CN104096815B - 一种半固态加工集成系统 - Google Patents

Abstract

一种半固态加工集成系统，其特征是由熔炼炉组件（1）、浆料制备组件（2）、模具注料组件（3）、挤压成形机组件（4）四部分构成；浆料制备组件（2）通过上导流管（16）与熔炼炉组件（1）连接、通过下导流管（33）与模具注料组件（3）连接；模具注料组件（3）通过模具注料通道（31）与挤压成形机组件（4）连接。本发明的结构紧凑，设备布局合理，操作简便，加工过程安全，工艺参数控制精确，自动化程度高，能够连续、高效、优质地完成金属半固态产品制件的加工生产，同时此加工集成系统也可以应运于普通金属加工成形。

Description

一种半固态加工集成系统

技术领域

本发明属于金属加工技术领域。

背景技术

半固态金属加工是目前材料加工领域研究的热点，具有优质、高效、低成本、清洁和敏捷的特性，被国内外许多著名专家称为是“21世纪最有发展前途的近净成形技术”。半固态金属浆料初生固相近似于球形，在高速剪切作用下，金属熔体粘度大幅下降，流动性大幅提高，能够成形各种形状非常复杂的铸件，成形铸件的内部微观组织相对普通成形更为细小、分布也更加均匀，内部致密度变得更高，因此半固态加工成形的零件的机械性能得到很大的改善。为此国内外许多专家进行了大量的实验和理论基础研究，开发出了许多不同种类的半固态浆料制备的新工艺和新装置，并成功制备出质量优良的半固态浆料，取得很多令人欣慰的成绩，但是在工业应用范围内的推广以及大批量制件的生产方面并没有取得很大的突破，关键原因则是生产工艺的自动化程度不高，对核心工艺参数很难实现精确控制，工艺的不稳定性、与现有设备衔接及成本较高的问题等，都制约着半固态技术的实际运用，成为半固态加工产业化的一个个绊脚石。而随着我国汽车工业的不断发展，给予半固态成形技术的发展机遇，发展新型制浆及成形设备，提升生产工艺的自动化程度，以至于加速半固态成形技术的产业化进程，是必然的趋势。

据此，本发明设计开发出一种半固态加工集成系统，以半固态浆料制备装置为核心，结合熔炼、注料、成形设备，设计研究一种从熔炼、制浆到零件成形的半固态加工集成系统，同时将机电液有机结合于一体，实现半固态加工的全自动化生产，提高生产过程的安全性、稳定性和准确性，使生产效率得到显著提高，为半固态技术的实际应用和推广奠定良好的基础。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种半固态加工集成系统，集熔炼、制浆、注料、成形于一体，结合先进的机电液一体化技术，提高自动化程度，实现半固态加工的全自动化生产，同时保证在加工生产过程中的生产的安全性、工艺的稳定性和控制的准确性，进而实现金属半固态成形制件的优质、高效的生产。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半固态加工集成系统，由熔炼炉组件（1）、浆料制备组件（2）、模具注料组件（3）、挤压成形机组件（4）四部分构成。

所述熔炼炉组件（1），包括熔炼炉支座（37）、熔炼炉（11）、上导流管（16）及出料门（14）；熔炼炉支座（37）固定在基座（39）上，熔炼炉（11）固定在熔炼炉支座（37）顶端，熔炼炉（11）炉壁内装有熔炼炉加热电阻（111），熔体炉盖体（112）上装有液位计（13）和热电隅（12），液位计（13）和热电隅（12）的探头伸入熔炼炉（11）内部，上导流管（16）右端固定在熔炼炉（11）炉壁上，其内壁成形流道并与熔炼炉（11）内接通，上导流管（16）靠近熔炼炉（11）外壁处装设有一出料门（14），出料门（14）通过安装在熔炼炉（11）外壁上的电动推杆（15）驱动，实现出料门（14）的开启与关闭，上导流管（16）上设有上导流管加热电阻（161）。

所述浆料制备组件（2）包括转管（21）、伺服驱动电机（23）、支撑柱（35）及支撑箱（210）；支撑箱（210）倾斜固定在支撑柱（35）上，转管（21）通过两深沟球轴承（28）安装在固定于支撑箱（210）底面上的转管前支柱（27）与转管后支柱（22）上，转管（21）内壁、上导流管（16）内壁和下导流管（33）内壁组成一倾斜流道，伺服驱动电机（23）安装在固定于支撑箱（210）顶板上的安装板（26）上，伺服驱动电机（23）的输出轴上安装有一驱动链轮（25），一从动链轮（29）固定在转管（21）中部，链条（24）绕在驱动链轮（25）和从动轮（29）上，通过伺服驱动电机（23）的带动，转管（21）实现转动。

