一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置與連續(xù)成形方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置與連續(xù)成形方法。一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置包括擠壓輪和進料靴，擠壓輪和進料靴安裝在機架上，進料靴弧形槽末端的模座上安裝有擠壓模具和擋料鼻；擠壓輪包括擠壓輪冷卻系統(tǒng)和擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽；進料靴包括進料靴冷卻系統(tǒng)、預熱系統(tǒng)和進料靴弧形槽；進料靴弧形槽與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽之間形成進料型腔。液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，包括澆注、冷卻、擠壓成形。本發(fā)明可以同時生產(chǎn)2～15根產(chǎn)品，在不增加設備數(shù)量的條件下，多輪槽的設備提高效率2?15倍，降低了生產(chǎn)成本，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，且可用于純金屬和鋁合金、鋅合金、鎂合金、錫合金、銅合金等合金屬的高效率、連續(xù)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置與連續(xù)成形方法
[0001]
技術領域
[0002]本發(fā)明屬于液態(tài)金屬材料加工技術領域，尤其是一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置與連續(xù)成形方法。
【背景技術】
[0003]液態(tài)金屬連續(xù)鑄擠與連續(xù)流變擠壓均屬于液態(tài)金屬直接成形的短流程加工技術。其原理是將金屬料注入到由帶有環(huán)狀凹形輪槽的擠壓輪與帶有弧形槽的進料靴所構(gòu)成的封閉型腔中，在環(huán)狀凹形輪槽摩擦力的作用下，型腔中的金屬不斷向出口處被拖動，并在型腔中不斷凝固，然后金屬料在環(huán)狀凹形輪槽出口演變?yōu)楣虘B(tài)金屬或者半固態(tài)金屬，最后固態(tài)金屬或者半固態(tài)金屬在型腔出口經(jīng)過安裝在進料靴擠壓型腔中的擠壓模具，被擠壓成管、棒、線、型材等合金產(chǎn)品。在擠壓模具中以固態(tài)形式擠壓成形的稱為連續(xù)鑄擠，以半固態(tài)金屬形式擠壓成形的稱為連續(xù)流變擠壓。這兩種成形方法實現(xiàn)了各種類型合金產(chǎn)品從液態(tài)金屬一步直接加工成形，具有短流程、低成本的鮮明特點，是有色金屬加工領域的先進技術。
[0004]雖然連續(xù)鑄擠和連續(xù)流變擠壓技術具有設備緊湊、節(jié)約能源、成品率高、流程短、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點，但已有的液態(tài)金屬連續(xù)鑄擠與連續(xù)流變擠壓成形方法中，擠壓輪只有單個輪槽，也就是說只有單個型腔，導致生產(chǎn)效率低，嚴重限制了液態(tài)金屬短流程加工技術的推廣應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，本發(fā)明提供一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置與連續(xù)成形方法，所述的成形裝置與連續(xù)成形方法是通過在連續(xù)鑄擠與連續(xù)流變擠壓設備的擠壓輪表面上設計2?15個環(huán)狀凹形輪槽來提高液態(tài)金屬成形生產(chǎn)效率，與單個環(huán)狀凹形輪槽的連續(xù)鑄擠與連續(xù)流變擠壓設備相比，能提高生產(chǎn)效率2?15倍。
[0006]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，所述的成形裝置包括擠壓輪和進料靴，其中擠壓輪和進料靴安裝在機架上，進料靴弧形槽末端的模座上安裝有擠壓模具和擋料鼻;擠壓輪包括擠壓輪冷卻系統(tǒng)和擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽;進料靴包括進料靴冷卻系統(tǒng)、預熱系統(tǒng)和進料靴弧形槽;進料靴弧形槽與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽之間形成進料型腔;所述的擠壓輪冷卻系統(tǒng)包括擠壓輪冷卻水孔、擠壓輪冷卻水通道、空心軸、軸外進水通道、軸內(nèi)出水通道，擠壓輪冷卻水孔通過擠壓輪冷卻水通道與空心軸連通;所述的進料靴冷卻系統(tǒng)包括進料靴冷卻水孔和進料靴冷卻水通道;所述的進料靴預熱系統(tǒng)可以通過進料靴加熱孔對進料靴進行預熱。
