CN107457382B - 一种半固态流变压铸生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种半固态流变压铸生产装置，包括旋转平台、旋转机构、第一工位、第二工位、第三工位、石墨坩埚和压铸机构，其中，所述旋转机构与所述旋转平台相连接且位于所述旋转平台的下方；所述第一工位、第二工位和第三工位将所述旋转平台分为三个区域；所述旋转平台上设有三个阶梯孔，所述三个阶梯孔分别位于所述三个区域内；本发明采用超声波振动的方式制备半固态浆料，属于非接触式，因此能够避免在制浆过程中引入空气，减少氧化夹杂物，降低气孔率，同时由于超声波能量高，破碎枝晶的效果极佳；超声波使合金熔液内部形成空化泡，能够促进合金熔液形核。

Description

一种半固态流变压铸生产装置
技术领域
本发明涉及半固态成形技术领域，具体涉及一种半固态流变压铸生产装置。
背景技术
自20世纪70年代初期麻省理工MC.Flemings教授提出半固态成形概念以来，半固态金属浆料制备及其成形技术引起了全世界的关注，并引发世界各国研究人员对该半固态成形技术的研发投入。半固态成形技术，是指针对非枝晶状的分散悬浮碎晶半固态浆料的成形技术，区别于传统液态成形，半固态成形能显著提高成形件质量，达到锻造性能，可实现以铸代锻，降低能耗，降低成本，满足轻量化要求。随着国防、航天领域对高性能结构件要求越来越高，半固态成形技术已经在这些领域上实现部分量产，同时在汽车、通讯领域上也实现了量产，譬如汽车悬置支架、基站散热器、滤波器等。半固态成形技术又分为流变成形和触变成形，而半固态流变成形工艺，指针对制备的半固态浆料进行流变加工，工艺流程短、生产周期短，相比较于触变成形，能够避免由于二次加热而造成的能耗损失。
晶粒细小、近球形的半固态浆料制备是半固态流变成形技术关键的一步。目前，制备半固态浆料的方法主要有强制对流搅拌法、超声振动法、内冷式制浆法、斜坡制浆法、电磁搅拌制浆法、应变诱导熔体活化法等。而铝合金熔液易氧化，使得在制备铝合金半固态浆料过程中表面氧化物溶入合金液内部造成夹杂氧化物较多，同时卷入气体形成气泡，以及造成内部镁氧化、烧损，影响浆料的质量。因此，在利用外场技术破碎枝晶过程中，尽可能降低内部熔体与空气接触对于提高半固态浆料质量及成形件质量具有重要意义。但是，现有的半固态制浆工艺与成形工艺衔接时间脱节，从而引起半固态浆料在等待成形过程中造成的晶粒熟化粗大，浆料温度过低导致的黏度过大、成形抗力大等问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种制备工艺简便，可控性强，有效促进合金熔液形核，缩短制浆时间，提高工作效率的半固态流变压铸生产装置。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种半固态流变压铸生产装置，包括旋转平台、旋转机构、第一工位、第二工位、第三工位、石墨坩埚和压铸机构，其中，所述旋转机构与所述旋转平台相连接且位于所述旋转平台的下方；所述第一工位、第二工位和第三工位将所述旋转平台分为三个区域；所述旋转平台上设有三个阶梯孔，所述三个阶梯孔分别位于所述三个区域内，所述石墨坩埚设有三个，所述三个石墨坩埚分别位于所述三个阶梯孔上；所述石墨坩埚无底板，且所述石墨坩埚与所述阶梯孔相连通；所述旋转平台按照逆时针方向旋转，则位于旋转平台上的石墨坩埚在所述三个区域内按照逆时针方向转换；所述压铸机构设置在所述旋转平台下方且位于所述第二工位旁；
所述第一工位包括超声波发生器、第一升降机构、给料汤机和加热炉，其中，所述超声波发生器设置在所述旋转平台下方，且对准位于第一工位区域内的阶梯孔，所述第一升降机构与所述超声波发生器相连接，所述第一升降机构控制超声波发生器向上运动，使超声波发生器填入位于第一工位区域内的阶梯孔，则超声波发生器构成位于第一工位区域内石墨坩埚的底板；所述给料汤机设置在所述旋转平台旁，所述加热炉设置在所述给料汤机旁，所述加热炉内盛放合金熔液，所述给料汤机将合金熔液从加热炉内舀出并倒入位于第一工位区域内的石墨坩埚内以制备半固态浆料；
