一种防止铝型材在线淬火变形的装置

摘要

本发明公开了一种防止铝型材在线淬火变形的装置，包括一水箱(10)，所述水箱(10)中设有第一主动毛毡辊(3)和第二主动毛毡辊(9)以及第一从动毛毡辊(4)和第二从动毛毡辊(17)，所述第一主动毛毡辊(3)和第二主动毛毡辊(9)以及第一从动毛毡辊(4)和第二从动毛毡辊(17)形成一通过待淬火铝型材的通道，并通过摩擦力将待淬火铝型材沿所述通道进行输送。本发明采用定型辊方式限制铝型材冷却变形，降低了温度冷却速度均匀性控制要求精度；而且，利用毛毡辊对铝型材进行淬火，毛毡对铝型材具有保护和清洗作用，提高了铝型材表面质量。

权利要求

1.一种防止铝型材在线淬火变形的装置，其特征在于，包括一水箱(10)，所述水箱(10)中设有第一主动毛毡辊(3)和第二主动毛毡辊(9)以及第一从动毛毡辊(4)和第二从动毛毡辊(17)，所述第一主动毛毡辊(3)和第二主动毛毡辊(9)以及第一从动毛毡辊(4)和第二从动毛毡辊(17)形成一通过待淬火铝型材的通道，并通过摩擦力将待淬火铝型材沿所述通道进行输送，所述第一主动毛毡辊(3)和第二主动毛毡辊(9)以及第一从动毛毡辊(4)和第二从动毛毡辊(17)的内层为不锈钢管(25)，中间层为不锈钢套(24)，表面为耐高温毛毡(23)；

所述通道包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段的上侧设有第一喷嘴(8)、下侧设有第二喷嘴(16)；所述第二阶段的上侧设有第三喷嘴(7)、下侧设有第四喷嘴(15)；所述第三阶段的上侧设有第五喷嘴(5)、下侧设有第六喷嘴(12)，各个喷嘴的冷却水由调节阀控制；

所述待淬火铝型材的断面包括第一面、第二面、第三面、第四面，四个面的对应位置设有喷嘴，所述第一面对应设有三个喷嘴，所述第二面对应设有两个喷嘴；所述第三面对应设有两个喷嘴，所述第四面对应设有三个喷嘴；

还包括传感器和与传感器相连接的控制器，所述控制器与各个喷嘴相连接，所述传感器用于测量各个阶段的温度，所述控制器与传感器相连接，用于根据传感器获取的温度值来控制各个喷嘴的喷水量。

2.根据权利要求1所述的防止铝型材在线淬火变形的装置，其特征在于，所述水箱(10)的下部由水箱金属支架(280)支撑，所述水箱(10)的下方设有水箱出水口(13)，并由水箱水位调节阀(14)控制，所述水箱(10)外侧前后两端安置吹风机(2)。

3.根据权利要求1所述的防止铝型材在线淬火变形的装置，其特征在于，所述水箱(10)出水管及喷嘴的进水管与水槽相连，水槽与水泵和制冷水塔连接。

4.根据权利要求1所述的防止铝型材在线淬火变形的装置，其特征在于，所述水箱(10)入口处上面两个毛毡辊和下端两个毛毡辊为主动辊，由单独电机控制。

5.根据权利要求4所述的防止铝型材在线淬火变形的装置，其特征在于，对待淬火铝型材经过所述通道进行五个点的温度测量，当待淬火铝型材经过第一个测温点时，利用热电偶测试第一次温度，预计算各个阶段喷嘴的水流量；

当铝型材经过第二个测温点时，对各阶段喷嘴水流量和入口端主动辊速度进行设定；

当铝型材经过第三个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正后续两个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

当铝型材经过第四个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正最后一个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

当铝型材经过第五个测温点时，对冷却速度模型进行修正；

水流量控制与计算采用如下公式：

其中：Lw单位时间水流量，L3/s；ρa为型材密度，kg/m3；ca为型材比热，J/kg·K；Va为型材处于冷却阶段的单位时间体积，Td为挤压温度，℃；vc冷却速度，℃/s；t冷却时间，ρw为冷却水密度，kg/m3；cw为冷却水比热，J/kg·K；Tw为水箱水温，℃；T0为冷却水水温，℃；A为修正系数。

