CN105855496A - 一种连续半固态压铸生产方法及生产系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续半固态压铸生产方法及生产系统，此方法包括：由中央控制器控制执行以下内容：控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将所述半固态浆料输送至半固态压铸机；控制所述半固态压铸机进行半固态压铸。本发明可以缩短制浆时间，提高浆料固体含量，使球状晶细化、圆整，解决了常规半固态浆料制备过程固体含量偏低的问题，从而提高了半固态制浆的效率，稳定了半固态浆料的质量；并且实现了半固态压铸生产一体化设备自动稳定生产。

Description

一种连续半固态压铸生产方法及生产系统

技术领域

本发明涉及半固态压铸生产领域，尤其涉及一种连续半固态压铸生产方法及生产系统。

背景技术

20世纪70年代初发展起来的半固态压铸技术，使传统压铸方式发生了深刻变化。国内外学者提出了许多半固态金属浆料制备工艺方法，如机械搅拌法、电磁搅拌法、控制凝固法、应变激活工艺、粉末冶金方法以及其他方法等。目前很多的半固态金属制浆方法存在：半固态浆料固液比难控制，制备的半固态浆料球状晶粗大，圆整度低。这些制浆方法受制浆设备效率和半固态浆料质量稳定性的影响，没有推广到工厂实际的连续压铸生产，还处在实验室研究阶段。

压铸行业半固态生产受制于制浆设备、制浆工艺及半固态浆料质量。上述制浆工艺的制浆设备复杂、制浆效率低，浆料固体含量不稳定，使一般的制浆工艺不能用于连续批量压铸生产。本发明的半固态浆料制备方法及连续压铸工艺解决了半固态压铸生产的高效、连续生产问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种连续半固态压铸生产方法及生产系统，旨在提高半固态浆料制备效率、稳定半固态浆料质量，解决半固态连续压铸生产问题。

本发明提供的连续半固态压铸生产方法，包括：

由中央控制器控制执行以下内容：

控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；

控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将所述半固态浆料输送至半固态压铸机；

控制所述半固态压铸机进行半固态压铸。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

所述控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的半固态浆料的制备容器包括以下步骤：

在变质剂锭加入电阻熔炉后，控制密封盖锁紧，控制所述电阻熔炉加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具预热到并维持第一预设温度，控制所述液压装置关闭所述金属模具，控制升液管将所述液体变质剂注入所述金属模具，在生成固态变质剂后控制所述液压装置打开所述金属模具，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置输出至固态变质剂传输装置，所述液体预设温度为650～700摄氏度，所述第一预设温度的范围为180～240摄氏度。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中的固态变质剂的质量为所述液态浆料的质量的0.5～1.5％。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中的固态变质剂的质量为所述液态浆料的质量的1％。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

所述固体变质剂为中空半球形颗粒，每个颗粒的重量为10～20克。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

所述控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料包括：控制气冷机械搅拌设备在所述制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过所述空心搅拌棒的测温装置获取所述半固态浆料的温度，并控制所述制备容器的制备温度使所述半固态浆料的温度保持在第二预设温度；所述200～1000转每秒，所述预设时长为10～25秒，所述第二预设温度为595-605摄氏度。

上述连续半固态压铸生产方法还可以具有以下特点：

所述预设转速为800转每秒，所述预设时长为20秒，所述第二预设温度为605摄氏度。

本发明提供的连续半固态压铸生产系统，包括：变质剂制备设备、半固态浆料制备设备、半固态压铸机、中央控制器；

所述中央控制器，用于控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将所述半固态浆料输送至半固态压铸机；控制所述半固态压铸机进行半固态压铸。

上述连续半固态压铸生产系统还可以具有以下特点：

所述变质剂制备设备包括电阻熔炉、密封盖、升液管、金属模具、液压装置、液压装置、固态变质剂输送装置；

所述中央控制器，用于根据下述方法控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送：在变质剂锭加入电阻熔炉后，控制密封盖锁紧，控制所述电阻熔炉加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具预热到并维持第一预设温度，控制所述液压装置关闭所述金属模具，控制升液管将所述液体变质剂注入所述金属模具，在生成固态变质剂后控制所述液压装置打开所述金属模具，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置输出至固态变质剂传输装置，所述液体预设温度为650～700摄氏度，所述第一预设温度的范围为180～240摄氏度。