所述第二工位包括脱模剂喷雾器、第二升降机构和机器手，其中，所述脱模剂喷雾器设置在所述旋转平台上方，所述第二升降机构与所述脱模剂喷雾器相连接，所述第二升降机构控制脱模剂喷雾器向下运动，使脱模剂喷雾器对位于第二工位区域内的石墨坩埚进行喷涂；所述机器手设置在所述旋转平台旁，所述机器手将位于第二工位区域内含有半固态浆料的石墨坩埚运送到所述压铸机构处；
所述第三工位包括电感应加热线圈和第三升降机构，所述电感应加热线圈设置在所述旋转平台上方，所述第三升降机构与所述电感应加热线圈相连接，所述第三升降机构控制电感应加热线圈向下运动，使电感应加热线圈套入位于第三工位区域内的石墨坩埚并对其加热；
所述压铸机构包括脱料棒、压铸机和推料杆，其中，所述脱料棒设置在所述压铸机的上方，所述脱料棒用于将石墨坩埚内的半固态浆料推出，所述推料杆设置在所述压铸机内，所述推料杆用于将掉落的半固态浆料推进压铸机的型腔内压铸成型。
优选地，所述第一升降机构、第二升降机构和第三升降机构都包括升降电动缸；所述旋转机构包括旋转电动缸。
优选地，所述旋转机构通过连接螺栓与所述旋转平台固定连接。
优选地，所述加热炉为马弗炉。
优选地，所述合金熔液为铝合金熔液，所述铝合金熔液内加入精炼剂。
优选地，所述铝合金熔液的温度在液相线以上30～50℃。
优选地，所述电感应加热线圈对位于第三工位区域内的石墨坩埚加热到250℃。
优选地，所述超声波发生器的超声功率为200W，振动时间为30～120s。
优选地，所述半固态浆料的固相率为50％。
本发明的工作原理：
工作时，首先将合金熔液用马弗炉加热到指定温度并保温，在合金熔液内添加精炼剂，同时在第二工位的阶梯孔处放置第一个石墨坩埚，第二工位的脱模剂喷雾器下降并对石墨坩埚内表面均匀涂覆一层脱模涂层，喷涂完成后脱模剂喷雾器上升并复位；
之后旋转平台逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第三工位，第三工位的电感应加热线圈下降并套入第一个石墨坩埚对其进行预热，预热完成后电感应加热线圈上升并复位，此时第二工位的阶梯孔处放置第二个石墨坩埚并进行喷涂过程；
之后旋转平台逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第一工位，第二个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程，此时第二工位的阶梯孔处放置第三个石墨坩埚并进行喷涂过程；同时第一工位的超声波发生器上升并填入第一工位区域内的阶梯孔，给料汤机从马弗炉中舀取合金熔液倒入第一个石墨坩埚内，超声波发生器工作，进行振动制浆并获得半固态浆料；
之后旋转平台逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第二工位，第二个石墨坩埚转换到第一工位进行制浆过程，第三个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程；同时第二工位的机器手夹取含有半固态浆料的第一个石墨坩埚并移动至脱料棒处，脱料棒快速将石墨坩埚内的半固态浆料顶出，半固态浆料下落至压铸机内，此时机器手夹持第一个石墨坩埚放回第二工位重新进行喷涂过程；同时压铸机内的推料杆推动半固态浆料快速进入型腔并进行流变压铸成形，则完成一个半固态浆料的生产过程；
继续对旋转平台做逆时针转动，则各个工位的作业循环反复。
本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：
(1)本发明采用超声波振动的方式制备半固态浆料，属于非接触式，因此能够避免在制浆过程中引入空气，减少氧化夹杂物，降低气孔率，同时由于超声波能量高，破碎枝晶的效果极佳；超声波使合金熔液内部形成空化泡，能够促进合金熔液形核，同时也有利于去除合金熔液内的氢气；
(2)本发明的超声波振动制备工艺简便，可控性强，能在较短时间内获得高质量半固态浆料；
(3)本发明采用给料汤机、机器手以及升降、旋转电动缸等自动装置，能够实现从半固态浆料制备到压铸成形的自动化控制，大大提高了工作效率；同时使用自动装置缩短了制备时间，避免了半固态浆料由于等待时间过长而导致的晶粒熟化粗大，浆料温度过低而导致的黏度过大，导致成形抗力大等问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为本发明压铸机构的工作过程示意图之一；
