CN108526428A - 一种半固态浆料制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半固态浆料制备装置,属于材料加工技术领域。该装置包括从上而下依次连通的离心室、形核室、加热室、出料管,离心室包括中空的下料斗、进气管、离心构件、驱动电机;形核室外壁环形缠绕设置有冷却管,冷却管外侧设置有保护套,形核室底部设置有落料管且落料管延伸至加热室内;加热室顶端固定设置有隔热板,隔热板与形核室底端固定连接,落料管穿过隔热板并延伸至加热室内,加热室底部设置有出料口,出料口与出料管连通,加热室内壁设置有加热线圈,加热线圈外接温度控制仪。本发明利用离心构件的高速转动及双重激冷源的共同作用,促使金属液大量形核,通过控制离心构件转速和加热室温度控制固相率,减少制备能耗,提高效率。

Description

一种半固态浆料制备装置
技术领域
本发明涉及一种半固态浆料制备装置,属于材料加工设备技术领域。
背景技术
半固态成型技术与传统铸造相比,其液相中含有一定体积分数的固相,结晶潜热小,凝固收缩小,所以其成型的零件组织致密,力学性能高,尺寸精度高能实现近终成型,对模具热冲击小,可以提高模具使用寿命。与传统锻造相比,其含有一定量的液相,变形抗力小,成型力低,可降低成型对设备及模具的要求,所以可成型复杂零件。目前制备半固态浆料的方法很多,如机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波振动法、喷射沉积法及倾斜板冷却法等,但均存在明显不足,如在电磁搅拌制备半固态浆料时,一般合金及熔体都必须进行强烈的电磁搅拌,在高剪切速率下,被搅拌金属的旋转速度很高,这样可以得到细小的球状初生相,如果剪切速率低,初生相的形态变差,多为蔷薇状,且浆料表面的枝晶层较厚,不易于半固态成形,并且电磁搅拌设备庞大,投资很高,功率大、效率低、耗能大,导致制备成本较高;而倾斜板容易粘挂合金熔体,需要不断清理,浪费合金。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提供一种半固态浆料制备装置,本发明采用离心力和剪切力共同作用并结合二级激冷的方法制备半固态浆料,使初生相颗粒更加细小、圆整、分布均匀,在制浆过程中通入保护气体,防止金属液被氧化,并且通过加热室的保温,能获得恒定固相率的半固态浆料,同时整个过程在相对密闭环境中,避免金属液飞溅事故的造成,保护了操作人员的人身安全。
本发明为解决其技术问题而采用的技术方案是:
一种半固态浆料制备装置,包括从上而下依次连通的离心室4、形核室26、加热室11、出料管12;
离心室4包括中空的下料斗1、进气管2、离心构件32、驱动电机20,离心室4顶端设置有密封盖3,下料斗1竖直设置在密封盖3上且下料斗1的下端延伸至离心室4内,进气管2设置在密封盖3上且进气管2与离心室4连通,离心构件32竖直设置在离心室4内部,离心构件32上部竖直向上穿过密封盖3,离心构件32顶部固定设置有传动轮Ⅱ31,驱动电机20设置在离心室4外侧且驱动电机20的输出轴朝上,驱动电机20的输出轴上设置有传动轮Ⅰ18,传动轮Ⅱ31、传动轮Ⅰ18处于同一水平面上,传动轮Ⅰ18、传动轮Ⅱ31外侧包覆设置有相配合传动的传动带19,离心构件32顶端固定设置有分流构件15;
形核室26为锥形结构,形核室26固定设置在离心室4底端,形核室26外壁环形缠绕设置有冷却管6,冷却管6外侧设置有保护套5,形核室26底部设置有落料管28且落料管28延伸至加热室11内;
加热室11顶端固定设置有隔热板10,隔热板10与形核室26底端固定连接,落料管28穿过隔热板10并延伸至加热室11内,加热室11底部设置有出料口34,出料口34与出料管12连通,加热室11内壁设置有加热线圈29,加热线圈29外接温度控制仪;
