CN106955980A - 有色金属半固态汤料成型装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有色金属半固态汤料成型装置及制备方法，所述装置包括机架和制浆头，所述机架旋转立柱、横臂和制浆头支架，所述制浆头安装在制浆头支架上，并可沿制浆头支架上下移动；所述制浆头内的空腔被金属隔离层分割为互不连通的内腔和外腔，所述内腔与外部的冷却气体管路相连，所述外腔与外部的惰性气体管路相连，且外腔通过设置于外壳下部的出气孔与外界相连；使用本装置通入惰性气体，使金属料液内形成颗粒状结晶，获得半固态汤料。本发明所提供的一种有色金属半固态汤料成型装置及制备方法，设备体积小，成本低，能耗低，成形效果好，工艺周期短，模具使用寿命长，与加工机床配合良好，适合应用于有色金属半固态成形的加工过程中。

Description

有色金属半固态汤料成型装置及制备方法

技术领域

本发明涉及一种有色金属半固态汤料成型装置及制备方法，属于有色金属加工技术领域。

背景技术

半固态成形技术（SSM）是一种近终成形（Near-net-shape）的成形工艺。与传统的成形工艺相比，它有一系列突出的优点：成形温度低，成形件力学性能好，并较好地综合了固态金属模锻与液态压铸成形的优点。SSM成形是介乎铸造和锻造之间的一种工艺过程，是针对固、液态共存的半熔化或半凝固金属进行成形加工的工艺方法的总称，使用于很多常规的成形方法。半固态金属加工技术主要有两种工艺：一种是将经搅拌获得的半固态金属浆料在保持其半固态温度的条件下直接进行半固态加工，即流变成形（Rheoforming）；另一种是将半固态浆料冷却凝固成坯料後，根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度，然後进行成形加工，即触变成形（Thixoforming），後者在目前的生产条件下占主导地位。但流变成形及触变成形均有其局限性，流变成形工艺采用磁搅拌或机械搅拌的方式，所需的搅拌设备较大，成本高，且搅拌效果不佳；而触变成形工艺周期较长，能耗较大，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种有色金属半固态汤料成型装置，使用惰性气体通入料液，促成半固态汤料的形成，设备体积小，成本低，能耗低；进一步地，提供一种金属半固态成型工艺，使用惰性气体通入料液，促成半固态汤料的形成，成本低，成形效果好，模具使用寿命长，工艺周期短。

为解决上述技术问题，本发明提供一种有色金属半固态汤料成型装置，包括机架和制浆头，所述机架包括与机床相连的旋转立柱，所述旋转立柱上安装有可按水平方向伸缩的横臂，所述横臂可在旋转立柱上按竖直方向移动并可绕旋转立柱旋转，所述横臂另一端与沿竖直方向延伸的制浆头支架相连，所述制浆头安装在制浆头支架上，并可沿制浆头支架上下移动；所述制浆头包括同心设置的外部外壳和内部金属隔离层，所述金属隔离层与外壳的上部相连，并固定在的外壳内部的空腔中，所述空腔被金属隔离层分割为互不连通的内腔和外腔，所述内腔与外部的冷却气体管路相连，所述外腔与外部的惰性气体管路相连，且外腔通过设置于外壳下部的出气孔与外界相连。

所述外壳上部设置有冷却气体入口和冷却气体出口，所述冷却气体入口与内腔中的吹气管相连，所述吹气管一端延伸至靠近内腔底部的位置，所述冷却气体入口、吹气管、内腔及冷却气体出口形成制浆头内部的冷却气体流通管路。

所述外壳上部设置有与外腔相连的惰性气体入口，所述惰性气体入口、外腔及出气孔形成制浆头内部的惰性气体流通管路。

所述外壳上部设置有温度传感器。

所述制浆头支架包括垂直支架、导轨、垂直运动系统及制浆头固定架，所述制浆头与制浆头固定架相连，所述制浆头固定架可在导轨上滑动，所述导轨按垂直方向固定在垂直支架上，所述垂直运动系统与制浆头固定架相连接。