[0007]進一步，所述的擠壓輪直徑在80?2000mm，擠壓輪材質(zhì)采用合金鋼、鈦鋁合金。
[0008]進一步，所述的擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽為環(huán)形，輪槽寬度為5?1000mm，輪槽深度為5?100mm，該輪槽的截面形狀為矩形、弧形或多邊形，在擠壓輪表面設置的環(huán)狀凹形輪槽有2?15條。
[0009]進一步，所述的進料靴為整體式或組合式，整體式進料靴為I個靴塊，靴塊朝向擠壓輪的表面上對應有2?15個進料靴弧形槽，分別與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽一一對應，構(gòu)成2?15個進料型腔，對于組合式進料靴，獨立的進料靴有2?15個，每個獨立的進料靴朝向擠壓輪的表面有I個進料靴弧形槽，每個獨立的進料靴分別對應于擠壓輪表面的2?15個環(huán)狀凹形輪槽中的I個，共構(gòu)成2?15個進料型腔，進料靴帶有進料靴型腔，進料靴型腔位置與個數(shù)與擠壓輪環(huán)狀凹形輪槽的位置與個數(shù)一一對應。
[0010]進一步，所述的擋料鼻伸入擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽中，擋料鼻與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽形狀相配合，擋料鼻與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽的個數(shù)一一對應，擋料鼻完全封閉輪槽斷面，阻擋金屬料在進料型腔出口位置沿擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽繼續(xù)流動，強迫金屬料發(fā)生轉(zhuǎn)角變形從而進入擠壓成形型腔。
[0011]進一步，所述的擠壓模具為空心型材模具、包覆材模具、擴展擠壓模具、組合模具或?qū)嵭臈U材模具，可生產(chǎn)包覆材、管、棒、線、型材產(chǎn)品，擠壓模具與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽的個數(shù)——對應。
[0012]進一步，所述的進料靴與擠壓輪的包角為45?270°。
[0013]一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，包括如下步驟:
第一步:澆注，將熔煉好的金屬液澆注到進料型腔入口 ；
第二步:冷卻，通過擠壓輪冷卻系統(tǒng)、進料靴冷卻系統(tǒng)和擠壓模具冷卻系統(tǒng)使金屬液冷卻，金屬發(fā)生動態(tài)凝固和流動；
第三步:擠壓成形，完全凝固或半凝固的金屬最后通過擠壓模具擠壓成形，同時制備出2?15根產(chǎn)品。
[0014]進一步，所述的金屬液為全液態(tài)金屬料或具有一定固相率的半固態(tài)金屬料。
[0015]進一步，所述的連續(xù)成形方法可用于純金屬和鋁合金、鋅合金、鎂合金、錫合金、鉛合金、銅合金等金屬的高效率、連續(xù)化生產(chǎn)。
[0016]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果:
本發(fā)明裝置可以同時生產(chǎn)2?15根產(chǎn)品，與單個輪槽的設備相比，在不增加設備數(shù)量的條件下，多個輪槽的設備提高生產(chǎn)效率2?15倍，降低了生產(chǎn)成本，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可用于純金屬和鋁合金、鋅合金、鎂合金、錫合金、鉛合金、銅合金等金屬的高效率、連續(xù)化生產(chǎn)。具體來說:
(I)本發(fā)明裝置與單個輪槽的連續(xù)鑄擠裝置或連續(xù)流變擠裝置相比，本發(fā)明裝置擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽數(shù)量增加到2?15個，可同時制備2?15根產(chǎn)品，生產(chǎn)效率提高2?15倍。
[0017](2)本發(fā)明裝置可以同時生產(chǎn)多種產(chǎn)品，通過更換不同孔型的模具，可以同時生產(chǎn)包覆材、管材、棒材、線材和型材。
