铝、镁合金及其复合材料连续凝固与成形一体化的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及铝、镁合金及其复合材料连续凝固与成形一体化的装置，由电机、减速机、弹性连轴器、主机、机架构成，特征是主机主要由水冷轮系，固定靴座，装配在型腔中的模具，液压驱动保压装置及设置在主机轴头上的速度和扭矩传感器构成。水冷轮系有空心轴，其上装配转动辊，通过液压螺母压紧与密封；固定靴座有一个靴座体，其弧形面内侧装有槽封块，中间部位有装配模具的型腔，型腔口下装一个挡料块。应用本实用新型专利技术不仅能实现铝、镁材料的连续凝固与成形，还能提高铝、镁基体相的强度，断裂韧性和塑性；同时能实现凝固与扩展成形有机结合，连续生产无限长高性能大尺寸管材、线材和型材制品，并达到节能，节材和提高制品使用价值。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于金属材料加工的装置，特别涉及一种用于Al、Mg合金及其复合材料连续凝固与成形一体化的装置。
技术介绍
Al、Mg合金是汽车、航空、军工和民用的重要材料，在未来的工业发展中，具有广泛的应用前景，Al、Mg基复合材料综合了增强相高硬度、高弹性模量、优良的热稳定性和基体高韧性、塑性、良好的导热性与导电性，是一种非常重要的工程结构材料。 目前，Al、Mg合金及其复合材料加工成形的传统工艺方案是金属熔炼→铸造→塑性成形(锻造、挤压、轧制、拉拔等)。因其熔炼、制坯、加热及塑性成形四个工序是独立分开的，具有工艺路线长，制品成材率低，能耗高，污染环境的缺点；对于复合材料，由于增强相密度一般比Al、Mg的大，其尺寸细小具有较大的比表面能，以及普遍存在的增强相与Al、Mg熔体的润湿性与相容性问题，易发生沉降和聚集现象，因而弱化了增强相的强化效应；同时，Al、Mg基复合材料的塑性较差，加工制造成本高。因此，Al、Mg合金及其复合材料的加工成形存在制造成本高、制品质量差，能耗高的等突出问题。 近年来，环境污染、能源与资源短缺已成为人类所共同面临的重大问题，在金属加工领域，正朝着保护环境、提高产品质量、扩大产品品种、提高产品成材率、缩短工艺流程、节能、节材的方向发展，新型的短流程金属成型技术受到广泛重视，成为新材料科学领域中的前沿技术。从液态成形方面，出现连续铸轧、液态挤压、液态模锻等技术。从固态成形方面，出现了连轧、连续挤压、无头轧制等技术。然而，这些技术都没能从根本上兼顾缩短工艺流程，节约能源，提升制品质量的要求。就目前为止，尚未发现有一种用于铝镁合金及其复合材料凝固与成形一体化的装置的报导。
技术实现思路
本技术目的是针对现有技术存在的问题，为实现铝、镁合金及其复合材料熔体直接凝固，一步成形，达到缩短流程和节约能源，提升制品质量，提供一种用于铝、镁合金及其复合材料连续凝固与成形一体化的装置。 本技术的装置，包括有电动机、减速机、弹性连轴器、机架，要点是电机通过弹性连轴器与减速机轴一端相连，减速机轴另一端，通过弹性连轴器与由水冷轮系，固定靴座及装配在固定靴座型腔内的模具构成的主机相连。在主机的轴头设置有一个速度和扭矩传感器。 上述的水冷轮系，主要由一个转动辊，装配在空心轴上，通过压在转动辊轴向一侧的边辊，推动件，再经液压螺母压紧固定而组成。在转动辊的辊面上有一个沟槽，转动辊辊面内侧有辐射式环形孔，空心轴内有一个分水套；用于固定转动辊的液压螺母是由环形缸套、密封垫和环形柱塞组成。 转动辊辊面上的沟槽尺寸为10mm×10mm至40mm×40mm。 上述的固定靴座，有一个靴座体，靴座体内侧面为弧形面，在弧形面上装配有一个槽封块，靴座体内侧面里有冷却水通道和测温孔；靴座体中部有一个用于安装模具的型腔，型腔口下方，面向转动辊辊面处装有一个档料块；靴座体下部有一个转动轴，靴座体与液压缸保压装置相连，靴座体的制品出口处安装有冷却水槽。 挡料块与转动辊面上的沟槽采用间隙配合D4/d4。 上述的液压缸保压装置是由一个液压缸与液控单向阀相连，液控单向阀与电磁阀相连组成。 上述的封槽块与转动辊辊面的接触弧角是75～90°或90～140°。 本技术可选用的模具主要有空心型材模，实心型材模，包复材模或扩展成形模；模具的材质选用热作模具钢。选用H13或3Cr2W8等。 所说的扩展成形模由扩展体，分流体和成形体组成。 