CN108526236B - 近等通道多转角连续挤压装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近等通道多转角连续挤压装置，包括挤压轮和挤压模具，所述挤压模具设置有与所述挤压轮弧度相同的弧形摩擦面，所述挤压轮外沿设置有与杆坯料适配的轮槽，所述杆坯料位于所述轮槽与所述弧形摩擦面之间，且被挤压至所述挤压模具的进料口；本发明近等通道多转角连续挤压装置通过主堵头和副堵头的配合，将杆坯料剥皮，再通过分流桥使得使近等通道多转角连续挤压后的晶粒细化，靠空间两两相对的总四次转角来完成，较长近等通道及多转角增大了挤压系数。

Description

近等通道多转角连续挤压装置

技术领域

本发明涉及铝合金挤压领域，尤其涉及一种近等通道多转角连续挤压装置。

背景技术

对于热交换器用铝合金平行流管的制造，几乎都是采用传统的正向挤压法或连续挤压法来进行的。

目前国内外大力研究的等径角挤压法，挤压模具内出口通道与进口通道的横截面形状及面积相同，两通道轴线以一定角度相交，挤压过程中，在冲头压力的作用下试样被向下挤压，在通道转角处产生局部大剪切变形，得到很大的应变量，此时位错重新排列，亚晶分割原始晶粒，晶界不断高角化，从而获得超细晶粒结构。

从连续挤压法的基本原理可知，因为其90度剪切变形的模式，径向式连续挤压类似于一次等通道变形，而切向式连续挤压类似于二次等通道变形，且其晶粒破碎较好，组织均匀，晶粒细小。但是现阶段的连续挤压法均存在下述缺点：

1、对于分流正向挤压法

挤压用原料为铸棒，虽有好的组织洁净度，但组织致密度差；挤压比大，设备运行费用高；采用一模多出虽可降低挤压比，提高生产率，但也极大降低了挤出制品的组织致密性，从而拉低了产品质量；挤压生产线投资大，设备折旧率高；模芯的尺寸、形状复杂，强度与耐磨性成为影响模具寿命的重要问题，且模具寿命直接影响生产成本；挤压材料收得率低(仅65～70％)。

2、对于单槽径向连续挤压法

挤压原料采用连铸连轧杆料，内部组织易夹杂、窝气，杆料表面及次表层夹杂连轧产生的嵌入物、微裂纹或麻坑、折迭乃至空洞多，杆料形状精度差等；挤压比低，尤与一出的分流正向挤压法比组织致密度差；已不能适应目前的微通道平行流管制品的质量要求，正逐步或全面退出平行流管挤压的市场。

3、对于单轮双槽切向连续挤压法

双杆进料带来杆料表面、次表层不良组织影响挤压制品质量的作用高于单槽径向连续挤压法；模具装配精度差，寿命低；挤压力大，工艺成本较高；材料收得率比径向单槽挤压较低，总体运行成本稍高于单槽径向连续挤压法。

其导致原因为：

分流组合模正向挤压的方法对应其挤压筒直径，所用铸造棒料一般都在Φ80mm以上；在用铸造法生产的棒料表层、头和未都必须进行挤压前的机械去除，以保证不良组织不带入挤压制品中。正向挤压时，挤压杆运动方向与挤压产品的出料方向一致，变形金属与挤压筒内壁间有相对滑动，会产生很大的摩擦阻力。该摩擦阻力一方面使金属流动极不均匀，导致挤压缩尾、组织性能不均匀等一系列缺陷(每一铸棒挤出的头、未制品都要丢弃)，而显著降低成品率，另一方面增加挤压能耗(实际生产中有30％～40％的能耗是用来克服这种有害摩擦的)、限制挤压速度以及加速模具磨损，从而影响生产效率、增加生产成本。一般其可挤压最小壁厚在0.5mm以下，断面外形尺寸公差小于±0.10mm，壁厚公差小于±0.05mm。用常规分流模挤压微通道平行流管这类精密型材时，模具的寿命(特别是分流桥、模芯的强度与耐磨性)与挤压时的材料流动便成为影响其生产的主要因素。

