一种在型腔内半固态加工成形装置制造方法及图纸

一种在型腔内半固态加工成形装置，分为设置压力仓和不设置压力仓两种不同结构的精确成形系统。该系统主要包括密封罩、浇口杯、联通器、真空泵、振动器、带压力仓（或不带压力仓）的铸型、惰性气泵。带压力仓（或不带压力仓）的金属铸型放入密封罩中，密封罩的上盖带有联通器，密封罩的底座上铺有一层砂垫，带压力仓（或不带压力仓）的铸型放在砂垫上。当密封罩抽真空并浇注完毕后，关闭联通器，同时开启惰性气泵，快速输入惰性气体并对金属液施压，同时振动器振动，实现对金属液进行半固态加工和精确成形。本实用新型专利技术精确成形组织致密，晶粒细小，力学性能优良，适用范围广，可适用铸铁、铸钢及各种有色金属铸件生产。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种在型腔内半固态加工成形装置
本专利技术属金属材料液态加工成形技术，特别是各类金属材料的高性能半固态精确成形技术。
技术介绍
现代科学技术的发展，对各类高性能异形构件性能提出了越来越高的要求，例如发动机曲轴、飞机蜗轮盘、轧辊等。半固态加工技术可使金属材料的晶粒细化，获得细小、近球形、非枝晶组织，从而大大提高工件的力学性能。现代精确成形技术，可以使エ件表面光洁，外形尺寸精确，从而大大降低制造成本。本专利技术对推动多项先进技术的复合和应用，特别是提高各类高性能异形构件的性能、降低加工成本具有重要意义。I.半固态加工技术金属材料的半固态加工技术是各类高性能构件精确成形技术中的关键性技术，它直接影响各类高性能异形构件性能的质量，《半固态金属浆料制备新エ艺和加工新技木》 (江运喜、谢水生、李兴刚著，“锻压技木” 2003年28. 6)中，公开了目前国内外半固态加工技术技术的发展，其主要方法是(I)新MITエ艺“新MITエ艺”法是2000年由麻省理工学院(MassachusettsInstitute of Technology,简称 MIT)的 Flemings 等提出，Idraprince 有限公司获得这项技术专利。其原理是合金溶体在液相线温度下，由于搅拌与冷却的共同作用，导致了溶体体积中合金晶粒的过冷形核，再迅速冷却合金溶体，就能获得较理想的半固态浆料，然后再注入型腔中成形。(2)冷却斜槽法冷却斜槽法的原理为将略高于液相线温度的熔融金属倒在冷却斜槽上，由于斜槽的冷却作用，在斜槽壁上有细小的晶粒形核长大，金属流体的冲击和材料的自重作用使晶粒从斜槽壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。通过冷却斜槽的金属浆料落入容器，控制容器温度，即缓慢冷却，冷却到一定的半固态温度后保温，达到要求的固相体积分数，随后可进行流变成形和触变成形。(3)双螺旋半固态金属流变注射成形法该方法的工作原理是，熔融金属在坩埚中熔炼，达到比液相线温度高出约50°C的预定温度，将熔融金属保温15分钟，获得均匀的化学成分。当熔融金属为镁合金吋，坩埚采用氩气保护。融熔金属以一定的速度进入双螺旋剪切装置，调整其温度，同时受到双螺杆的剪切作用，获得一定固相百分数的理想的半固态浆料。(4)剪切-冷却-轧制法该方法的工作原理是将加热到一定温度的熔融金属经喷嘴注入辊缝上方的导向槽中，轧辊与靴形座之间留有一定的间隙，同时轧辊表面具有一定的粗糙度，轧辊内通水冷却。由于轧辊与靴形座的冷却作用，合金液发生凝固，转动的轧辊对部分凝固的合金产生剪切搅拌作用，使合金液转化为半固态浆料，并通过轧辊施加的摩擦力将半固态浆料从轧辊与靴形座间隙中拖出，通过安装在出料ロ的剥离器引导半固态浆料流动。可直接进行流变成形，也可制成所需尺寸的半固态坯料，然后进行触变成形。(5)NRCエ艺NRC方法的生产エ艺过程为①将熔融金属控制在液相线温度以上几度范围内；②将熔融金属倒入隔热容器中，由于容器的冷却作用，在熔融金属内部产生大量的初生相晶粒在容器上下用陶瓷覆盖，防止过冷利用风冷将金属冷却到设定的半固态温度； 通过隔热容器外部的高频感应加热器调整浆料的温度，调整金属浆料的固相体积分数，形成球形浆料，满足成形需要，这个过程需要3到5分钟； 翻转隔热容器，将半固态浆料倒入套筒。同时，上表面的氧化层沉到套筒底部，可防止氧化层进入产品；⑦将浆料直接倒入模腔中，并成形。(6)不同液体混合法不同液体混合法是将两种或三种亚共晶成分的熔融金属混合，或将亚共晶和过共晶成分的熔融金属混合，将要混合的熔融金属均保持在液相线以上，熔融金属内没有晶核或者晶核很少。混合是在绝热容器中进行，或者在一个通过向绝热容器的表面涂镀石墨的静止混合槽中进行，混合槽要预热，保证熔体流过混合槽时，其温度保持在液相线温度以上。熔体在混合槽上以湍流方式流动，使其混合程度良好。