说明书

一种防止铝型材在线淬火变形的装置

技术领域

[0001] 本发明属于铝型材加工技术领域，特别涉及一种防止铝型材在线淬火变形的装置。

背景技术

[0002] 现有技术中，如何对铝型材进行淬火处理从而获得性能优越，尺寸精度高的产品，现有技术不能分段控制冷却强度，处理特殊铝型材时，无法解决淬火变形问题。

[0003] 目前常见的铝合金型材在线淬火方式主要有风力淬火、水雾淬火、水浸淬火、高压喷水淬火和联合淬火。风力和水雾淬火冷却速度较低，不易满足淬火强度要求，而且冷却速度难以控制；水浸和高压喷水淬火方式虽然冷却速度大，但无法准确控制不同材料和型材壁厚的冷却速度，铝合金型材淬火变形严重；由于冷却速度不均匀主要受型材断面尺寸、不同位置厚度和材料等复杂影响因素影响，现存的铝合金在线淬火方法几乎难以实现冷却速度的精确控制从而抑制淬火变形。

发明内容

[0004] (一)要解决的技术问题

[0005] 本发明要解决的技术问题是：针对上述现有铝合金型材在线淬火方式的缺点，本发明的目的是避免现有技术方法的不足，依据约束变形自由度思想，提供一种结构及工艺简单、成本低、冷却速度均匀并能有效防止铝合金型材在线淬火变形装置。

[0006] (二)技术方案

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种防止铝型材在线淬火变形的装置，包括一水箱，所述水箱中设有第一主动毛毡辊和第二主动毛毡辊以及第一从动毛毡辊和第二从动毛毡辊，所述第一主动毛毡辊和第二主动毛毡辊以及第一从动毛毡辊和第二从动毛毡辊形成一通过待淬火铝型材的通道，并通过摩擦力将待淬火铝型材沿所述通道进行输送，所述第一主动毛毡辊和第二主动毛毡辊以及第一从动毛毡辊和第二从动毛毡辊的内层为不锈钢管，中间层为不锈钢套，表面为耐高温毛毡；

[0008] 所述通道包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段的上侧设有第一喷嘴、下侧设有第二喷嘴；所述第二阶段的上侧设有第三喷嘴、下侧设有第四喷嘴；所述第三阶段的上侧设有第五喷嘴、下侧设有第六喷嘴，各个喷嘴的冷却水由调节阀控制；

[0009] 所述待淬火铝型材的断面包括第一面、第二面、第三面、第四面，四个面的对应位置设有喷嘴，所述第一面对应设有三个喷嘴，所述第二面对应设有两个喷嘴；所述第三面对应设有两个喷嘴，所述第四面对应设有三个喷嘴；

[0010] 还包括传感器和与传感器相连接的控制器，所述控制器与各个喷嘴相连接，所述传感器用于测量各个阶段的温度，所述控制器与传感器相连接，用于根据传感器获取的温度值来控制各个喷嘴的喷水量。

[0011] 优选地，所述水箱的下部由水箱金属支架支撑，所述水箱的下方设有水箱出水口，并由水箱水位调节阀控制，所述水箱外侧前后两端安置吹风机。

[0012] 优选地，所述水箱出水管及喷嘴的进水管与水槽相连，水槽与水泵和制冷水塔连接。

[0013] 优选地，所述水箱入口处上面两个毛毡辊和下端两个毛毡辊为主动辊，由单独电机控制。

[0014] 优选地，对待淬火铝型材经过所述通道进行五个点的温度测量，当待淬火铝型材经过第一个测温点时，利用热电偶测试第一次温度，预计算各个阶段喷嘴的水流量；

[0015] 当铝型材经过第二个测温点时，对各阶段喷嘴水流量和入口端主动辊速度进行设定；

[0016] 当铝型材经过第三个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正后续两个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

[0017] 当铝型材经过第四个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正最后一个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

[0018] 当铝型材经过第五个测温点时，对冷却速度模型进行修正；

[0019] 水流量控制与计算采用如下公式：

[0020]

[0021] 其中：Lw单位时间水流量(L3/s)，ρa为型材密度(kg/m3)，ca为型材比热(J/kg.K)，Va为型材处于冷却阶段的单位时间体积，Td为挤压温度(℃)，vc冷却速度(℃/s),t冷却时间，ρw为冷却水密度(kg/m3)，cw为冷却水比热(J/kg.K)，Tw为水箱水温(℃)，T0为冷却水水温(℃)，A为修正系数。

[0022] (三)有益效果

[0023] 上述技术方案具有如下优点：与现有技术相比较，本发明的优点是：

[0024] 1、采用定型辊方式限制铝型材冷却变形，降低了温度冷却速度均匀性控制要求精度；

[0025] 2、利用毛毡辊对铝型材进行淬火，毛毡对铝型材具有保护和清洗作用，提高了铝型材表面质量。

[0026] 3、定型辊由于不用承受过大的力且几乎无损耗，因而采用普通钢材料可以满足要求，成本低，易维护；

[0027] 4、定型辊与铝合金型材之间存在一定的挤压方向摩擦力，这种摩擦力给予挤压方向一定张力，该张力的存在一定程度上抑制了冷却过程变形；

[0028] 5、通过定型辊封闭形状设计，使该方法可以使用于任何形状的铝型材在线淬火，功能得到拓宽。

附图说明

[0029] 图1为本发明防止铝型材在线淬火变形装置的结构示意图。

[0030] 图中：1-铝型材，2-吹风机，3-第一主动毛毡辊、9-第二主动毛毡辊，4-第一从动冷却辊，6-侧面冷却辊，5、7、8、12、15、16-冷却水喷嘴，10-水箱，11-挤压机，13-水箱出水口、14-水箱水位调节阀，17-第二从动冷却辊。