所述离心构件32包括空心转棒22、扇形离心件23、进水管Ⅱ14、回流口25、分流回流管17,空心转棒22设置在扇形离心件23上端且空心转棒22与扇形离心件23一体成型,空心转棒22的空心腔Ⅰ33与扇形离心件23的空心腔Ⅱ24连通,空心转棒22上部竖直向上穿过密封盖3,空心转棒22顶部固定设置有传动轮Ⅱ31,分流构件15固定设置在空心转棒22顶端,分流构件15内部设置有回流腔21,分流构件15内埋设有出水管Ⅱ16,出水管Ⅱ16与回流腔21连通;进水管Ⅱ14固定竖直设置在空心转棒22的空心腔Ⅰ33中心并延伸至扇形离心件23的底部,进水管Ⅱ14的底部均匀开设有回流口25,分流回流管17的底部固定设置在扇形离心件23内壁,分流回流管17的上部设置在空心转棒22的空心腔Ⅰ33内且位于进水管Ⅱ14外侧,分流回流管17顶端与回流腔21连通;
进一步的,所述扇形离心件23边缘与离心室4内壁的间距为8~10mm;
进一步的,所述分流回流管17为3~8根;
所述形核室26通过法兰9固定设置在隔热板10上;
进一步的,所述法兰9通过沉头螺钉27与隔热板10固定连接;
所述出料管12上设置有出气管13和阀门30,出气管13位于阀门30的上方;
所述冷却管6的进水口设置在冷却管6底部,进水口设置有与冷却管6连通的进水管Ⅰ8,进水管Ⅰ8延伸至保护套5外,冷却管6的排水口设置在冷却管6顶部,排水口设置有与冷却管6连通的出水管Ⅰ7,出水管Ⅰ7延伸至保护套5外;
进一步的,所述加热线圈29为电磁感应加热线圈;
进一步的,所述离心室4内壁、加热室11内壁、离心构件32外壁、形核室26内壁均设置有滑石粉层。
本发明的工作过程为:
在半固态合金浆料制备过程中,进气管2与保护气体连接,使装置内部通入氩气保护气体,避免金属熔液氧化或掺入杂质;启动驱动电机20,驱动电机20的输出端与传动轮Ⅰ18连接,传动轮Ⅰ18通过传动带19带动离心构件32上方的传动轮Ⅱ31转动,进而使空心转棒22和扇形离心件23高速转动;将冷却水分别通入进水管Ⅰ8和进水管Ⅱ14,通入进水管Ⅰ8的冷却水经过冷却管6从出水管Ⅰ7流出,通入进水管Ⅱ14的冷却水从进水管Ⅱ14底端开设的回流口25流回分流回流管17,分流回流管17中的冷却水汇聚到分流构件15的回流腔21中,从出水管Ⅱ16中流出,使冷却水循环流动;金属熔液经过下料斗1浇注到空心转棒22侧面和扇形离心件23表面,金属熔液受到初始激冷、离心力和剪切力的共同作用快速形成液滴,撞击到离心室4内壁后沿着离心室4内壁落入形核室26中,在冷却管6的二次激冷作用,迅速大量形核,然后沿着落料管28落入加热室11中,温度控制仪控制加热线圈29对加热室11中的物料进行加热,在加热线圈29的加热作用下,均匀化温度场,同时加热室11具有储存半固态合金浆料的功能。
本发明的有益效果:
(1)本发明装置在离心构件设置进水管和分流回流管,能带走熔液的部分热量,既可保护离心构件,延长离心构件的寿命,又可作为初级激冷源,以提供形核所需要的初生相;
(2)本发明装置在空心转棒和扇形离心件的高速转动下,熔液受到离心力和剪切力作用形成液滴,撞击到离心室内壁后沿着壁面下落,为晶核的形成提供初生相,避免了团聚和长大;
(3)本发明装置的形核室内壁在冷却水的作用下,作为二级激冷源,使金属液大量形核,得到具有细小初生相半固态浆料,可减少制备能耗,降低半固态浆料的制备成本;
(4)本发明装置的加热室使初生相进一步圆整化,且均匀化温度场使液固相均匀混合,可提高制备浆料的效率;
(5)本发明装置设计合理,结构简单,成本低、效率高,可与压铸成形设备配合使用,直接获得坯料或零件,降低坯料储存等工艺成本。
附图说明
图1为实施例半固态浆料制备装置的示意图的立体结构示意图;
图2为实施例半固态浆料制备装置的示意图的主视图;
图3为实施例半固态浆料制备装置的示意图的俯视图;
图4为实施例半固态浆料制备装置A-A处的剖面图;
图5为实施例半固态浆料制备装置B-B处的剖面图;
图6为实施例离心构件结构示意图;
图7为实施例分流回流管结构示意图;
图中:1-下料斗,2-进气管,3-密封盖,4-离心室,5-保护套,6-冷却管,7-出水管Ⅰ,8-进水管Ⅰ,9-法兰,10-隔热板,11-加热室,12-出料管,13-出气管,14-进水管Ⅱ,15-分流构件,16-出水管Ⅱ,17-分流回流管,18-传动轮Ⅰ,19-传动带,20-驱动电机,21-回流腔,22-空心转棒,23-扇形离心件,24-空心腔Ⅱ,25-回流口,26-形核室,27-沉头螺钉,28-落料管,29-加热线圈,30-阀门,31-传动轮Ⅱ,32-离心构件,33-空心腔Ⅰ,34-出料口。
