CN115846445A - 一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法，涉及机械设备技术领域，包括挤压机床，牵引机床，冷床和控制整个挤压装置运行的控制系统，挤压机床上由左至右依次设有模具，盛锭筒，供锭器，挤压杆和主缸，挤压机床的前端设有牵引机床，牵引机床上并列设有牵引机一和牵引机二，牵引机一上设有中断锯，牵引机床末端的旁侧设有冷床，二者通过传动带连接，冷床由前至后为待拉直区域，拉直区域和待锯区域，冷床待拉直区域设有接触式测温器，拉直区域设有自动拉伸矫直机，待锯切区域设有成品锯，本发明结构简单，操作便捷，挤压提速的同时可以保证产品的直线度，采用双牵引以及自动拉直，减少员工的操作强度，挤压效率高，通用性强。
Description
技术领域
本发明涉及机械设备技术领域，尤其涉及一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法。
背景技术
随着政策支持和技术进步，我国光伏产业成长迅速，成本下降和产品更新换代速度不断加快。在此背景下，我国光伏应用市场稳步增长，装机量、发电量均不断提高。同样的光伏组件释放的产能也是巨大的，大概占总制造成本的5%左右，市场体量巨大。其中太阳能边框、支架占金属材料的95%以上，目前使用的材料主要为钢、铝合金型材，镁合金材料基本处于刚刚起步的阶段。为了降低对基座的承重以及减少搬运、安装成本，出现组件钢结构材料逐步减少、轻质材料逐步增加的趋势。
现有的变形加工技术中，热挤压加工特别适用于生产各类截面形状复杂的型材，同时长度上几乎不受限制，可满足大批量连续生产要求。现有的光伏组件主要为6061、6063铝合金挤压型材，因其较低的生产制造成本被客户青睐，同样的，AZ31B镁合金挤压型材可以完全满足其使用力学要求的前提下实现组件减重1/3，这就意味着同种规格的组件可以实现各大面积的铺设面积，同时大大减少搬运、安装成本，潜在使用价值巨大。
镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料，被誉为“21世纪最有前途的金属结构材料”。具有密度小，比强度和比刚度高，阻尼性、热性、切削加工性、铸造性能好，电磁屏蔽能力强，尺寸稳定，资源丰富，容易回收等一系列优点。光伏产业是基于半导体技术和新能源需求而兴起的朝阳产业，也是未来全球先进产业竞争的制高点。目前，光伏太阳能边框、支架使用的材料主要有钢、铝合金材料，对组件基座的承重要求高，并且搬运和安装的劳动强度大，效率低，成本高。因此，光伏组件、支架的轻量化是解决问题的关键所在。
但是，目前按照光伏组件尺寸规格，合适的挤压机吨位一般在600T-800T，现有的类似尺寸规格镁合金型材的挤压速度在2m/分钟左右，而铝合金型材的挤压速度在15m/分钟左右，造成镁合金挤压型材的制造成本远远高于铝合金型材的生产成本，这也是导致在中低端制品应用上镁合金型材的劣势之一。而铝合金光伏组件的挤出成型目前从工艺、设备、模具等方面已经比较成熟，可以说挤压的制造成本已经控制到比较稳定的水平，镁合金光伏组件的材料优势固然是一方面，制造成本的降低将大大有利于实现中低端产品的批量化生产以及产业化应用。
目前国内铝合金挤压型材基本可以占铝合金制品的比重达到30%左右，镁合金挤压制品占镁合金制品比重在5%左右，镁合金由于材料的特殊性在热挤压工艺以及设备上与铝合金仍然存在较大差别，本身镁合金制品的体量就比铝合金的市场体量小得多，这也就造成镁合金的挤出成型材设备及辅机的研究以及使用大多从铝合金挤出成型设备照搬过来，优化的部分较少。现有的光伏镁合金组件类似断面型材的挤压装置存在诸多缺陷：（1）无法提高挤压速度，一是受限于设备的本身能力，二提高挤压速度后可能会出现型材过烧以及变形严重，模具损坏等问题；（2）现有的挤压速度可以通过调整侧向的快速冷却实现直线度合格，速度提上来以后后续的直线度无法保证。 因此，急需开发一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法以解决上述技术问题。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法，结构简单，操作便捷，挤压提速的同时可以保证产品的直线度，采用双牵引以及自动拉直，减少员工的操作强度，挤压效率高，通用性强，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。
