CN109266879A - 一种布拉磨头及高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种布拉磨头及高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用，所述高强度铝合金的重量百分比包括：锌8‑12％、铜2‑2.5％、镁1.8‑2.2％、锆0.1‑0.14％，其余为铝和不可避免的杂质。所述高强度铝合金的密度为2.86‑2.9g/cm3、抗拉强度为685‑815MPa、屈服强度为655‑767MPa、硬度为185‑220HB、平均晶粒尺寸为3‑10μm、含氧量小于100ppm。由于其具有高强度和低密度的特性，使其能够降低布拉磨头的重量，进而降低石材、陶瓷板磨机的主轴电机功率，在石材板加工中节约耗电量及相应成本。

Description

一种布拉磨头及高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用
技术领域
本发明属于喷射成形工艺技术领域，具体涉及一种布拉磨头及高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用。
背景技术
布拉磨头(Block grinding head)最早由意大利设计，是为当前石材板材加工设备配备的常规磨头。当前石材板面加工，已朝向更大板的面积发展趋势，以满足各种装饰和实用性需求，例如符合背景墙、整体橱柜等要求，板表面尺寸已经达到或超过2×2m(长×宽)，因此所使用的设备，设计形式是石材板连续输送带进给、垂直主轴往复磨削/抛光机，而这类磨机，一般装配布拉磨头。
顾名思义，布拉磨头设计形式，是在磨削面方向，按径向辐射状、等间隔的安装4或6块布拉磨块(Abrasive Block)，布拉磨块的磨削面总体呈带弧度的矩形，后背带锲形定位座，在布拉磨头旋转时，锲形定位座利用离心力，自动将磨块锁紧于摆动臂的安装座上，当磨块消耗完后，可以从安装的反方向容易的卸除并快速更换。在对石材板面磨削或抛光期间，在布拉磨头旋转动作的同时，摆动臂通过内部机构，对磨块实施一个小幅度往返转动式的摆动动作，因此，与其它磨头的结构形式相比，大幅提高了板材磨削效率，并提高板面的抛光亮度(或降低了粗糙度)，由此成为磨机首选的磨头设计形式。
布拉磨头一般直径为Φ300-530mm，安装4-6块磨块。由于内部要保留摆动机构的设计空间，磨头的高度大约高达300mm。因此，一般由钢制作的布拉磨头(例如45#钢)，磨头的重量高达40-120Kg，使得磨头主轴电机的设置功率高达7.5-12Kw。
在当前的石材板面生产线中，例如人造石英石板加工生产线，为了提高生产效率，磨头的总数量有的高达50个或以上，由此耗电量巨大，不仅浪费了资源，而且提高了生产成本。
因此，需要一种轻质的、加工性良好的、高强度的材料(材料的机械性能不低于45#钢)，来至少大部分替代当前布拉磨头的钢制材料，来降低磨头主轴电机设置功率，进而在实际生产中达到节约能源降低成本的要求。
目前，常规铝合金铸造中，铝合金配方受到铸造工艺的限制，使得不能添加或过多添加某些合理化的合金元素，另外，由于铝合金铸造中，冷却速度处于10-102K/sec范围，因此，合金化元素将出现宏观偏析，平均晶粒尺寸为80-300μm，导致了材料韧性、塑性变差，并因金属间化合物的脆性，而严重影响合金的加工性。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种采用高强度铝合金为主要材质制作的布拉磨头，所述高强度铝合金具有高强度和低密度的特性，使其可以降低布拉磨头的重量，进而降低石材、陶瓷板磨机的主轴电机功率，在石材板加工中节约耗电量及相应成本。
本发明的技术方案为：
一种布拉磨头，所述布拉磨头的主要材质采用高强度铝合金，所述高强度铝合金的重量百分比包括：锌8-12％、铜2-2.5％、镁1.8-2.2％、锆0.1-0.14％，其余为铝和不可避免的杂质。
进一步地，所述高强度铝合金的密度为2.86-2.9g/cm3。
进一步地，所述高强度铝合金的抗拉强度为685-815MPa。
进一步地，所述高强度铝合金的屈服强度为655-767MPa。
进一步地，所述高强度铝合金的硬度为185-220HB。