上述连续半固态压铸生产系统还可以具有以下特点：

所述半固态浆料制备设备包括内置套铜管的空心搅拌棒以及制备容器；所述空心搅拌棒内设置有测温装置；

所述中央控制器，用于控制气冷机械搅拌设备在所述制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过所述空心搅拌棒的测温装置获取所述半固态浆料的温度，并控制所述制备容器的制备温度使所述半固态浆料的温度保持在第二预设温度，所述200～1000转每秒，所述预设时长为10～25秒，所述第二预设温度为595-605摄氏度。

本发明提供的连续半固态压铸生产工艺，具有以下有益效果：

(1)通过在液体浆料中加入固体变质剂，同时控制变质剂的加入百分比以及与变质剂与液体浆料的相对温度，使得液体浆料能够快速降温，固体变质剂在搅拌过程中熔化分解形成大量固体形核，使由搅拌打碎的树枝晶快速形成细小圆整的球状晶组织，并将最终形成的半固态浆料中浆料固体的含量提高并一直稳定在在42～50％左右。缩短了制浆时间，提高了浆料固体含量，使球状晶细化、圆整，解决了常规半固态浆料制备过程固体含量偏低的问题，从而提高了半固态制浆的效率，稳定了半固态浆料的质量。

(2)实现固体变质剂制备、半固态浆料制备、半固态浆料压铸这三个步骤的联动循环运行，实现了半固态压铸生产一体化设备自动稳定生产。生产的半固态压铸件的内部质量稳定，合格率提高，降低了生产成本。一体化设备连续循环进行半固态压铸工艺方法开拓了半固态压铸生产的新模式，为半固态压铸行业的发展提供了新的思路。

附图说明

图1是本发明中连续半固态压铸生产系统的结构图；

图2是本发明中连续半固态压铸生产方法的流程图；

图3是使用本发明的方法生产的半固态浆料的金相组织示图。

附图标识：中央控制器1，变质剂制备设备2，电阻熔炉201，密封盖202，升液管203，金属模具204，液压装置205，固态变质剂输送装置206，半固态浆料制备设备3，气冷机械搅拌设备301，制备容器302，半固态压铸机4。

具体实施例

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1是本发明中连续半固态压铸生产系统的结构图，此生产系统包括：中央控制器1以及均与中央控制器电信号连接的变质剂制备设备2、半固态浆料制备设备3、半固态压铸机4。其中，中央控制器1控制整个生产流程，各过程动作通过数控程序和相应的感应位置开关自动循环完成连续的压铸生产。

中央控制器1控制变质剂制备设备2生产固体变质剂以及将固体变质剂输送至半固态浆料制备设备3的具有液体浆料的制备容器中；控制半固态浆料制备设备3生产半固态浆料以及将半固态浆料输送至半固态压铸机4；控制半固态压铸机4进行半固态压铸。

变质剂制备设备2包括电阻熔炉201、密封盖202、升液管203、金属模具204、液压装置205、固态变质剂输送装置206。中央控制器1根据下述方法控制变质剂制备设备2生产固体变质剂以及将固体变质剂输送：在变质剂锭加入电阻熔炉201后，控制密封盖202锁紧，控制电阻熔炉201加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具204预热到并维持第一预设温度，控制液压装置205关闭金属模具204，控制升液管203将液体变质剂注入金属模具204，在生成固态变质剂后控制液压装置205打开金属模具204，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置206输出至固态变质剂传输装置，其中，液体预设温度为650～700摄氏度，第一预设温度的范围为180～240摄氏度。金属模具204包括上膜腔和下膜腔，通过液压装置205控制金属模具204开模后，上模腔可在丝杠的传送下运行至制浆区域，并将固体变质剂传输至固态变质剂输送装置206。

半固态浆料制备设备3包括气冷机械搅拌设备301和制备容器302；空心搅拌棒301内设置有测温装置。气冷机械搅拌设备301包括内置铜管的空心搅拌棒，搅拌棒转动时一定流量和压力的压缩空气间接和铝液进行热交换，起到铝液降温的作用。其中，设置气冷机械搅拌设备时，优选的设置为冷却空气压力为3.5～4.5KPa，压缩空气流量为10～30L/min。