所述横臂包括外部的套管、及套装在套管内部的丝杠，所述套管一端与制浆头支架固定连接，另一端设置有带螺孔，所述丝杠通过螺孔穿入套管内。

所述丝杠的另一端与手动旋转把手相连。

所述旋转立柱的顶部设置有垂直位置及旋转调整装置，其包括设置于旋转立柱内部的螺杆，所述螺杆上部套装有与横臂相连的螺纹转动装置，所述旋转立柱的中下部设置有与螺杆相连接的调节螺栓，所述调节螺栓的螺纹与螺杆的螺纹相咬合。

一种制备有色金属半固态汤料的方法，包括以下步骤：

S1，将待加工的金属坯料加热至液态，获得金属料液，并将金属料液通过转运装置向金属加工机床转移；

S2，调节所述有色金属半固态汤料成型装置的机架，通过旋转立柱调节方向及垂直高度，通过横臂调节水平距离，使制浆头位于所述转运装置的上方；

S3，控制转运装置使金属料液位于制浆头正下方，再控制制浆头插入金属料液中；

S4，开启惰性气体管路，使惰性气体由气孔吹入汤料中，促成半固态汤料的形成；同时开启冷却气体管路，使冷却气体在制浆头内腔中形成气流循环，并与金属隔离层产生热量交换，达到给制浆头整体降温的目的；使金属料液内形成颗粒状结晶，获得半固态汤料，随后将半固态汤料继续转运至金属加工机床。

本发明所达到的有益效果：

1.制浆头的外壳及金属隔离层构成外腔，外腔与外部的惰性气体管路相连，且外腔通过设置于外壳下部的出气孔与外界相连，实现了在惰性气体从外腔中流过并从气孔吹出进入金属料液中，从而使料液中逐渐形成颗粒状结晶，达到形成半固态浆料的目的，由于只需要具有通过并吹出气流的功能，因此制浆头体积较小，采用本发明的加工工艺不需要大型搅拌机械，也不需要重复加热，能耗低，成本低；

2. 金属隔离层及外壳的上部构成内腔，内腔与外部的冷却气体管路相连，在制浆头处于高温的金属料液的过程中，冷却气体可以达到给制浆头及外腔中的惰性气体降温的目的，防止温度过高造成制浆头损坏，同时使吹出的惰性气体维持在较低温度，以保证金属料液匀速降温，使加工过程稳定，获得较好的半固态汤料；

3.本发明的机架，可通过旋转立柱调节方向及垂直高度，通过横臂调节水平距离，使制浆头准确位于待加工的金属料液的上方，再通过制浆头支架控制制浆头插入金属料液中，可实现制浆头位置的准确控制，可与加工机床配合，提高操作的便捷性及安全性。

因此，本发明所提供的一种有色金属半固态汤料成型装置及制备方法，使用惰性气体搅拌料液，设备体积小，成本低，能耗低，成形效果好，模具使用寿命长，工艺周期短，与加工机床配合良好，适合应用于金属半固态成形的加工过程中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的制浆头的剖面图；

图3是本发明的制浆头的第二剖面图；

图4是本发明的制浆头支架及横臂结构示意图；

图5是本发明的旋转立柱结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1至3所示的一种有色金属半固态汤料成型装置，包括机架和制浆头1，所述机架包括与机床相连的旋转立柱2，所述旋转立柱2上安装有可按水平方向伸缩的横臂3，所述横臂3可在旋转立柱2上按竖直方向移动并可绕旋转立柱2旋转，所述横臂3另一端与沿竖直方向延伸的制浆头支架4相连，所述制浆头1安装在制浆头支架4上，并可沿制浆头支架4上下移动；所述制浆头1包括同心设置的外部外壳11和内部金属隔离层12，所述金属隔离层12与外壳11的上部相连，并固定在的外壳11内部的空腔中，所述空腔被金属隔离层12分割为互不连通的内腔5和外腔6，所述内腔5与外部的冷却气体管路相连，所述外腔6与外部的惰性气体管路相连，且外腔6通过设置于外壳11下部的出气孔7与外界相连。

