【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，属于铸造用搅拌装置。
技术介绍
1、颗粒增强金属基复合材料具有重量轻、高比强度、高比刚度和比模量、低热膨胀系数、热稳定性、耐腐蚀耐磨性能等特点，是近年来发展最迅速的高技术新材料之一，逐渐成为航空、航天、汽车、电子工业等领域的理想材料，应用前景广阔。
2、现有技术中，搅拌铸造法，是颗粒增强金属基复合材料常用生产方式。其原理是是将增强颗粒直接加入到熔融的金属基体合金中，通过一定方式的搅拌使颗粒进入并均匀分布在熔体中，然后浇注成型，或浇铸成锭坯、铸件。由于颗粒与熔体之间存在润湿差，在生产中，颗粒容易团聚，不易均匀分布，另外，熔体的粘度较大，常规的搅拌不能使颗粒难以进入并均匀分布，从而影响复合材料的综合性能。还有就是由于搅拌，熔体在制备过程中，易卷气，导致制备的复合材料存在孔隙，也影响材料性能。目前为了改善界面润湿性的方法主要通过颗粒表面预处理，使得颗粒表面变得圆润，光滑，以便于较好的融入熔体，但此类方法工艺复杂，周期长，成本高。
3、现有专利中，有通过在现有搅拌装置中增加搅拌器数量或增加振动器和在真空或/和保护气体的环境下进行熔炼，以通过搅拌加振动实现颗粒的均匀分布和打散颗粒团聚，达到颗粒均匀分布。如专利公开号cn116005032a，专利名称为金属基复合材料的制备装置、方法及材料，以及专利号cn101613809b，专利名称为制备颗粒增强金属基复合材料的装置。但此类装置主要是通过增加搅拌速度和通过振动使颗粒均布，存在增加搅拌速度易造成颗粒随搅拌器飞扬
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题与不足，本申请提供一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，以解决上述技术问题。
2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，包括支架、熔炼坩埚和搅拌组件；熔炼坩埚包括坩埚本体和密封罩，密封罩盖合于坩埚本体上开口，与坩埚本体之间形成一密封的熔炼空腔；搅拌组件包括搅拌杆、动力组件和振动器；动力组件固定安装于支架，且其动力端与搅拌杆相连接；搅拌杆贯穿密封罩并延伸至坩埚本体的内部，且搅拌杆的内部安装有振动器，外侧杆体沿径向间隔安装有若干层搅拌叶片，搅拌叶片分别与动力组件的动力端相连接，进行旋转运动；密封罩上设有保护气体组件和熔炼物料加料口；保护气体组件包括气源和输气管道，输气管道的一端贯穿密封罩并延伸至熔炼空腔内。
3、具体的，支架包括底座、转向支架和连接杆；底座设有旋转电机和伸缩电机；旋转电机固定安装于底座，且其动力端固定安装有伸缩电机；伸缩电机设有沿径向做伸缩运动的动力端，转向支架固定安装于伸缩电机的动力端，且转向支架远离伸缩电机的一端固定安装有连接杆，连接杆的端部与动力组件相连接。这样设置通过设置转向支架安装于底座，以实现转向支架通过伸缩电机沿径向进行上下往复运动，通过旋转电机沿圆周进行旋转运动，进而带动连接杆端部的动力组件可沿径向和圆周进行运动，从而实现带动搅拌杆在坩埚内部带动搅拌叶片对熔体充分搅拌，达到充分搅拌的目的。
4、具体的，动力组件为变频电机，变频电机的动力端与搅拌叶片相连接，且变频电机驱动搅拌叶片进行正向或反向旋转运动；变频电机的功率为2kw，转速为1r/min～1800r/min。这样设置以实现通过变频电机驱动搅拌叶片进行正向或反向转动的搅拌运动，以避免搅拌时单一方向的搅拌使得熔体内部产生涡流，造成颗粒在坩埚内壁团聚。同时变频电机的转速控制在一定范围内，以便于对于不同粘度的熔体便于进行适宜的搅拌速度，以产生适宜的搅拌力。
