线材固液连铸用模具及复合炉的制作方法

1.本实用新型涉及复合线材成型设备领域，具体涉及线材固液连铸用模具及复合炉。


背景技术：

2.复合线材作为一种常用的线材，其基本结构一般包括内部铜导体和包覆复合于内部铜导体外侧的外护套，外护套常用的材质为黄铜、铅或者导电塑料等，由于铅属于有毒重金属，目前已被明令继续使用。目前复合线材的成工艺主要包括包覆焊接工艺、无缝管套拉工艺和固液复合连铸工艺等，其中，固液复合连铸工艺能够实现连续自动化生产，且复合线材的复合界面为冶金结合，具有强度高、不开裂以及导电性能优异的特点，越来越受到企业重视与青睐。现有技术中采用固液复合连铸工艺成型复合线材时，通常会设置相互连通的复合炉和熔化炉，利用熔化炉加热包覆层金属而得到包覆层金属液，包覆层金属液流至复合炉内，然后使芯材连续穿过复合炉，复合炉中的包覆层金属液自动且连续地包覆复合于芯材的外侧而形成复合线材。为了控制芯材与包覆层金属液的接触情况，现有技术中通常会采用连铸模具控制芯材与包覆层金属液的接触面积等，以实现稳定且连续的连铸成型。
3.上述成型方式虽然能够完成复合线材的连铸成型，但是在实际生产过程中，根据生产需要会生产不同型号的复合线材，当生产不同型号的复合线材时，所使用的芯材会对应调整更改，如果采用现有的连铸模具，当取走原来的芯材而更换新的芯材时，需要将复合炉中所有包覆层金属液排走后才能更换芯材，否则包覆层金属液会通过芯材传送通道而流出复合炉，不仅造成包覆层金属液的浪费，还容易应高温状态的包覆层金属液对周围环境造成安全隐患。因此现有技术中的固液连铸工艺中，在更换芯材时，需要耗费大量的时间排出复合炉中的包覆层金属液，不仅影响复合线材的成型效率，而且还需要耗费大量的能量维持熔化炉以及复合炉的温度，造成能量浪费严重。


技术实现要素：

4.本实用新型意在提供线材固液连铸用模具，以解决现有技术中的在成型不同复合线材而更换不同芯材时，会耗费大量时间而影响复合线材成型效率的问题。
5.为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：线材固液连铸用模具，包括模具本体，模具本体内开有内径大于芯材直径的凝固成型定径孔，凝固成型定径孔内壁与芯材外壁之间设有连铸间隙；模具本体的外壁开有与凝固成型定径孔连通的进液部，模具本体的一端开有与凝固成型定径孔同轴设置且直径大于凝固成型定径孔直径的进线孔，进线孔内滑动连接有用于封堵进液部的封堵件，封堵件内设有与凝固成型定径孔同轴设置的通孔。
6.本方案的原理是：正常成型复合线材时，封堵件不会对进液部产生封堵作用，此时现有技术中复合炉内的包覆层金属液经过进液部而进入到连铸间隙内，使得包覆层金属液自动包覆并复合于芯材的外壁而制得复合线材；当需要成型其他型号的复合线材而更换芯
材时，只需滑动封堵件，使封堵件将进液部封堵，此时复合炉中的包覆层金属液无法经过进液部进入到连铸间隙，因此可以快速将原来的芯材取走而更换新的芯材，然后移开封堵件，使得复合炉中的包覆层金属液能够经过进液部进入到连铸间隙而与后续更换的芯材接触，从而快速地继续进行复合线材的成型。
7.本方案的有益效果在于：
8.1.模具采用一体化结构，整体为机加工一次制作而成，上部和下部对中度高，可以提高复合线材包覆层的厚度均匀性。
9.2.有效提升复合线材的成型效率：相比于技术中切在更换芯材的型号后需要耗费较多的时间排除复合炉中的包覆层金属液，影响复合线材的成型效率。本技术中，通过设置模具本体以及模具本体上的封堵件，可以快速完成芯材的更换而不必将复合炉中的包覆层金属液排出，有效提升复合线材的成型效率。
10.3.有效节约能源：本技术中，由于更换芯材的时间大量减少，可以有效减少无效加热复合炉以及熔化炉等设备的能源消耗，节约复合线材成型的成本。