所述模具注料组件（3）包括基座（39）、液压缸（36）及模具注料通道（31）；基座（39）固定在地面上，液压缸（36）架设在固定于基座（39）上的液压缸支座（38）上，模具注料通道（31）架设在固定于基座（39）上的模具注料通道支座（32）上，其右端通过螺栓与液压缸（36）左端连接，下导流管（33）倾斜嵌入模具注料通道（31）内，模具注料通道（31）上设有模具注料通道加热电阻（311），下导流管（33）上设有下导流管加热电阻（331），一浆料输送推杆（34）设置在模具注料通道（31）内，并与液压缸（36）连接，由液压缸（36）驱动其沿模具注料通道（31）水平左右移动。

所述挤压成形机组件（4）包括上模架（42）、下模架（46）、分模推杆（41）及推料杆（45）；上模架（42）和下模架（46）安装在导柱（47）上，可沿导柱（47）在垂直方向上上下移动，上模架（42）顶面装有分模推杆（41），上模架（42）底面装有上模（43），下模（44）固定在下模架（46）顶面，下模（44）右端与模具注料通道（31）左端固定连接，下模（44）右端设有下模通道（441）与模具注料通道（31）相通，推料杆（45）固定在挤压成形机基座（48）上，穿过下模架（46）和下模（44）的中心孔，当零件成形后，向上推动，实现将成形制件从下模（44）型腔内推出。

本发明半固态加工集成系统的工作过程为：先将金属铸锭放进熔炼炉（11）内进行熔炼，经除渣、精炼后保温，在正式生产加工前，对上导流管（16）、下导流管（33）及模具注料通道（31）进行加热到预定温度，当正式生产加工开始时，首先开启伺服驱动电机（23），然后出料门（14）在电动推杆（15）的拉力作用下，向上移动，出料门（14）打开，熔炼炉（11）内的高温金属熔体由出料门（14）经上导流管（16），流入转管（21）上端入口处，高温金属熔体进入转管（21）后，继续沿转管（21）内壁向下流动，在沿转管（21）内壁向下流动的过程中，转管（21）对高温金属熔体不断冷却和搅拌，最终高温熔体被制成质量优良的半固态浆料，并由转管（21）下端出口处流入下导流管（33），在下导流管（33）的导流作用下，制备好的半固态浆料流入模具注料通道（31）内，在以上的这个过程当中，熔炼炉（11）内的高温金属熔体不断减少，液面位置也在不断下降，液位计（13）检测到某一设定位置时，说明经出料门（14）流出的金属熔体已经达到一次浇注量的要求，控制器立即发出信息，电动推杆（15）立即向下驱动出料门（14），出料门（14）实现立即关闭，等待下一次出料开始的信号，当由出料门（14）流出的满足一次浇注量的金属熔体全部通过转管（21）被制成半固态浆料并全部流入模具注料通道（31）内后，液压缸（36）开始驱动浆料输送推杆（34）水平向左移动，将此时位于模具注料通道（31）内的半固态浆料在浆料输送推杆（34）的作用下全部注入下模（44）型腔内，然后上模（44）在分模推杆（41）的推力作用下，沿导柱（47）垂直向下移动，实现上模（43）与下模（44）合并，并保压一小段时间，实现零件的挤压成形，然后分模推杆（41）沿导柱（47）垂直向上移动，上模（43）与下模（44）实现分开，推料杆（45）向上移动，将成形的零件由下模（44）型腔内推出，完成一次零件的加工，随后，浆料输送推杆（34）、推料杆（45）回到原来位置，等待下一次工作信号，不断循环上述过程，能够连续、高效、优质地进行金属半固态加工。

本发明的有益效果。

1、本发明涉及一种半固态加工集成系统，集金属合金的熔炼、半固态浆料的制备、半固浆料的注料、压铸四位于一体的加工生产线，结合现代先进的自动化控制技术，将机电液有机结合于一体，可以实现从金属熔炼到零件的成形过程的全自动化生产，比以往人工取注浆料相比，生产效率得到很大的提高，加工成本得到降低，此集成系统可连续、高效、优质地进行半固态加工作业，在保证工艺质量要求的前提下，可实现零件的快速成形，大批量成形。