中央控制器1控制气冷机械搅拌设备301在制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过空心搅拌棒的测温装置获取半固态浆料的温度，并控制制备容器的制备温度使半固态浆料的温度保持在第二预设温度，并且保持第二预设温度的变动范围在±3摄氏度的偏差范围。预设转速为200～1000转每秒，预设时长为10～25秒，第二预设温度为595-605摄氏度。

图2是连续半固态压铸生产工艺的流程图。本方法包括：由中央控制器控制执行以下内容：

步骤1，控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；

步骤2，控制半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将半固态浆料输送至半固态压铸机；

步骤3，控制半固态压铸机进行半固态压铸。

下面详细说明本方法。

步骤1中，在变质剂锭加入电阻熔炉后，控制密封盖锁紧，控制电阻熔炉加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具预热到并维持第一预设温度，控制液压装置打开金属模具，控制升液管将液体变质剂注入金属模具，控制液压装置关闭金属模具，在生成固态变质剂后控制液压装置打开金属模具，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置(可以为流槽)输出至固态变质剂传输装置。其中，液体预设温度为650～700摄氏度，优选为680摄氏度，第一预设温度的范围为180-240摄氏度。将控制金属模具预热到并维持180-240摄氏度，可以使变质剂颗粒保持在80～120摄氏度，将制浆时加入的中空半球形变质剂颗粒很容易熔化形成固体形核，温度保持在80～120度的变质剂颗粒在制浆过程中能起到快速降温的目的。

输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中的固态变质剂的质量为液态浆料的质量的0.2～1.5％。变质剂加入量对球状晶的圆整度和固体含量有一定影响，如表1所示。

表1固体变质剂颗粒加入量对球状晶圆整度和固体含量的影响

由表1可知，在变质剂加入量在0.5～1.5％范围内，随着加入量增加，半固态浆料的球状晶趋于圆整，固体含量比例增加，当加入量大于1％后，浆料固体含量又降低，圆整度变差。固态变质剂颗粒最佳加入量是制浆合金量的1％。

固体变质剂为中空半球形颗粒，每个颗粒的重量为10～20克。

步骤2中，控制半固态浆料制备设备生产半固态浆料包括：控制气冷机械搅拌设备在制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过空心搅拌棒的测温装置获取半固态浆料的温度，并控制制备容器的制备温度使半固态浆料的温度保持在第二预设温度；预设转速为200～1000转每秒，预设时长为10～25秒，第二预设温度为595-605摄氏度。

搅拌棒转速和搅拌时间对半固态铸件的球状晶组织和学能性能有一定的影响，如表2所示。

附表2搅拌速度与搅拌时间对半固态产品力学性能的影响

从表2的实验数据可以看出，制浆时搅拌棒的搅拌速度和搅拌时间对半固态压铸产品的力学性能有直接影响。当保温炉铝液温度在670摄氏度时搅拌制浆，制浆参数：转速800转每秒，搅拌20s，半固态浆料温度为605摄氏度，该参数半固态浆料压铸生产的半固态产品性能较佳。

随着搅拌速度的增加，半固态铸件组织中初生固相的形貌逐渐趋于细小圆整，分布更加均匀。其主要原因在于：(a)增加搅拌速度，有利于提高熔体在坩埚内的对流强度，对流强度的增大可以促使合金熔体在相同的时间内达到更大的过冷度，从而更易形核，同时增大对流强度可以促使过冷的合金熔体内部温度场和浓度场的分布更加均匀一致；(b)当搅拌速度较小时，枝晶与搅拌叶片、枝晶与筒壁、以及枝晶与枝晶之间碰撞的次数和强度不够，仅有部分枝晶被打碎。随着搅拌速度的提高，碰撞强度和频率将会大大增加，有利于枝晶臂折断,同时有利于颗粒状晶粒尖角处的磨圆，从而转变为近球状晶粒。但是，剧烈的搅拌速度会造成合金熔体卷气严重，导致组织中存在较多的气孔缺陷，不利于成形件性能的提高。

图3是本发明中生产的半固态浆料的金相组织示图。

本发明具有以下有益效果：

(1)通过在液体浆料中加入固体变质剂，同时控制变质剂的加入百分比以及与变质剂与液体浆料的相对温度，使得液体浆料能够快速降温，固体变质剂在搅拌过程中熔化分解形成大量固体形核，使由搅拌打碎的树枝晶快速形成细小圆整的球状晶组织，并将最终形成的半固态浆料中浆料固体的含量提高并一直稳定在42～50％左右。缩短了制浆时间，提高了浆料固体含量，使球状晶细化、圆整，解决了常规半固态浆料制备过程固体含量偏低的问题，从而提高了半固态制浆的效率，稳定了半固态浆料的质量。

