專利名稱：一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及鋁加工技術領域，更具體地說涉及一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子。
背景技術：
目前鋁合金無縫鋁管的坯料管生產(chǎn)方式主要有三種:1、實心錠穿孔熱擠壓法；2、空心錠熱擠壓法；3、薄壁空心錠三輥熱軋法。這三種生產(chǎn)方式中第一種實心錠穿孔擠壓主要適合生產(chǎn)軟鋁合金管，而且一般是內徑較小的鋁合金無縫管；對于強度較高的合金管材和大規(guī)格管材，實心錠穿孔擠壓無法生產(chǎn)，適應范圍很小，一般采用其余兩種生產(chǎn)方式空心錠熱擠壓法、薄壁空心錠三輥熱軋法。鋁合金空心錠主要通過直接鑄造空心錠和采用實心錠進行鉆孔獲得。對于內徑尺寸較大的鋁管，必須采用鑄造空心錠，由于空心錠的內孔基本等同于坯料管的內徑尺寸，采用實心錠鉆孔生產(chǎn)空心錠，需鉆一個較大的內孔，鉆孔去掉的部分占有很大的比例，大部分變成鋁屑，需要重新復化再生成鋁錠，熔損大，耗能高，工效低、浪費極大。鑄造空心錠,空心錠內外表面對管材的質量有致命的影響,鑄造空心錠經(jīng)過加溫擠壓成坯料管，坯料管生產(chǎn)完工后一般通過拉伸、冷軋等工序得到合適規(guī)格的成品鋁管。空心錠在擠壓過程中，要求空心錠內外表面光滑，組織晶粒細密，無拉裂、氣孔、夾渣等缺陷，空心錠在擠壓之前，一般需對有缺陷和要求高的產(chǎn)品的空心錠進行機械加工。因此，鑄造空心錠是生產(chǎn)成品鋁合金管最為基礎與關鍵的工藝步驟?？招腻V的鑄造工裝由結晶器外殼、芯子、三角架、牽引棒等構成，鑄造過程中，結晶器工裝均勻分布在分水盤外圈上，由分水盤給每個外殼和芯子供應冷卻水，分鋁盤位于分水盤正中，爐內鋁液流入分鋁盤，再由分鋁盤分配到每個結晶器，注入由外殼和芯子形成的環(huán)形縫隙中。鑄造開始時，升降機上升，牽引棒進入結晶器環(huán)形縫隙中，開冷卻水，鋁液由分鋁盤注入，首先受外殼和芯子的冷卻即一次冷卻，開始凝固成結晶膜并附著在牽引棒上，牽引棒下降，帶動已結晶的空心錠下降并逐漸拉出結晶器，外殼和芯子下緣噴出的水結觸空心錠即二次冷卻，牽引棒下降，鋁液注入，通過鋁液的溫度，下降的速度、冷卻水的大小的調節(jié)使整個鑄造過程形成流量平衡和能量平衡，結晶器內形成穩(wěn)定的固液線即液穴，鑄造持續(xù)進行，完成一個鑄次。在目前空心錠鑄造生產(chǎn)過程中，一次冷卻生成結晶膜由于和外殼和芯子的摩擦、鋁液的加溫，結晶膜重熔或變薄，強度下降，容易造成內外表面拉裂、跑流現(xiàn)象且經(jīng)常出現(xiàn)；在凝固過程中由于液態(tài)轉為固態(tài)出現(xiàn)收縮，芯子必須加工面錐形，避免凝固的空心錠抱在芯子上，芯子出現(xiàn)錐度后，由于二次冷卻的作用，在結晶器內部，從上至下存在溫度梯度和凝固收縮的影響，內孔尺寸逐漸變小，采用的芯子為單錐度，且結晶器芯子長度一定時，芯子的錐度過小，容易抱芯，錐度過大，空心錠和芯子之間將形成一層絕熱的空氣隙，阻礙了進一步冷卻，而源源不斷的鋁液補充將造成結晶膜重熔，出現(xiàn)泄漏，泄漏的鋁液遇二次水冷卻，形成偏析瘤，附在空心錠內表面。而鑄造空心錠用結晶器芯子，在凝固過程中，由于大部分金屬在結晶器內結晶，同時伴隨重熔再結晶過程，晶粒有充分的時間長大，結晶晶粒粗大，加工性能較差。綜上所述，鑄造空心錠用現(xiàn)有生產(chǎn)工藝要求的結晶器芯子長度與單錐度，得到的空心錠表面裂紋，偏析瘤較多，由于金屬在結晶器內結晶，晶粒度也較差，在后續(xù)生產(chǎn)中，除了對空心錠進行機械加工，部分還需要對擠出的坯料管進行刮皮處理，難以滿足對組織性能較高要求的產(chǎn)品，消耗大，質量很難控制，成品率低下。