2、在应用本发明加工生产半固态产品的过程中，高温金属熔体，从炉炼熔（11）通过上导流管（16）进入转管（21），经转管（21）后进入下导流管（33），在下导流管（33）的导流作用下流入模具注料通道（31），最后由浆料输送推杆（34）输送进入下模（44）型腔内，在整个高温金属流动的过程中，都处在密封的管道当中，一方面，这样可以使高温金属熔体与空气中的氧气接触机会减小，可以有效的减少高温金属熔体的氧化，实现洁净制造，另一方面，高温金属熔体在加工流动过程中，容易发生溅出，对周围人体和物体安全构成危险，让熔体流动的整个过程都处在密封的管道当中，可以效防止因高温金属熔体发生的喷溅而引发的安全事故，使加工集成系统在加工生产过程中的安全性得到有效保障。

3、本发明上导流管（16）、下导流管（33）及模具注料通道（31）上分别设置了上导流管加热电阻（161）、下导流管加热电阻（331）及模具注料通道加热电阻（311），根据加工工艺的需要，分别对熔体流经的各部位进行加热到最佳工艺温度，并通过温度传感器将上导流管（16）、下导流管（33）及模具注料通道（31）上的温度实时传输给控制器，控制器通过与设定温度比较，当实际温度比设定温度高时，加工集成系统立即停止加工作业，当实际温度小于设定温度时，立即通电热电阻，对相应的部位进行加热，待加热到设定的最佳工艺温度时再进行加工生产，实现对加工装置各关键部位温度的精确控制，保证加工的质量。

4、通过液位计（13），可以实时的测量出熔炼炉（11）内金属熔体的液面位置，并将测量数据传输给控制器，进而可以计算得出熔炼炉（11）内金属熔体的体积，当出料门（14）开启后，高温金属熔体由熔炼炉（11）经出料门（14）流出，熔炼炉（11）内金属熔体的液面位置会不断下降，通过控制器可以计算出相应的液面位置差，进而得出流出熔炼炉（11）高温金属熔体的体积，当液面位置下降到某一设定位置时，说明经出料门（14）流出的金属熔体已经达到一次浇注量的要求，控制器发出信号，立即关闭出料门（14），等待下一次出料信号，所以通过设定，可以实现对每次流出熔炼炉（11）的金属熔体体积进行准确控制，进而实现定量注料。

5、本发明的结构紧凑，设备布局合理，操作简便，加工过程安全，工艺参数控制精确，自动化程度高，能够连续、高效、优质地完成金属半固态产品制件的加工生产，同时此加工集成系统也可以应运于普通金属加工成形。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A部局部放大示意图。

图中：1为熔炼炉组件；11为熔炼炉；111为熔炼炉加热电阻；112为熔炼炉盖体；12为热电隅；13为液位计；14为出料门；15为电动推杆；16为上导流管；161为上导流管加热电阻；2为浆料制备组件；21为转管；22为转管后支柱；23为伺服驱动电机；24为链条；25为驱动链轮；26为安装板；27为转管前支柱；28为深沟球轴承；29为从动链轮；210为支撑箱；3为模具注料组件；31为模具注料通道；311为模具注料通道加热电阻；32为模具注料通道支座；33为下导流管；331为下导流管加热电阻；34为浆料输送推杆；35为支撑柱；36为液压缸；37为熔炼炉支座；38为液压缸支座；39为基座；4为挤压成形机组件；41为分模推杆；42为上模架；43为上模；44为下模；441为下模通道；45为推料杆；46为下模架；47为导柱；48为挤压成形机基座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如附图1、附图2所示，本发明所述的半固态加工集成系统，依次由熔炼炉组件1、浆料制备组件2、模具注料组件3、挤压成形机组件4四大部分构成。

