一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備的制作方法

一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備的制作方法
【專利摘要】一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其包括集中熔鋁爐及旋轉吹氮精煉裝置，集中熔鋁爐包括爐門、預熱區、熔化區、緩沖部、保溫區、出鋁口、保溫燃燒器、加料口以及熔化燃燒器；旋轉吹氮精煉裝置包括轉子棒、轉子轉頭以及防渦流轉子擋板；轉子轉頭包括轉子通氣孔、轉子通氣緩沖孔以及若干轉子徑向凹槽。本實用新型由于集中熔鋁爐采用豎爐與平爐相結合的結構設計及低過剩空氣系數與高速燒嘴，可減少了鋁熔體中金屬氧化物的產生、提高熱效率、解決了豎爐熔煉中爐料熔化時在爐底出現的爐料易板結問題。同時，使得鋁熔體中的非金屬夾雜物數量大幅度地減少，消除了鋁合金壓鑄件在機加中出現的硬質點現象。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及鑄造【技術領域】，涉及一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備。 一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備

【背景技術】
[0002] 鑄造鋁合金以其密度小、比強度高、耐蝕性好以及資源豐富和容易加工等優點廣 泛地應用于汽車、電子、光學等領域。鋁壓鑄件產品所占的應用比例越來越大，對產品的加 工精度要求也越來越高。因此，對壓鑄件的生產提出了更大的挑戰。如精密鋁壓鑄產品在 加工中出現的硬質點現象，不僅會出現加工打刀，造成加工成本上升，也極大地影響產品的 外觀質量。其中，硬質點產生的根本原因是熔煉及熔體處理設備設計或工藝不合理而導致 的熔煉及熔體處理過程中產生的金屬氧化物或者是爐底沉淀的金屬雜質相或外來夾雜物 混入到鋁熔體中，最后進入產品便形成產品加工中的硬質點。 實用新型內容
[0003] 針對現有技術的不足，本實用新型的目的旨在于提供一種用于消除鋁合金壓鑄件 硬質點的設備。
[0004] 為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：
[0005] -種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，包括集中熔鋁爐及旋轉吹氮精煉裝 置，集中熔鋁爐由堅爐與平爐結合而成，其包括爐門、預熱區、熔化區、緩沖部、保溫區、出鋁 口、保溫燃燒器、加料口以及熔化燃燒器；預熱區為沿堅爐長度方向延伸的空腔；加料口設 置于堅爐的頂端并與預熱區連通；爐門設置于堅爐一側并與預熱區連通；保溫區為設置于 平爐內的內腔，保溫燃燒器設置于平爐的爐壁上并伸入保溫區內；熔化區連通于預熱區與 保溫區之間；緩沖部傾斜連接于堅爐與平爐之間，用于引導爐料由熔化區流入至保溫區內； 熔化燃燒器設置于堅爐的爐壁上，出鋁口設置于平爐的一側，其下面安裝有泡沫陶瓷過濾 片；旋轉吹氮精煉裝置包括轉子棒、轉子轉頭以及防渦流轉子擋板；轉子轉頭設置于轉子 棒的一端，其包括轉子通氣孔、轉子通氣緩沖孔以及若干轉子徑向凹槽；轉子徑向凹槽設置 于轉子轉頭底部并沿轉子轉頭徑向分布；轉子通氣緩沖孔連通于轉子通氣孔與若干轉子徑 向凹槽之間；防渦流轉子擋板沿平行于轉子棒長度方向設置于轉子棒的兩側。
[0006] 防渦流轉子擋板的工作端外側設置有轉子擋板倒角。
[0007] 轉子轉頭底部的轉子徑向凹槽為8處，沿著轉子轉頭徑向均勻分布。
[0008] 泡沫陶瓷過濾片的孔密度規格選擇為20ppi。
