一種基于附壁效應的平面流鑄造用節能剝離氣刀的制作方法

本實用新型屬于平面流鑄造帶材剝離技術領域，尤其涉及一種基于附壁效應的平面流鑄造用節能剝離氣刀。

背景技術：

平面流鑄造(planar-flow melt spinning，PFMS)最早由旋鑄法(chill block melt-spinning，CBMS)發展而來，是通過單激冷輥高速旋轉使合金液自熔潭沿輥面被拉出，在輥面形成液膜，并在輥內水冷作用下凝固為薄帶并剝離收取，獲得具有非平衡凝固組織帶材的快速凝固技術。該技術工藝能解決易產生偏析合金的鑄造，提高材料機械性能、磁性能的同時，節約大量能源并提高生產效率。并因其短流程、近終成形的特殊工藝，免去了后續多道次軋制及熱處理，符合高端、智能制造領域的需求。

非晶合金具有高飽和磁感應強度、高磁導率、低矯頑力、低損耗等優良的軟磁特性，非晶薄帶廣泛應用于配送變壓器、非晶電機等領域，是代替傳統取向硅鋼鐵芯的最佳選擇。平面流鑄造是制備非晶薄帶的典型代表，系將高溫鋼液噴射到高速旋轉的冷卻輥上，噴甩出厚度僅18μm～30μm的薄帶，其冷卻速率高達10⁶～10⁷℃/s。該工藝把長流程硅鋼軋制工藝縮短到直徑僅一米左右的冷卻輥面上，從熔潭拉出到噴甩成型再到剝離卷取過程中很多制約因素將更為復雜難控。

薄帶快速凝固成型后需要及時剝離開輥面，分離后以便開始下一圓周噴甩。PFMS工藝早期采用機械式剝離，很長時期內一直沿用刮刀或毛刷直接將薄帶與冷卻輥分離，如美國專利US 4770227和US 4789022公開的楔形或靴型刮刀。機械式剝離會對輥面和薄帶貼輥面造成劃痕，帶材出現橫縱裂紋或分綹，嚴重的會損傷冷卻輥使之提前報廢。后來逐漸采用氣體剝離代替機械剝離，如美國專利號US 4301855和中國專利申請CN 103930225 A和CN 104399925A。氣體剝離很少對薄帶造成機械式劃傷，薄帶基本不會產生裂紋和毛刺，同時對輥面相當于進行氣淬冷卻，有利于減輕熱沖擊負荷，使輥面溫度降低，遠離軟化溫度。甚至，對于柔韌性較差的脆性帶也能完整剝離。

目前從流體動力學出發來設計剝離氣刀外形和內部構造的報道尚不多見，氣刀外形和內部構造對氣幕沖擊力，發散度和均勻度有重要影響。傳統剝離氣刀存在諸多弊端，噴縫式氣刀的氣流不均勻，沖擊力不足，尤其排孔式氣刀在高氣壓下易引起空氣共鳴等高分貝噪音。類似傳統剝離氣刀大多沒有考慮節能環節，僅依靠消耗大量壓縮空氣達到剝離目的，吹出的氣幕較厚且發散，沖擊力不夠強勁。因此有必要設計氣刀外形，借助壁面空氣引流作用，用盡可能少的空氣消耗量，以達到最大程度的剝離效果。

薄帶成型后在輥面的剝離點和吹氣方向對薄帶的磁性能和板型至關重要，很少以此為出發點對薄帶性能進行研究。在圓周上調整剝離氣刀高度和角度是相互牽制的，在調節過程中需要很長時間才不會顧此失彼。在甩帶前和開始短時間內往往須不斷調整剝離氣刀的位置和吹氣方向，使薄帶在剝離時產生最小的剪切力，而是靠張力從輥面分離，以免使其撕碎不能被卷取。在剝離點處須嚴格調整吹氣方向沿冷卻輥外圓切線方向，此情況下薄帶內切應力最小化，軟磁性能因而不會受到切應力的影響。專利US 5054529公開了一種調整剝離點和氣剝方向的裝置，以完整剝離薄帶。實用新型公布的調整裝置不能快速地把剝離點和氣剝方向調整到最佳位置，該類似裝置須結合高度和角度多次反復做出逼近式調整，尤其角度的調整僅憑靠人的直覺和經驗，只能做到大致沿切線方向噴吹氣體，不能量化，隨機性大。若不能徹底解決此問題，將會對工藝引進不確定性因素，人為增加工藝難度，嚴重影響生產效率。

