一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法制造方法及图纸

一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法，包括熔化炉及其下方连接的电磁搅拌与超声振动复合室，电磁搅拌与超声振动复合室的出料口和转运设备配合，转运设备和压铸设备配合实现进料；本发明专利技术复合运用了超声振动和电磁搅拌两种方式进行浆料制备和浆料性能维持，提高并保证了金属液的质量，减少了金属液的损耗，提高了铸造件的整体性能，从而实现了半固态浆料制备、保存、转运到铸造的整个连续的工艺流程。续的工艺流程。续的工艺流程。

【技术实现步骤摘要】
一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法


[0001]本专利技术属于半固态金属加工及铸造成形
，具体涉及一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法。

技术介绍

[0002]金属半固态成形技术(Semi-solid Metal Processing)的工艺路线主要有两种：流变成形(Rheoforming)和触变成形(Thixoforming)。在早期触变成形是应用更广泛的半固态成形方法，但是由于金属坯料需二次加热，能耗较高，坯料表面氧化较严重，坯料损耗过多，并且生产路线加长，导致总的生产成本非常大，大大影响了生产效益。半固态流变成形是将浆料直接成形，故而具有材料利用率高，流程短,生产效率高等优点,且其适用的合金种类更多，但是同时流变成形的浆液的保存困难和输送过程所需条件苛刻,给其实际生产应用带来了一定的困难，因而使得流变成形技术是未来半固态加工工艺的重要研究方向。
[0003]到目前为止，在金属半固态浆料制备技术中，电磁搅拌制浆方法占据了主导地位，它属于无接触式搅拌法，参数控制灵活方便，不对熔体产生污染，但是由于趋肤效应，导致半固态浆料组织在制浆室径向上各处组织有差别，难以均匀，且对设备要求严格。
[0004]为了克服电磁搅拌法制浆存在趋肤效应的问题，张志峰等提出了环缝式电磁搅拌(A-EMS)法制备金属半固态浆料，核心思想是将电磁搅拌装置的中心部位加冷却器，其目的为改善电磁搅拌时金属熔体的冷却条件，加快冷却速率，克服电磁搅拌时中心部位电磁场较弱的位置。但是冷却器占据了电磁搅拌器中心很大的空间，使得每次制备的浆料量相对于传统电磁搅拌法非常有限，很大程度上影响了生产速度和效率。
[0005]超声振动作用于金属熔体时，不仅能细化晶粒、均化组织，还具有除气作用，能有效提高零件的力学性能；但是超声声压随距超声头端面的距离呈现急剧衰减的趋势。对金属熔体进行超声处理时，可将变幅杆插入液面以下直接作用于金属熔体，但变幅杆容易受到腐蚀，并对金属熔体产生污染。因此可以通过变幅杆紧密接触容器壁的方式处理容器内的金属熔体，既避免了腐蚀和污染，又保证声能的利用率。
[0006]中国专利(公开号为CN102062543B)公开了一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置，其在半固态浆料送到模具进行流变成形的途中，缺乏密封运输以及浆料维持的措施，使得半固态浆料的组织不能得到很好的保障，影响后续加工零件的质量；并且其装置上的振动电机在竖直方向产生较大的激振力，首先可能会降低设备整体的使用寿命；其次激振力可能会降低搅拌室部分的电磁搅拌器的精度，影响电磁搅拌的效果。
[0007]目前关于流变成形半固态浆料制备技术，存在以下缺点：大多数制备装置采用搅拌、振动或简单复合，普遍存在搅拌头或变幅杆易腐蚀并污染熔体、声能的利用率低且振动效果不明显、趋肤效应使组织性能不均匀、装置空间大、制备浆料效率低等诸多问题；其次在流变成形浆料转运的过程中，缺少有效的浆料性能保障措施，如电磁搅拌、振动等，使得浆料组织容易产生形核减少、初生相粗大、形貌不圆整等问题。