所述熔炼炉组件1，包括熔炼炉支座37、熔炼炉11、上导流管16及出料门17；熔炼炉支座37固定在基座39上，熔炼炉11固定在熔炼炉支座37顶端，熔炼炉11炉壁内装有熔炼炉加热电阻111，通电后用于对金属合金的熔炼，熔体炉盖体112上装有液位计13和热电隅12，液位计13和热电隅12的探头伸入熔炼炉11体内部，通过液位计13，可以实时的测量出熔炼炉11内金属熔体的液面位置，并将数据传输给控制器，进而可以计算得出熔炼炉11内金属熔体的体积，当出料门14开启后，高温金属熔体由熔炼炉11经出料门流14出，熔炼炉11内金属熔体的液面位置会不断下降，通过控制器可以计算出相应的液面位置差，进而得出流出熔炼熔11的高温金属熔体的体积，当液面位置下降到某一设定位置时，说明经出料门14流出的金属熔体已经达到一次浇注量的要求，控制器发出信号，立即关闭出料门14，等待下一次出料开始信号，所以通过设定，可以实现对每次流出熔炼炉11的金属熔体体积进行准确控制，实现定量注料，热电隅12可以实时测量出熔炼炉11内金属熔体的温度，并将温度数据传输给控制器，当炉内温度较低时，控制器发出信息，接通熔炼炉加热电阻111进行加热，当炉内温度较高时，停止加热，保证熔炼炉11内的金属熔体温度在工艺要求范围内，上导流管16右端固定在熔炼炉11炉壁上，其内壁形成流道并与熔炼炉11内接通，上导流管16靠近熔炼炉11外壁处装有一出料门14，出料门14通过安装在熔炼炉11外壁上的电动推杆15驱动，实现出料门14的开启与关闭，当出料门开启时，高温金属熔体由熔炼炉11经出料门14及上导流管流16入转管21上端入口处，上导流管16上设有上导流管加热电阻161，保证上导流管16的温度在工艺要求范围内。

所述浆料制备组件2主要包括转管21、伺服驱动电机23及支撑箱210；支撑箱210倾斜固定在支撑柱35上，转管21通过两深沟球轴承28安装在固定于支撑箱210底面上的转管前支柱27与转管后支柱22上，转管21内壁、上导流管16内壁和下导流管33内壁组成一倾斜流道，伺服驱动电机23安装在固定于支撑箱顶板上的安装板26上，伺服驱动电机23的输出轴上安装有一驱动链轮25，一从动链轮29固定在转管中部，链条24绕在驱动链轮25和从动链轮29上，通过伺服驱动电机23的带动，转管21实现转动，高温金属熔体由上导流管16流入转管21上端入口处，经过转管21的冷却和搅拌，被制成半固态浆料，由转管21下端出口处流入下导流管33。

所述模具注料组件3包括基座39、液压缸36及模具注料通道31；基座39固定在地面上，用以支撑熔炼炉组件1和浆料制备组件2，液压缸36架设在固定于基座39上的液压缸支座38上，模具注料通道31架设在固定于基座39上的模具注料通道支座32上，其右端通过螺栓与液压缸36左端连接，下导流管33倾斜嵌入模具注料通道31内，模具注料通道31上设有模具注料通道加热电阻311，用以保证模具注料通道31的温度在工艺要求范围内，下导流管33上设有下导流管加热电阻331，用以保证下导流管33的温度在工艺要求范围内，一浆料输送推杆34设置在模具注料通道31内，并与液压缸36连接，由液压缸36驱动其沿模具注料通道31水平左右移动，将经下导流管33流入模具注料通道31的半固态浆全部注入下模44型腔内。

所述挤压成形机组件4包括上模架42、下模架46、分模推杆41及推料杆45；上模架42和下模架46安装在导柱47上，可沿导柱47在垂直方向上上下移动，上模架42顶面装有分模推杆41，分模推杆41在外力推动下，可以实现上模与下模的合模与开模，上模架42底面装有上模43，下模44固定在下模架46顶面，下模44右端与模具注料通道31左端固定连接，下模44右端设有下模通道441与模具注料通道31相通，推料杆45固定在挤压成形机基座48上，穿过下模架46和下模44的中心孔，当零件在模具内挤压成形后，推料杆45向上推动，实现将成形制件从下模44型腔内推出。