具体实施方式
下面结合具体实施方式,对本发明作进一步说明。
实施例1:如图1~7所示,一种半固态浆料制备装置,包括从上而下依次连通的离心室4、形核室26、加热室11、出料管12;
离心室4包括中空的下料斗1、进气管2、离心构件32、驱动电机20,离心室4顶端设置有密封盖3,下料斗1竖直设置在密封盖3上且下料斗1的下端延伸至离心室4内,进气管2设置在密封盖3上且进气管2与离心室4连通,离心构件32竖直设置在离心室4内部,离心构件32上部竖直向上穿过密封盖3,离心构件32顶部固定设置有传动轮Ⅱ31,驱动电机20设置在离心室4外侧且驱动电机20的输出轴朝上,驱动电机20的输出轴上设置有传动轮Ⅰ18,传动轮Ⅱ31、传动轮Ⅰ18处于同一水平面上,传动轮Ⅰ18、传动轮Ⅱ31外侧包覆设置有相配合传动的传动带19,离心构件32顶端固定设置有分流构件15;
形核室26为锥形结构,形核室26固定设置在离心室4底端,形核室26外壁环形缠绕设置有冷却管6,冷却管6外侧设置有保护套5,形核室26底部设置有落料管28且落料管28延伸至加热室11内;
加热室11顶端固定设置有隔热板10,隔热板10与形核室26底端固定连接,落料管28穿过隔热板10并延伸至加热室11内,加热室11底部设置有出料口34,出料口34与出料管12连通,加热室11内壁设置有加热线圈29,加热线圈29外接温度控制仪;
离心构件32包括空心转棒22、扇形离心件23、进水管Ⅱ14、回流口25、分流回流管17,空心转棒22设置在扇形离心件23上端且空心转棒22与扇形离心件23一体成型,空心转棒22的空心腔Ⅰ33与扇形离心件23的空心腔Ⅱ24连通,空心转棒22上部竖直向上穿过密封盖3,空心转棒22顶部固定设置有传动轮Ⅱ31,分流构件15固定设置在空心转棒22顶端,分流构件15内部设置有回流腔21,分流构件15内埋设有出水管Ⅱ16,出水管Ⅱ16与回流腔21连通;进水管Ⅱ14固定竖直设置在空心转棒22的空心腔Ⅰ33中心并延伸至扇形离心件23的底部,进水管Ⅱ14的底部均匀开设有回流口25,分流回流管17的底部固定设置在扇形离心件23内壁,分流回流管17的上部设置在空心转棒22的空心腔Ⅰ33内且位于进水管Ⅱ14外侧,分流回流管17顶端与回流腔21连通;
本实施例中扇形离心件23边缘与离心室4内壁的间距为8mm;
本实施例中分流回流管17为3根;
形核室26通过法兰9固定设置在隔热板10上;
本实施例中法兰9通过沉头螺钉27与隔热板10固定连接;
出料管12上设置有出气管13和阀门30,出气管13位于阀门30的上方;
冷却管6的进水口设置在冷却管6底部,进水口设置有与冷却管6连通的进水管Ⅰ8,进水管Ⅰ8延伸至保护套5外,冷却管6的排水口设置在冷却管6顶部,排水口设置有与冷却管6连通的出水管Ⅰ7,出水管Ⅰ7延伸至保护套5外;
本实施例中加热线圈29为电磁感应加热线圈;
本实施例中离心室4内壁、加热室11内壁、离心构件32外壁、形核室26内壁均设置有滑石粉层;
本发明的工作过程为:
在半固态合金浆料制备过程中,进气管2与保护气体连接,使装置内部通入氩气保护气体,避免金属熔液氧化或掺入杂质;启动驱动电机20,驱动电机20的输出端与传动轮Ⅰ18连接,传动轮Ⅰ18通过传动带19带动离心构件32上方的传动轮Ⅱ31转动,进而使空心转棒22和扇形离心件23高速转动;将冷却水分别通入进水管Ⅰ8和进水管Ⅱ14,通入进水管Ⅰ8的冷却水经过冷却管6从出水管Ⅰ7流出,通入进水管Ⅱ14的冷却水从进水管Ⅱ14底端开设的回流口25流回分流回流管17,分流回流管17中的冷却水汇聚到分流构件15的回流腔21中,从出水管Ⅱ16中流出,使冷却水循环流动;金属熔液经过下料斗1浇注到空心转棒22侧面和扇形离心件23表面,金属熔液受到初始激冷、离心力和剪切力的共同作用快速形成液滴,撞击到离心室4内壁后沿着离心室4内壁落入形核室26中,在冷却管6的二次激冷作用,迅速大量形核,然后沿着落料管28落入加热室11中,温度控制仪控制加热线圈29对加热室11中的物料进行加热,在加热线圈29的加热作用下,均匀化温度场,同时加热室11具有储存半固态合金浆料的功能;
