CN211938960U - 一种用于镁合金快速凝固的急冷辊 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于镁合金快速凝固的急冷辊，属于镁合金制备技术领域。一种用于镁合金快速凝固的急冷辊，包括辊轮轴、铁辊轮、进水套筒和排水套筒；其中铁辊轮装配在辊轮轴上，进水套筒和排水套筒也装配在辊轮轴上，进水套筒和排水套筒分别位于铁辊轮两侧；辊轮轴、铁辊轮、进水套筒和排水套筒均为中空结构，辊轮轴的内部分别与铁辊轮、进水套筒、排水套筒的内部连接。本实用新型提供的可用于镁合金快速凝固的急冷辊，与传统用于快速凝固的铜辊、钼辊相比，选用价格相对低廉的工业纯铁制备，熔点高，不与镁及其合金元素反应，加工性能好，可以大规模应用在工业生产中，使成本大大降低。

Description

一种用于镁合金快速凝固的急冷辊

技术领域

本实用新型涉及镁合金制备技术领域，具体涉及一种用于镁合金快速凝固的急冷辊。

背景技术

由于能源枯竭和环保压力的加剧，全球对轻量化提出了迫切的要求。镁合金以其优良的导热性、可回收性、抗电磁干扰性及优良的阻尼性能等特点，并且镁的资源十分丰富，被誉为“绿色工程材料”、21世纪的“时代金属”，在汽车工业、轨道交通、航空航天、机器人、家用电器、休闲娱乐等领域有着广阔的应用前景。但是由于其力学性能较差，屈服强度较小，使其应用一直受到限制，没有像钢铁和铝合金一样大规模开展起来。快速凝固是提高镁合金力学性能最有效的一种方式，通过固溶强化和细晶强化原理可以大幅度提高镁合金的屈服强度，使其甚至超过一般的钢铁和铝合金材料。

传统用于镁合金快淬的辊轮多采用导热性能良好的铜辊和钼辊，但是由于铜和钼价格较贵，如果用来制备可用于大规模生产的、工作面较宽的辊轮，成本较高，不利于在工业生产中大规模的应用。并且铜的熔点偏低，镁铜之间存在化学反应，铜辊用于镁合金快淬容易引入杂质Cu，从而影响镁合金综合性能。因此，要寻找一种价格低廉、可用于镁合金快速凝固的材料制备急冷辊，并且要有简单的结构设计，方便制造加工。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于镁合金快速凝固的急冷辊，以解决现有快速凝固制备镁合金所存在的急冷辊成本高、无法实现大规模的快速生产的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种用于镁合金快速凝固的急冷辊，包括：辊轮轴、装配在辊轮轴上的铁辊轮以及分别位于铁辊轮两侧且装配在辊轮轴上的进水套筒和排水套筒，辊轮轴、铁辊轮、进水套筒和排水套筒均为中空结构，辊轮轴的内部分别与铁辊轮、进水套筒和排水套筒的内部连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述铁辊轮内部通过挡水隔板分为冷却腔和回流腔，挡水隔板上设有连通冷却腔和回流腔的通水孔；辊轮轴内沿其轴向设有通过轴心挡水层隔开的进水流道和出水流道，进水流道设有与进水套筒内部连通的进水轴孔以及与冷却腔连通的出水轴孔，出水流道设有与回流腔连通的回流轴孔以及与排水套筒内部连通的排水轴孔；进水套筒设有进水口，排水套筒设有排水口。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述进水轴孔、出水轴孔、回流轴孔和排水轴孔分别为至少两个，且分别沿辊轮轴圆周均匀分布。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述出水轴孔具有多组且非等距地分布在辊轮轴上，并且在靠近轴心挡水层的方向上，相邻两组出水轴孔之间的距离逐渐减小。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述铁辊轮的内壁上设有沿其径向延伸的多个散热翅片并且散热翅片远离铁辊轮内壁的一端与辊轮轴隔开，散热翅片靠近铁辊轮内壁的一端设有翅片孔，使得多个散热翅片之间形成的腔隙连通。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述散热翅片与铁辊轮之间的腔隙以及相邻两个散热翅片之间的腔隙与出水轴孔相对应。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述铁辊轮、进水套筒和排水套筒与辊轮轴之间分别设有动密封。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，上述铁辊轮由工业纯铁制备而成。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型以铁辊轮代替价格昂贵的铜辊和钼辊用于制备快速凝固的镁合金，极大地节约了设备投入成本，制备大规模生产的、工作面较宽的大尺寸辊轮也不会产生巨大的设备投入成本，能够在工业生产中大规模应用。本实用新型以铁辊轮代替铜辊还有一个优势在于：铜的熔点(1083.4℃)相对镁的熔点(650℃)高出不多，铜镁之间容易发生反应，当铜辊用于镁合金快速凝固时容易引入杂质Cu，而影响镁合金的综合性能；本申请采用铁辊轮用于镁合金快速凝固，其熔点(1538℃)相对镁较高，很重要的是，镁与铁之间不发生化学反应，且强度高于铜，加工性能好，导热性能(约72W/(m·K))只比黄铜(约92W/(m·K))略小，能够在满足良好导热性能的前提下，节约成本且提高镁合金的纯度，减少杂质引入。