两种熔体的混合导致自发的热传导(热释放)，亚共晶吸收过共晶热量，混合后得到的新合金温度在液相线温度上下，含有大量的晶核，进ー步热处理可以形成具有细小，球状组织的半固态浆料。(7)近液相线铸造法近液相线铸造法主要采用控制鋳造的温度、静置时间、鋳造速度及冷却強度等因素，将熔融温度在液相线温度以上或接近于液相线温度经保温静置后，并在一定的冷速下浇注，从而获得细小、近球形、非枝晶半固态组织。以上所介绍的新エ艺均为半固态流变成形技木，目前的半固态加工エ艺可分为半固态流变成形和半固态触变成形ニ种，它们的共同特点是先在鋳型外制成半固态浆料，再实施流变或触变成形エ艺。流变成形エ艺是将先将制备的半固态浆料直接铸轧成板带坯，触变成形エ艺是将制备的半固态浆料铸造成坯锭后，再二次加热，重熔后触变成形的エ艺过程。目前半固态流变技术的主要问题是在浇注前需要ー个半固态降温和制浆过程，需要严格的温控设奋和一定的制浆设备，因此大大提高了制造成本和エ艺的复杂度。3，精确成形技术现代精确成形技术有压力鋳造、低压铸造、精锻和近净成形技术等，具有エ件成形性好、轮廓清晰、表面光洁、铸件组织致密、力学性能优良，可以做到少加工甚至不加工，从而大大降低制造成本。与本专利技术相关的精确成形技术有低压铸造、差压铸造等。低压铸造是使液体金属在压力作用下充填型腔，以形成铸件的ー种方法。由于所用的压カ较低，所以叫做低压铸造。其エ艺过程是在密封的坩埚(或密封罐)中，通入干燥的压缩空气，金属液在气体压力的作用下，沿升液管上升，通过浇ロ平稳地进入型腔，并保持坩埚内液面上的气体压力，一直到铸件完全凝固为止。然后解除液面上的气体压力，使开液管中未凝固的金属液流坩埚，再由气缸开型并推出铸件。差压铸造是在低压铸造的基础上，鋳型外罩个密封罩，同时向坩埚和罩内通入压缩空气，但坩埚内的压カ略高，使坩埚内的金属液在压カ差的作用下经升液管充填鋳型，并在压力下結晶。其エ艺过程是将电阻保温炉和铸型全部进行密封，在密封罩内通人压カ较大如500kPa的压缩空气，这时由于铸型与增锅内部的压カ相等，金属液不会上升，然后金属液向上补充50kPa压力，金属液就会上升充填型腔。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计出针对现有技术的不足提供一种新的在型腔内的液态金属半固态加工的各类高性能异形构件的精确成形系统。该系统生产的各类高性能异形构件，除具有金属材料纯净、组织致密、晶粒细化，综合性能优良的优点外，还可大大提高工件的尺寸精度，降低加工成本。本专利技术总的技术方案是建立一个在型腔内的液态金属半固态加工技术及精确成形技术组成的系统，以生产出各类高性能异形构件。本专利技术分为设置压カ仓和不设置压カ仓两种不同结构的精确成形系统。一、设置压力仓的系统结构包括可调真空泵系统、振动器、检测仪表、密封罩、密封罩盖、鋳型、金属液位传感器、浇ロ杯、联通器、压カ仓、压カ调节阀、惰性泵系统、通气塞、砂垫、底座；带压カ仓(10)的鋳型(6)放入密封罩(4)中，密封罩(4)的上盖(5)带有联通器(9)，联通器可使浇ロ杯(8)与鋳型(6)相通或关闭，密封罩(4)的底部铺有ー层砂垫(14)，带压カ仓(10)的鋳型(6)放在砂垫上(14)，密封罩(4)的底部壁上开有孔洞，通过管道与可调真空泵系统(I)联通。压カ仓(10)的上部壁上开有孔洞，通过管道与惰性气泵系统(12)联通，压カ仓(10)的上部壁装有ー个金属液位传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在型腔内半固态加工成形装置，其特征是：设置压力仓的系统结构包括：可调真空泵系统、振动器、检测仪表、密封罩、密封罩盖、铸型、金属液位传感器、浇口杯、联通器、压力仓、压力调节阀、惰性泵系统、通气塞、砂垫、底座；带压力仓（10）的铸型（6）放入密封罩（4）中，密封罩（4）的上盖（5）带有联通器（9），联通器可使浇口杯（8）与铸型（6）相通或关闭，密封罩（4）的底部铺有一层砂垫（14），带压力仓（10）的铸型（6）放在砂垫上（14），？？？？？？？？？？？？？密封罩（4）的底部壁上开有孔洞，通过管道与可调真空泵系统（1）联通，压力仓（10）的上部壁上开有孔洞，通过管道与惰性气泵系统（12）联通，压力仓（10）的上部壁装有一个金属液位传感器（7），该传感器（7）与检测仪表（3）相联，铸型（6）和密封罩（4）的底座（15）外部分别装有振动器（2）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：耿茂鹏，刘小文，张莹，饶磊，唐建军，尧军平，徐万里，耿小牧，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：实用新型
国别省市：