CN102266881B - 用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，包括拉伸矫直装置和加热装置；拉伸矫直机构包括机架、拉伸驱动机构和夹紧驱动机构，所述机架上设置有双轨，所述轨道上设置有与轨道表面滑动配合的夹头I和夹头II，在拉伸驱动装置的作用下，至少一个夹头发生沿轨道方向的前后滑动；所述夹头I和夹头II分别通过夹紧驱动机构产生夹紧力；加热装置包括举升机构和加热机构，加热机构包括正、负夹持电极以及变压器，举升机构设置在双轨的下方，本装置的加热装置可以保证挤压材在加热自由膨胀，不产生热应力，在加热时通过有效支撑，从而避免因热应力导致的弯曲现象以及热应力与自重共同作用导致的失稳现象。

Description

用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置

技术领域

本发明涉及材料加工领域，特别涉及一种用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置。

背景技术

镁合金挤压材的矫直，一般采用拉伸矫直机进行张力矫直。但镁合金在常温下塑性变形能力差，当挤压材原始弯曲度较大时，室温拉伸矫直易导致挤压材断裂。目前镁合金挤压材的矫直设备及工艺主要有两大类：

其中一类是首先将挤压材放入加热炉中进行加热至预定温度，再将加热后的镁合金挤压材转移到拉伸矫直机进行矫直。该工艺存在的主要技术问题是：挤压材长度受到加热炉长度限制；从加热炉取出后转移到拉伸矫直机的过程中，镁合金挤压材的温度下降大，增加能源消耗；工序繁多，增加生产成本。

第二类是在拉伸矫直机的两端夹具上安装正负电极，该正、负电极的另一端与外加的变压器相连。矫直时首先用夹具将待矫直挤压材夹紧，此时安装在夹具上的正、负电极与挤压材通过夹具紧密接触，并通过变压器形成闭合电路，然后通电将挤压材加热到所需温度拉伸矫直后强制冷却。该工艺存在的主要技术问题是：由于挤压材在加热时两端被夹具夹持住，在加热时，由于温度升高，挤压材会发生热膨胀，但与带液压***的走行小车连在一起的夹具重量较大，使挤压材的自由热膨胀受到限制，产生热应力，导致挤压材进一步弯曲；在矫直温度范围内，镁合金刚度差，对较长棒材，当加热时在热应力及自重的作用下，发生失稳，导致挤压材发生不规则弯曲变形。

有鉴于此，有必要设计出一种用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，能够避免现有技术所导致的弯曲以及失稳现象。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，有效地解决了现有的原位加热矫直技术因热应力导致的弯曲、以及热应力与自重共同作用导致的失稳现象。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，包括拉伸矫直装置和加热装置；

所述拉伸矫直机构包括机架、拉伸驱动机构和夹紧驱动机构，所述机架上设置有双轨，所述轨道上设置有与轨道表面滑动配合的夹头I和夹头II，在拉伸驱动装置的作用下，至少一个夹头发生沿轨道方向的前后滑动；所述夹头I和夹头II分别通过夹紧驱动机构产生夹紧力；

所述加热装置包括举升机构和加热机构，所述加热机构包括正、负夹持电极以及变压器，所述变压器的两个输出端子分别对应连接正、负夹持电极，所述举升机构设置在双轨的正下方，用于将加热完成的镁合金型材从机架双轨之间的下方空间举升至双轨之间的上方空间，通过夹头I和夹头II完成对型材的夹持；

所述加热装置还包括用于置放待加工型材的绝缘托辊，所述绝缘托辊的数量至少为两个且沿双轨的长度方向以并列方式对应设置于双轨的下方或双轨之间，当绝缘托辊设置在双轨的下方时，其所在平面与双轨所在平面相平行；当绝缘托辊设置在双轨之间时，其所在平面与双轨处于同一平面。

作为绝缘托辊的一种设置方式，进一步，所述绝缘托辊设置在双轨的下方，举升机构根据举升平衡关系，设置在相邻绝缘托辊之间，举升机构的数量至少为一个，每一举升机构均包括一个沿竖直方向上下的通过电机或者液压驱动的举升杆，所述举升杆与待矫直挤压材接触的顶部可设置成与待矫直挤压材形状、尺寸相适应的凹形。