(2)实现固体变质剂制备、半固态浆料制备、半固态浆料压铸这三个步骤的联动循环运行，实现了半固态压铸生产一体化设备自动稳定生产。生产的半固态压铸件的内部质量稳定，合格率提高，降低了生产成本。一体化设备连续循环进行半固态压铸工艺方法开拓了半固态压铸生产的新模式，为半固态压铸行业的发展提供了新的思路。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种连续半固态压铸生产方法，其特征在于，包括：

由中央控制器控制执行以下内容：

控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；

控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将所述半固态浆料输送至半固态压铸机；

控制所述半固态压铸机进行半固态压铸。

2.如权利要求1所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于，所述控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的半固态浆料的制备容器包括以下步骤：

在变质剂锭加入电阻熔炉后，控制密封盖锁紧，控制所述电阻熔炉加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具预热到并维持第一预设温度，控制所述液压装置关闭所述金属模具，控制升液管将所述液体变质剂注入所述金属模具，在生成固态变质剂后控制所述液压装置打开所述金属模具，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置输出至固态变质剂传输装置，所述液体预设温度为650～700摄氏度，所述第一预设温度的范围为180～240摄氏度。

3.如权利要求1所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于

输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中的固态变质剂的质量为所述液态浆料的质量的0.5～1.5％。

4.如权利要求3所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于

输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中的固态变质剂的质量为所述液态浆料的质量的1％。

5.如权利要求1所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于

所述固体变质剂为中空半球形颗粒，每个颗粒的重量为10～20克。

6.如权利要求1所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于，

所述控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料包括：控制气冷机械搅拌设备在所述制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过所述空心搅拌棒的测温装置获取所述半固态浆料的温度，并控制所述制备容器的制备温度使所述半固态浆料的温度保持在第二预设温度；所述200～1000转每秒，所述预设时长为10～25秒，所述第二预设温度为595-605摄氏度。

7.如权利要求6所述的连续半固态压铸生产方法，其特征在于，

所述预设转速为800转每秒，所述预设时长为20秒，所述第二预设温度为605摄氏度。

8.一种连续半固态压铸生产系统，其特征在于，包括：变质剂制备设备、半固态浆料制备设备、半固态压铸机、中央控制器；

所述中央控制器，用于控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送至半固态浆料制备设备的具有液体浆料的制备容器中；控制所述半固态浆料制备设备生产半固态浆料以及将所述半固态浆料输送至半固态压铸机；控制所述半固态压铸机进行半固态压铸。

9.如权利要求8所述的连续半固态压铸生产系统，其特征在于，

所述变质剂制备设备包括电阻熔炉、密封盖、升液管、金属模具、液压装置、液压装置、固态变质剂输送装置；

所述中央控制器，用于根据下述方法控制变质剂制备设备生产固体变质剂以及将所述固体变质剂输送：在变质剂锭加入电阻熔炉后，控制密封盖锁紧，控制所述电阻熔炉加热使变质剂锭成为温度为液体预设温度的液体变质剂，控制金属模具预热到并维持第一预设温度，控制所述液压装置关闭所述金属模具，控制升液管将所述液体变质剂注入所述金属模具，在生成固态变质剂后控制所述液压装置打开所述金属模具，将生成的固态变质剂通过固态变质剂输送装置输出至固态变质剂传输装置，所述液体预设温度为650～700摄氏度，所述第一预设温度的范围为180～240摄氏度。

10.如权利要求8所述的连续半固态压铸生产系统，其特征在于，

所述半固态浆料制备设备包括内置套铜管的空心搅拌棒以及制备容器；所述空心搅拌棒内设置有测温装置；

所述中央控制器，用于控制气冷机械搅拌设备在所述制备容器内进行搅拌，以预设转速搅拌预设时长，通过所述空心搅拌棒的测温装置获取所述半固态浆料的温度，并控制所述制备容器的制备温度使所述半固态浆料的温度保持在第二预设温度，所述200～1000转每秒，所述预设时长为10～25秒，所述第二预设温度为595-605摄氏度。