧所述顶起弹簧、封堵所述水体交换孔或水体连通孔道开口处的圆台形开孔块。

进一步优选的技术方案在于：所述夹紧环部还包括设置在所述夹紧用螺柱内侧端面上，并用于插入所述顶起弹簧相邻弹簧圈之间的弹簧防掉落板。

进一步优选的技术方案在于：所述底板上表面上还设有位于所述排水孔下方位置处的接水槽体，所述接水槽体的横向截面形状为扇环形。

进一步优选的技术方案在于：所述底板上表面上还设有用于安装所述旋转轴的竖向筒体，所述旋转轴与电机之间通过皮带连接。

本发明具有以下优点。

第一，模具主体安放在水冷槽体板单元内，后者通入流动水体，保证模具主体内的铝合金熔体水冷固化，可以适当地提高固化速度。

第二，水冷槽体板单元连带模具主体小幅往复旋转，弹性夹紧柱单元不定地、更小幅地来回推动模具主体，使得铝合金熔体获得充分且适宜的离心力场、推力场，保证铝合金熔体可以最快速度地在模具主体内铺平，填满每一个模具角落。

第三，上述第一、第二点相辅相成，由于流动成型速度快了，因此冷却固化速度，在合理范围内可以更快，进一步提高铝合金连铸锭的生产效率。

第四，水冷槽体板单元内的水路规划合理，保证每一个模具主体都可以充分且相对平均地接触到冷却用水体。

第五，弹性夹紧柱单元自身，既可以调节对模具主体的夹紧强度，还可以适当封堵水体交换孔或水体连通孔道的开口处，调节冷却水的加入量，保证上述力学场、冷却用的温度场都是灵活可调的。

第六、力学场的强度调节方法包括改变电机的驱动旋转速度，改变夹紧柱部的有效弹力大小，最终保证铝合金熔体在模具主体内可以充分且适宜地快速铺平。

当然，熔体飞溅、离开模具是绝对不允许的。

第七、圆台形开孔块，与水体交换孔或水体连通孔道的开口之间的距离是灵活可调的，保证不同添加量的熔体也能一起、适宜地固化成型，毕竟模具主体本身也有大小之分。

第八、对于水冷用的温度场而言，其强度灵活可调，而且是独立调节，且冷却水体也可以回收再利用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中水冷槽体板单元的俯视图。

图3为本发明中弹性夹紧柱单元的位置结构示意图。

图4为本发明中夹紧柱部的结构示意图。

图5为本发明中夹紧环部的位置结构示意图。

图6为本发明中弹簧防掉落板的位置结构示意图。

图7为俯视角度下，本发明中接水槽体的位置结构示意图。

图8为本发明中竖向筒体的位置结构示意图。

附图中，各标号所代表的含义如下：进水管a、水管固定架b、弹性头c、底板11、旋转轴12、模具主体13、水冷槽体板单元1、电机2、弹性夹紧柱单元3、圆形板体101、环形槽102、圆形槽103、水体交换孔104、水体连通孔道105、排水孔106、夹紧环部301、夹紧柱部302、竖向圆环301a、径向螺孔301b、夹紧用螺柱301c、内侧圆环301d、横向柱体302a、放大板302b、顶起弹簧302c、圆台形开孔块302d、弹簧防掉落板301e、接水槽体4、竖向筒体5。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

如附图1-8所示，一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，结构包括底板11，旋转轴12，以及模具主体13，还包括设置在所述旋转轴12上端面上，并用于安放所述模具主体13的水冷槽体板单元1，设置在所述底板11上表面上，并通过往复驱动所述旋转轴12旋转的方式，以用于提高所述模具主体13内熔体铺平速度的电机2，以及设置在所述水冷槽体板单元1内，且弹性夹紧所述模具主体13，并通过水平方向弹性震动方式，以用于提高所述模具主体13内熔体铺平速度的弹性夹紧柱单元3。