本技术与已有技术相比较，显著的特点 (1)应用液压螺母，提供给水冷轮系大于1000KN的装配预紧力，依靠橡胶密封技术，解决水冷轮系在强扭矩工况条件下的稳定性和密封问题，水冷轮系中液压螺母的结构如图7所示由环形缸套、密封垫和环形柱塞组成，密封垫使环形缸套和环形柱塞密封，通过高压泵，向环形缸套内注入压力约40Mpa的液压油，驱动环形柱塞移动，推动零件使水冷轮系压紧，便可以实现水冷轮系的永久压紧和密封。 (2)Al、Mg合金及其复合材料的连续凝固与成形过程的温度控制连续凝固/成形一体化的水冷轮系辊表面采用辐射式冷却方式(图7中箭头部分)，以提高对金属熔体的冷却强度，冷却水的循环由分水套实现，其外层为进水通道，内层为出水通道。同时，连续凝固与成形冷却强度过程变量(温度、压力和流量)控制，依靠变频泵和比例减压阀，流量与压力变送器集中控制。 (3)从浇注口到出口的固定靴座内安装有热电偶，多点实时测量连续凝固与成形过程的各点温度。主机的输入端设置扭矩测试装置和霍尔开关式测速装置，并由碳刷将测试的电信号从转动的主轴传输到控制系统，熔体流量、冷却强度、水冷轮系转速和制品在线冷却控制。 (4)在模具中，通过增加变断面型腔，实现金属熔体的扩展成形，从而突破传统挤压技术只能制备比坯料尺寸小制品的限制，通过优化连续凝固与成形条件，便可以生产大断面高性能Al、Mg合金及其复合材料制品。 产生的积极效果是通过本技术装置，不仅能实施将铝镁合金及其复合材料熔体直接凝固，实现一步成形，还可以实现Al、Mg材料的动态结晶与流变成形；连续凝固与成形一体化过程对熔体的强烈剪切与热扰动效应，可影响增强相的迁移与界面扩散行为，同时增强相粒子获得一定的外来能量，具有从团簇中分散的作用，使其呈弥散分布，增加粒子相的表面能，利于增强粒子相与Al、Mg熔体的润湿，改善界面相容性，从而提高粒子相的强化效应；强烈的剪切冷却效应使凝固过程中的金属基体相组织发生细化，可提高Al、Mg基体相的强度、断裂韧性和塑性；将Al、Mg基材料凝固与扩展成形有机结合，实现低应力状态下的一步成形，从而可以连续生产无限长的高性能Al、Mg基材料大尺寸管材、线材和型材制品。并达到节能、节材和提高制品使用价值，易于实现工业化。附图说明图1是本技术装置视图； 图2是本技术连续凝与成形基本原理图； 图3是主机整体结构图； 图4是固定靴座结构与水冷轮系的装配关系图； 图5液压缸保压状态液压控制图； 图6管材和空心型材制品扩展成形模结构图； 图7水冷轮系及液压螺母结构图； 上述图中1电机，2弹性连轴器I，3减速机，4弹性连轴器II，5速度和扭矩传感器，6主机，7转动辊，8沟槽，9固定靴座，10槽封块，11模具，11a微挤压筒，12环形孔，13机架，14冷却水通道，15水冷槽，16浇注系统，17液压螺母，17a环形柱塞，17b密封垫，17c环形缸套，18空心轴，19密封档板，20测温孔，21靴座体，22挡料块，23液压缸，24转动轴，25液控单向阀，26电磁阀，27扩展体，28分流体，29成形体，30扩展腔体，31分流孔，32焊合室，33滚珠轴承，34密封件，35推动件，36分水套，37边辊。具体实施方式 例1 从图1所示，本技术装置由电机1选用直流电机，通过弹性连轴I 2与减速机3轴的一端相连，减速机3的另一端轴与弹性连轴器II 4相连，弹性连轴器II 4与主机的空心轴18相连，在主机轴头部位设置有一个速度和扭矩传感器5，进行力能及速度参数监测。 从图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，主机6主要有一个水冷轮系，由一个空心轴18，通过装配在空心轴18左、右两边的滚珠轴承33及其两侧的密封挡板19通过机架13底板上的立板固定在机架本文档来自技高网...

【技术保护点】
铝、镁合金及其复合材料连续凝固与成形一体化的装置，包括有电机、减速机、弹性连轴器、机架，其特征在于电机通过弹性连轴器与减速机轴一端相连，减速机轴另一端通过弹性连轴器与由水冷轮系，固定靴座及装配在固定靴座型腔内的模具构成的主机相连，在主机轴头设置有一个速度和扭矩传感器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李英龙，陈彦博，温景林，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：实用新型
国别省市：89[]