由于连铸连轧铝合金杆料生产的工艺结构缺陷，即连铸窝气夹杂、连轧不良组织及各种外来物压入铝杆次表层是必然的，加之其表面微裂纹或麻坑，折迭乃至空洞等，杆料形状精度差等等，理论估计而言，上分析的连续挤压的不良组织影响结果会翻翻；当然也由于连续挤压过程中铝料有溢流的存在(杆料表面不良组织会随溢料排除)，其不良表层、次表层组织的挤压制品质量影响会有很大改善；即使这样，连续挤压法的原料内、外部组织纯净性不如常规挤压也是客观的事实。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种近等通道多转角连续挤压装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种近等通道多转角连续挤压装置，包括挤压轮和挤压模具，所述挤压模具设置有与所述挤压轮弧度相同的弧形摩擦面，所述挤压轮外沿设置有与杆坯料适配的轮槽，所述杆坯料位于所述轮槽与所述弧形摩擦面之间，且被挤压至所述挤压模具的进料口；

所述挤压模具包括模具主体、主堵头、副堵头、分流桥和进料槽，所述弧形摩擦面设置在所述模具主体上，所述进料口设置在所述弧形摩擦面的中部，所述主堵头设置在所述进料口的后侧方，所述副堵头设置在所述进料口的前侧方，所述模具主体内部设置有与所述进料口连通的汇流焊合腔，所述分流桥设置在所述汇流焊合腔内，且位于所述进料口的下方，所述汇流焊合腔内设置有出料口，所述进料槽设置在所述进料口内。

具体地，所述分流桥为三角块结构，所述分流桥的分流点的夹角为120°，所述分流桥与所述汇流焊合腔的内侧面之间的分流通道的横截面积从进料口至出料口依次增大。

优选地，所述主堵头位于所述挤压轮的轮槽内，且所述主堵头的外侧面与所述轮槽的内侧面之间设置有间隙。

进一步，所述弧形摩擦面上设置有溢料槽，所述溢料槽与所述挤压轮所在的平面垂直，且所述溢料槽的进端位于所述副堵头的前侧处。

具体地，所述主堵头、所述副堵头、所述弧形摩擦面和所述进料槽均与所述模具本体可拆卸连接。

优选地，所述主堵头、所述副堵头、所述弧形摩擦面和所述进料槽通过热镶嵌法与所述模具本体可拆卸连接。

优选地，所述出料口连接有沿所述汇流焊合腔的轴向设置的平行流管。

本发明的有益效果在于：

本发明近等通道多转角连续挤压装置通过主堵头和副堵头的配合，将杆坯料剥皮，再通过分流桥使得使用近等通道多转角连续挤压后的晶粒细化——靠空间两两相对的总四次转角来完成，较长近等通道及多转角增大了挤压系数。

附图说明

图1是本发明所述的近等通道多转角连续挤压装置的剖视图；

图2是本发明所述的主堵头和挤压轮的局部示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，本发明一种近等通道多转角连续挤压装置，包括挤压轮8和挤压模具，挤压模具设置有与挤压轮8弧度相同的弧形摩擦面2，挤压轮8外沿设置有与杆坯料适配的轮槽，杆坯料位于轮槽与弧形摩擦面2之间，且被挤压至挤压模具的进料口4；

挤压模具包括模具主体1、主堵头3、副堵头、分流桥6和进料槽5，弧形摩擦面2设置在模具主体1上，进料口4设置在弧形摩擦面2的中部，主堵头3设置在进料口4的后侧方，副堵头设置在进料口4的前侧方，模具主体1内部设置有与进料口4连通的汇流焊合腔，分流桥6设置在汇流焊合腔内，且位于进料口4的下方，汇流焊合腔内设置有出料口7，进料槽5设置在进料口4内，主堵头3位于挤压轮8的轮槽内，且主堵头3的外侧面与轮槽的内侧面之间设置有间隙9，弧形摩擦面2上设置有溢料槽，溢料槽与挤压轮8所在的平面垂直，且溢料槽的进端位于副堵头的前侧处，分流桥6为三角块结构，分流桥6的分流点的夹角为120°，分流桥6与汇流焊合腔的内侧面之间的分流通道的横截面积从进料口4至出料口7依次增大。