在本实施例中，所述模具主体13的形状，即对应现有常见的铝合金锭形状，例如圆柱形、圆台形、正方形等。另一方面，对于结构更加复杂的铝合金锭而言，或者是锭表面要留出字样凹槽，此时铝合金熔体在所述模具主体13内，就相对地难以快速铺平，如果此时马上冷却固化，则最终的铝合金锭可能轮廓不完整、字样不清晰，即为残次品。

因此，在引入快速水冷动作之前，首先需要保证熔体已经在所述模具主体13内流平、铺平，流到模具内所有角落、缝隙处了，这正是力学场的引入目的，其耦合水冷用的温度场，前者保证先流动成型，后者保证再固化成型，使得最终的铝合金锭，不仅外观轮廓完整，而且固化生产效率高。

其中，上述力学场本质上还可以再细分，即所述电机2最终给熔体提供离心力场，所述弹性夹紧柱单元3最终给熔体提供推动力场，两者目的是一样的，都是在适宜的范围内，让熔体快速动起来，快速流动、铺平成型。

所述水冷槽体板单元1包括圆形板体101，设置在所述圆形板体101上表面上，并用于接收下落水体的环形槽102，设置在所述圆形板体101上表面上，并用于安放所述模具主体13的圆形槽103，设置在所述环形槽102和圆形槽103之间的水体交换孔104，设置在两个所述圆形槽103之间的水体连通孔道105，以及设置在所述环形槽102内底面上的排水孔106。

在本实施例中，所述圆形板体101的旋转角速度为1°/s左右，不能太大，不能让熔体从模具主体13内飞溅开来。

而冷却用水体的途径为：进水管a、环形槽102、水体交换孔104、圆形槽103、水体连通孔道105、后续的圆形槽103、后续的水体交换孔104、环形槽102，以及排水孔106，最终保证所有的所述圆形槽103内的模具主体13，都能接受水冷操作。

此外，所述进水管a与排水孔106，大致位于所述圆形板体101的两侧，尽量减少水体直接排出、无效水冷的量。

所述圆形槽103的数量为3-5个，设置在所述环形槽102内侧，绕着所述圆形板体101的圆心，按圆周排列方式均匀间隔设置。

在本实施例中，所述水体交换孔104、水体连通孔道105的数量，都等于所述圆形槽103。换言之，不相邻的两个所述圆形槽103之间，不再设置所述水体连通孔道105。

所述弹性夹紧柱单元3包括设置在所述水体交换孔104或水体连通孔道105内的夹紧环部301，以及插接设置在所述夹紧环部301上，并用于弹性夹紧所述模具主体13的夹紧柱部302。

在本实施例中，所述夹紧环部301整个设置在所述水体交换孔104或水体连通孔道105内，所述夹紧柱部302用于小幅地、不定地推动所述模具主体13，使得所述模具主体13在往复旋转运动的基础上，再叠加无序的震动，最终适宜且快速地“摇匀”其内的熔体。

此外，由于一个所述圆形槽103，都是对应一个所述水体交换孔104、两个所述水体连通孔道105，因此一个所述模具主体13都是被三个所述弹性夹紧柱单元3来一起夹紧的，所以对于所述模具主体13的外部形状而言，优选的是圆形、正三角形，以及正六边形，避免所述模具主体13发生夹不稳、倾倒等有害问题。

所述夹紧环部301包括设置在所述水体交换孔104或水体连通孔道105内的竖向圆环301a，设置在所述竖向圆环301a上的径向螺孔301b，设置在所述径向螺孔301b上，并用于顶起所述水体交换孔104或水体连通孔道105内环面、安装所述夹紧柱部302的夹紧用螺柱301c，以及设置在所述竖向圆环301a内环面上，并用于插接所述夹紧柱部302的内侧圆环301d。