图4为本发明压铸机构的工作过程示意图之二；
图5为本发明压铸机构的工作过程示意图之三。
图中附图标记为：1、石墨坩埚；2、电感应加热线圈；3、连接螺栓；4、机器手；5、压铸机；6、推料杆；7、脱料棒；8、给料汤机；9、马弗炉；10、合金熔液；11、第三升降机构；12、旋转平台；13、超声波发生器；14、旋转机构；15、半固态浆料；16、脱模剂喷雾器；17、第一升降机构；18、第二升降机构。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～5所示，一种半固态流变压铸生产装置，包括旋转平台12、旋转机构14、第一工位、第二工位、第三工位、石墨坩埚1和压铸机构，其中，所述旋转机构14与所述旋转平台12相连接且位于所述旋转平台12的下方，所述旋转机构14通过连接螺栓3与所述旋转平台12固定连接，所述旋转机构14包括旋转电动缸；所述第一工位、第二工位和第三工位将所述旋转平台12分为三个区域；所述旋转平台12上设有三个阶梯孔，所述阶梯孔为含有两种直径的通孔，即阶梯孔上部通孔的直径与所述石墨坩埚1的直径相同，阶梯孔下部通孔的直径与所述超声波发生器13头部的直径相同；所述三个阶梯孔分别位于所述三个区域内，所述石墨坩埚1设有三个，所述三个石墨坩埚分别位于所述三个阶梯孔上；所述石墨坩埚1无底板，且所述石墨坩埚1与所述阶梯孔相连通；所述旋转平台12按照逆时针方向旋转，则位于旋转平台12上的石墨坩埚1在所述三个区域内按照逆时针方向转换；所述压铸机构设置在所述旋转平台12下方且位于所述第二工位旁；
所述第一工位包括超声波发生器13、第一升降机构17、给料汤机8和加热炉，其中，所述超声波发生器13设置在所述旋转平台12下方，且对准位于第一工位区域内的阶梯孔，所述第一升降机构17与所述超声波发生器13相连接，所述第一升降机构17包括升降电动缸，所述第一升降机构17控制超声波发生器13向上运动，使超声波发生器13填入位于第一工位区域内的阶梯孔，则超声波发生器13构成位于第一工位区域内石墨坩埚1的底板，所述超声波发生器13的超声功率为200W，振动时间为30～120s；所述给料汤机8设置在所述旋转平台12旁，所述加热炉设置在所述给料汤机8旁，所述加热炉为马弗炉9，而马弗炉9可用于熔化合金，使合金变成合金熔液10，所述加热炉内盛放合金熔液10，具体来说，所述合金熔液10为铝合金熔液10，所述铝合金熔液10内加入精炼剂，所述精炼剂用以去除杂质和氢气，所述铝合金熔液10的温度在液相线以上30～50℃，所述给料汤机8将合金熔液10从加热炉内舀出并倒入位于第一工位区域内的石墨坩埚1内以制备半固态浆料15，而制成的半固态浆料15的固相率为50％；
所述第二工位包括脱模剂喷雾器16、第二升降机构18和机器手4，其中，所述脱模剂喷雾器16设置在所述旋转平台12上方，所述第二升降机构18与所述脱模剂喷雾器16相连接，所述第二升降机构18包括升降电动缸，所述第二升降机构18控制脱模剂喷雾器16向下运动，使脱模剂喷雾器16对位于第二工位区域内的石墨坩埚1进行喷涂；所述机器手4设置在所述旋转平台12旁，所述机器手4将位于第二工位区域内含有半固态浆料15的石墨坩埚1运送到所述压铸机构处；
所述第三工位包括电感应加热线圈2和第三升降机构11，所述电感应加热线圈2设置在所述旋转平台12上方，所述第三升降机构11与所述电感应加热线圈2相连接，所述第三升降机构11包括升降电动缸，所述第三升降机构11控制电感应加热线圈2向下运动，使电感应加热线圈2套入位于第三工位区域内的石墨坩埚并对其加热，具体来说，所述电感应加热线圈2对位于第三工位区域内的石墨坩埚加热到250℃；
所述压铸机构包括脱料棒7、压铸机5和推料杆6，其中，所述脱料棒7设置在所述压铸机5的上方，所述脱料棒7用于将石墨坩埚1内的半固态浆料15推出，所述推料杆6设置在所述压铸机5内，所述推料杆6用于将掉落的半固态浆料15推进压铸机5的型腔内压铸成型。