为了进一步提高本实用新型急冷辊的冷却效果，本实用新型还提供了一种与铁辊轮配套的水冷系统，通过在辊轮轴上设置进水轴孔、出水轴孔、回流轴孔和排水轴孔来控制冷却水在铁辊轮内部的水流走向，从而达到更好的冷却效果。通过对铁辊轮以及辊轮轴内部的结构设计，本实用新型的急冷辊冷却效果好，且结构设计简单，方便制造加工，成本低，可根据需要设计辊轮宽度，可制备大尺寸急冷辊，提高镁合金快淬的生产效率。

本实用新型在铁辊轮内部设置挡水隔板，将铁辊轮内部划分为冷却腔和回流腔，同时也通过轴心挡水层将辊轮轴分为进水流道和出水流道。由于轴心挡水层的存在，强制冷却水通过进水轴孔流入铁辊轮内部的冷却腔以用于热交换，而不是直接从辊轮轴流出。为了使辊轮冷却程度均匀，本实用新型设置在辊轮轴上的出水轴孔非等距设置，越靠近轴心挡水层，出水轴孔之间的距离越短，这是因为最初流入辊轮的水带着热量往辊轮通水孔方向流动，后续轴心出水孔设计的越来越密，是为了加大进水量，以降低流过来的水的温度，从而对辊轮起到更好的冷却效果，使温度更加均匀，开孔数目可根据辊轮宽度而设计。为了达到更好的冷却效果，冷却水要从铁辊内壁流过，所以本实用新型将挡水隔板上的通水孔靠近铁辊轮的内壁设置。

附图说明

图1为本实用新型实施例的急冷辊的结构示意图，图中所示箭头为冷却介质流动方向；

图2为本实用新型实施例的急冷辊沿A-A的剖视图。

图中：100-急冷辊；10-铁辊轮；101-挡水隔板；102-冷却腔；103-回流腔；104-通水孔；20-辊轮轴；201-进水流道；202-出水流道；203-进水轴孔；204-回流轴孔；205-排水轴孔；206-出水轴孔；207-轴心挡水层；30-进水套筒；301-进水口；40-排水套筒；401-排水口；50-动密封。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例

请参照图1，用于镁合金快速凝固的急冷辊100，急冷辊100的辊轮为铁辊轮10。铁辊轮10由工业纯铁制备而成。如图1所示，本实用新型实施例的急冷辊100包括：辊轮轴20、装配在辊轮轴20上的铁辊轮10以及分别位于铁辊轮10两侧且装配在辊轮轴20上的进水套筒30和排水套筒40。辊轮轴20、铁辊轮10、进水套筒30和排水套筒40均为中空结构。辊轮轴20的内部分别与铁辊轮10、进水套筒30和排水套筒40的内部连通。

请参照图1，铁辊轮10内部通过挡水隔板101分为冷却腔102和回流腔103。挡水隔板101沿垂直于铁辊轮10的轴向的方向设置，将铁辊轮10内部沿轴向分割为两个腔体：冷却腔102和回流腔103。挡水隔板101与铁辊轮10的截面形状相匹配，其边缘与铁辊轮10的内壁连接。优选地，挡水隔板101为圆形隔板，挡水隔板101和铁辊轮10一体成型。冷却腔102所占的体积明显大于回流腔103，这样有利于集中更多的冷却介质在冷却腔102中，提高冷却效果，而且在挡水隔板101的作用下，使得冷却介质必须充满整个冷却腔102才能够通过隔板上的通水孔104流入回流腔103内，然后再流出。避免了冷却介质直接流出，延长冷却介质的流动路径，使冷却更加均匀、冷却效果更好。请参照图2，挡水隔板101上连通冷却腔102和回流腔103的通水孔104靠近铁辊轮10的内壁设置，使冷却水沿铁辊轮10内壁流入回流腔103，更好的带走铁辊轮10壁上的热量，起到良好的冷却效果。