作为绝缘托辊的另一种设置方式，进一步，所述绝缘托辊设置在双轨之间，其安装方式是在双轨相对的内侧面上分别设置有沿长度方向水平延伸的导槽，所述绝缘托辊的两端分别嵌入导槽内部实现固定，所述至少有一侧导槽上开设有至少一个用于将绝缘托辊装入或者移出的缺口；

所述举升机构包括两个举升托辊，所述举升托辊采用与绝缘托辊轴线平行的方式安装在两侧导槽的两端端头边缘处且所有绝缘托辊均位于两个举升托辊之间；所述举升托辊包括旋转轴，所述旋转轴的两端分别固定在两导轨之间，所述旋转轴的中部固定有一垂直于旋转轴的支撑杆，所述支撑杆的前端安装有一滚轮，所述滚轮的轮面上设置有与滚轮同心的环状托槽，从举升托辊的中心到偏心轮托槽处的最大距离大于或等于从举升托辊的中心到其对应的夹头I或II的下表面的距离。

进一步，所述举升托辊的旋转轴通过驱动电机进行驱动，所述举升托辊的举升高度通过位置传感器进行检测；

进一步，所述拉伸驱动装置为液压拉伸油缸，所述液压拉伸油缸设置在机架上对应双轨一端的端头位置，且液压拉伸油缸的拉伸杆与附近的夹头固定连接；

进一步，所述机架的一端设置有支撑板，所述液压拉伸油缸的油缸体与支撑板固定连接；

进一步，所述夹紧驱动装置为夹紧油缸I和夹紧油缸II，所述夹紧油缸I和夹紧油缸II分别设置与夹头I和夹头II上；

进一步，所述加热装置还包括用于测量型材温度的温度测量器；

进一步，所述装置还包括总控制单元，所述拉伸驱动机构、夹紧驱动机构和变压器的控制端均与总控制单元相联接且通过总控制单元实现集中控制；

进一步，所述装置还包括总控制单元，所述拉伸驱动机构、夹紧驱动机构、变压器、举升托辊的旋转驱动电机以及举升高度位置传感器的控制端均与总控制单元相联接且通过总控制单元实现集中控制。

本发明的有益效果是：

1.本装置的加热装置可以保证挤压材在加热自由膨胀，不产生热应力，在加热时通过有效夹持，使其能够自由膨胀，从而避免因热应力导致的弯曲现象以及热应力与自重共同作用导致的失稳现象；

2.通过不导电的表面光滑的托辊来支撑型材，从而增加挤压材的刚度，进一步确保其在加热时不发生失稳，进而提高型材质量；

3.通过举升机构可使加热到预定温度的挤压材升高到合适的高度，并通过拉伸矫直装置的夹具夹持，然后举升机构下降至原来的位置，从而达到简化操作，避免人员烫伤的目的；

4.原有的那种在线加热***，由于热应力的作用，导致材料失稳，材料的挠度发生变化，从而不能自动化矫直，而通过采用本发明的装置，由于避免了热应力的产生，又增加了刚度，所以不会失稳，材料的挠度在加热过程中几乎不会变化，因此在矫直时，拉伸位移的确定是以待加工的挤压材的原始挠度为依据，可以预先通过程序确定矫直拉伸位移，进行自动化矫直。

本发明的其他优点、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，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的实施例一的侧视结构示意图；

图2为本发明的实施例一的俯视结构示意图；

图3为本发明的实施例二的导轨结构简图；

图4为实施例二的举升托辊的滚轮结构示意图；

图5为采用偏心轮结构的示意图；

图6为图5沿A向示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例一

如图1、2所示，本发明的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，包括拉伸矫直装置和加热装置；

拉伸矫直机构包括机架1、拉伸驱动机构2和夹紧驱动机构，机架上设置有双轨4，轨道上设置有与轨道表面滑动配合的夹头I 5和夹头II 6。

本实施例中，拉伸驱动装置2为液压拉伸油缸，液压拉伸油缸设置在机架1上对应双轨一端的端头位置，且拉伸油缸的拉伸杆与夹头I 5固定连接。在拉伸驱动装置2的作用下，夹头I 5发生沿轨道方向的前后滑动；机架1的一端设置有支撑板13，液压拉伸油缸的油缸体与支撑板固定连接实现固定。为了保证拉伸范围，在拉伸矫直机构上还设置有拉线位移传感器，用于设置拉伸位移上限，拉伸速度可通过拉伸油缸的电机进行控制。

