高压水平连铸法及其设备制造技术

本发明专利技术属于生产铝型材的高压水平连铸法及其设备．本发明专利技术是将液态模锻的原理应用于压铸铝型材．铝液由单缸双柱塞高温高压泵压入结晶器，进行充型和顺序结晶．由于压力是靠铝液自身传递，压力可以充分均匀地施加在液－－固相结晶层，并产生一定的相变超塑性变形，所以可以用较小的临界压力生产出达到或接近锻压效果的铝型材．本发明专利技术由保温箱、高温高压泵和结晶器紧凑地组合在一起，结构简单，操作方便．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是用于生产铝合金型材的高压水平连铸法及其设备。目前，生产铝合金型材的方法是由挤压机将加热的铝锭从模具内挤出。这种方法的缺点是设备造价高，动力消耗大，生产周期长。目前的连铸机有低压铸造，电磁铸造和真空吸铸。其特点是在常压或低压下充型和结晶，然后由外力钳引下拉出结晶器的。所以表面容易产生冷热节、裂纹和表面粗糙。目前，挤压铸造即液态模锻技术，其优点是液态金属在高压下充型和结晶，铸件的组织致密，机械性能可达到锻造铝合金的效果，其缺点是铸件只能在有限的模具内成型，不能够连铸型材。日本学者木内在《塑性と加工》(1979)、v01、20、№、223、762提出一种半熔融挤压的加工方法。其特点是在金属材料内部处于固液两相共存的状态下，对金属进行挤压。优点是变形力显著下降，变形能力大幅度提高;模具使用寿命长，作用在模具上的压力降低，模具不易被磨损;具有良好的流动性;与通常的铸件相比，机械性能得到改善，组织更加致密。缺点是获得固液两相共存状态的金属，并把它装进挤压筒内的工艺要求严格，操作比较困难。目前所使用的高温高压泵，大都是柱塞泵，临界温度可达600℃。主要用于化工单位。优点是具有良好的密封性，加工工艺好，容易获得高压。缺点是柱塞泵的单向阀在工作中承受较大的冲击力。如果提高使用温度单向阀会在高温、高压和高速的冲击下，自身破损，密封性能降低。另外，如果不安装加热装置，当铝液通过高压泵时，尤其是在高压泵起动和停机时，铝液很容易淤积在单向阀内造成凝固现象，不仅不能重复使用，而且维护也十分困难。目前常用的耐高温材料分为两大类一类是耐高温合金钢，如3Cr2W8V、1Cr 18Ni9Ti、4Cr9Si2，镍基高温合金和钼基高温合金。这类合金大都可以用在800～900℃以下，抗压强度可达400kg/cm2，持久强度可达100小时，另一类是脆性耐高温材料，如陶瓷和石墨这类材料还可以提高使用温度，并且有较高的抗压能力，但是不能承受冲击力和较大的拉伸力。本专利技术的主导思想是利用现有的耐高温材料，制造一种没有单向阀，不使用加热装置，柱塞在大部份场合下仅承受压应力，不发生冲击现象和不承受较大拉应力的高温高压泵。并且用这种高温高压泵与保温箱和结晶器相联，铝熔液在高温高压泵的加压下输送进结晶器，进行充型，顺序结晶和挤压出结晶器，完成铸件的成型过程，同时要求铸件具有锻造铝合金的机械性能。本专利技术单缸双柱塞高温高压泵(简称高压泵)的工作原理高压泵的缸体〔17〕内装有两个直径相同的柱塞，作吸一压一同时返回规律的往复运动。其中一个是压力柱塞「15」另一个是吸液柱塞「20」由于没有单向阀，这两个柱塞还各起着一个单向阀的作用。(参看附图6)在缸体的两端各有一个小孔，一个与保温箱相通是输入口「39」另一个与结晶器相通是输出口「40」。(参看附图6-A)当两柱塞同时由缸体的左端到达右端时，压力柱塞打开了输入口的小孔，并停留在缸体的右端。(附图6-B)吸液柱塞则立即由缸体的右端向左返回，将铝熔液由输入口吸入缸体。(附图6-C)当吸液柱塞返回到距离输出口约5mm时停在缸体右端的压力柱塞快速向左端运动。(附图6-D)在运动中，首先封闭了输入口，接着对缸体内的铝液加压与此同时吸液柱塞打开的输出口压入结晶器，当压力柱塞对铝液加压时，吸液柱塞一直停留在缸体的左端。(附图6-E)当压力柱塞的端面和吸液柱塞的端面在缸体左端吻合后，铝液已全部压出缸体接着两柱塞又同时同向，同速从缸体的左端返回到缸体的右端，开始了下一个吸一压一同时返回的循环。本专利技术高压泵的结构特点和工作特点1、两柱塞在整个运动过程中绝大部分是只承受来自柱塞端面上的压应力，仅有吸液柱塞，在吸液过程中承受较小的拉应力。吸液柱塞和压力柱塞在缸体的左端吻合时，由于中间有铝液作介质起着缓冲作用，所以不会发生碰撞冲击现象。2、由于高压泵是在常温下起动，工作和停机的，当铝液进入缸体内时，必然要在缸体壁上产生一层薄薄的结晶膜，但是铝液在缸体内停留的时间很短，很快就会被往复的两个柱塞和铝液的旋流冲刷掉，并混合在进入结晶器的铝液中。