进一步地，所述高强度铝合金的平均晶粒尺寸为3-10μm。
进一步地，所述高强度铝合金的含氧量小于100ppm。
进一步地，所述高强度铝合金采用急速冷却成型工艺制备。
进一步地，所述急速冷却成型工艺的冷却速度为103-105K/sec。
所述高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用。
本发明的有益效果为：
1、本发明所述布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述高强度铝合金具有高强度和低密度的特性，可以降低布拉磨头的重量，从而可以带来三方面效果：一是大幅降低石材、陶瓷板磨机的主轴电机功率(降低主轴的额定功率20-30％)，在石材板加工中节约耗电量，从而在大批量连续生产的情形下显著降低生产成本；二是简化了布拉磨头的安装和更换，节约了安装调配时间；三是降低了主轴设计的刚性要求，缩小了主轴和主轴电机的设计空间，从而降低了设备成本。
2、本发明所述布拉磨头，主要材质为高强度铝合金，具有水不锈蚀性的特点，从而解决了传统布拉磨头的铁质件因为长期处于湿度很大的水冷却环境下磨削和抛光导致的容易锈蚀以及锈蚀带来的急速扩展、漆层剥落，甚至布拉磨头报废的问题。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述布拉磨头的的制备方法如下：
(1)将12％锌、2.3％铜、2％镁、0.12％锆，其余为铝和不可避免的杂质混合后加热至900℃，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体倾倒入中间包，使所述熔体由中间包底部的Φ5mm的小孔流出成为合金流束并进入氩气气氛的无氧雾化室内，控制所述合金流束的流量为1kg/min；
(3)在氩气气氛的无氧雾化室内，以0.2MPa的高压氩气喷射步骤(2)所述合金流束，得到液滴；
(4)将步骤(3)所述液滴以105K/sec的冷却速度进行急速冷却使沉积于收集面，凝固后，得到高强度铝合金坯锭；
(5)对步骤(4)所述高强度铝合金坯锭进行热加工，得到高强度铝合金坯料，之后经过进一步机械加工，即得。
实施例2
本实施例提供一种布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述布拉磨头的的制备方法如下：
(1)将12％锌、2.5％铜、2.2％镁、0.14％锆，其余为铝和不可避免的杂质混合后加热至750℃，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体倾倒入中间包，使所述熔体由中间包底部的Φ5mm的小孔流出成为合金流束并进入氩气气氛的无氧雾化室内，控制所述合金流束的流量为4kg/min；
(3)在氩气气氛的无氧雾化室内，以2MPa的高压氩气喷射步骤(2)所述合金流束，得到液滴；
(4)将步骤(3)所述液滴以103K/sec的冷却速度进行急速冷却使沉积于收集面，凝固后，得到高强度铝合金坯锭；
(5)对步骤(4)所述高强度铝合金坯锭进行冷加工，得到高强度铝合金坯料，之后经过进一步机械加工，即得。
实施例3
本实施例提供一种布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述布拉磨头的的制备方法如下：
(1)将8％锌、2％铜、1.8％镁、0.1％锆，其余为铝和不可避免的杂质混合后加热至1000℃，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体倾倒入中间包，使所述熔体由中间包底部的Φ5mm的小孔流出成为合金流束并进入氩气气氛的无氧雾化室内，控制所述合金流束的流量为3kg/min；
(3)在氩气气氛的无氧雾化室内，以1MPa的高压氩气喷射步骤(2)所述合金流束，得到液滴；
(4)将步骤(3)所述液滴以103K/sec的冷却速度进行急速冷却使沉积于收集面，凝固后，得到高强度铝合金坯锭；
(5)对步骤(4)所述高强度铝合金坯锭进行冷加工，得到高强度铝合金坯料，之后经过进一步机械加工，即得。
实施例4
本实施例提供一种布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述布拉磨头的的制备方法如下：