[0009] 本實用新型選擇快速集中熔鋁爐熔煉鋁合金，即可以實現上述目的：①由于快速 集中熔鋁爐采用低過剩空氣系數及高速燒嘴，不僅燃燒完全而且燃燒氣氛為弱還原性，減 輕金屬爐料的燒損，進而減少了鋁熔體中金屬氧化物的產生；②由于快速集中熔鋁爐的爐 體采用的是堅爐與平爐相結合的設計，不但可以充分發揮堅爐的煙氣余熱預熱爐料，提高 熱效率、降低熔體含氣量及提高出爐溫度的作用，而且結合平爐的特點解決了堅爐熔煉中 爐料熔化時在爐底出現的爐料易板結問題。
[0010] 采用本實用新型后由于熔煉過程中氧化物的大量減少及后續處理中鋁熔體凈化 程度的提高，金屬熔體中氧化夾雜物大量減少，從而減少了拉伸斷裂的裂紋源，增加了拉伸 試樣的有效截面積，最終表現為機械性能的提1?。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 圖1為集中熔鋁爐的正面剖圖；
[0012] 圖2為集中熔鋁爐的側面剖圖；
[0013] 圖3為旋轉吹氮精煉裝置轉子結構圖；
[0014] 圖4為原工藝ADC12鋁合金產品應力應變曲線圖；
[0015] 圖5為本實用新型ADC12鋁合金產品應力應變曲線圖；
[0016] 圖6為原工藝ADC12鋁合金產品金相圖片；
[0017] 圖7為本實用新型ADC12鋁合金產品金相圖片；
[0018] 其中：1〇、堅爐；11、爐門；12、預熱區；13、熔化區；14、緩沖部；15、保溫區；16、出 鋁口；17、保溫燃燒器；18、加料口；19、熔化燃燒器；20、平爐；30、轉子棒；31、轉子轉頭； 310、轉子通氣孔；312、轉子通氣緩沖孔；313、轉子徑向凹槽；32、防渦流轉子擋板；321、轉 子擋板倒角。

【具體實施方式】
[0019] 下面，結合附圖以及【具體實施方式】，對本實用新型做進一步描述：
[0020] 請參看圖1與圖2,本實用新型中用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其包括集 中熔鋁爐及旋轉吹氮精煉裝置。集中熔鋁爐為由堅爐10與平爐20結合成整體型，其包括 爐門11、預熱區12、熔化區13、緩沖部14、保溫區15、出鋁口 16、保溫燃燒器17、加料口 18 以及熔化燃燒器19。預熱區12為沿堅爐10長度方向延伸的空腔。加料口 18設置于堅爐 10的頂端并與預熱區12連通。爐門11設置于堅爐10 -側并與預熱區12連通。保溫區15 為設置于平爐20內的內腔。保溫燃燒器17設置于平爐20的爐壁上并伸入保溫區15內， 用于對保溫區15進行保溫。熔化區13連通于預熱區12與保溫區15之間。緩沖部14傾 斜連接于堅爐10與平爐20之間，用于引導爐料由熔化區13流入至保溫區15內。熔化燃 燒器19設置于堅爐10的爐壁上，用于對熔化區13進行加熱。出鋁口 16設置于平爐20的 一側,其上覆蓋有泡沫陶瓷過濾片（圖未示)。
[0021] 在工作時，爐料由翻斗式加料機從堅爐10的加料口 18供給，在堅爐10爐膛的預 熱區12內直接同煙氣進行對流交換，爐料不斷地干燥預熱軟化和下沉，而煙氣溫度越來越 低最后和易揮發物水汽一道排放到大氣中。此時，被預熱好的爐料途徑高溫熔化區13時在 熔化燃燒器19的作用下依次熔化，然后沿著傾斜爐底的緩沖部14流入到保溫區15內保溫 靜置。在堅爐10爐膛的預熱區12內由于火焰和爐料逆向運動，對流換熱，接觸面積大，熔化 區13又經熔化燃燒器19的沖擊加熱，完全克服了鋁熔體黑度低的弱點，所以熔化速度快， 熱能利用率高，因爐料是經過預熱區12后進入熔化區13,所以完全避免了易揮發物及水分 和鋁液直接接觸，降低了鋁液中的含氣量。因此，此爐型不僅可以充分發揮堅爐10的煙氣 余熱預熱爐料，提高熱效率、降低熔體含氣量及提高出爐溫度的作用，而且堅爐10結合平 爐20的結構設計也解決了堅爐10熔煉中爐料熔化時在爐底易出現的爐料板結問題。