在本实施例中，所述夹紧用螺柱301c在所述竖向圆环301a上适当径向向外旋出，即可顶住所述水体交换孔104或水体连通孔道105的内环面，这样整个所述夹紧环部301也就稳定安装完毕了。

而所述内侧圆环301d用于插接所述夹紧柱部302，保证所述夹紧柱部302只能线性移动，即夹紧、松开所述模具主体13，其他例如旋转、摆动等情况都是无用的、有害的。

所述夹紧柱部302包括插接设置在所述内侧圆环301d内的横向柱体302a，设置在所述横向柱体302a端面上，并用于夹紧所述模具主体13的放大板302b，以及套接设置在所述横向柱体302a上，且位于所述夹紧用螺柱301c和放大板302b之间的顶起弹簧302c。

在本实施例中，所述顶起弹簧302c外侧端是所述夹紧用螺柱301c，内侧端是所述放大板302b，保证其弹性势能，最终可以将所述放大板302b稳稳地压在所述模具主体13上。

最终，三个所述弹性夹紧柱单元3各自、总共三个所述放大板302b，可以相对充分地夹住所述模具主体13。

此外，所述内侧圆环301d“外圆内方”，所述横向柱体302a为方形柱，则所述夹紧柱部302也就不会发生有害的旋转动作了。

所述夹紧柱部302还包括套接设置在所述横向柱体302a上，并用于压紧所述顶起弹簧302c、封堵所述水体交换孔104或水体连通孔道105开口处的圆台形开孔块302d。

在本实施例中，如果没有所述圆台形开孔块302d，则所述顶起弹簧302c的全部弹力只能全部投入使用，用于顶起所述放大板302b。换言之，所述弹性夹紧柱单元3对模具主体13的夹紧强度，至少缺失了一个调节维度。

而所述圆台形开孔块302d的大体使用方法为：其靠近所述放大板302b时，所述顶起弹簧302c的实际使用弹力变小，最终对模具主体13的震动、摇匀强度更大，而反之如果其靠近所述夹紧环部301，所述顶起弹簧302c的实际使用弹力变大，可以更稳地夹紧所述模具主体13，所述模具主体13不易摇晃起来。

所以通俗地讲，前者适用于少量熔体的成型操作，后者适用于模具内快要装满熔体的情况。

最后，意想不到的是，所述圆台形开孔块302d自身还可以部分堵住所述水体交换孔104或水体连通孔道105的开口，堵住幅度本身就是不定、可调的，最终调节所述圆形槽103内实际流过的水体量，避免熔体过快水冷固化，或是水冷强度不足。

所述夹紧环部301还包括设置在所述夹紧用螺柱301c内侧端面上，并用于插入所述顶起弹簧302c相邻弹簧圈之间的弹簧防掉落板301e。

在本实施例中，如果没有所述弹簧防掉落板301e，则所述模具主体13取下之后，所述夹紧柱部302在所述夹紧环部301上只有一个横向插接动作，所述夹紧柱部302随时可能掉落，而所述弹簧防掉落板301e插在相邻两个弹簧圈之间，所述顶起弹簧302c自身则与所述放大板302b或圆台形开孔块302d固接，这样即可稳定安装所述夹紧柱部302。

另一方面，所述弹簧防掉落板301e对于所述夹紧柱部302而言，则是夹紧强度大小的另一个调节维度，即所述弹簧防掉落板301e和内侧圆环301d之间的部分弹簧圈，是无用的弹簧部分，不会影响所述夹紧柱部302的夹紧强度大小，该部分圈数越多，则所述夹紧柱部302的夹紧强度越小，最终的调节效果，则是与所述圆台形开孔块302d的滑动位置选择方式一致的。

所述底板11上表面上还设有位于所述排水孔106下方位置处的接水槽体4，所述接水槽体4的横向截面形状为扇环形。

在本实施例中，所述模具主体13的数量，设置为与熔体下料口一一对应，因此所述水冷槽体板单元1只需相对小幅地往复旋转摆动即可，此时所述排水孔106的移动轨迹就是一个扇环形区域，保证最后的已经冷却使用过的水体，全部回收至所述接水槽体4内。