技术实现思路

[0008]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法，复合运用超声振动和电磁搅拌两种方式进行浆料制备和浆料性能维持，提高和保证了半固态浆料的质量，减少了损耗，提高了零件的整体性能，从而实现了半固态浆料制备、保存、转运到铸造的整个连续的工艺流程。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0010]一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，包括熔化炉Ⅰ及其下方连接的电磁搅拌与超声振动复合室Ⅱ，电磁搅拌与超声振动复合室Ⅱ的出料口和转运设备Ⅲ配合，转运设备Ⅲ和压铸设备Ⅳ配合实现进料。
[0011]所述的熔化炉Ⅰ包括熔化坩埚9，熔化坩埚9外部依次设有熔化炉保温层8和感应线圈7，感应线圈7、熔化炉保温层8和熔化坩埚9同轴安装在熔化炉底板11上，且上部加设了炉盖1；熔化坩埚9内设有第一热电偶4，第一热电偶4上端部穿过炉盖1，下端部插入熔化坩埚9中的金属液10，熔化坩埚9内左右对称设置了第一中空塞杆3和第二中空塞杆6，第一中空塞杆3和第二中空塞杆6的上端部穿过炉盖1，下端部与熔化坩埚9底部的出料口相接触配合，第一中空塞杆3、第二中空塞杆6的中心分别设有第二热电偶2、第三热电偶5，第二热电偶2和第三热电偶5上部均穿过炉盖1，下部通过熔化坩埚9的出料口，穿过整个熔化炉Ⅰ，插入搅拌坩埚12中。
[0012]所述的电磁搅拌与超声振动复合室Ⅱ包括搅拌坩埚12，搅拌坩埚12外部依次设有第一预热器13、保温隔热层14、第一冷却系统15、第一电磁搅拌器32和第一外壳33，第一预热器13、保温隔热层14、第一冷却系统15、第一电磁搅拌器32和第一外壳33上端部加设了盖板38，底部均安装在底板16上；在搅拌坩埚12的内部中心处设置了冷却棒34，冷却棒34下端部和搅拌坩埚12的出料口相密闭接触，其上端面轴线处加工出了一个立方体凹槽，3组超声振动头35等间距安装在第一换能器36上，且沿径向对称放置，第一换能器36上部通过第二弹簧36-1连接在熔化炉底板11上；冷却棒34的上端部沿径向对称安装了4个牵引电磁铁39，牵引电磁铁39上端与熔化炉底板11相连接，搅拌坩埚12的出料口处设置了浆料出口管道29，在浆料出口管道29上安装了翻转阀门30和高温液体流量计17。
[0013]所述的牵引电磁铁39包括第一弹簧39-1、铁芯39-2、框架及线圈39-3，铁芯39-2的下部连接有弹簧39-1，铁芯39-2的上部连接有框架及线圈39-3；牵引电磁铁39上部通过框架及线圈39-3连接在熔化炉底板11上，牵引电磁铁39下部通过第一弹簧39-1安装在冷却棒34上。
[0014]所述的3组超声振动头35中每1组包含4个超声振动头35，均沿径向对称安装。
[0015]所述的熔化炉底板11上开设了电源线通道40，在电源线通道40内部设置了销钉40-2；第一换能器36和牵引电磁铁39的所有电源线均穿过熔化炉底板11上的小孔，通过电源线通道40，与外接设备相连。
[0016]所述的转运设备Ⅲ包括转运坩埚26，转运坩埚26外部依次设有第二预热器27、第一保温层28、第二冷却系统19和第二电磁搅拌器18；在转运坩埚26的底部从上而下依次设置了变幅杆25、第二换能器24和超声发生控制器23；变幅杆25的上端部嵌入转运坩埚26底部的凹槽中，转运坩埚26、第二预热器27、第一保温层28、第二冷却系统19、第二电磁搅拌器18、变幅杆25、第二换能器24和超声发生控制器23共同构成转运装置20，转运装置20底部通
过轨道轮21在轨道22上实现往返运动。