请参照图1，辊轮轴20内沿其轴向设有通过轴心挡水层207隔开的进水流道201和出水流道202。进水流道201设有与进水套筒30内部连通的进水轴孔203以及与冷却腔102连通的出水轴孔206。出水流道202设有与回流腔103连通的回流轴孔204以及与排水套筒40内部连通的排水轴孔205。进水轴孔203、出水轴孔206、回流轴孔204和排水轴孔205为至少两个，且分别沿辊轮轴20圆周均匀分布。出水轴孔206具有多组且非等距地分布在辊轮轴20上。每组出水轴孔206的数量至少为两个，且均匀分布在辊轮轴20的同一圆周方向上。如图1所示，在靠近轴心挡水层207的方向上，相邻两组出水轴孔206之间的距离减小。也即是，越靠近轴心挡水层207，相邻两组出水轴孔206之间的间距越小。铁辊轮10的内壁上设有沿其径向延伸的多个散热翅片60并且散热翅片60远离铁辊轮10内壁的一端与辊轮轴20隔开，散热翅片60靠近铁辊轮10内壁的一端设有翅片孔601，使得多个散热翅片之间形成的腔隙连通。散热翅片60与铁辊轮10之间的腔隙以及相邻两个散热翅片60之间的腔隙与出水轴孔206相对应。

进水套筒30设有进水口301，排水套筒40设有排水口401。进水套筒30和排水套筒40与辊轮轴20之间分别设有动密封50。轴心挡水层207贯穿辊轮轴20，将辊轮轴分隔为进水流道201和出水流道202，挡水隔板101将铁辊轮10分隔为冷却腔102和回流腔103。轴心挡水层207优选为和辊轮轴20一体成型。

综上所述，与传统用于快速凝固的铜辊、钼辊相比，本实用新型提供的可用于镁合金快速凝固的急冷辊100，选用价格相对低廉的工业纯铁制备，熔点高，不与镁及其合金元素反应，加工性能好，可以大规模应用在工业生产中，使成本大大降低。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述急冷辊包括：辊轮轴(20)、装配在所述辊轮轴(20)上的铁辊轮(10)以及分别位于所述铁辊轮(10)两侧且装配在所述辊轮轴(20)上的进水套筒(30)和排水套筒(40)，所述辊轮轴(20)、所述铁辊轮(10)、所述进水套筒(30)和所述排水套筒(40)均为中空结构，所述辊轮轴(20)的内部分别与所述铁辊轮(10)、进水套筒(30)和排水套筒(40)的内部连通。

2.根据权利要求1所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述铁辊轮(10)内部通过挡水隔板(101)分为冷却腔(102)和回流腔(103)，所述挡水隔板(101)上设有连通所述冷却腔(102)和所述回流腔(103)的通水孔(104)；

所述辊轮轴(20)内沿其轴向设有通过轴心挡水层(207)隔开的进水流道(201)和出水流道(202)，所述进水流道(201)设有与所述进水套筒(30)内部连通的进水轴孔(203)以及与所述冷却腔(102)连通的出水轴孔(206)，所述出水流道(202)设有与所述回流腔(103)连通的回流轴孔(204)以及与所述排水套筒(40)内部连通的排水轴孔(205)；

所述进水套筒(30)设有进水口(301)，所述排水套筒(40)设有排水口(401)。

3.根据权利要求2所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述进水轴孔(203)、出水轴孔(206)、回流轴孔(204)和排水轴孔(205)分别为至少两个，且分别沿所述辊轮轴(20)圆周均匀分布。

4.根据权利要求3所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述出水轴孔(206)具有多组且非等距地分布在所述辊轮轴(20)上，并且在靠近所述轴心挡水层(207)的方向上，相邻两组出水轴孔(206)之间的距离逐渐减小。

5.根据权利要求2所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述铁辊轮(10)的内壁上设有沿其径向延伸的多个散热翅片(60)并且所述散热翅片(60)远离所述铁辊轮(10)内壁的一端与所述辊轮轴(20)隔开，所述散热翅片(60)靠近所述铁辊轮(10)内壁的一端设有翅片孔(601)，使得多个所述散热翅片之间形成的腔隙连通。

6.根据权利要求5所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述散热翅片(60)与所述铁辊轮(10)之间的腔隙以及相邻两个散热翅片(60)之间的腔隙与所述出水轴孔(206)相对应。

7.根据权利要求1至6任一项所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述铁辊轮(10)、所述进水套筒(30)和所述排水套筒(40)与所述辊轮轴(20)之间分别设有动密封(50)。

8.根据权利要求1所述的用于镁合金快速凝固的急冷辊，其特征在于，所述铁辊轮(10)由工业纯铁制备而成。

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