CN216540758U - 一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带石墨环的空心棒铸造工装，属于铝合金熔铸设备领域。一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，主要包括外结晶器、芯模、引锭头，其中芯模位于外结晶器中心，引锭头设置在芯模下方，其中芯模主要包括石墨环、热顶、转接板以及芯子本体；所述热顶、转接板、石墨环由上至下依次安装在芯子本体的外圆上，其中石墨环与芯子本体外圆之间采用过盈配合，芯子本体内部的进油通道连接石墨环内圈。本实用新型中润滑油从输油管进入芯子本体内部进油通道以脉冲形式进入石墨环的沟槽中，再通过石墨环内部孔洞渗透到石墨环外表面，形成一层均匀的油膜，油膜使得初凝壳与芯模之间的摩擦力进一步减小，从而获得更为光滑的铸锭内表面。

Description

一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装

技术领域

本实用新型属于铝合金熔铸设备领域，涉及一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装。

背景技术

铝合金空心棒挤压无缝管相比于使用实心棒穿孔挤压或先将铝棒车出内孔再挤压的加工方式具有生产工序少、金属利用率高等优点，可大幅度节约生产成本，提高生产效率。但目前行业内生产出的空心棒普遍存在由于内结晶器无润滑或润滑效果不好导致的铸锭内孔表面偏析层较厚、晶粒粗大、拉痕、挂铝等问题。

专利号为CN100566883C的中国专利公开了一种“内孔水冷却铸造空心棒坯的方法及其装置”。该装置内外结晶器上均设有保温热顶，且都有冷却水孔对铸锭内外表面进行冷却。引锭头带变径套，在铸锭外径不变时只需更换变径套即可铸出不同内径。但该装置中内外结晶器均无润滑，铸造过程中随着铸锭的下移，凝壳和结晶器之间产生的摩擦力较大，较难获得高质量的铸锭表面。如摩擦力持续增大则会有拉漏的风险，导致铸造失败。

专利号为CN102806323A的中国专利公布了“一种生产铝合金空心铸锭的设备及使用方法”。该设备在内结晶器上设有圆周开有油槽的油盖，虽可对内结晶器进行注油润滑，但存在润滑油分布不均匀的问题，油槽对应的区域有油，两油槽之间的区域则无润滑油或比油槽对应区域油少，更是存在铝液钻入油槽中的安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，可在铸造过程中对铸锭内表面提供持续均匀的润滑，从而显著提高铸锭内表面质量。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，主要包括外结晶器、芯模、引锭头，其中芯模位于外结晶器中心，引锭头设置在芯模下方，其中芯模主要包括石墨环、热顶、转接板、输油管以及芯子本体；

所述热顶、转接板、石墨环由上至下依次安装在芯子本体的外圆上，其中石墨环与芯子本体外圆之间采用过盈配合，输油管穿过热顶和转接板与芯子本体内部的进油通道连接，进油通道的另一端连接石墨环内圈。

进一步，所述芯子本体为经过变形处理的6xxx铝合金加工件，具有导热性能好、易切削、重量轻的特点。

进一步，所述转接板为N17材质，具有密度小、加工性能好、表面粗糙度小等优点，可实现与芯子本体和石墨环的精密配合，有效提高铸锭质量。

进一步，还包括密封圈，密封圈安装在石墨环与转接板之间以防止润滑油从转接板泄漏，也可以防止铝液从转接板渗入石墨环中。

进一步，还包括排气管，排气管安装在芯子本体的中心，沿芯子本体的轴向贯穿芯子本体，铸造过程中可将铸锭心部因热交换产生的热气排出。

进一步，还包括过滤网，过滤网安装在芯子本体内部的水腔内，滤网既能过滤掉冷却水中的杂质，避免因杂质堵塞芯子本体的冷却水孔导致的铸锭冷却不均，又能均衡水压、防止紊流的形成。

本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型通过采用石墨环作为油环，石墨环与芯子本体的过盈配合，且因两者材料的热膨胀率相差较大，铸造过程中芯子和石墨环随着受热膨胀配合更加紧密，避免了因配合不当导致的漏油、钻铝、拉痕等问题，且采用石墨环注油润滑加工难度小，油量可调易控制、油膜均匀，油孔无堵塞风险，润滑效果好，通过对进油通道脉冲注油，实现了对铸锭内表面的均匀连续润滑的效果，可显著提高铸锭内表面质量。