發(fā)明內容本實用新型的目的是為了克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子，通過縮短結晶器長度，避免了晶粒長大，空心錠晶粒較細，加工性能和成品管材表面質量優(yōu)良，提高生產(chǎn)的空心錠質量與成品率；通過改進結晶器芯子為雙錐度，芯子上部分與下部分為兩個錐度，滿足生產(chǎn)工藝要求，防止結晶膜重熔和拉裂，避免空心錠表面裂紋、偏析瘤，提高工效。本實用新型采用的技術方案:一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子，包括結晶器外殼、夕卜殼進水管，三角架卡入外殼的環(huán)形槽內，并可在外殼上轉動，夕卜殼內固裝有內套和內襯，芯子放置在內襯內，芯子上方有進水口，進水口接芯子進水管，芯子進水管安裝在三角架上，芯子下方設有出水口及出水孔，芯子與內襯之間有鋁液入口，其特征在于:所述芯子為內空圓錐狀，高度為8(Tl20 mm，芯子上部分高度為芯子高度的65-70%，錐度為1:30 50，芯子下部分高度為芯子高度的30-35%，錐度為1:15 17。本實用新型的有益效果在于:1、由于本實用新型鑄造鋁空心錠的結晶器芯子采用改進傳統(tǒng)芯子的結構，降低芯子高度，同時外殼也需降低，變成短結晶器芯子，減少遇二次水的時間，使結晶主要依靠二次冷卻進行，避免了晶粒長大，空心錠晶粒較細，加工性能和成品管材表面質量優(yōu)良。2、由于本實用新型采用的芯子上部分的錐度小，收縮過程中形成的凝殼和芯棒結合緊密，繼續(xù)被芯子冷卻，空心錠和芯子之間，不容易形成一層絕熱的空氣隙，結晶膜持續(xù)冷卻，結晶膜不易變薄，強度高，防止結晶膜重熔和拉裂，避免偏析瘤出現(xiàn)；下部分錐度大，空心錠在脫離芯子時摩擦力較小，便于空心錠脫離結晶器，同時避免了拉裂和抱芯現(xiàn)象的出現(xiàn)。3、由于采用本實用新型結晶器芯子生產(chǎn)的空心錠，內外表面光滑，晶粒度細，后續(xù)加工性能優(yōu)良，空心錠產(chǎn)品可以直接使用，對于要求較高的薄壁管材，也大大降低了空心錠機械加工量，節(jié)約大量的人工的材料成本并使成品管材具有優(yōu)異的性能。

圖1是本實用新型一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器結構示意圖。圖2是本實用新型一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子結構示意圖。外殼(I)、外殼進水管(2)、三角架(3)、芯子(4)、芯子上部(4-1)、芯子下部(4-2)、芯子進水口(5)、芯子進水管(6)、芯子出水口(7)、出水孔(8)、內套(9)、內襯(10)、鋁液入口(11)、契塊(12)、環(huán)形槽(13)、牽引棒(14)。
具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1、2所示，一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子，空心錠的鑄造工裝由結晶器外殼(I)、內套(7)、內襯(8)、芯子、三角架等構成。結晶器外殼(I)上設有外殼進水管(2)，三角架(3)卡入外殼(I)的環(huán)形槽(13)內，可用三角架(3)的契塊(12)卡入環(huán)形槽(13)內，三角架(3)可在外殼(I)上轉動，并保證外殼(I)和芯子(4)同心，外殼(I)內固裝有內套(9)和內襯(10)，用螺栓將內套(9)與外殼(I)緊固，內襯(10)套置在內套(9)內，內襯(10)與內套(9)過盈配合聯(lián)接。 