5、具体的，搅拌杆外侧杆体沿径向间隔安装有2-4层搅拌叶片，每层的搅拌叶片以搅拌杆为中心沿圆周均布有若干个叶片。这样设置以实现搅拌杆上的搅拌叶片与熔体进行充分接触，能保证搅拌时，沿径向对熔体同时进行搅拌，并通过转向支架沿径向和圆周进行运动，进而带动搅拌叶片对熔体各个部位均能进行充分搅拌，以保证颗粒不会发生团聚并能充分均匀的分布于熔体。
6、具体的，叶片与搅拌杆之间的最小夹角定义为α，坩埚本体的内径定义为d，叶片的长度定位为d，叶片的宽度定义为w，叶片的厚度定义为δ，α的角度范围为45°＜α＜80°；d的取值范围为：；w的取值范围为：；δ的取值范围为3mm-6mm。这样设置以坩埚本体的尺寸大小进行叶片的尺寸设计，使两者相互匹配，以实现对于不同的规格尺寸的坩埚，本申请都能进行适配性的叶片尺寸设计，以保证搅拌时，叶片产生适宜的搅拌力，保证搅拌质量。
7、具体的，相邻两层搅拌叶片的之间的间距定义为h，h的计算方式为：h，且相邻两层的叶片投影与同一水平面上，每个叶片之间的夹角定义为β，β的计算方式为：β，其中n为每层的叶片的数量。
8、具体的，叶片的边缘区域设置成圆角结构，且叶片的本体外侧喷涂有防高温和防护层，用于防熔体腐蚀叶片；防护层的厚度为0.05mm～0.2mm。通过将叶片边缘语气设置圆角以及在叶片外侧喷涂防护层，以实现提高叶片强度，减少搅拌时与熔体以及颗粒之间的磨损，设置防护层，以实现避免叶片受熔体高温和与熔体金属材料之间发生反应而受腐蚀，提高叶片使用寿命。
9、具体的，振动器为超声波发生器，超声波发生器的振动声波频率为10khz～20khz。
10、具体的，密封罩为波纹管状隔热密封罩；熔炼物料加料口为漏斗状加料口，熔炼物料加料口的上部设有可开启的顶盖，出料口设有阀门，且出料口设有输料管道，输料管道位于密封罩内，且呈倾斜设置，并延伸至坩埚的上开口；输气管道位于密封罩外部的管道还与熔炼物料加料口相连接。通过设置波纹管状密封罩，以实现通过密封罩形成密闭的熔炼环境，并在保护气体的保护下，实现解决氧化夹杂的问题。同时，波纹管状的密封罩可沿轴向和水平方向进行变形，保证搅拌组件所转向支架进行轴向和圆周转动时，密封罩能随搅拌组件进行变形，实现良好的密封作用。熔炼物料加料口设有顶盖和阀门，以实现加料时，关闭阀门，再通入保护气体，将空气排出，加料完成后，关闭顶盖，再打开阀门，熔体沿倾斜输料管道进入坩埚，减少加料时的气体卷入。
11、与现有技术相比，本申本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，包括支架、熔炼坩埚和搅拌组件；其特征在于：所述熔炼坩埚包括坩埚本体和密封罩，所述密封罩盖合于坩埚本体上开口，与坩埚本体之间形成一密封的熔炼空腔；所述搅拌组件包括搅拌杆、动力组件和振动器；所述动力组件固定安装于支架，且其动力端与搅拌杆相连接；所述搅拌杆贯穿密封罩并延伸至坩埚本体的内部，且搅拌杆的内部安装有振动器，外侧杆体沿径向间隔安装有若干层搅拌叶片，所述搅拌叶片分别与动力组件的动力端相连接，进行旋转运动；所述密封罩上设有保护气体组件和熔炼物料加料口；所述保护气体组件包括气源和输气管道，所述输气管道的一端贯穿密封罩并延伸至熔炼空腔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述支架包括底座、转向支架和连接杆；所述底座设有旋转电机和伸缩电机；所述旋转电机固定安装于底座，且其动力端固定安装有伸缩电机；所述伸缩电机设有沿径向做伸缩运动的动力端，所述转向支架固定安装于伸缩电机的动力端，且转向支架远离伸缩电机的一端固定安装有连接杆，所述连接杆的端部与所述动力组件相连接。
3.