[0031] 图2为在线淬火变形装置的断面结构示意图。

[0032] 图中：180、240-侧面下喷嘴，190、230-侧面上喷嘴，200-上部左喷嘴，210-上部中间喷嘴，220-上部右侧喷嘴，270-下部左喷嘴，260-下部中间喷嘴，250-下部右侧喷嘴，280-水箱金属支架。

[0033] 图3铝型材在线淬火过程测温及冷却参数设定位置示意图。

[0034] 图4为断面喷嘴布置示意图。

[0035] 图5为侧面定型辊示意图。

[0036] 图6为上表面定型辊示意图。

[0037] 图7为运输辊示意图。

[0038] 图8为铝型材在线淬火过程控制流程图。

[0039] 图9为典型方形空心铝型材断面示意图。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0041] 如图1-9所示，为本发明的一种实施例的结构示意图，一种防止铝型材在线淬火变形的装置，包括一水箱10，所述水箱10中设有第一主动毛毡辊3和第二主动毛毡辊9以及第一从动毛毡辊4和第二从动毛毡辊17，所述第一主动毛毡辊3和第二主动毛毡辊9以及第一从动毛毡辊4和第二从动毛毡辊17形成一通过待淬火铝型材的通道，并通过摩擦力将待淬火铝型材1沿所述通道进行输送，再由挤压机11进行挤压。所述第一主动毛毡辊3和第二主动毛毡辊9以及第一从动毛毡辊4和第二从动毛毡辊17的内层为不锈钢管25，中间层为不锈钢套24，表面为耐高温毛毡23，及用于驱动主动毛毡辊移动的传动轴承26；还包括侧面冷却辊6。

[0042] 所述第一主动毛毡辊3和第二主动毛毡辊9主要通过速度差和摩擦力给型材提供张力，从而抑制或减小淬火变形；所述第一从动毛毡辊4和第二从动毛毡辊17主要通过毛毡和冷却水对型材进行淬火，同时通过约束自由度抑制和避免型材淬火变形；

[0043] 所述通道包括第一阶段、第二阶段和第三阶段，所述第一阶段的上侧设有第一喷嘴8、下侧设有第二喷嘴16；所述第二阶段的上侧设有第三喷嘴7、下侧设有第四喷嘴15；所述第三阶段的上侧设有第五喷嘴5、下侧设有第六喷嘴12，各个喷嘴的冷却水由调节阀控制；

[0044] 所述待淬火铝型材的断面包括第一面、第二面、第三面、第四面，四个面的对应位置设有喷嘴，所述第一面对应设有喷嘴200、210、220，所述第二面对应设有喷嘴180、190；所述第三面对应设有喷嘴230、240，所述第四面对应设有喷嘴250、260、270；

[0045] 还包括传感器和与传感器相连接的控制器，所述控制器与各个喷嘴相连接，所述传感器用于测量各个阶段的温度，所述控制器与传感器相连接，用于根据传感器获取的温度值来控制各个喷嘴的喷水量。

[0046] 优选地，所述水箱10的下部由水箱金属支架280支撑，所述水箱10的下方设有水箱出水口13，并由水箱水位调节阀14控制；所述水箱10外侧前后两端安置吹风机2。

[0047] 优选地，所述水箱10出水管及喷嘴的进水管与水槽相连，水槽与水泵和制冷水塔连接。

[0048] 优选地，所述水箱10入口处上面2个毛毡辊和下端2个毛毡辊为主动辊，由单独电机控制；所述冷却水箱出口处上面2个毛毡辊和下端2个毛毡辊为主动辊，由单独电机控制。

[0049] 优选地，对待淬火铝型材经过所述通道进行多个点的温度测量，本实施例以五个测温点进行举例说明：

[0050] 当待淬火铝型材经过第一个测温点A时，利用热电偶测试第一次温度，预计算各个阶段喷嘴的水流量；

[0051] 当铝型材经过第二个测温点B时，将测试温度由智能控制单元返回界面控制器的冷却速度计算模块，对各阶段喷嘴水流量和入口端主动辊速度进行设定；

[0052] 当铝型材经过第三个测温点C时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正后续两个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