(1)将9％锌、2.1％铜、2％镁、0.11％锆，其余为铝和不可避免的杂质混合后加热至900℃，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体倾倒入中间包，使所述熔体由中间包底部的Φ5mm的小孔流出成为合金流束并进入氩气气氛的无氧雾化室，控制所述合金流束的流量为2kg/min；
(3)在氩气气氛的无氧雾化室内，以2MPa的高压氩气喷射步骤(2)所述合金流束，得到液滴；
(4)将步骤(3)所述液滴以104K/sec的冷却速度进行急速冷却使沉积于收集面，凝固后，得到高强度铝合金坯锭；
(5)对步骤(4)所述高强度铝合金坯锭进行冷加工，得到高强度铝合金坯料，之后经过进一步机械加工，即得。
实施例5
本实施例提供一种布拉磨头，采用高强度铝合金为主要材质制成，所述布拉磨头的的制备方法如下：
(1)将10％锌、2.4％铜、1.9％镁、0.13％锆，其余为铝和不可避免的杂质混合后加热至800℃，得到合金熔体；
(2)将步骤(1)所述合金熔体倾倒入中间包，使所述熔体由中间包底部的Φ5mm的小孔流出成为合金流束并进入氩气气氛的无氧雾化室内，控制所述合金流束的流量为2kg/min；
(3)在氩气气氛的无氧雾化室内，以2MPa的高压氩气喷射步骤(2)所述合金流束，得到液滴；
(4)将步骤(3)所述液滴以104K/sec的冷却速度进行急速冷却使沉积于收集面，凝固后，得到高强度铝合金坯锭；
(5)对步骤(4)所述高强度铝合金坯锭进行热加工，得到高强度铝合金坯料，之后经过进一步机械加工，即得。
将实施例1～5所述高强度铝合金坯料加工成力学性能测试样品，对密度、抗拉强度、屈服强度和硬度进行测量，并与类似成分的7075高强度铸造铝合金、45#钢以及304不锈钢的力学性能、晶粒尺寸和加工性进行对比。对比结果见表1。
表1力学性能、晶粒尺寸和加工性对比结果
通过对比，说明本发明实施例1～5高强度铝合金在强度和硬度方面均优于普通铸造铝和普通钢材，因此更适合于制作布拉磨头。进一步优势在于，由于本发明高强度铝合金的密度仅为钢制材料45#钢的36.6％，即如果布拉磨头全部采用高强度铝合金替代的话，可以将原先的钢制布拉磨头的重量由40-120kg降低至14.6-43.9kg。而7075高强度铸造铝合金虽具有低密度和类似304不锈钢的强度和硬度，但是晶粒尺寸大，导致了材料韧性、塑性变差，并因金属间化合物的脆性，而严重影响了加工性。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种布拉磨头，其特征在于，所述布拉磨头的主要材质采用高强度铝合金，所述高强度铝合金的重量百分比包括：锌8-12％、铜2-2.5％、镁1.8-2.2％、锆0.1-0.14％，其余为铝和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的密度为2.86-2.9g/cm3。
3.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的抗拉强度为685-815MPa。
4.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的屈服强度为655-767MPa。
5.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的硬度为185-220HB。
6.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的平均晶粒尺寸为3-10μm。
7.根据权利要求1所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金的含氧量小于100ppm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的布拉磨头，其特征在于，所述高强度铝合金采用急速冷却成型工艺制备。
9.根据权利要求8所述的布拉磨头，其特征在于，所述急速冷却成型工艺的冷却速度为103-105K/sec。
10.权利要求1-9所述高强度铝合金在制备布拉磨头中的应用。
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