工作时，首先将合金熔液10用马弗炉9加热到指定温度并保温，在合金熔液10内添加精炼剂，同时在第二工位的阶梯孔处放置第一个石墨坩埚，第二工位的脱模剂喷雾器16下降并对石墨坩埚内表面均匀涂覆一层脱模涂层，喷涂完成后脱模剂喷雾器16上升并复位；之后旋转平台12逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第三工位，第三工位的电感应加热线圈2下降并套入第一个石墨坩埚对其进行预热，预热完成后电感应加热线圈2上升并复位，此时第二工位的阶梯孔处放置第二个石墨坩埚并进行喷涂过程；之后旋转平台12逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第一工位，第二个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程，此时第二工位的阶梯孔处放置第三个石墨坩埚并进行喷涂过程；同时第一工位的超声波发生器13上升并填入第一工位区域内的阶梯孔，给料汤机8从马弗炉9中舀取合金熔液10倒入第一个石墨坩埚内，超声波发生器13工作，进行振动制浆并获得半固态浆料15；之后旋转平台12逆时针转动，则第一个石墨坩埚转换到第二工位，第二个石墨坩埚转换到第一工位进行制浆过程，第三个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程；如图3～5所示，同时第二工位的机器手4夹取含有半固态浆料15的第一个石墨坩埚并移动至脱料棒7处，脱料棒7快速将石墨坩埚1内的半固态浆料15顶出，半固态浆料15下落至压铸机5内，此时机器手4夹持第一个石墨坩埚放回第二工位重新进行喷涂过程；同时压铸机5内的推料杆6推动半固态浆料15快速进入型腔并进行流变压铸成形，则完成一个半固态浆料15的生产过程；旋转平台12继续逆时针转动，则各个工位的作业循环反复。
具体来说，针对AlSi7Mg铸造铝合金，采用本发明装置的制备过程：
首先将AlSi7Mg铝合金用马弗炉9加热至液相线以上30～50℃至完全熔化，并保温处理，并在合金熔液10内添加精炼剂除杂除气，同时在第二工位的阶梯孔处放置第一个石墨坩埚，第二工位的脱模剂喷雾器16下降并对石墨坩埚内表面均匀涂覆一层脱模涂层，喷涂完成后脱模剂喷雾器16上升并复位；
之后旋转平台12逆时针转动120°，则第一个石墨坩埚转换到第三工位，第三工位的电感应加热线圈2下降并套入第一个石墨坩埚对其进行预热到250℃，预热完成后电感应加热线圈2上升并复位，此时第二工位的阶梯孔处放置第二个石墨坩埚并进行喷涂过程；
之后旋转平台12逆时针转动120°，则第一个石墨坩埚转换到第一工位，第二个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程，此时第二工位的阶梯孔处放置第三个石墨坩埚并进行喷涂过程；同时第一工位的超声波发生器13上升并填入第一工位区域内的阶梯孔，给料汤机8从马弗炉9中舀取合金熔液10倒入第一个石墨坩埚内，超声波发生器13工作，超声功率为200W，振动时间为30～120s，振动制浆完成后获得固相率为50％的半固态浆料15(无剪切力作用下呈现固态性质，几乎无流动性)；
之后旋转平台12逆时针转动120°，则第一个石墨坩埚转换到第二工位，第二个石墨坩埚转换到第一工位进行制浆过程，第三个石墨坩埚转换到第三工位进行预热过程；同时第二工位的机器手4夹取含有半固态浆料15的第一个石墨坩埚并移动至脱料棒7处，此时半固态浆料15与石墨坩埚的内壁以弱的结合力黏结，脱料棒7快速将石墨坩埚1内的半固态浆料15顶出，半固态浆料15下落至压铸机5内，此时机器手4夹持第一个石墨坩埚放回第二工位重新进行喷涂过程；同时压铸机5内的推料杆6推动半固态浆料15快速进入型腔并进行流变压铸成形，则完成一个半固态浆料15的生产过程；继续对旋转平台12做逆时针转动，则各个工位的作业循环反复。
超声振动法制浆，主要是利用超声能(机械能)在合金熔液中传递，造成合金熔液介质在一定频率和声强的超声作用下受迫振动，造成合金熔液内部枝晶破碎；同时，声波在合金熔液内形成空化泡，并在空化泡崩溃瞬间产生高温高压，形成的高能量促进内部形核。