本发明半固态加工集成系统的工作过程为：先将金属铸锭放进熔炼炉11内进行熔炼，经除渣、精炼后保温，在正式生产加工前，对上导流管16、下导流管33及模具注料通道31进行加热到预定温度，当正式生产加工开始时，首先开启伺服驱动电机23，然后出料门14在电动推杆15的拉力作用下，向上移动，出料门14打开，熔炼炉11内的高温金属熔体由出料门14经上导流管16，流入转管21上端入口处，高温金属熔体进入转管21后，继续沿转管21内壁向下流动，在沿转管21内壁向下流动的过程中，转管21对高温金属熔体不断冷却和搅拌，最终高温熔体被制成质量优良的半固态浆料，并由转管21下端出口处流入下导流管33，在下导流管33的导流作用下，制备好的半固态浆料流入模具注料通道31内，在以上的这个过程当中，熔炼炉11内的高温金属熔体不断减少，液面位置也在不断下降，液位计13检测到某一设定位置时，说明经出料门14流出的金属熔体已经达到一次浇注量的要求，控制器立即发出信息，电动推杆15立即向下驱动出料门14，出料门14实现立即关闭，等待下一次出料开始的信号，当由出料门14流出的满足一次浇注量的金属熔体全部通过转管21被制成半固态浆料并全部流入模具注料通道31内后，液压缸36开始驱动浆料输送推杆34水平向左移动，将此时位于模具注料通道31内的半固态浆料在浆料输送推杆34的作用下全部注入下模44型腔内，然后上模44在分模推杆41的推力作用下，沿导柱47垂直向下移动，实现上模43与下模44合并，并保压一小段时间，实现零件的挤压成形，然后分模推杆41沿导柱47垂直向上移动，上模43与下模44实现分开，推料杆45向上移动，将成形的零件由下模44型腔内推出，完成一次零件的加工，随后，浆料输送推杆34、推料杆45回到原来位置，等待下一次工作信号，不断循环上述过程，能够连续、高效、优质地进行金属半固态加工。

Claims (1)

1.一种半固态加工集成系统，其特征是由熔炼炉组件（1）、浆料制备组件（2）、模具注料组件（3）、挤压成形机组件（4）四部分构成；

所述熔炼炉组件（1）包括熔炼炉支座（37）、熔炼炉（11）、上导流管（16）及出料门（14）；熔炼炉支座（37）固定在基座（39）上，熔炼炉（11）固定在熔炼炉支座（37）顶端，熔炼炉（11）炉壁内装有熔炼炉加热电阻（111），熔体炉盖体（112）上装有液位计（13）和热电隅（12），液位计（13）和热电隅（12）的探头伸入熔炼炉（11）内部，上导流管（16）右端固定在熔炼炉（11）炉壁上，其内壁成形流道并与熔炼炉（11）内接通，上导流管（16）靠近熔炼炉（11）外壁处装设有一出料门（14），出料门（14）通过安装在熔炼炉（11）外壁上的电动推杆（15）驱动，实现出料门（14）的开启与关闭，上导流管（16）上设有上导流管加热电阻（161）；

所述浆料制备组件（2）包括转管（21）、伺服驱动电机（23）、支撑柱（35）及支撑箱（210）；支撑箱（210）倾斜固定在支撑柱（35）上，转管（21）通过两深沟球轴承（28）安装在固定于支撑箱（210）底面上的转管前支柱（27）与转管后支柱（22）上，转管（21）内壁、上导流管（16）内壁和下导流管（33）内壁组成一倾斜流道，伺服驱动电机（23）安装在固定于支撑箱（210）顶板上的安装板（26）上，伺服驱动电机（23）的输出轴上安装有一驱动链轮（25），一从动链轮（29）固定在转管（21）中部，链条（24）绕在驱动链轮（25）和从动轮（29）上，通过伺服驱动电机（23）的带动，转管（21）实现转动；

所述模具注料组件（3）包括基座（39）、液压缸（36）及模具注料通道（31）；基座（39）固定在地面上，液压缸（36）架设在固定于基座（39）上的液压缸支座（38）上，模具注料通道（31）架设在固定于基座（39）上的模具注料通道支座（32）上，其右端通过螺栓与液压缸（36）左端连接，下导流管（33）倾斜嵌入模具注料通道（31）内，模具注料通道（31）上设有模具注料通道加热电阻（311），下导流管（33）上设有下导流管加热电阻（331），一浆料输送推杆（34）设置在模具注料通道（31）内，并与液压缸（36）连接，由液压缸（36）驱动其沿模具注料通道（31）水平左右移动；

所述挤压成形机组件（4）包括上模架（42）、下模架（46）、分模推杆（41）及推料杆（45）；上模架（42）和下模架（46）安装在导柱（47）上，可沿导柱（47）在垂直方向上上下移动，上模架（42）顶面装有分模推杆（41），上模架（42）底面装有上模（43），下模（44）固定在下模架（46）顶面，下模（44）右端与模具注料通道（31）左端固定连接，下模（44）右端设有下模通道（441）与模具注料通道（31）相通，推料杆（45）固定在挤压成形机基座（48）上，穿过下模架（46）和下模（44）的中心孔，当零件成形后，向上推动，实现将成形制件从下模（44）型腔内推出。