[0018](3)本發(fā)明方法整個制備過程是連續(xù)的，流程短、能耗低、成本低，制品可以無限長。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明裝置的工作原理示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明裝置中擠壓輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖3是本發(fā)明裝置中進料靴的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖4是連續(xù)流變擠壓Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.%)合金桿產(chǎn)品照片圖。
[0023]圖5是連續(xù)流變擠壓Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.%)合金桿金相組織顯微照片圖。
[0024]圖6是本發(fā)明裝置中組合式進料靴示意圖圖7是本發(fā)明裝置中整體式進料靴示意圖
圖中:1-金屬料;2-進料靴冷卻水孔;3-進料靴加熱孔;4-進料靴;5-擠壓模具;6-擋料鼻;7-擠壓輪;8-擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽;9-擠壓輪冷卻水孔；10-擠壓輪冷卻水通道；11-軸外進水通道;12-軸端蓋;13-軸內(nèi)出水通道;14-空心軸;15-進料靴弧形槽;16-模座。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
[0026]如圖1、圖2、圖3所示，一種高效率液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，所述的成形裝置包括擠壓輪7和進料靴4，其中擠壓輪7和進料靴4安裝在機架上，進料靴弧形槽15末端的模座16上安裝有擠壓模具5和擋料鼻6;擠壓輪7包括擠壓輪冷卻系統(tǒng)和擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8;進料靴4包括進料靴冷卻系統(tǒng)、進料靴預熱系統(tǒng)和進料靴弧形槽15;進料靴弧形槽15與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8之間形成進料型腔;所述的擠壓輪冷卻系統(tǒng)包括擠壓輪冷卻水孔9、擠壓輪冷卻水通道10、空心軸14、軸外進水通道11、軸端蓋12、軸內(nèi)出水通道13，擠壓輪冷卻水孔9通過擠壓輪冷卻水通道10與空心軸14連通，軸端蓋12帶有進水孔;所述的進料靴冷卻系統(tǒng)包括進料靴冷卻水孔2和進料靴冷卻水通;道所述的進料靴預熱系統(tǒng)可以通過進料靴加熱孔3對進料靴4進行預熱。
[0027]所述的擠壓輪7直徑在80?2000mm，擠壓輪7材質(zhì)采用合金鋼、鈦鋁合金；
所述的擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8為環(huán)形，輪槽寬度為5?1000mm，輪槽深度為5?100mm，該輪槽的截面形狀為矩形、弧形或多邊形，在擠壓輪表面設置的環(huán)狀凹形輪槽有2?15條；
所述的進料靴4為整體式或組合式，整體式進料靴為I個靴塊，靴塊朝向擠壓輪的表面上對應有2?15個進料靴弧形槽15，分別與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8——對應，構(gòu)成2?15個進料型腔，對于組合式進料靴，獨立的進料靴有2?15個，每個獨立的進料靴朝向擠壓輪的表面有I個進料靴弧形槽15，每個獨立的進料靴分別對應于擠壓輪表面的2?15個環(huán)狀凹形輪槽中的I個，共構(gòu)成2?15個進料型腔；
所述的料鼻6伸入擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8中，擋料鼻6與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8形狀相配合，擋料鼻6與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8的個數(shù)一一對應，擋料鼻6完全封閉輪槽斷面，阻擋金屬料I在進料型腔出口位置沿擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8繼續(xù)流動，強迫金屬料I發(fā)生轉(zhuǎn)角變形從而進入擠壓成形型腔；