[0017]所述的压铸设备Ⅳ包括储液室52，由转运装置20输送的半固态浆料41通过炉门42，浇注储存在储液室52中；在储液室52内部设有金属液加热器43，在储液室52内部设有压室45，压室45上方安装有喷射活塞44；压室45通过鹅颈管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：包括熔化炉(Ⅰ)及其下方连接的电磁搅拌与超声振动复合室(Ⅱ)，电磁搅拌与超声振动复合室(Ⅱ)的出料口和转运设备(Ⅲ)配合，转运设备(Ⅲ)和压铸设备(Ⅳ)配合实现进料。2.根据权利要求1所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的熔化炉(Ⅰ)包括熔化坩埚(9)，熔化坩埚(9)外部依次设有熔化炉保温层(8)和感应线圈(7)，感应线圈(7)、熔化炉保温层(8)和熔化坩埚(9)同轴安装在熔化炉底板(11)上，且上部加设了炉盖(1)；熔化坩埚(9)内设有第一热电偶(4)，第一热电偶(4)上端部穿过炉盖(1)，下端部插入熔化坩埚(9)中的金属熔体(10)，熔化坩埚(9)内左右对称设置了第一中空塞杆(3)和第二中空塞杆(6)，第一中空塞杆(3)和第二中空塞杆(6)的上端部穿过炉盖(1)，下端部与熔化坩埚(9)底部的出料口相接触配合，第一中空塞杆(3)、第二中空塞杆(6)的中心设有第二热电偶(2)、第三热电偶(5)，第二热电偶(2)和第三热电偶(5)上部均穿过炉盖(1)，下部通过熔化坩埚(9)的出料口，穿过整个熔化炉(Ⅰ)，插入搅拌坩埚(12)中。3.根据权利要求2所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的电磁搅拌与超声振动复合室(Ⅱ)包括搅拌坩埚(12)，搅拌坩埚(12)外部依次设有第一预热器(13)、保温隔热层(14)、第一冷却系统(15)、第一电磁搅拌器(32)和第一外壳(33)，第一预热器(13)、保温隔热层(14)、第一冷却系统(15)、第一电磁搅拌器(32)和第一外壳(33)上端部加设了盖板(38)，底部均安装在底板(16)上；在搅拌坩埚(12)的内部中心处设置了冷却棒(34)，冷却棒(34)下端部和搅拌坩埚(12)的出料口相密闭接触，其上端面轴线处加工出了一个立方体凹槽，3组超声振动头(35)等间距安装在第一换能器(36)上，且沿径向对称放置，第一换能器(36)上部通过第二弹簧(36-1)连接在熔化炉底板(11)上；冷却棒(34)的上端部沿径向对称安装了4个牵引电磁铁(39)，牵引电磁铁(39)上端与熔化炉底板(11)相连接，搅拌坩埚(12)的出料口处设置了浆料出口管道(29)，在浆料出口管道(29)上安装了翻转阀门(30)和高温液体流量计(17)。4.根据权利要求3所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的牵引电磁铁(39)包括第一弹簧(39-1)、铁芯(39-2)、框架及线圈(39-3)，铁芯(39-2)的下部连接有弹簧(39-1)，铁芯(39-2)的上部连接有框架及线圈(39-3)；牵引电磁铁(39)上部通过框架及线圈(39-3)连接在熔化炉底板(11)上，牵引电磁铁(39)下部通过第一弹簧(39-1)安装在冷却棒(34)上。5.根据权利要求3所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的3组超声振动头(35)中每1组包含4个超声振动头(35)，均沿径向对称安装。6.根据权利要求3所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的熔化炉底板(11)上开设了电源线通道(40)，在电源线通道(40)内部设置了销钉(40-2)；第一换能器(36)和牵引电磁铁(39)的所有电源线均穿过熔化炉底板(11)上的小孔，通过电源线通道(40)，与外接设备相连。7.根据权利要求1所述的一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，其特征在于：所述的转运设备(Ⅲ)包括转运坩埚(26)，转运坩埚(26)外部依次设有第二预热器(27)、第一保温层(28)、第二冷却系统(19)和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张大伟，胡凌豪，杨光灿，赵升吨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：