夹头I 5和夹头II 6分别通过夹紧驱动机构产生夹紧力；本实施例中，夹紧驱动装置为夹紧油缸I 7和夹紧油缸II 8，夹紧油缸I和夹紧油缸II分别设置与夹头I和夹头II上。本实施例中，夹头I和夹头II采用通常的铜电极材料制成，当然也可以采用其他特殊材质，但要将体积做小，从而减轻其重量。

加热装置包括举升机构9和加热机构，加热机构包括正夹持电极10、负夹持电极11以及变压器12，变压器12的两个输出端子分别对应连接正、负夹持电极，所述正、负夹持电极用于连接在待加工挤压材的两端；举升机构9设置在双轨的正下方，用于将加热完成的镁合金型材从机架双轨之间的下方空间举升至双轨之间的上方空间，通过夹头I和夹头II完成对型材的夹持。

本实施例中，加热装置还包括用于置放待加工型材的绝缘托辊14，绝缘托辊采用摩擦系数极小的光滑绝缘托辊，绝缘托辊14的数量至少为两个且沿双轨的长度方向以并列方式对应设置于双轨的下方，绝缘托辊14所在平面与双轨所在平面相平行；举升机构9根据举升平衡关系，设置在相邻绝缘托辊之间。作为进一步的改进，该绝缘托辊还可以设计为可绕固定轴旋转的结构，固定轴的两头固定在支架上，从而便于材料的移动。

一般情况下，举升机构的设置是根据待矫直材的长度，设置在待矫直材的长度的1/2左右的位置即可，举升机构的数量根据需要决定，为保持待矫直材在举升过程中的平衡，举升机构上与待矫直材接触部分可设置成为待矫直材形状、尺寸相适应的凹形板，当有两个以上举升机构时，该两个举升机构的驱动机构可用一个，从而保持其动作的一致性。本实施例中，举升机构采用两个液压机构，每一液压机构均包括一个沿竖直方向上下的液压举升杆，且两个液压举升杆分别位于首端的两个绝缘托辊以及尾端的两个绝缘托辊之间。

作为进一步的改进，为了保证矫直温度在150℃-300℃的范围内，加热装置还包括用于测量型材温度的温度测量器。

为了实现集中控制，提高整台装置的自动化程度，作为改进，本装置还包括总控制单元，所述拉伸驱动机构、夹紧驱动机构和变压器的控制端均与总控制单元相联接且通过总控制单元实现集中控制。

实施例二

如图3、4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：绝缘托辊设置在双轨之间，其安装方式是在双轨相对的内侧面上分别设置有沿长度方向水平延伸的导槽15，绝缘托辊的两端分别嵌入导槽内部实现固定，至少有一侧导槽上开设有至少一个用于将绝缘托辊装入或者移出的缺口16；通过这样的结构，托辊可以很方便的取下，安上，并可根据待矫直材的长度规格调整绝缘托辊的安装密度。

举升机构包括两个举升托辊17，举升托辊17采用与绝缘托辊轴线平行的方式安装在两侧导槽的两端端头边缘处且所有绝缘托辊均位于两个举升托辊之间；举升托辊包括旋转轴18，旋转轴18的两端分别固定在两导轨之间，旋转轴的中部固定有一垂直于旋转轴的支撑杆19，所述支撑杆的前端安装有一绝缘的滚轮20，滚轮20的轮面上设置有与滚轮同心的环状托槽21，从举升托辊的中心到偏心轮托槽处的最大距离大于或等于从举升托辊的中心到其对应的夹头I或II的下表面的距离（本实施例中，该位置关系取为相等），该环状托槽根据待矫直材料的形状可以设置半圆形、矩形等与待矫直材料相适应的形状或尺寸。

举升托辊的旋转轴通过驱动电机22进行驱动，举升托辊的举升高度通过位置传感器进行检测。使用时，旋转轴在电机带动旋转，其环状托槽21与待加工挤压材相接触并将挤压材托起，当滚轮20的表面旋转到与夹头等高的平面时，电机停止转动，此时用夹头将待矫直材料夹持住，此时电机再次转动，使滚轮20回到原来的位置。

当然，该支撑杆、滚轮以及环状托槽的设计还可以演变为其他形状，如图5、6所示的偏心轮结构等，只要不脱离本发明的保护范围，均属于等同替换的范畴之内。

本发明的使用过程如下：

1）将镁合金挤压材放置在光滑的绝缘托辊上，将正、负夹持电极夹持在镁合金挤压材的两端，通过变压器、导线形成闭合回路，通电加热至预定温度，加热过程中可通过调节电流大、小来调节加热速度；