2、本实用新型中芯子本体选用变形处理的6xxx铝合金制作，具有导热性能好、易切削、重量轻的特点，不仅可减轻芯子本体重量，与铜质芯子相比成本更低，并且可以与外结晶器材质保持一致从而拥有相同的热传导率；通过输油管穿过热顶和转接板连接芯子本体内部的进油通道，极大的减少芯子本体的加工量，而且芯子本体套装热顶和转接板部分可采用薄壁结构，从而整个工装的重量得以减少；采用N17材质的转接板，具有密度小、加工性能好、表面粗糙度小等优点，可实现与芯子和石墨环的精密配合，有效提高铸锭质量，同时可压紧密封圈，防止铸造油的向上渗漏；芯子本体内部的水腔中安装的滤网，滤网既能过滤掉冷却水中的杂质，避免因杂质堵塞芯子本体的冷却水孔导致的铸锭冷却不均，又能均衡水压、防止紊流的形成；通过排气管可以及时排出铸造过程中因热交换产生的热气，提高铸造质量。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为芯模结构示意图；

图3为图2中I处局部放大图

附图标记：1-引锭头、2-外结晶器、3-外部热顶、4-芯模、5-排气管、6-过滤网、7-芯子本体、8-石墨环、9-转接板、10-热顶、11-输油管、12-密封圈、13-进油通道。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种带石墨环的空心棒铸造工装，主要包括外结晶器2、芯模4、引锭头1，其中芯模4位于外结晶器2中心，引锭头1设置在芯模4下方，其中芯模4主要包括石墨环8、热顶10、转接板9、输油管11以及芯子本体7；

所述热顶10、转接板9、石墨环8由上至下依次安装在芯子本体7的外圆上，其中石墨环8与芯子本体7外圆之间采用过盈配合，输油管11穿过热顶10和转接板6与芯子本体7内部的进油通道13连接，芯子本体7内部的进油通道13连接石墨环8内圈。

进一步，所述芯子本体7为经过变形处理的6xxx铝合金加工件，具有导热性能好、易切削、重量轻的特点。

进一步，所述转接板9为N17材质，具有密度小、加工性能好、表面粗糙度小等优点，可实现与芯子本体7和石墨环8的精密配合，有效提高铸锭质量。

进一步，还包括密封圈12，密封圈12安装在石墨环8与转接板9之间以防止润滑油从转接板9泄漏，也可以防止铝液从转接板9渗入石墨环9中。

进一步，还包括排气管5，排气管5安装在芯子本体7的中心，轴向贯穿芯子本体7，铸造过程中可将铸锭心部因热交换产生的热气排出。

进一步，还包括过滤网6，过滤网6安装在芯子本体7内部的水腔内，过滤网6既能过滤掉冷却水中的杂质，避免因杂质堵塞芯子本体7的冷却水孔导致的铸锭冷却不均，又能均衡水压、防止紊流的形成。

具体的，重点参阅图2～图3，芯子本体7内部设有进油通道13、进水通道以及水腔；其中进油通道13连接石墨环8的内圈，石墨环8与芯子本体7过盈配合，安装时使用液氮冷装，石墨环8与芯子本体7没有油腔；石墨环8的上方安装有转接板9，密封圈12安装在转接板9和石墨环8之间，密封圈12在转接板9下方，石墨环8的内圈上方，转接板9将密封圈12压紧，防止润滑油泄漏；热顶10安装在转接板9的上方与转接板9紧密基础，热顶10上方安装有固定件将热顶10轴向固定，通过热顶10和转接板9实现了对石墨环8的轴向固定；

输油管11穿过热顶10和转接板9上所开的孔与芯子本体7的进油通道13相连，输油管11为不锈钢管；

芯子本体7的中心设置有排气管5，轴向贯穿芯子本体7，进水通道与水腔相连，水腔位于芯子本体7的底部，水腔两侧有若干冷却水孔，过滤网6安装在水腔的中部，用于过滤冷却水。

本实用新型工作流程，熔融铝液经外部热顶3注入由芯模4、外结晶器2以及引锭头1组成的腔室中，在铝液与外结晶器2、引锭头1的热交换作用下，逐渐形成内外初凝壳。随着冷却水喷射到初凝壳上带走绝大部分热量，铸锭逐渐凝固成空心棒，随着铸机的向下运动，凝固的铸锭被拉出结晶器，同时新浇注的铝液充满腔室，随着凝固的持续发生，以完成空心棒的连续铸造。