主堵头3、副堵头、弧形摩擦面2和进料槽5均与模具本体可拆卸连接，主堵头3、副堵头、弧形摩擦面2和进料槽5通过热镶嵌法与模具本体可拆卸连接。

本发明近等通道多转角连续挤压装置的工作原理如下：

首先是在现有成熟的连铸连轧铝合金杆料或水平连铸杆料的连续挤压用原料条件下；然后依据目前连铸连轧铝合金杆的无油化生产现实以及水平连铸杆料的本就无油连铸工艺，摒弃连续挤压方法中的杆料化学清洗工艺方法，而采用湿喷砂法对铝合金杆料表面进行机械清理；最终依据长期的切向连续挤压生产平行流管过程中的实践经验和理论研究，围绕超高品质微通道平行流管及其他高精密焊合类挤压制品的生产：

1、挤压过程中的在线剥皮技术。由连续挤压的原理，主堵头3与挤压轮8之间的配合，实际构成了铝合金杆料的一定三面剥皮功能，于进料槽5前合适位置布置副堵头，主堵头3和副堵头配合形成四面剥皮功能，从而达到铝合金杆料的完全在线剥皮效果。

2、挤压模具的可更换主堵头3、副堵头、弧形摩擦面2和进料槽5，弧形摩擦面2、进料槽5、主堵头3和副堵头的磨损皆会造成焊合腔内的流速、压力波动及变化而影响挤压质量；可更换组合体的技术保证了挤压制品长期高质稳定的生产，模腔本体可更长期使用并降低挤压工模具消耗。

3、将等通道多转角的原理与切向式连续挤压原理进行有机的结合，并以单槽切向连续挤压的方式于模腔中布置较优的空间两两相对的总四次转角、适应挤压要求的近等通道结构设计，达到不突破连续挤压法最大挤压比的情况下获得均匀、细小的铝合金晶粒组织，以及弥散分布的第二相。

其具体为：

1、在线剥皮

可将连续挤压过程形象地理解为：杆坯料本身既是被挤压的材料，又是挤压杆。进入挤压轮8槽前段的杆坯料在摩擦力的作用下向前运动，由于此时温度较低，坯料本身具有足够的强度，可认为是“挤压杆”；在挤压轮8槽后段，由于摩擦效应使温度升高，已经达到其成形温度，认为是“坯料”，它在前段“挤压杆”的驱动下连续地从模口挤出。在稳定的生产过程中，前段“挤压杆”不断地转换成了后段的“坯料”，前后两段的“交接”位置保持不变。

由于坯料刚充满变形空间，尚未达到塑性流动所需要的温度，坯料从挤压轮8和模腔之间的缝隙(工作间隙)挤出阻力较大，相当于变形空间封闭，所以压力急剧升高。压力升高的同时，使摩擦力增大，从而进一步提高了有效挤压驱动力。另一方面，温度也继续升高，为后续的变形提高了条件。

由于挤压轮8与挤压模具之间有相对运动，必须留有一个很小的间隙，保证两者之间不接触产生磨损。同时也是主、副堵头与杆料作用后其表面不良组织的泄流通道——因为杆料的表层、此表层要首先充满该间隙，由此也就完成了连铸连轧等杆料的完全在线剥皮。

2、挤压模具的可更换主堵头3、副堵头、弧形摩擦面2和进料槽5，

为解决实际生产中因主堵头3、副堵头、进料槽5以及弧形摩擦面2磨损造成挤压进料断面速度的变化，产生挤压产品质量波动、持续下降等外，溢流的增加也是这些关键功能结构磨损的必然，为保证挤压质量的稳定又不须更换整个昂贵的模腔，就催生了可更换易损关键件的组合模腔的出现，采用成熟热镶法与模腔本体进行组合，可方便地保证配合精度。