为了实现上述目的，本发明提供的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，包括挤压机床，牵引机床，冷床以及控制整个挤压装置运行的控制系统，所述挤压机床上由左至右依次设有模具，盛锭筒，用于放置镁合金铸锭的供锭器，挤压杆和主缸，工作时，盛锭筒前进靠紧模具，挤压杆由主缸液压驱动前进，将镁合金铸锭推进盛锭筒开始挤压，通过模具后变成型材，所述挤压机床的前端设有牵引机床，所述牵引机床上并列设有牵引机一和牵引机二，所述牵引机一上设有中断锯，所述牵引机床末端的旁侧设有冷床，二者通过传动带连接，所述冷床由前至后为待拉直区域，拉直区域和待锯切区域，所述冷床待拉直区域设有接触式测温器，用于检测待拉直型材的温度，所述拉直区域设有自动拉伸矫直机，用于拉直型材，所述待锯切区域设有成品锯，用于对拉直后的型材进行集中切割。
优选地，所述盛锭筒的直径为Ø100mm。
优选地，所述模具的外形尺寸为：最大外圆直径Ø185mm，厚度150mm。
优选地，所述主缸的压力为23Mpa -25Mpa。
一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，采用权利要求1-4任一所述的镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置进行挤压，具体包括如下步骤：
S1：盛锭筒前进靠紧模具，挤压杆前进将镁合金铸锭推进盛锭筒并开始挤压；
S2：镁合金铸锭通过模具后变成型材，由牵引机一牵引出，并在冷床右端位置实施移动交接给牵引机二，之后牵引机一返回至初始牵引位置；
S3：挤压完毕后，利用牵引机一的中断锯将型材在接头位置锯断，并由牵引机二快速牵引至冷床左端位置，同时牵引机一保持正常速度牵引；
S4：牵引机二到达冷床左端位置后，将钳口松开，由传送带将型材传送至冷床待拉直区域；
S5：利用接触式测温器对待拉直型材的温度进行检测，当待拉直型材的温度降至200℃时，控制系统控制自动拉伸矫直机松开钳口，将自动拉伸矫直机内的上一支已拉直的型材摆至待锯区域，自动拉伸矫直机的钳口加紧待拉直型材对其进行拉直处理，此时上一支型材已冷却至室温，不会再发生变形，之后利用成品锯对待锯区域的型材进行多集中锯切，自动拉直过程与挤压过程同步进行，实现了整个过程的连续生产。
优选地，所述S1中，挤压开始阶段，挤压杆的前进速度为0.3±0.1mm/秒，突破压力降低以后，根据出料情况将前进速度逐步提升至3-5mm/秒。
优选地，所述S1中，模具和盛锭筒的温度为380-400℃，镁合金铸锭的温度为370±10℃。
优选地，所述S2中，挤压机床的出料口温度为410±10℃。
优选地，所述S4中，牵引结束时，型材温度为300±10℃。
优选地，所述S5中，所述自动拉伸矫直机的拉伸量为1-1.5%，如遇壁厚太厚的型材拉直后温度降低缓慢可使用冷媒介质对型材实施冷却，以达到拉直效率与温度降低的均衡。
本发明提供的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置及方法，具有如下有益效果。
1．本发明将现有的盛锭筒的直径降低一个规格，从Ø110mm调整为Ø100mm，一方面是为了降低挤压比17.4%，降低成型的难度，进而降低突破时的压力近20%，另一方面对模具的寿命也有很大的提升，尤其针对壁厚薄带空腔的截面。
2．本发明将现有模具的外形尺寸：最大外圆直径Ø185mm，厚度135mm进行加厚，调整为最大外圆直径Ø185mm，厚度150mm，能够有效提高模具挤压过程的载荷承受能力以及模芯在成型过程中的稳定性。挤压机床的主缸压力为23Mpa -25Mpa，能够为提速提供足够的主缸推力。
3．由于镁合金型材的拉伸温度基本在150-200℃，超出这个范围拉直效果很差，一般温度降低至80℃以下基本不会再有变形产生，无法实现拉伸矫直的效果。本发明采用双牵引模式以及自动拉伸矫直机，并通过接触式测温器来控制自动拉伸矫直机开始拉直以及钳口的松开，能够有效避免壁厚较薄的型材还未到达冷床位置已经降温至80℃以下，保障拉伸矫直的效果。
附图说明
图1为本发明提供的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置的结构示意图。
图中：