擠壓模具5為空心型材模具、包覆材模具、擴展擠壓模具、組合模具或?qū)嵭臈U材模具，可生產(chǎn)包覆材、管、棒、線、型材產(chǎn)品，擠壓模具5與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽8的個數(shù)一一對應；
所述的進料靴4與擠壓輪7的包角為45?270°。
[0028]—種高效率液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，包括如下步驟:
第一步:澆注，將熔煉好的金屬料I澆注到進料型腔入口 ；
第二步:冷卻，通過擠壓輪冷卻系統(tǒng)、進料靴冷卻系統(tǒng)和擠壓模具冷卻系統(tǒng)使金屬液冷卻、凝固，金屬發(fā)生動態(tài)凝固和流動；
第三步:擠壓成形，完全凝固或半凝固的金屬最后通過擠壓模具5擠壓成形。
[0029]—種高效率液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法可用于純金屬和鋁合金、鋅合金、鎂合金、錫合金、鉛合金、銅合金等金屬的高效率、連續(xù)化生產(chǎn)。
[0030]實施例1:
采用本發(fā)明裝置制備Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.%)導電桿，擠壓輪采用3條輪槽的擠壓輪，進料靴采用整體式進料靴，擠壓模具采用實心桿材擠壓模具，桿材制品直徑為10mm，在本發(fā)明裝置的出口位置采用在線淬火，在線淬火溫度為350°C。
[0031 ] 以工業(yè)純鋁、鋁鈧中間合金Al-2.1ScCwt.%)和鋁鋯中間Al-4.6Zr(wt.%)合金為原料，制備Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.%)合金桿，制備方法如下:
實驗前，將原料在150±5°C條件下烘干30min;
將烘干后的工業(yè)純鋁用電阻爐熔化，待熔體升溫至730°C時，加入稱量好的鋁鈧中間合金和鋁鋯中間合金，并緩慢攪拌，熔煉過程中熔體需用惰性氣體進行保護，待熔體溫度升至740°C時，用六氯乙烷進行除氣除渣和精煉，靜置5min，用扒渣勺扒去表面浮渣，待熔體溫度回升至730°C時，保溫靜置1min，獲得的鋁合金熔體成分為Sc 0.12%(wt.%) ,Zr 0.04%(wt.%)，余量為Al ；
將進料靴預熱至90°C，工作輥預熱至80°C，擠壓模具預熱至120°C，并用紅外測溫儀進行測量；
將預熱好的部件安裝完成，啟動本發(fā)明裝置，依次調(diào)整輪靴間隙為3mm、轉(zhuǎn)速30r/min和冷卻水流量15L/min，待機器穩(wěn)定后即可進行連續(xù)流變擠壓成形；
將準備好的熔體澆注到進料型腔入口，澆注溫度為730°C，動態(tài)凝固的金屬最后通過擠壓模具可以同時制備出3根Al-0.12Sc-0.04Zr(wt.%)合金桿，生產(chǎn)效率明顯提高，如圖4、圖5所示，制備的合金桿表面質(zhì)量良好，該合金桿金相組織為等軸晶，晶粒平均直徑200μπι。
[0032]實施例2:
采用本發(fā)明裝置制備Al-6Si (wt.%)合金桿，擠壓輪采用3條輪槽的擠壓輪，進料靴采用整體式進料靴，擠壓模具采用實心桿材擠壓模具，桿材制品直徑為10mm，發(fā)明裝置出口位置采用在線淬火，在線淬火溫度為350°C。
[0033]以工業(yè)純鋁、鋁硅中間合金Al_9Si (wt.%)合金為原料，制備Al_6Si (wt.%)合金桿，制備方法如下:
實驗前，將原料在150±5°C條件下烘干30min;
將烘干后的工業(yè)純鋁用電阻爐熔化，待熔體升溫至730°C時，加入稱量好的鋁硅中間合金，并緩慢攪拌，熔煉過程中熔體需用惰性氣體進行保護，待熔體溫度升至760°C時，用六氯乙烷進行除氣除渣和精煉，靜置5min，用扒渣勺扒去表面浮渣，待熔體溫度升至750°C時，保溫靜置1min，獲得的鋁合金熔體成分為Si 6%(wt.%)，余量為Al; 將進料靴預熱至120°C，工作輥預熱至90°C，擠壓模具預熱至120°C，并用紅外測溫儀進行測量；
將預熱好的部件安裝完成，啟動所述液態(tài)金屬成形裝置，依次調(diào)整輥靴間隙為3mm、轉(zhuǎn)速20r/min和冷卻水流量15L/min，待機器穩(wěn)定后即可進行連續(xù)流變擠壓成形。
[0034]將準備好的熔體澆注到進料型腔入口，澆注溫度為750°C，動態(tài)凝固的金屬最后通過擠壓模具可以同時制備出3根Al-6Si(wt.%)合金桿，生產(chǎn)效率明顯提高。