2）同时启动一个或多个举升机构，将挤压材升高到合适的高度，截断加热电源，取下正、负电极，用夹头I和夹头II快速夹紧挤压材的两端，举升机构回到原始位置，用拉伸矫直装置进行矫直；

3）拉伸矫直完成后，通过风冷或水冷，使挤压材强制冷却到室温后松开夹持，卸下矫直后的工件，加工完成。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明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，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述装置包括拉伸矫直机构和加热装置；

所述拉伸矫直机构包括机架、拉伸驱动机构和夹紧驱动机构，所述机架上设置有双轨，所述双轨上设置有与轨道表面滑动配合的夹头I和夹头II，在拉伸驱动机构的作用下，至少一个夹头发生沿轨道方向的前后滑动；所述夹头I和夹头II分别通过夹紧驱动机构产生夹紧力；

所述加热装置包括举升机构和加热机构，所述加热机构包括正、负夹持电极以及变压器，所述变压器的两个输出端子分别对应连接正、负夹持电极，所述举升机构设置在双轨的下方，用于将加热完成的镁合金型材从机架双轨之间的下方空间举升至双轨之间的上方空间，通过夹头I和夹头II完成对型材的夹持；

所述加热装置还包括用于置放待加工型材的绝缘托辊，所述绝缘托辊的数量至少为两个且沿双轨的长度方向以并列方式对应设置于双轨的下方或双轨之间，当绝缘托辊设置在双轨的下方时，其所在平面与双轨所在平面相平行；当绝缘托辊设置在双轨之间时，其所在平面与双轨处于同一平面。

2.根据权利要求1所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述绝缘托辊设置在双轨的下方，举升机构根据举升平衡关系，设置在相邻绝缘托辊之间，举升机构的数量至少为一个，每一举升机构均包括一个沿竖直方向上下的通过电机或者液压驱动的举升杆，所述举升杆与待矫直挤压材接触的顶部设置成与待矫直挤压材形状、尺寸相适应的凹形。

3.根据权利要求1所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述绝缘托辊设置在双轨之间，其安装方式是在双轨相对的内侧面上分别设置有沿长度方向水平延伸的导槽，所述绝缘托辊的两端分别嵌入导槽内部实现固定，至少有一侧导槽上开设有至少一个用于将绝缘托辊装入或者移出的缺口；

所述举升机构包括两个举升托辊，所述举升托辊采用与绝缘托辊轴线平行的方式安装在两侧导槽的两端端头边缘处且所有绝缘托辊均位于两个举升托辊之间；所述举升托辊包括旋转轴，所述旋转轴的两端分别固定在两导轨之间，所述旋转轴的中部固定有一垂直于旋转轴的支撑杆，所述支撑杆的前端安装有一绝缘的滚轮，所述滚轮的轮面上设置有与滚轮同心的环状托槽，从举升托辊的中心到滚轮托槽处的距离大于从举升托辊的中心到其对应的夹头I或夹头II的下表面的距离。

4.根据权利要求3所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述举升托辊的旋转轴通过驱动电机进行驱动，所述举升托辊的举升高度通过位置传感器进行检测。

5.根据权利要求1至4任一所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述拉伸驱动机构为液压拉伸油缸，所述液压拉伸油缸设置在机架上对应双轨一端的端头位置，且液压拉伸油缸的拉伸杆与附近的夹头固定连接。

6.根据权利要求5所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述机架的一端设置有支撑板，所述液压拉伸油缸的油缸体与支撑板固定连接。

7.根据权利要求1所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述夹紧驱动机构为夹紧油缸I和夹紧油缸II，所述夹紧油缸I和夹紧油缸II分别设置于夹头I和夹头II上。

8.根据权利要求1所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述加热装置还包括用于测量型材温度的温度测量器。

9.根据权利要求1所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述拉伸矫直装置还包括总控制单元，所述拉伸驱动机构、夹紧驱动机构和变压器的控制端均与总控制单元相联接且通过总控制单元实现集中控制。

10.根据权利要求4所述的用于镁合金挤压材在线加热矫直工艺的拉伸矫直装置，其特征在于：所述拉伸矫直装置还包括总控制单元，所述拉伸驱动机构、夹紧驱动机构、变压器、举升托辊的旋转驱动电机以及举升高度位置传感器的控制端均与总控制单元相联接且通过总控制单元实现集中控制。

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