1.挤压机床 2.牵引机床 3.冷床 4.待拉直区域 5.拉直区域 6.待锯切区域 7.型材 8.模具 9.盛锭筒 10.供锭器 11.镁合金铸锭 12.挤压杆 13.主缸 14.牵引机一15.牵引机二 16.中断锯 17.自动拉伸矫直机 18.传送带 19.接触式测温器 20.成品锯。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明做进一步说明，以助于理解本发明的内容。
一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，包括挤压机床1，牵引机床2，冷床3以及控制整个挤压装置运行的控制系统（图中未示出），所述挤压机床1上由左至右依次设有模具8，盛锭筒9，用于放置镁合金铸锭11的供锭器10，挤压杆12和主缸13，工作时，盛锭筒9前进靠紧模具8，挤压杆12由主缸13液压驱动前进，将镁合金铸锭11推进盛锭筒9开始挤压，通过模具8后变成型材7，所述挤压机床1的前端设有牵引机床2，所述牵引机床2上并列设有牵引机一14和牵引机二15，所述牵引机一14上设有中断锯16，所述牵引机床2末端的旁侧设有冷床3，二者通过传动带连接，所述冷床3由前至后为待拉直区域4，拉直区域5和待锯切区域6，所述冷床3待拉直区域4设有接触式测温器19，用于检测待拉直型材7的温度，所述拉直区域5设有自动拉伸矫直机17，用于拉直型材7，所述待锯切区域6设有成品锯20，用于对拉直后的型材7进行集中切割。优选地，所述盛锭筒9的直径为Ø100mm。本发明将现有的盛锭筒9的直径降低一个规格，从Ø110mm调整为Ø100mm，一方面是为了降低挤压比17.4%，降低成型的难度，进而降低突破时的压力近20%，另一方面对模具8的寿命也有很大的提升，尤其针对壁厚薄带空腔的截面。所述模具8的外形尺寸为：最大外圆直径Ø185mm，厚度150mm。本发明将现有模具的外形尺寸：最大外圆直径Ø185mm，厚度135mm进行加厚，调整为最大外圆直径Ø185mm，厚度150mm，能够有效提高模具8挤压过程的载荷承受能力以及模芯在成型过程中的稳定性。所述主缸13的压力为23Mpa -25Mpa，能够为提速提供足够的主缸推力。
一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，采用上述镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置进行挤压，具体包括如下步骤：
S1：盛锭筒9前进靠紧模具8，挤压杆12前进将镁合金铸锭11推进盛锭筒9并开始挤压；挤压开始阶段，挤压杆12的前进速度为0.3±0.1mm/秒，突破压力降低以后，根据出料情况将前进速度逐步提升至3-5mm/秒，按照挤压比30计算，此时的产品速度可以达到5.4-9m/min，实现提速2-5倍。模具8和盛锭筒9的温度为380-400℃，镁合金铸锭11的温度为370±10℃。
S2：镁合金铸锭11通过模具8后变成型材7，由牵引机一14牵引出，并在冷床3右端位置实施移动交接给牵引机二15，之后牵引机一14返回至初始牵引位置；挤压机床1的出料口温度为410±10℃。一般模具出料口温度达到450℃左右产品表面质量就会出现发黑以及氧化的现象，调整工艺后的出料口温度基本可以维持在410℃左右，完全可以满足要求。
S3：挤压完毕后，利用牵引机一14的中断锯16将型材7在接头位置锯断，并由牵引机二15快速牵引至冷床3左端位置，同时牵引机一14保持正常速度牵引；
S4：牵引机二15到达冷床3左端位置后，将钳口松开，由传送带18将型材7传送至冷床3待拉直区域4；牵引结束时，型材温度为300±10℃。
S5：利用接触式测温器19对待拉直型材7的温度进行检测，当待拉直型材7的温度降至200℃时，控制系统控制自动拉伸矫直机17松开钳口，将自动拉伸矫直机17内的上一支已拉直的型材7摆至待锯区域，自动拉伸矫直机17的钳口加紧待拉直型材7对其进行拉直处理，此时上一支型材7已冷却至室温，不会再发生变形，之后利用成品锯20对待锯区域的型材7进行多集中锯切，自动拉直过程与挤压过程同步进行，实现了整个过程的连续生产。所述自动拉伸矫直机17的拉伸量为1-1.5%，如遇壁厚太厚的型材7拉直后温度降低缓慢可使用冷媒介质对型材7实施冷却，以达到拉直效率与温度降低的均衡。由于镁合金型材7的拉伸温度基本在150-200℃，超出这个范围拉直效果很差，一般温度降低至80℃以下基本不会再有变形产生，无法实现拉伸矫直的效果。本发明采用双牵引模式以及自动拉伸矫直机17，并通过接触式测温器19来控制自动拉伸矫直机17开始拉直以及钳口的松开，能够有效避免壁厚较薄的型材7还未到达冷床3位置已经降温至80℃以下，保障拉伸矫直的效果。