[0053] 当铝型材经过第四个测温点D时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正最后一个阶段的喷水流量，增加冷却速度；

[0054] 当铝型材经过第五个测温点E时，将实测温度通过智能控制单元反馈到控制界面中，对冷却速度模型进行修正。

[0055] 为实现不同阶段和不同壁厚位置冷却速度控制，并提高铝型材在线淬火质量，淬火冷却过程控制系统包括预设定、第一次设定、第二次设定、第三次设定和模型修正。铝型材挤压出口后利用热电偶进行第一次测温，并对冷却过程的喷水流量和主动辊转速进行预设定；铝型材经过第二次测温点时，利用实测温度和目标设定温度对测温点之间的喷嘴点P1、P2和P3进行第一次设定；铝型材经过第三次测温点时，利用实测温度和目标设定温度对P2和P3进行第二次设定；铝型材经过第四次测温点时，利用实测温度和目标设定温度对P3进行第三次设定；铝型材经过第五次测温点时，利用实测温度对冷却速度计算模型进行修正。

[0056] 采用上述本发明防止铝型材在线淬火变形的方法步骤是：

[0057] A.将铝型材形状尺寸、壁厚、材质、挤压速度和挤压温度输入到界面控制器HMI。

[0058] B.根据铝型材断面形状设定约束淬火变形的毛毡辊断面封闭形状，上表面铝型材约束垂直方向变形自由度，防止铝型材上翘，侧面铝型材约束横向变形自由度，防止铝型材左右弯曲，下表面由运输毛毡辊约束，防止下扣。

[0059] 为适应不同铝型材断面，所有毛毡辊均可以移动，下表面运输毛毡辊的毛毡长度可以调整，上表面主动辊和从动辊的毛毡及不锈钢套可以左右移动，左右两侧表面的毛毡辊上下端的钢套和毛毡可以上下移动。

[0060] C.铝合金型材出挤压机口后，利用热电偶测试第一次温度，将温度值由智能控制单元返回界面控制器的冷却速度计算模块，预计算各个阶段喷嘴的水流量。断面各组喷嘴(Q1-Q10)喷水流量与该位置的壁厚成正比，而考虑到水的重力作用，在壁厚相同条件下侧面喷嘴水流量为上下表面喷嘴水流量1.1-1.2倍。淬火装置入口端定型辊主动辊的转速为挤压速度的1.01-1.03倍，而淬火装置出口端定型辊主动辊的转速为入口端主动辊转速的1.03-1.05倍，从而利用摩擦增加一定的张力，抑制由于冷却速度的微小差别产生的变形。

[0061] D.铝型材经过第二个测温点时，将测试温度由智能控制单元返回界面控制器的冷却速度计算模块，对各阶段喷嘴水流量和入口端主动辊速度进行设定。

[0062] E.铝型材经过第三个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正后续两个阶段的喷水流量，增加冷却速度。

[0063] F.铝型材经过第四个测温点时，如果实测温度低于目标值，则继续淬火冷却，如果实测温度高于目标值，则修正最后一个阶段的喷水流量，增加冷却速度。

[0064] G.铝型材经过第五个测温点时，将实测温度通过智能控制单元反馈到控制界面中，对冷却速度模型进行修正。

[0065] H.水流量控制与计算采用如下公式：

[0066]

[0067] 其中：Lw单位时间水流量(L3/s)，ρa为型材密度(kg/m3)，ca为型材比热(J/kg.K)，Va为型材处于冷却阶段的单位时间体积，Td为挤压温度(℃)，vc冷却速度(℃/s),t冷却时间，ρw为冷却水密度(kg/m3)，cw为冷却水比热(J/kg.K)，Tw为水箱水温(℃)，T0为冷却水水温(℃)。A为修正系数。

[0068] 以下结合一实施例对本发明进一步进行说明：

[0069] 有一方形空心铝型材，材质为6063，宽80mm，高57mm，壁厚不均一，厚的部分为4.5mm，薄的部分为2.5mm，具体尺寸如图9所示。挤压温度500℃，挤压速度为30m/min，入口端主动辊转速为挤压速度的1.03倍，出口主动辊转速为入口端主动辊速度的1.05倍；为实现冷却速度30℃/s，则上下喷嘴Q1、Q8、Q9和Q10的喷水流量相同为1.12(L3/s)，Q3水流量为
0.7(L3/s)，Q4水流量是Q3的1.1倍为0.77(L3/s)，Q5、Q6和Q7的水流量为1.23(L3/s)，Q2的水流量为1.17(L3/s)；主动辊速度差产生的张力为50N，淬火后型材头部最大翘曲量小于
60mm，冷却后组织性能满足淬火工艺要求。

[0070] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。