11.4.有利于提升复合线材的成型质量：本技术中，在更换芯材时不必将复合炉中的包覆层金属液排走，因此可以有效保持复合炉中包覆层金属液的量以及保持复合炉中稳定的温度环境，从而使得包覆层金属液能够更加稳定地与芯材复合而得到质量优异的复合线材。
12.优选的，作为一种改进，所述进液部包括开设于模具本体外壁上的进液孔。
13.本方案中，包覆层金属液可以经过进液孔快速进入到连铸间隙，结构简单，加工方便。
14.优选的，作为一种改进，所述模具本体呈圆柱形，所述进液孔的数量至少为两个，所有进液孔沿着模具本体的周向均匀排布。
15.本方案中，通过设置多个进液孔，以便包覆层金属液能够更加快速且均匀地填充至连铸间隙中，使得芯材的外壁更加均匀且稳定地复合上包覆层金属液。
16.优选的，作为一种改进，所述进液孔的横截面呈矩形，进液孔的高度为5-50mm，进液孔的宽度为模具本体直径的1/3-2/3。
17.本方案中，进液孔的高度过大，会造成包覆层金属液与芯材的接触长度过长，芯材与包覆层接触面的温度过高而影响复合质量，进液孔的高度过小，容易造成包覆层金属液与芯材接触复合过程温度过低而出现缺陷，因此将进液孔的高度设置为5-50mm，使得芯材与包覆层金属液的接触长度适中，有利于使连铸速度达到最优并使芯材与包覆层金属液的复合效果最好；同时，进液孔的宽度主要决定模具本体内包覆层金属液与复合腔内芯材的接触面积，影响进入模具本体内包覆层金属液的速度，进而影响模具本体内部温度场的稳定性，进液孔宽度过大，则会影响模具本身的强度，容易损坏，将进液孔的宽度设置为模具本体直径的1/3-2/3，使得模具本体内的包覆层金属液进入模具本体内的速度适中，使得模具本体内保持稳定的温度场，从而使包覆层金属液稳定且均匀地包覆复合于芯材上，制得质量稳定的复合线材，同时还能延长模具本体的使用寿命。
18.优选的，作为一种改进，所述封堵件包括穿线定位模具和固定连接于穿线定位模具上的端头，所述穿线定位模具滑动连接于进线孔内，所述端头直径大于进线孔的直径。
19.本方案中，通过滑动穿线定位模具，可以方便地封堵或者开启进液孔，操作简单，
且通过设置端头，可以利用端头方便地对穿线定位模具进行调节。
20.优选的，作为一种改进，所述封堵件靠近端头的一端固定连接有玻璃导管，所述玻璃导管与凝固成型定径孔同轴设置。
21.本方案中，通过设置玻璃导管，可以利用玻璃导管对芯材的传送提供导向，使得芯材与凝固成型定径孔对中，从而使得芯材外壁上成型厚度均匀的包覆层；同时，利用玻璃导管对芯材起到隔热作用，防止芯材进入复合炉后温度快速上升而造成芯材移动至连铸间隙处时温度过高，避免包覆层金属液包覆后芯材金属熔化或者包覆界面过渡熔合。
22.线材固液连铸用复合炉，包括座体和设置于座体内的复合腔，所述复合腔内设置有若干所述的线材固液连铸用模具，座体上连接有用于对复合腔加热的加热机构。
23.本方案中，通过在复合腔中设置若干线材固液连铸用模具，利用若干线材固液连铸用模具同时成型多根复合线材，相邻线材固液连铸用模具成型的复合线材可以是相同型号，也可以是不同型号，提升本技术中线材固液连铸用复合炉成型复合线材的速度和型号范围；同时，由于每个固液连铸用模具中均设置了封堵件的结构，可以利用每个固液连铸用模具中的封堵件对进液部进行封堵，因此在不影响其他固液连铸用模具成型复合线材的情况下，可以方便地对其中一个固液连铸用模具所成型复合线材的芯材进行更换，而不用将复合腔中包覆层金属液排走而影响其他固液连铸用模具成型复合线材。
24.优选的，作为一种改进，所述座体上连接有与线材固液连铸用模具配合的冷却机构。
25.本方案中，利用冷却机构对包覆层金属液复合于芯材上后进行冷却，使得复合线材快速冷却。