所述底板11上表面上还设有用于安装所述旋转轴12的竖向筒体5，所述旋转轴12与电机2之间通过皮带连接。

在本实施例中，所述皮带也可以换成链条，相对应的，所述旋转轴12和电机轴上，一起设置皮带轮或者链轮即可。

最后，所述电机2为步进电机，保证相对精准的可控、双向旋转效果。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，结构包括底板（11），旋转轴（12），以及模具主体（13），其特征在于：还包括设置在所述旋转轴（12）上端面上，并用于安放所述模具主体（13）的水冷槽体板单元（1），设置在所述底板（11）上表面上，并通过往复驱动所述旋转轴（12）旋转的方式，以用于提高所述模具主体（13）内熔体铺平速度的电机（2），以及设置在所述水冷槽体板单元（1）内，且弹性夹紧所述模具主体（13），并通过水平方向弹性震动方式，以用于提高所述模具主体（13）内熔体铺平速度的弹性夹紧柱单元（3），

所述水冷槽体板单元（1）包括圆形板体（101），设置在所述圆形板体（101）上表面上，并用于接收下落水体的环形槽（102），设置在所述圆形板体（101）上表面上，并用于安放所述模具主体（13）的圆形槽（103），设置在所述环形槽（102）和圆形槽（103）之间的水体交换孔（104），设置在两个所述圆形槽（103）之间的水体连通孔道（105），以及设置在所述环形槽（102）内底面上的排水孔（106），

所述弹性夹紧柱单元（3）包括设置在所述水体交换孔（104）或水体连通孔道（105）内的夹紧环部（301），以及插接设置在所述夹紧环部（301）上，并用于弹性夹紧所述模具主体（13）的夹紧柱部（302），

所述夹紧环部（301）包括设置在所述水体交换孔（104）或水体连通孔道（105）内的竖向圆环（301a），设置在所述竖向圆环（301a）上的径向螺孔（301b），设置在所述径向螺孔（301b）上，并用于顶起所述水体交换孔（104）或水体连通孔道（105）内环面、安装所述夹紧柱部（302）的夹紧用螺柱（301c），以及设置在所述竖向圆环（301a）内环面上，并用于插接所述夹紧柱部（302）的内侧圆环（301d），

所述夹紧柱部（302）包括插接设置在所述内侧圆环（301d）内的横向柱体（302a），设置在所述横向柱体（302a）端面上，并用于夹紧所述模具主体（13）的放大板（302b），以及套接设置在所述横向柱体（302a）上，且位于所述夹紧用螺柱（301c）和放大板（302b）之间的顶起弹簧（302c），

所述夹紧柱部（302）还包括套接设置在所述横向柱体（302a）上，并用于压紧所述顶起弹簧（302c）、封堵所述水体交换孔（104）或水体连通孔道（105）开口处的圆台形开孔块（302d），

所述夹紧环部（301）还包括设置在所述夹紧用螺柱（301c）内侧端面上，并用于插入所述顶起弹簧（302c）相邻弹簧圈之间的弹簧防掉落板（301e）。

2.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，其特征在于：所述圆形槽（103）的数量为3-5个，设置在所述环形槽（102）内侧，绕着所述圆形板体（101）的圆心，按圆周排列方式均匀间隔设置。

3.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，其特征在于：所述底板（11）上表面上还设有位于所述排水孔（106）下方位置处的接水槽体（4），所述接水槽体（4）的横向截面形状为扇环形。

4.根据权利要求1所述的一种基于多场耦合的铝合金连铸锭成型模具，其特征在于：所述底板（11）上表面上还设有用于安装所述旋转轴（12）的竖向筒体（5），所述旋转轴（12）与电机（2）之间通过皮带连接。