铸造过程中，冷却水从进水口进入芯子本体7内部水腔中，再从芯子底端圆周均布的水孔中喷射到铸锭内表面，以实现对空心棒内表面的冷却。芯子7上装配有石墨环8，因石墨环8的天然润滑性，可一定程度减少铸锭初凝壳与芯子的摩擦。本实用新型中润滑油从输油管11经由进油通道13以脉冲形式进入石墨环8沟槽中，再通过石墨内部孔洞渗透到石墨环8外表面，形成一层均匀的油膜。油膜使得初凝壳与芯模4之间的摩擦力进一步减小，从而获得更为光滑的铸锭内表面。

铸造开始时，润滑油通过输油管11注入芯子本体7内部的进油通道13，再进入石墨环8内表面沟槽中，因石墨环8的结构组织特性，在注油压力的作用下润滑油经过石墨环8内部孔隙渗透至外表面形成油膜。经由石墨环8形成的油膜分布均匀且出油量一致，因此铸锭圆周每一点都能得到相同的润滑。均匀分布的油膜再加上石墨环的自润滑作用，铸锭初凝壳和芯子外表面之间得到了有效润滑，进而避免因无润滑或润滑不均导致的挂铝、拉痕、油坑等缺陷，产品质量得到明显提高。且如此润滑方式与外结晶器润滑方式一致，对铸锭的内外壁应力分布、晶粒大小等都形成有益影响。

本实用新型中芯子本体7选用变形处理的6xxx铝合金制作，具有导热性能好、易切削、重量轻的特点。不仅可减轻芯子本体7重量，与铜质芯子相比成本更低，并且可以与外结晶器2材质保持一致从而拥有相同的热传导率；通过输油管11穿过热顶10和转接板9连接芯子本体7内部的进油通道13，极大的减少芯子本体7的加工量，而且芯子本体7套装热顶10和转接板9部分可采用薄壁结构，从而整个工装的重量得以减少；采用N17材质的转接板9，具有密度小、加工性能好、表面粗糙度小等优点，可实现与芯子7和石墨环8的精密配合，有效提高铸锭质量，同时可压紧密封圈12，防止铸造油的向上渗漏；芯子本体7内部的水腔中安装的滤网，滤网既能过滤掉冷却水中的杂质，避免因杂质堵塞芯子本体7的冷却水孔导致的铸锭冷却不均，又能均衡水压、防止紊流的形成；通过排气管可以及时排出铸造过程中因热交换产生的热气，提高铸造质量。

以半连续铸造φ582mm×φ256mm的6063空心铸锭为例：

6063合金成分(wt％):

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti
								0.2-0.6	0.35	0.1	0.1	0.45-0.9	0.1	0.1	0.1

熔铸工艺参数如下：

当炉内温度达730～760℃时开始浇注，铝液经流槽进入芯模4、外结晶器2和引锭头1形成的腔室，在内外水冷作用下开始凝固，铸机以40mm/min的铸造速度将铸锭拉出结晶器，外冷却水流量170L/min,内冷却水流量30L/min，注油压力4Mpa，注油频率3次/min，直到铸造结束。

通过本实用新型的获得的铸锭，没有出现拉漏或者挂铝等现象；铸锭内外表面光滑，内外直径偏差≤1mm，偏析层≤3mm；铸锭各位置化学成分基本一致，径向偏析程度低(≤0.01％)；内部组织细小均匀，高倍晶粒度可达到2级。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，主要包括外结晶器、芯模、引锭头，其中芯模位于外结晶器中心，引锭头设置在芯模下方，其特征在于：芯模主要包括石墨环、热顶、转接板、输油管以及芯子本体；

所述热顶、转接板、石墨环由上至下依次套装在芯子本体的外圆上，其中石墨环与芯子本体外圆之间采用过盈配合，输油管穿过热顶和转接板与芯子本体内部的进油通道一端相连，进油通道的另一端连接石墨环内圈。

2.根据权利要求1所述的一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，其特征在于：所述芯子本体为经过变形处理的6xxx铝合金加工件。

3.根据权利要求1所述的一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，其特征在于：所述转接板为N17材质。

4.根据权利要求2-3任一一项所述的一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，其特征在于：还包括密封圈，密封圈安装在石墨环与转接板之间以防止润滑油从转接板泄漏。

5.根据权利要求3所述的一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，其特征在于：还包括排气管，排气管安装在芯子本体的中心，沿芯子本体的轴向贯穿芯子本体。

6.根据权利要求4所述的一种带石墨环的铝合金空心棒铸造工装，其特征在于：还包括过滤网，过滤网安装在芯子本体内部的水腔内。

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