技術實現要素：

本實用新型針對上述現有技術存在的不足，提供一種基于附壁效應的平面流鑄造用節能剝離氣刀。

本實用新型解決上述技術問題的技術方案如下：一種基于附壁效應的平面流鑄造用節能剝離氣刀，包括支撐導向系統和剝離氣刀本體，所述支撐導向系統包括支撐柱和燕尾基座，所述支撐柱位于冷卻輥一側、置于燕尾基座內；其特殊之處在于，所述支撐導向系統還包括導向板和橫支梁；所述剝離氣刀本體外壁由外凸圓弧面、內凹圓弧面和兩個平直面圍成；所述剝離氣刀本體內部包括氣室和與氣室連通的噴縫。

本實用新型的有益效果是：

1、節能。本實用新型的剝離氣刀使得壓縮空氣消耗量少，基于附壁效應，其特有的外凸圓弧面可以引流數倍、數十倍于壓縮空氣的外圍空氣，由傳統氣刀壓縮氣壓的0.4MPa降為0.2MPa以下，氣幕沖擊力強勁、薄而均勻，發散程度小，噪音低。

2、精確快速定位。本實用新型只需在圓弧導向槽內精確調整剝離氣刀高度，不必調整角度，保證吹氣方向嚴格沿冷卻輥外圓切向方向。

3、結構簡單。本實用新型的剝離氣刀幾何結構雖復雜，但只需2次線切割走刀即可精密加工，可省去升降機構和轉動機構，成本低，免維護。

4、剝離效果好。本實用新型的薄帶在寬度方向上的一列剝離點(線)幾乎與冷卻輥輥面母線平行，薄帶內切變應力最小化，帶材不產生裂紋和邊緣毛刺，薄帶軟磁性能不致惡化，同時利于在線卷取。

在上述技術方案的基礎上，本實用新型還可以做如下改進。

進一步，所述內凹圓弧面曲率與冷卻輥外圓曲率相同，為1/R；所述內凹圓弧面與冷卻輥外圓內切；其中，所述的R為冷卻輥外圓半徑。

采用上述進一步方案的有益效果是，剝離氣刀可以沿冷卻輥外圓移動，移動時內凹圓弧面始終與冷卻輥輥面貼合，保證剝離氣刀在任一高度時，噴縫開口始終沿冷卻輥外圓切向方向。氣流經過所述外凹圓弧面時，流體動力學決定了氣流緊貼凸出表面流動，流速越大，外部壓力越大，即附壁效應。基于附壁效應，只用少量壓縮空氣作為動力源，就能把數倍、數十倍壓縮空氣體積的外圍空氣引流在輥面形成高壓區。