所以这种结晶膜对于高压泵的正常运行没有任何影响，反而提高了柱塞的密封性能和增加了进入结晶器内铝液的结晶核，对于提高铸件组织细化程度会起到一定的积极作用。本专利技术的工作原理铝合金锭在熔化炉内熔化，保温在680℃～750℃之间，从流液槽流入保温箱〔1〕，经过保温箱底部的小孔进入高压泵内。铝液在高压泵内被加压，以高频脉冲的方式进入结晶器。结晶器的前端是保液腔，内壁涂有隔热涂层，铝液在这一区间不会结晶，只起着传递压力的作用。在结晶器的中间是结晶区，结晶区的端面形状与所铸造的型材端面形状相同，并涂有润滑和散热能力强的涂层。铝液在压力下进入结晶区充型，并在高压高频脉冲作用的条件下进行顺序结晶。高压作用力可以充分均匀地施加在正在结晶和凝固中的液-固相结晶层中，铝液在压力下一面顺序结晶，接着又被缓缓挤出结晶器，完成型材的成型过程。结晶器的后端(即靠近结晶器出口部分)对于型材本身起着导向和整形作用;对于铝液压力起着控制压力高低的背压作用。从结晶器内挤出的铝型材，可由安装在本专利技术后面的钳引装置，钳引、和切割装置来切断。本专利技术生产方法的特点1、由于铸件是在本专利技术的高压作用下充型，顺序结晶和挤压出结晶器的，所以说它是挤压铸造在铸造型材方面的应用。并且它能够使铸件结晶组织致密，消除铸件的裂纹，提高铸件本身的表面光洁度。2、由于本专利技术主要用于生产壁薄的铝型材产品，同时本专利技术的结晶器比其它结晶器的壁都薄，具有导热能力大，散热速度快的特点。因此在结晶器内的铸件结晶速度很快，在铸件的横断面上几乎没有液穴或者液穴深度很浅。在这种情况下，高压泵的压力可以通过铝液的传递压力作用均匀地施加在正在结晶的液-固相结晶层中，并对距液-固相很近的相变超塑性区施加压力，使相变超塑性区产生一定的超塑性变形。3、由于本专利技术的压力柱塞不与结晶层直接发生作用，而是利用液体压力传递的原理，由铝液将压力均匀地施加在液-固相结晶层中，不存在结晶壳阻碍压力冲头继续给尚未结晶的液态金属施加压力的问题。因此不会发生液态金属在缺乏压力的条件下结晶的现象。所以可以用较低的临界压力(100～200kg/cm2)就可以使铸件达到或接近锻造铝合金的效果。本专利技术与半熔融挤压相比有如下优点1、本专利技术是由保温箱、单缸双柱塞高温高压泵和结晶器三部分组合在一起的。整机结构紧凑，占地面积小，工艺简单，适应性强，设备成本低兼，并可以快速更换结晶器。2、本专利技术采用了铸压结合一步成材的原理，省去了半熔融态铝锭的搅拌过程，减少了生产环节，降低了能源消耗。3、本专利技术采用了液体传递压力的原理，压力可以充分均匀地施加在液-固相结晶层中，所以可以用较小的动力，生产出达到或接近锻造铝合金效果的产品。本专利技术的一个实施例将结合附图1.2.3.4.5.详细说明。本专利技术由保温箱〔1〕，单缸双柱塞高温高压泵〔2〕和结晶器〔3〕三部分组成。保温箱由外壳〔29〕、保温层〔30〕、保温涂层〔31〕、保温套〔27〕和法兰盘〔28〕组成。外壳与法兰盘焊接在一起，由法兰盘把保温箱联接在泵体架〔33〕上，并与高压泵的输入口联通。结晶器由保液腔套〔35〕、水套〔34〕、结晶器〔37〕和法兰盘〔36〕组成。结晶器通过法兰盘与泵体本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术是将熔融铝液经单缸双柱塞高温高压泵加压，进入结晶器，充型、结晶而后被缓缓挤出。铝液在结晶器内一边顺序结晶，一边将压力传递给正在结晶中的液－－固相结晶层。本专利技术的特征是由保温箱〔１〕、单缸双柱塞高温高压泵〔２〕和结晶器〔３〕紧凑地组合在一起。

【技术特征摘要】
1.本发明是将熔融铝液经单缸双柱塞高温高压泵加压，进入结晶器，充型、结晶而后被缓缓挤出。铝液在结晶器内一边顺序结晶，一边将压力传递给正在结晶中的液--固相结晶层。本发明的特征是由保温箱[1]、单缸双柱塞高温高压泵[2]和结晶器[3]紧凑地组合在一起。2.根据权利要求1的高压水平连铸机、其特征在于所述的单缸双柱塞高温高压泵由泵体架〔33〕和凸轮箱〔6〕两大部分组成。3.根据权利要求1、2的高压水平连铸机其特征在于所述的泵体架是由泵体架、泵壳〔19〕缸体〔17〕...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅谦，
申请(专利权)人：韩毅谦，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]