[0035]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的成形裝置包括擠壓輪和進料靴，其中擠壓輪和進料靴安裝在機架上，進料靴弧形槽末端的模座上安裝有擠壓模具和擋料鼻;擠壓輪包括擠壓輪冷卻系統(tǒng)和擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽;進料靴包括進料靴冷卻系統(tǒng)、預熱系統(tǒng)和進料靴弧形槽;進料靴弧形槽與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽之間形成進料型腔;所述的擠壓輪冷卻系統(tǒng)包括擠壓輪冷卻水孔、擠壓輪冷卻水通道、空心軸、軸外進水通道、軸內(nèi)出水通道，擠壓輪冷卻水孔通過擠壓輪冷卻水通道與空心軸連通;所述的進料靴冷卻系統(tǒng)包括進料靴冷卻水孔和進料靴冷卻水通道;所述的進料靴預熱系統(tǒng)可以通過進料靴加熱孔對進料靴進行預熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的擠壓輪直徑在80?2000mm，擠壓輪材質(zhì)采用合金鋼、鈦鋁合金。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽為環(huán)形，輪槽寬度為5?1000mm，輪槽深度為5?100mm，該輪槽的截面形狀為矩形、弧形或多邊形，在擠壓輪表面設置的環(huán)狀凹形輪槽有2?15條。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的進料靴為整體式或組合式，整體式進料靴為I個靴塊，靴塊朝向擠壓輪的表面上對應有2?15個進料靴弧形槽，分別與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽一一對應，構(gòu)成2?15個進料型腔，對于組合式進料靴，獨立的進料靴有2?15個，每個獨立的進料靴朝向擠壓輪的表面有I個進料靴弧形槽，每個獨立的進料靴分別對應于擠壓輪表面的2?15個環(huán)狀凹形輪槽中的I個，共構(gòu)成2?15個進料型腔，進料靴帶有進料靴型腔，進料靴型腔位置與個數(shù)與擠壓輪環(huán)狀凹形輪槽的位置與個數(shù)--對應。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的擋料鼻伸入擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽中，擋料鼻與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽形狀相配合，擋料鼻與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽的個數(shù)一一對應，擋料鼻完全封閉輪槽斷面，阻擋金屬料在進料型腔出口位置沿擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽繼續(xù)流動，強迫金屬料發(fā)生轉(zhuǎn)角變形從而進入擠壓成形型腔。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:所述的擠壓模具為空心型材模具、包覆材模具、擴展擠壓模具、組合模具或?qū)嵭臈U材模具，可生產(chǎn)包覆材、管、棒、線、型材產(chǎn)品，擠壓模具與擠壓輪表面環(huán)狀凹形輪槽的個數(shù)一一對應。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形裝置，其特征在于:進料靴與擠壓輪的包角為45?270°。8.一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步:澆注，將熔煉好的金屬液澆注到進料型腔入口 ； 第二步:冷卻，通過擠壓輪冷卻系統(tǒng)、進料靴冷卻系統(tǒng)和擠壓模具冷卻系統(tǒng)使金屬液冷卻，金屬發(fā)生動態(tài)凝固和流動； 第三步:擠壓成形，完全凝固或半凝固的金屬最后通過擠壓模具擠壓成形，同時制備出2?15根產(chǎn)品。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，其特征在于:所述的金屬液為全液態(tài)金屬料或具有一定固相率的半固態(tài)金屬料。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種液態(tài)金屬多線槽連續(xù)成形方法，其特征在于:所述的成形方法可用于純金屬和鋁合金、鋅合金、鎂合金、錫合金、鉛合金、銅合金等金屬的高效率、連續(xù)化生產(chǎn)。
【文檔編號】B22D11/06GK105855489SQ201610194007
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月31日
【發(fā)明人】管仁國, 張揚
【申請人】管仁國