本发明采用超声波振动的方式制备半固态浆料，属于非接触式，因此能够避免在制浆过程中引入空气，减少氧化夹杂物，降低气孔率，同时由于超声波能量高，破碎枝晶的效果极佳；超声波使合金熔液内部形成空化泡，能够促进合金熔液形核，同时也有利于去除合金熔液内的氢气；超声波振动制备工艺简便，可控性强，能在较短时间内获得高质量半固态浆料；采用给料汤机、机器手以及升降、旋转电动缸等自动装置，能够实现从半固态浆料制备到压铸成形的自动化控制，大大提高了工作效率；同时使用自动装置缩短了制备时间，避免了半固态浆料由于等待时间过长而导致的晶粒熟化粗大，浆料温度过低而导致的黏度过大，导致成形抗力大等问题。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种半固态流变压铸生产装置，其特征在于，包括旋转平台、旋转机构、第一工位、第二工位、第三工位、石墨坩埚和压铸机构，其中，所述旋转机构与所述旋转平台相连接且位于所述旋转平台的下方；所述第一工位、第二工位和第三工位将所述旋转平台分为三个区域；所述旋转平台上设有三个阶梯孔，所述三个阶梯孔分别位于所述三个区域内，所述石墨坩埚设有三个，所述三个石墨坩埚分别位于所述三个阶梯孔上；所述石墨坩埚无底板，且所述石墨坩埚与所述阶梯孔相连通；所述旋转平台按照逆时针方向旋转，则位于旋转平台上的石墨坩埚在所述三个区域内按照逆时针方向转换；所述压铸机构设置在所述旋转平台下方且位于所述第二工位旁；
所述第一工位包括超声波发生器、第一升降机构、给料汤机和加热炉，其中，所述超声波发生器设置在所述旋转平台下方，且对准位于第一工位区域内的阶梯孔，所述第一升降机构与所述超声波发生器相连接，所述第一升降机构控制超声波发生器向上运动，使超声波发生器填入位于第一工位区域内的阶梯孔，则超声波发生器构成位于第一工位区域内石墨坩埚的底板；所述给料汤机设置在所述旋转平台旁，所述加热炉设置在所述给料汤机旁，所述加热炉内盛放合金熔液，所述给料汤机将合金熔液从加热炉内舀出并倒入位于第一工位区域内的石墨坩埚内以制备半固态浆料；
所述第二工位包括脱模剂喷雾器、第二升降机构和机器手，其中，所述脱模剂喷雾器设置在所述旋转平台上方，所述第二升降机构与所述脱模剂喷雾器相连接，所述第二升降机构控制脱模剂喷雾器向下运动，使脱模剂喷雾器对位于第二工位区域内的石墨坩埚进行喷涂；所述机器手设置在所述旋转平台旁，所述机器手将位于第二工位区域内含有半固态浆料的石墨坩埚运送到所述压铸机构处；
所述第三工位包括电感应加热线圈和第三升降机构，所述电感应加热线圈设置在所述旋转平台上方，所述第三升降机构与所述电感应加热线圈相连接，所述第三升降机构控制电感应加热线圈向下运动，使电感应加热线圈套入位于第三工位区域内的石墨坩埚并对其加热；
所述压铸机构包括脱料棒、压铸机和推料杆，其中，所述脱料棒设置在所述压铸机的上方，所述脱料棒用于将石墨坩埚内的半固态浆料推出，所述推料杆设置在所述压铸机内，所述推料杆用于将掉落的半固态浆料推进压铸机的型腔内压铸成型；
所述超声波发生器的超声功率为200W，振动时间为30~120s；所述半固态浆料的固相率为50%。
2.根据权利要求1所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述第一升降机构、第二升降机构和第三升降机构都包括升降电动缸；所述旋转机构包括旋转电动缸。
3.根据权利要求1所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述旋转机构通过连接螺栓与所述旋转平台固定连接。
4.根据权利要求1所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述加热炉为马弗炉。
5.根据权利要求1所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述合金熔液为铝合金熔液，所述铝合金熔液内加入精炼剂。
6.根据权利要求5所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述铝合金熔液的温度在液相线以上30~50℃。
7.根据权利要求1所述的半固态流变压铸生产装置，其特征在于，所述电感应加热线圈对位于第三工位区域内的石墨坩埚加热到250℃。
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