4.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述搅拌杆外侧杆体沿径向间隔安装有2-4层搅拌叶片，每层的搅拌叶片以搅拌杆为中心沿圆周均布有若干个叶片。
5.根据权利要求4所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：每层搅拌叶片以搅拌杆为中心沿圆周均布有2-4个叶片，且每层的叶片处于同一平面。
6.根据权利要求4所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述叶片与搅拌杆之间的最小夹角定义为α，所述坩埚本体的内径定义为D，所述叶片的长度定位为d，叶片的宽度定义为w，叶片的厚度定义为δ，所述α的角度范围为45°＜α＜80°；所述d的取值范围为：；所述w的取值范围为：；所述δ的取值范围为3mm-6mm。
7.根据权利要求6所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：相邻两层搅拌叶片的之间的间距定义为h，所述h的计算方式为：h，且相邻两层的叶片投影与同一水平面上，每个叶片之间的夹角定义为β，所述β的计算方式为：β，其中n为每层的叶片的数量。
8.根据权利要求4所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述叶片的边缘区域设置成圆角结构，且叶片的本体外侧喷涂有防高温和防熔体腐蚀叶片的防护层；所述防护层的厚度为0.05mm～0.2mm。
9.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述振动器为超声波发生器，所述超声波发生器的振动声波频率为10kHz～20kHz。
10.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述密封罩为波纹管状隔热密封罩；所述熔炼物料加料口为漏斗状加料口，所述熔炼物料加料口的上部设有可开启的顶盖，出料口设有阀门，且出料口设有输料管道，所述输料管道位于密封罩内，且呈倾斜设置，并延伸至坩埚的上开口；所述输气管道位于密封罩外部的管道还与熔炼物料加料口相连接。
...【技术特征摘要】
1.一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，包括支架、熔炼坩埚和搅拌组件；其特征在于：所述熔炼坩埚包括坩埚本体和密封罩，所述密封罩盖合于坩埚本体上开口，与坩埚本体之间形成一密封的熔炼空腔；所述搅拌组件包括搅拌杆、动力组件和振动器；所述动力组件固定安装于支架，且其动力端与搅拌杆相连接；所述搅拌杆贯穿密封罩并延伸至坩埚本体的内部，且搅拌杆的内部安装有振动器，外侧杆体沿径向间隔安装有若干层搅拌叶片，所述搅拌叶片分别与动力组件的动力端相连接，进行旋转运动；所述密封罩上设有保护气体组件和熔炼物料加料口；所述保护气体组件包括气源和输气管道，所述输气管道的一端贯穿密封罩并延伸至熔炼空腔内。
2.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述支架包括底座、转向支架和连接杆；所述底座设有旋转电机和伸缩电机；所述旋转电机固定安装于底座，且其动力端固定安装有伸缩电机；所述伸缩电机设有沿径向做伸缩运动的动力端，所述转向支架固定安装于伸缩电机的动力端，且转向支架远离伸缩电机的一端固定安装有连接杆，所述连接杆的端部与所述动力组件相连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述动力组件为变频电机，所述变频电机的动力端与搅拌叶片相连接，且变频电机驱动搅拌叶片进行正向或反向旋转运动；所述变频电机的功率为2kw，转速为1r/min～1800r/min。
4.根据权利要求1所述的一种用于颗粒增强金属基复合材料铸造的搅拌装置，其特征在于：所述搅拌杆外侧杆体沿径向间隔安装有2-4层搅拌叶片，每层的搅拌叶片以搅拌杆为中心沿圆周均布有若干个叶片。
5.根据权利要求4所述的一种用于颗粒增强金...
【专利技术属性】
技术研发人员：张剑云，陈璐，李向平，谭东，付康习，张士琦，陆荣，李娄明，
申请(专利权)人：常州朗锐铸造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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