所述外壳11上部设置有冷却气体入口8和冷却气体出口9，所述冷却气体入口8与内腔5中的吹气管10相连，所述吹气管10一端延伸至靠近内腔5底部的位置，所述冷却气体入口8、吹气管10、内腔5及冷却气体出口9形成制浆头1内部的冷却气体流通管路，所述冷却气体入口8设置有气阀一。

所述外壳11上部设置有与外腔6相连的惰性气体入口21，所述惰性气体入口21、外腔6及出气孔7形成制浆头1内部的惰性气体流通管路，所述惰性气体入口21设置有气阀二。

所述外壳11上部设置有温度传感器13，所述气阀一、气阀二、温度传感器13均与控制器相连。

所述温度传感器13用于检测制浆头1的温度，检测到的温度传递至控制器，控制器通过控制气阀一开启冷却气体流通管路，达到给制浆头1降温目的。

如图4所示，所述制浆头支架4包括垂直支架、导轨、垂直运动系统及制浆头固定架14，所述制浆头1于制浆头固定架14相连，所述制浆头固定架14可在导轨上滑动，所述导轨按垂直方向固定在垂直支架上，所述垂直运动系统与制浆头固定架14相连接。

所述横臂3包括外部的套管15、及套装在套管15内部的丝杠16，所述套管15一端与制浆头支架4固定连接，另一端设置有带螺孔，所述丝杠16通过螺孔穿入套管15内，通过丝杠16的旋转可使套管15相对丝杠16滑动，从而调节横臂3的长度。

所述丝杠16的另一端与手动旋转把手18相连。

如图5所示，所述旋转立柱2的顶部设置有垂直位置及旋转调整装置，其包括设置于旋转立柱2内部的螺杆19，所述螺杆19上部套装有与横臂3相连的螺纹转动装置20，所述旋转立柱2的中下部设置有与螺杆19相连接的调节螺栓21，所述调节螺栓21的螺纹与螺杆19的螺纹相咬合，通过转动调节螺栓21，可控制螺杆19在旋转立柱2中的高度，并带动螺纹转动装置20的旋转，从而调节横臂3的垂直位置，并带动其旋转。

一种制备有色金属半固态汤料的方法，包括以下步骤：

S1，将待加工的金属坯料加热至液态，获得金属料液，并将金属料液通过转运装置向金属加工机床转移；

S2，调节所述有色金属半固态汤料成型装置的机架，通过旋转立柱2调节方向及垂直高度，通过横臂3调节水平距离，使制浆头1位于所述转运装置的上方；

S3，控制转运装置使金属料液位于制浆头1正下方，再控制制浆头1插入金属料液中；

S4，开启惰性气体管路，使惰性气体由气孔吹入汤料中，促成半固态汤料的形成；同时开启冷却气体管路，使冷却气体在制浆头内腔中形成气流循环，并与金属隔离层产生热量交换，达到给制浆头整体降温的目的；使金属料液内形成颗粒状结晶，获得半固态汤料，随后将半固态汤料继续转运至金属加工机床。

半固态汤料本发明所达到的有益效果：

1.制浆头1的外壳11及金属隔离层12构成外腔6，外腔6与外部的惰性气体管路相连，且外腔6通过设置于外壳11下部的出气孔7与外界相连，实现了在惰性气体从外腔6中流过并从气孔吹出进入金属料液中，从而使料液中逐渐形成类球状结晶，达到形成半固态汤料的目的，由于只需要具有通过并吹出气流的功能，因此制浆头1体积较小，采用本发明的加工工艺不需要大型搅拌机械，也不需要重复加热，能耗低，成本低；