芯子(4)放置在內襯(10)內，芯子(4)上方設有芯子進水口(5)，進水口(5)接有芯子進水管(6)，芯子進水管(5)安裝在三角架(3)頂端面上，芯子進水管(6)可用空心絲桿制作，與芯子進水口(5)螺紋聯(lián)接并固定在三角架(3)上，芯子(4)下方設有出水口(7)及出水孔(8)。芯子(4)可做成內空圓錐狀，芯子(4)高度為100 mm時，芯子上部(4-1)高度為芯子高度的70%，即70 mm，錐度為1:30，芯子下部(4-2)高度為芯子高度的30%，即30 mm，錐度為1:17。芯子(4)與內襯(10)之間有鋁液入口(11)，按一定成份比例配制、溫度要求的鋁液從鋁液入口(11)進入，內襯(10)作為工作面，芯子進水管(6)向芯子內輸入冷卻水，外殼進水管(2)從外殼向鋁內套(9)輸入冷卻水。鑄造開始時，分水盤就位，安裝流槽及過濾網(wǎng)，結晶器外殼(I)和牽引棒(14)對位，啟動升降機上升，牽弓I棒(14)上口至外殼(I)上口低2 3cm處，將三角架(3)腳裝在外殼(I)上環(huán)形槽(13)內，芯子(4)同時進入牽引棒(14)內圈；安裝分鋁盤至結晶器的分配勺，在結晶器內襯(10)及芯子(4)上涂潤滑油，打開冷卻水，打開大流口，鋁液經(jīng)流槽流入分鋁盤，至鋁液達分鋁盤三分之二時打開分鋁盤小流口，鋁液通過分配勺流入結晶器，鋁液受外殼(I)及芯子(4)冷卻，開始凝固，在內外表面形成結晶膜，中間形成液穴，下部包在牽引棒(14)上，鋁凝固收縮，內圈緊貼在上錐度芯子(4)上，繼續(xù)一次冷卻，防止結晶膜重熔，啟動升降機下降，牽引棒(14)下降，已凝固的鋁受牽引開始下降；進入下錐度，結晶膜與芯子(4)之間形成空隙，減少接觸面積，防止拉裂和抱芯，冷卻變弱，隨著牽引棒(14)下降，由于結晶很短，內外表面很快遇水眼噴射水強冷，進入二次冷卻，凝固成型。調整大流口、小流口鋁液流量及下降速度使達到流量平衡，調整鋁液溫度，冷卻水流量，使能量平衡。保持凝固過程不過快過慢，過快凝固，收縮大，易抱芯，過慢未凝固時脫開結晶器，將導致跑流即鋁液泄漏。
權利要求1.一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子，包括結晶器外殼(I)、外殼進水管(2)，三角架(3)卡入外殼(I)的環(huán)形槽(13)內，并可在外殼(I)上轉動，外殼(I)內固裝有內套(9)和內襯(10)，芯子(4)放置在內襯(10)內，芯子(4)上方有進水口(5)，進水口(5)接有芯子進水管(6)，芯子進水管(6)安裝在三角架(3)上，芯子(4)下方設有出水口(7)及出水孔(8)，芯子(4)與內襯(10)之間有鋁液入口(11)，其特征在于:所述芯子(4)為內空圓錐狀，芯子(4)高度為8(Tl20 mm，芯子上部(4-1)高度為芯子高度的65-70%，錐度為1:30 50，芯子下部(4-2)高度為芯子高度的30-35%，錐度為1: 15 17。
專利摘要本實用新型公開了一種用于鑄造鋁空心錠的雙錐度短結晶器芯子，包括結晶器外殼、外殼進水管，三角架卡入外殼的環(huán)形槽內，并可在外殼上轉動，外殼內固裝有內套和內襯，芯子放置在內襯內，芯子上方有進水口，進水口接有芯子進水管，芯子進水管安裝在三角架上，芯子下方設有出水口及出水孔，芯子與內襯之間有鋁液入口，其特征在于所述芯子(4)為內空圓錐狀，高度為80~120 mm，芯子(4)上部分高度為芯子高度的65-70%，錐度為130~50，芯子(4)下部分高度為芯子高度的30-35%，錐度為115~17。通過縮短結晶器長度，空心錠晶粒較細，成品管材表面質量優(yōu)良，通過改進結晶器芯子為芯子上、下部分為兩個錐度，滿足生產(chǎn)工藝要求，避免結晶膜重熔和拉裂，提高工效。
文檔編號B22D21/04GK202921867SQ20122061791
公開日2013年5月8日 申請日期2012年11月21日 優(yōu)先權日2012年11月21日
發(fā)明者何曉利 申請人:安陸火鳳凰鋁材有限責任公司