26.优选的，作为一种改进，所述冷却机构包括连接于座体上的冷却结晶器，冷却结晶器位于所述模具本体上远离开设进线孔的一端。
27.本方案中，利用冷却结晶器对模具本体进行冷却，有利于模具本体保持稳定的温度范围，从而使得复合线材稳定且连续地完成复合。
28.优选的，作为一种改进，所述冷却结晶器与模具本体配合长度等于复合线材线径的4-10倍。
29.本方案中，通过将冷却结晶器与模具本体配合的长度设置成复合线材线径的4-10倍，使得冷却结晶器对模具本体的冷却效果适中，避免冷却强度不够而出现拉漏的情况，或者冷却强度过大而影响连铸表面质量和连铸速度，造成复合线材成型的成本增多。
附图说明
30.图1为本实用新型实施例一中线材固液连铸用复合炉的正剖图。
31.图2为实用新型实施例一中模具本体的示意图。
32.图3为本实用新型实施例二中线材固液连铸用复合炉的正剖图。
33.图4为本实用新型中复合线材的横截面剖视图。
具体实施方式
34.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
35.说明书附图中的附图标记包括：模具本体1、凝固成型定径孔2、进液孔3、穿线定位
模具4、端头5、进线孔6、座体7、复合腔8、加液管道9、加热线圈10、冷却结晶器11、玻璃导管12。
36.实施例一
37.实施例一基本如附图1所示：线材固液连铸用模具，包括呈圆柱状的模具本体1，模具本体1内沿着自身中心线方向开有内径大于芯材直径的凝固成型定径孔2，凝固成型定径孔2的内壁与芯材的外壁之间设有连铸间隙，在连铸间隙中通入现有技术中的包覆层金属液，即可使包覆层金属液自动包覆复合在芯材的外壁上而形成复合线材。
38.为了使现有技术中的包覆侧金属液能够稳定地进入到连铸间隙中，在模具本体1的外壁靠近中部位置开有与凝固成型定径孔2连通的进液部，进液部包括开设于模具本体1的外壁上的进液孔3，进液孔3的数量为多个，且多个进液孔3沿着模具本体1的周向均匀排布，本实施例中，进液孔3的数量为两个且进液孔3的横截面呈矩形，进液孔3的高度为5-50mm，进液孔3的宽度为模具本体1直径的1/3-2/3，本实施例中，进液孔3的高度优选为45mm，进液孔3的宽度优选为模具本体1直径的2/3。
39.结合图1和图2，模具本体1的顶端开有竖向设置的进线孔6，进线孔6与凝固成型定径孔2同轴设置且进线孔6的直径大于凝固成型定径孔2的直径，进线孔6内竖向滑动连接有用于封堵进液孔3的封堵件，本实施例中，封堵件包括穿线定位模具4和一体成型于穿线定位模具4顶部的端头5，穿线定位模具4的内部开有供芯材竖向滑动的通孔，其中端头5的直径大于进线孔6的直径，使得穿线定位模具4可以竖向滑动连接于进线孔6内而端头5无法进入到进线孔6中，具体的，穿线定位模具4采用螺纹配合的方式与模具本体1连接，通过转动端头5，即可使穿线定位模具4在进线孔6中竖向滑动，在本实施例以外的其他实施例中，也可以采用外力驱动方式使穿线定位模具4竖向滑动，此处不再赘述。
40.线材固液连铸用复合炉，包括座体7和设置于座体7内的复合腔8，座体7的右侧靠近底部设有与复合腔8连通的加液管道9，利用加液管道9可以向复合腔8中加入用于包覆复合于芯材外壁上的包覆层金属液，本实施例中，如图4的a所示，芯材为单根45#钢线材，且芯材的横截面为直径20mm的圆形，包覆层金属液采用纯铜且包覆层的厚度为2.5mm，使得复合线材的横截面为25mm的圆形。复合腔8内设有若干上述的线材固液连铸用模具，本实施例中，线材固液连铸用模具的数量为四个，四个线材固液连铸用模具横向并排设置，座体7上连接有用于对复合腔8进行加热的加热机构，本实施例中，加热机构包括设置于座体7外侧的加热线圈10。同时，座体7上连接有与线材固液连铸用模具配合的冷却机构，冷却机构包括通过螺钉固定连接于座体7底部的冷却结晶器11，冷却结晶器11位于模具本体1的底端处且冷却结晶器11与模具本体1的配合长度等于复合线材线径的4-10倍，为了具有稳定的冷却效果，本实施例中优选冷却结晶器11与模具本体1的配合长度等于复合线材线径的8倍。