2. 金属隔离层12及外壳11的上部构成内腔5，内腔5与外部的冷却气体管路相连，在制浆头1处于高温的金属料液中进行气体搅拌的过程中，冷却气体可以达到给制浆头1及外腔6中的惰性气体降温的目的，防止温度过高造成制浆头1损坏，同时使吹出的惰性气体维持在较低温度，以保证金属料液匀速降温，使加工过程稳定，获得较好的半固态汤料；

3.本发明的机架，可通过旋转立柱2调节方向及垂直高度，通过横臂3调节水平距离，使制浆头1准确位于待加工的金属料液的上方，再通过制浆头支架4控制制浆头1插入金属料液中，可实现制浆头1位置的准确控制，可与加工机床配合，提高操作的便捷性及安全性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，包括机架和制浆头，所述机架包括旋转立柱，所述旋转立柱上安装有可按水平方向伸缩的横臂，所述横臂可在旋转立柱上按竖直方向移动并可绕旋转立柱旋转，所述横臂另一端与沿竖直方向延伸的制浆头支架相连，所述制浆头安装在制浆头支架上，并可沿制浆头支架上下移动；所述制浆头包括同心设置的外壳和内部金属隔离层，所述金属隔离层与外壳的上部相连，并固定在的外壳内部的空腔中，所述空腔被金属隔离层分割为互不连通的内腔和外腔，所述内腔与外部的冷却气体管路相连，所述外腔与外部的惰性气体管路相连，且外腔通过设置于外壳下部的出气孔与外界相连。

2.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述外壳上部设置有冷却气体入口和冷却气体出口，所述冷却气体入口与内腔中的吹气管相连，所述吹气管一端延伸至靠近内腔底部的位置，所述冷却气体入口、吹气管、内腔及冷却气体出口形成制浆头内部的冷却气体流通管路。

3.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述外壳上部设置有与外腔相连的惰性气体入口，所述惰性气体入口、外腔及出气孔形成制浆头内部的惰性气体流通管路。

4.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述外壳上部设置有温度传感器。

5.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述制浆头支架包括垂直支架、导轨、垂直运动系统及制浆头固定架，所述制浆头与制浆头固定架相连，所述制浆头固定架可在导轨上滑动，所述导轨按垂直方向固定在垂直支架上，所述垂直运动系统与制浆头固定架相连接。

6.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述横臂包括外部的套管、及套装在套管内部的丝杠，所述套管一端与制浆头支架固定连接，另一端设置有带螺孔，所述丝杠通过螺孔穿入套管内。

7.根据权利要求6所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述丝杠的另一端与手动旋转把手相连。

8.根据权利要求1所述的有色金属半固态汤料成型装置，其特征在于，所述旋转立柱的顶部设置有垂直位置及旋转调整装置，其包括设置于旋转立柱内部的螺杆，所述螺杆上部套装有与横臂相连的螺纹转动装置，所述旋转立柱的中下部设置有与螺杆相连接的调节螺栓，所述调节螺栓的螺纹与螺杆的螺纹相咬合。

9.一种使用根据权利要求1所述的装置制备有色金属半固态汤料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将待加工的金属坯料加热至液态，获得金属料液，并将金属料液通过转运装置向金属加工机床转移；

S2，调节所述有色金属半固态汤料成型装置的机架，通过旋转立柱调节方向及垂直高度，通过横臂调节水平距离，使制浆头位于所述转运装置的上方；

S3，控制转运装置使金属料液位于制浆头正下方，再控制制浆头插入金属料液中；

S4，开启惰性气体管路，使惰性气体由气孔吹入汤料中，促成半固态汤料的形成；同时开启冷却气体管路，使冷却气体在制浆头内腔中形成气流循环，并与金属隔离层产生热量交换，达到给制浆头整体降温的目的；使金属料液内形成颗粒状结晶，获得半固态汤料，随后将半固态汤料继续转运至金属加工机床。