[0022] 另外，此爐采用低過剩空氣系數的高速燒嘴（圖未示)，過剩空氣系數在1. 01-1. 04 之間，而普通燒嘴過剩空氣系數在1. 1-1. 2之間。由于過生空氣系數明顯小于普通燒嘴，不 僅燃燒完全而且燃燒氣氛為弱還原性，減輕金屬爐料的燒損，進而實現了減少鋁熔體中金 屬氧化物的產生的目的。在出爐時，夾雜物經過泡沫陶瓷過濾片，并與復雜陶瓷網絡的充分 接觸后被吸附在陶瓷骨架上或死角中，從而使懸浮于鋁熔體中與鋁熔體比重相仿的在精煉 中難以去除的夾雜物得以去除。
[0023] 本實用新型選擇快速集中熔鋁爐熔煉鋁合金，即可以實現上述目的：①由于快速 集中熔鋁爐采用低過剩空氣系數及高速燒嘴，不僅燃燒完全而且燃燒氣氛為弱還原性，減 輕金屬爐料的燒損，進而減少了鋁熔體中金屬氧化物的產生；②由于快速集中熔鋁爐的爐 體采用的是堅爐與平爐相結合的設計，不但可以充分發揮堅爐的煙氣余熱預熱爐料，提高 熱效率、降低熔體含氣量及提高出爐溫度的作用，而且結合平爐的特點解決了堅爐熔煉中 爐料熔化時在爐底出現的爐料易板結問題。
[0024] 圖3為旋轉吹氮精煉裝置的轉子結構及防渦流轉子擋板示意圖，其中包括轉子棒 30、轉子轉頭31以及防渦流轉子擋板32。轉子轉頭31設置于轉子棒30的一端，其包括轉 子通氣孔310、轉子通氣緩沖孔312以及若干轉子徑向凹槽313。防渦流轉子擋板32沿轉 子棒30長度方向設置于轉子棒30的兩側，其靠近轉子轉頭31的一端設置有轉子擋板倒角 321。
[0025] 轉子轉頭31底部的轉子徑向凹槽313為8處，沿著轉子轉頭31徑向均勻分布。轉 子通氣緩沖孔312設置于轉子徑向凹槽313的中心附近。如此，從轉子通氣孔310噴出的 氮氣，經過轉子通氣緩沖孔312緩沖后，分配到每一處轉子徑向凹槽313,最后氮氣沿著轉 子徑向噴出進入鋁熔體中。
[0026] 當鋁熔體隨著轉子旋轉時，在鋁熔體上方的防渦流轉子擋板32企圖阻止鋁熔體 的旋轉。在這兩種力的作用下，鋁熔體實際上已經變成了液體層面之間的相切旋轉。當從 轉子通氣孔310噴入的氮氣通過轉子通氣緩沖孔312后進入轉子徑向凹槽313時，沿著轉 子徑向凹槽313徑向噴入鋁熔體。噴入鋁熔體的氮氣泡在轉子徑向凹槽313的切向力及旋 轉的液體層面之間的層間剪切力的作用下被多次打碎，變得十分均勻細小；然后隨著鋁熔 體的徑向轉動彌散于整個熔體中，并在鋁熔體的上浮力及旋轉噴頭離心力的作用下沿著螺 旋曲線上升，從而增加了氮氣泡與鋁熔體的接觸比表面積及氮氣泡的傳質擴散能力，極大 地增加了氮氣泡與鋁熔體中微小夾雜的接觸機會，提高了除渣去氣精煉效果。
[0027] 由于防渦流轉子擋板32的阻力作用，可以防止旋轉鋁熔體上表面產生的漩渦傾 向所引起的外界氣體及表層氧化膜被重新卷入熔體的機會。
[0028] 在本實施例中，泡沫陶瓷過濾片的孔密度規格選擇為20ppi ;旋轉吹氮精煉裝置 的旋轉噴頭的轉速選擇為200-300r/min ;旋轉吹氮精煉裝置的氮氣流量控制在0. 25-0. 4 m3 / h ;旋轉吹氮精煉裝置的氮氣壓力控制在0. 2-0. 3MPa ;鋁熔體在進行旋轉噴吹精煉處 理之前，對鋁熔體處理包事先預熱到710± 10°C;鋁熔體的精煉溫度控制在715-725°C;旋轉 吹氮精煉處理時間為3-5min ;旋轉吹氮精煉處理后的靜置時間為8-10min。另外，每周對熔 煉爐及保溫爐爐底殘液定期清理一次，避免熔煉爐或保溫爐爐底因較重的金屬元素沉積而 成的金屬間化合物進入產品后形成壓鑄件硬質點的可能。
[0029] 下面是本實用新型的應用實例：
[0030] 應用實例一：圖4為原工藝條件下的一組ADC12鋁合金試棒的拉伸應力應變曲線， 圖5為本實用新型條件下的一組ADC12鋁合金試棒的拉伸應力應變曲線。從以上兩圖可以 看出，在原工藝條件下其抗拉強度平均值為205. 12MPa，拉伸應變平均值為3. 4% ;而在本實 用新型條件下其抗拉強度平均值為258. 52MPa，拉伸應變平均值為6. 81%。可以看出，采用 新工藝后抗拉強度提高26. 02%，伸長率提高100%。