本发明结构简单，操作便捷，挤压提速的同时可以保证产品的直线度，采用双牵引以及自动拉直，减少员工的操作强度，挤压效率高，通用性强，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，其特征在于，包括挤压机床，牵引机床，冷床以及控制整个挤压装置运行的控制系统，所述挤压机床上由左至右依次设有模具，盛锭筒，用于放置镁合金铸锭的供锭器，挤压杆和主缸，工作时，盛锭筒前进靠紧模具，挤压杆由主缸液压驱动前进，将镁合金铸锭推进盛锭筒开始挤压，通过模具后变成型材，所述挤压机床的前端设有牵引机床，所述牵引机床上并列设有牵引机一和牵引机二，所述牵引机一上设有中断锯，所述牵引机床末端的旁侧设有冷床，二者通过传动带连接，所述冷床由前至后为待拉直区域，拉直区域和待锯切区域，所述冷床待拉直区域设有接触式测温器，用于检测待拉直型材的温度，所述拉直区域设有自动拉伸矫直机，用于拉直型材，所述待锯切区域设有成品锯，用于对拉直后的型材进行集中切割。
2.根据权利要求1所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，其特征在于，所述盛锭筒的直径为Ø100mm。
3.根据权利要求2所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，其特征在于，所述模具的外形尺寸为：最大外圆直径Ø185mm，厚度150mm。
4.根据权利要求3所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置，其特征在于，所述主缸的压力为23Mpa -25Mpa。
5.一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压装置进行挤压，具体包括如下步骤：
S1：盛锭筒前进靠紧模具，挤压杆前进将镁合金铸锭推进盛锭筒并开始挤压；
S2：镁合金铸锭通过模具后变成型材，由牵引机一牵引出，并在冷床右端位置实施移动交接给牵引机二，之后牵引机一返回至初始牵引位置；
S3：挤压完毕后，利用牵引机一的中断锯将型材在接头位置锯断，并由牵引机二快速牵引至冷床左端位置，同时牵引机一保持正常速度牵引；
S4：牵引机二到达冷床左端位置后，将钳口松开，由传送带将型材传送至冷床待拉直区域；
S5：利用接触式测温器对待拉直型材的温度进行检测，当待拉直型材的温度降至200℃时，控制系统控制自动拉伸矫直机松开钳口，将自动拉伸矫直机内的上一支已拉直的型材摆至待锯区域，自动拉伸矫直机的钳口加紧待拉直型材对其进行拉直处理，此时上一支型材已冷却至室温，不会再发生变形，之后利用成品锯对待锯区域的型材进行多集中锯切，自动拉直过程与挤压过程同步进行，实现了整个过程的连续生产。
6.根据权利要求5所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，所述S1中，挤压开始阶段，挤压杆的前进速度为0.3±0.1mm/秒，突破压力降低以后，根据出料情况将前进速度逐步提升至3-5mm/秒。
7.根据权利要求5所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，所述S1中，模具和盛锭筒的温度为380-400℃，镁合金铸锭的温度为370±10℃。
8.根据权利要求5所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，所述S2中，挤压机床的出料口温度为410±10℃。
9.根据权利要求5所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，所述S4中，牵引结束时，型材温度为300±10℃。
10.根据权利要求5所述的一种镁合金光伏太阳能组件型材高效热挤压方法，其特征在于，所述S5中，所述自动拉伸矫直机的拉伸量为1-1.5%，如遇壁厚太厚的型材拉直后温度降低缓慢可使用冷媒介质对型材实施冷却，以达到拉直效率与温度降低的均衡。
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