進一步，所述外凸圓弧面曲率為1/5R-1/10R；其中，所述的R為冷卻輥外圓半徑。

采用上述進一步方案的有益效果是，使附壁效應更為明顯。

進一步，所述噴縫寬度為0.5-1.5mm，長度為10-300mm，噴縫通道呈圓弧狀，圓弧與冷卻輥外圓同心。

采用上述進一步方案的有益效果是，降低流速，保證出口氣流均勻

更進一步，所述噴縫寬度為1.0mm，長度為220mm。

進一步，所述導向板上設有鎖緊盤和圓弧導向槽，所述圓弧導向槽與冷卻輥外圓同圓心；所述鎖緊盤固定所述剝離氣刀本體位置。

采用上述進一步方案的有益效果是，快速定位后，通過導向板上的鎖緊盤緊固剝離氣刀的位置。

進一步，所述圓弧導向槽上設有角度刻度線。

采用上述進一步方案的有益效果是，精確量化調整剝離氣刀高度。

進一步，所述剝離氣刀本體通過橫支梁支撐固定，所述橫支梁貫穿導向板，所述橫支梁在所述圓弧導向槽內做圓周運動。

采用上述進一步方案的有益效果是，橫支梁在圓弧導向槽內做圓周運動，調整剝離氣刀高度。

進一步，所述剝離氣刀本體邊緣設有3個絲桿螺孔，通過螺絲精確調整剝離氣刀本體與冷卻輥輥面間距離，調節范圍0-3mm。

采用上述進一步方案的有益效果是，可以微調內凹圓弧面與冷卻輥輥面之間的距離，使兩者之間即使存在一定距離也能保證其在輥寬方向上與輥面平行。在噴帶過程中，將螺絲旋離冷卻輥輥面或旋出絲桿螺孔。

進一步，所述氣室與噴縫通道銜接區還設有噴縫柵欄(圖中未標出)。

采用上述進一步方案的有益效果是，噴縫柵欄起到均勻布流的作用，進一步降低流速，使氣幕更加均勻。

附圖說明

圖1為現有剝離氣刀的結構示意圖；

圖2為本實用新型的結構示意圖；

圖3為圖2的側視圖；

圖4為導向板的結構示意圖；

圖中，1、剝離氣刀本體；2、外凸圓弧面；3、內凹圓弧面；4、平直面；5、氣室；6、噴縫；7、冷卻輥外圓；8、導向板；9、鎖緊盤；10、圓弧導向槽；11、橫支梁；12、絲桿螺孔；13、薄帶。

具體實施方式

以下結合實例對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。

實施例1

一種基于附壁效應的平面流鑄造用節能剝離氣刀，包括支撐導向系統和剝離氣刀本體1，所述支撐導向系統包括支撐柱和燕尾基座，所述支撐柱位于冷卻輥一側、置于燕尾基座內；其特殊之處在于，所述支撐導向系統還包括導向板8和橫支梁11；所述剝離氣刀本體外壁由外凸圓弧面2、內凹圓弧面3和兩個平直面4圍成；所述剝離氣刀本體內部包括氣室5和與氣室連通的噴縫6；

所述內凹圓弧面曲率與冷卻輥外圓7曲率相同，為1/R；所述內凹圓弧面與冷卻輥外圓內切；所述外凸圓弧面曲率為1/5R-1/10R；所述噴縫寬度為1.0mm，長度為220mm，噴縫通道呈圓弧狀，圓弧與冷卻輥外圓同心；所述導向板上設有鎖緊盤9和圓弧導向槽10，所述圓弧導向槽的圓弧與冷卻輥外圓同圓心；所述鎖緊盤固定所述剝離氣刀本體位置；所述圓弧導向槽上設有角度刻度線；所述剝離氣刀本體通過橫支梁支撐固定，所述橫支梁貫穿導向板，所述橫支梁在所述圓弧導向槽內做圓周運動；所述剝離氣刀本體邊緣設有3個絲桿螺孔12，通過螺絲將剝離氣刀本體定位；所述氣室與噴縫通道銜接區還設有噴縫柵欄(圖中未標出)，進一步使氣幕均勻化；其中，所述的R為冷卻輥外圓半徑。

本實用新型是這樣使用的，在非晶帶材外圓式噴甩前，移動并微調支撐柱位置和橫支梁在圓弧導向槽對應刻度，將導向板圓弧導向槽調整至與冷卻輥外圓同心位置，并使3顆已經調好長度的螺絲頂端輕觸輥面，以確定剝離氣刀的初始位置，吹氣方向已在切線方向，無需再做角度調整；在薄帶13噴甩開始時，調節壓縮空氣氣壓，調整氣壓高低至剛好能夠剝離帶材且不使之產生裂紋和毛刺為止。在帶材邊緣不可避免產生微小裂紋，吹氣方向偏離剝離點P的切向方向時，切變力易使微小裂紋擴展形成毛刺；在甩帶過程中，在線調節剝離氣刀高度，剝離點P隨之在冷卻輥輥面位置上變動，調整最佳位置以便成功負壓抓取，并在線測量帶材厚度為25±3μm。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。