3、近等通道多转角连续挤压

一般地，把等通道多转角挤压作为一个连续的过程完成，我们就可以称之为等通道多转角连续挤压。但，转角越多挤压力就越大，生产实现的可能性就越不可能，故真正意义的等通道多转角连续挤压现还停留在理论，及实验室的非连续的等通道多转角挤压试验的连续起来的结果研究上。

为此，我们提出“近等通道多转角连续挤压”的概念。即，近等通道多转角连续挤压的概念依附于连续挤压(CONFORM法)，依惯例及以最大可能降低挤压力的设计理念，该法的金属流动通道是近圆形并逐渐变大的，由此等通道转化为“近似”——近等通道；无论径向还是切向连续挤压，金属由主堵头3的作用流向挤压模具的进料口4的过程是实实在在进行了90度的转角——等通道转角；与径向挤压金属直出模口不同的是切向连续挤压(CONKLAD法)过程金属流在模腔中又进行了一次大通道下的90度转角才直出模口。

等通道的挤压轮8的轮槽中的挤压料经弧形摩擦面2，在主堵头3的阻挡下，杆坯料经近90度的转角经进料口4进入逐渐变大促流的分流通道，一分为二的铝料进入更大通道的汇流焊合腔中，此时汇流焊合腔中的铝流方向与分流通道的铝流向呈360度范围内的任何夹角分布，且都空间垂直于转角过程中挤压轮8沟槽铝流方向；经汇流焊合腔均压后的其360度范围内的任何夹角分布的铝料又经近90度的转角，由平行流管等焊合类模具挤压出产品。

在图1中，经第一次90度左右转角进入分流主通道的铝流在分流桥6的作用下，铝流经120度左右转角分为对称的左右两股铝流，即近等通道转角过程；然后左右两股铝流又进行与转角对应且完全相反的近等通道转角挤压过程，经此近等通道二次转角后铝流进入汇流焊合腔内均压。

这样，本近等通道多转角连续挤压专利技术以单槽切向连续挤压的方式，于模腔中布置了传统等通道多转角挤压所追求的空间两两相对的总四次转角。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种近等通道多转角连续挤压装置，其特征在于：包括挤压轮和挤压模具，所述挤压模具设置有与所述挤压轮弧度相同的弧形摩擦面，所述挤压轮外沿设置有与杆坯料适配的轮槽，所述杆坯料位于所述轮槽与所述弧形摩擦面之间，且被挤压至所述挤压模具的进料口；

所述挤压模具包括模具主体、主堵头、副堵头、分流桥和进料槽，所述弧形摩擦面设置在所述模具主体上，所述进料口设置在所述弧形摩擦面的中部，所述主堵头设置在所述进料口的后侧方，所述副堵头设置在所述进料口的前侧方，所述模具主体内部设置有与所述进料口连通的汇流焊合腔，所述分流桥设置在所述汇流焊合腔内，且位于所述进料口的下方，所述汇流焊合腔内设置有出料口，所述进料槽设置在所述进料口内；

所述分流桥为三角块结构，所述分流桥的分流点的夹角为120°，所述分流桥与所述汇流焊合腔的内侧面之间的分流通道的横截面积从进料口至出料口依次增大；

所述主堵头位于所述挤压轮的轮槽内，且所述主堵头的外侧面与所述轮槽的内侧面之间设置有间隙。

2.根据权利要求1所述的近等通道多转角连续挤压装置，其特征在于：所述弧形摩擦面上设置有溢料槽，所述溢料槽与所述挤压轮所在的平面垂直，且所述溢料槽的进端位于所述副堵头的前侧处。

3.根据权利要求1所述的近等通道多转角连续挤压装置，其特征在于：所述主堵头、所述副堵头、所述弧形摩擦面和所述进料槽均与所述模具本体可拆卸连接。

4.根据权利要求3所述的近等通道多转角连续挤压装置，其特征在于：所述主堵头、所述副堵头、所述弧形摩擦面和所述进料槽通过热镶嵌法与所述模具本体可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的近等通道多转角连续挤压装置，其特征在于：所述出料口连接有沿所述汇流焊合腔的轴向设置的平行流管。

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