41.具体实施过程如下：
42.当成型复合线材时，转动端头5，使得穿线定位模具4相对于模具本体1向上滑动，此时穿线定位模具4不会对进液孔3产生封堵作用，而复合腔8中的黄铜液可以经过进液孔3进入到凝固成型定径孔2中，然后由上至下将芯材依次穿过穿线定位模具4和模具本体1，最后由模具本体1的底端穿至座体7的下方，当芯材经过进液孔3处时，黄铜液进入到连铸间隙而自动包覆复合于芯材的外壁后得到复合线材，复合线材继续向下移动而经过冷却结晶器11时，冷却结晶器11对复合线材进行降温，进一步辅助复合线材的复合，使得芯材与黄铜液
完全再结晶而获得质量优异的复合线材。
43.当需要成型不同尺寸大小的复合线材时而更换不同型号的芯材时，只需转动端头5而使穿线定位模具4向下滑动，当穿线定位模具4的底端与进液孔3的底壁相抵时，复合腔8中的黄铜液无法进入连铸间隙，此时可以快速将原有芯材取走，然后再穿设入更换后的芯材，当芯材的端部穿过模具本体1而移动至座体7的下方时，再转动端头5而使穿线定位模具4向上移动，此时复合腔8中的黄铜液再次经过进液孔3而进入到连铸间隙中，使得更换后的芯材与黄铜液复合而得到复合线材。
44.同时，本实施例中，由于每个模具本体1上均设置了穿线定位模具4，因此通过每个模具本体1上的穿线定位模具4可以单独控制对应模具本体1上复合线材的成型，因此相邻模具本体1上复合线材的成型互不干扰，在复合线材成型过程中，可以先后更换不同模具本体1上的芯材，由于更换芯材时不会影响复合腔8中黄铜液的正常供给，使得其他模具本体1还是能够稳定地成型复合线材，从而保证复合线材的高效生产。
45.实施例二
46.实施例二与实施例一的区别在于：如图3所示，穿线定位模具4靠近顶端卡接有与穿线定位模具4同轴竖向设置的玻璃导管12，玻璃导管12的内径略大于芯材的直径(对于不同型号的芯材，玻璃导管12的内径可以对应设置为多个，以满足不同型号芯材的使用)，使得芯材可以穿过玻璃导管12时玻璃导管12能够对芯材起到竖向导向的作用；同时，如图4中b所示，本实施例中，芯材为单根纯铜线材且芯材的横截面为17
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17mm的方形，包覆层金属液的材质采用h65黄铜，且包覆层的厚度为1.5mm，使得复合线材的横截面为20
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20mm的方形。
47.本实施例中，通过设置玻璃导管12，利用玻璃导管12可以对芯材起到导向作用，以便芯材能够更加准确地与模具本体1的凝固成型定径孔2对中，从而使得黄铜液能够均匀地包覆复合于芯材的外壁上，得到质量更好的复合线材；同时，玻璃导管12能够起到一定的隔热作用，使得芯材进入到复合腔8中不会迅速升温，从而在芯材与黄铜液接触时使二者具有适宜的温差，以便黄铜液快速且稳定地复合于芯材外壁上，从而提升复合线材的质量。
48.实施例三
49.实施例三与实施例二的区别在于：如图4的c所示，本实施例中，芯材为七根铜绞线且单根铜绞线的直径为2mm，包覆层的厚度最薄处为1mm，使得复合线材的横截面为直径等于8mm的圆形。
50.以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。