[0031] 采用本實用新型后由于熔煉過程中氧化物的大量減少及后續處理中鋁熔體凈化 程度的提高，金屬熔體中氧化夾雜物大量減少，從而減少了拉伸斷裂的裂紋源，增加了拉伸 試樣的有效截面積，最終表現為機械性能的提1?。
[0032] 圖6為原工藝條件下產品的金相圖片，圖7為本實用新型條件下產品金相圖片。金 相中的白色部分為α相，灰色針狀部分為β相的共晶Si和A12Cu、Mg2Si等強化相，黑色 的顆粒狀為氧化物夾雜。通過圖6與圖5的比較可以看出，在相同面積上，α相明顯增多， 尺寸減少；并且黑色顆粒狀的氧化物夾雜也明顯減少。
[0033] 應用實例二：在采用原工藝條件下產品在機械加工中刀具出現嚴重磨損，每班加 工300件時，消耗刀具10把，每把刀具600圓，則經濟損失為6000圓/班；而采用實用新型 后，每班刀具使用1把，比原來節省生產成本與刀具成本5400圓/班。可見本實用新型實 施后，給公司創造了巨大的經濟效益。
[0034] 本實用新型有針對性地分別從熔煉、精煉設備的能力選擇、工藝參數的優化及生 產管控等方面進行控制，明顯地提高了鋁熔體的熔化處理質量，消除了精密鋁壓鑄件加工 過程中出現的硬質點打刀現象，滿足了客戶要求。
[0035] 對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種 相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本實用新型權利要求的保護 范圍之內。
【權利要求】
1. 一種用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其特征在于：包括集中熔鋁爐及旋轉吹 氮精煉裝置，集中熔鋁爐由堅爐與平爐結合而成，其包括爐門、預熱區、熔化區、緩沖部、保 溫區、出鋁口、保溫燃燒器、加料口以及熔化燃燒器；預熱區為沿堅爐長度方向延伸的空腔； 加料口設置于堅爐的頂端并與預熱區連通；爐門設置于堅爐一側并與預熱區連通；保溫區 為設置于平爐內的內腔，保溫燃燒器設置于平爐的爐壁上并伸入保溫區內；熔化區連通于 預熱區與保溫區之間；緩沖部傾斜連接于堅爐與平爐之間，用于引導爐料由熔化區流入至 保溫區內；熔化燃燒器設置于堅爐的爐壁上，出鋁口設置于平爐的一側，其下面安裝有泡沫 陶瓷過濾片；旋轉吹氮精煉裝置包括轉子棒、轉子轉頭以及防渦流轉子擋板；轉子轉頭設 置于轉子棒的一端，其包括轉子通氣孔、轉子通氣緩沖孔以及若干轉子徑向凹槽；轉子徑向 凹槽設置于轉子轉頭底部并沿轉子轉頭徑向分布；轉子通氣緩沖孔連通于轉子通氣孔與若 干轉子徑向凹槽之間；防渦流轉子擋板沿平行于轉子棒長度方向設置于轉子棒的兩側。
2. 如權利要求1所述的用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其特征在于：防渦流轉 子擋板的工作端外側設置有轉子擋板倒角。
3. 如權利要求1所述的用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其特征在于：轉子轉頭 底部的轉子徑向凹槽為8處，沿著轉子轉頭徑向均勻分布。
4. 如權利要求1所述的用于消除鋁合金壓鑄件硬質點的設備，其特征在于：泡沫陶瓷 過濾片的孔密度規格選擇為20ppi。
【文檔編號】C22C21/00GK203904428SQ201420221447
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年4月30日 優先權日:2014年4月30日
【發明者】宋振文, 綾德福, 周久陽 申請人:奧科精機（深圳）有限公司