本实施例半固态浆料制备装置在离心构件设置进水管和分流回流管,能带走熔液的部分热量,既可保护离心构件,延长离心构件的寿命,又可作为初级激冷源,以提供形核所需要的初生相;在空心转棒和扇形离心件的高速转动下,熔液受到离心力和剪切力作用形成液滴,撞击到离心室内壁后沿着壁面下落,为晶核的形成提供初生相,避免了团聚和长大;形核室内壁在冷却水的作用下,作为二级激冷源,使金属液大量形核,得到具有细小初生相半固态浆料,可减少制备能耗,降低半固态浆料的制备成本;加热室使初生相进一步圆整化,且均匀化温度场使液固相均匀混合,可提高制备浆料的效率;
本实施例半固态浆料制备装置设计合理,结构简单,成本低、效率高,可与压铸成形设备配合使用,直接获得坯料或零件,降低坯料储存等工艺成本。
实施例2:本实施例半固态浆料制备装置的结构与实施例1半固态浆料制备装置的结构基本一致,不同之处在于,本实施例中扇形离心件23边缘与离心室4内壁的间距为9mm;分流回流管17为6根。
实施例3:本实施例半固态浆料制备装置的结构与实施例1半固态浆料制备装置的结构基本一致,不同之处在于,本实施例中扇形离心件23边缘与离心室4内壁的间距为10mm;分流回流管17为8根。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施例,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种半固态浆料制备装置,其特征在于:包括从上而下依次连通的离心室(4)、形核室(26)、加热室(11)、出料管(12);
离心室(4)包括中空的下料斗(1)、进气管(2)、离心构件(32)、驱动电机(20),离心室(4)顶端设置有密封盖(3),下料斗(1)竖直设置在密封盖(3)上且下料斗(1)的下端延伸至离心室(4)内,进气管(2)设置在密封盖(3)上且进气管(2)与离心室(4)连通,离心构件(32)竖直设置在离心室(4)内部,离心构件(32)上部竖直向上穿过密封盖(3),离心构件(32)顶部固定设置有传动轮Ⅱ(31),驱动电机(20)设置在离心室(4)外侧且驱动电机(20)的输出轴朝上,驱动电机(20)的输出轴上设置有传动轮Ⅰ(18),传动轮Ⅱ(31)、传动轮Ⅰ(18)处于同一水平面上,传动轮Ⅰ(18)、传动轮Ⅱ(31)外侧包覆设置有相配合传动的传动带(19),离心构件(32)顶端固定设置有分流构件(15);
形核室(26)为锥形结构,形核室(26)固定设置在离心室(4)底端,形核室(26)外壁环形缠绕设置有冷却管(6),冷却管(6)外侧设置有保护套(5),形核室(26)底部设置有落料管(28)且落料管(28)延伸至加热室(11)内;
加热室(11)顶端固定设置有隔热板(10),隔热板(10)与形核室(26)底端固定连接,落料管(28)穿过隔热板(10)并延伸至加热室(11)内,加热室(11)底部设置有出料口(34),出料口(34)与出料管(12)连通,加热室(11)内壁设置有加热线圈(29),加热线圈(29)外接温度控制仪。
2.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:离心构件(32)包括空心转棒(22)、扇形离心件(23)、进水管Ⅱ(14)、回流口(25)、分流回流管(17),空心转棒(22)设置在扇形离心件(23)上端且空心转棒(22)与扇形离心件(23)一体成型,空心转棒(22)的空心腔Ⅰ(33)与扇形离心件(23)的空心腔Ⅱ(24)连通,空心转棒(22)上部竖直向上穿过密封盖(3),空心转棒(22)顶部固定设置有传动轮Ⅱ(31),分流构件(15)固定设置在空心转棒(22)顶端,分流构件(15)内部设置有回流腔(21),分流构件(15)内埋设有出水管Ⅱ(16),出水管Ⅱ(16)与回流腔(21)连通;进水管Ⅱ(14)固定竖直设置在空心转棒(22)的空心腔Ⅰ(33)中心并延伸至扇形离心件(23)的底部,进水管Ⅱ(14)的底部均匀开设有回流口(25),分流回流管(17)的底部固定设置在扇形离心件(23)内壁,分流回流管(17)的上部设置在空心转棒(22)的空心腔Ⅰ(33)内且位于进水管Ⅱ(14)外侧,分流回流管(17)顶端与回流腔(21)连通。
3.根据权利要求2所述半固态浆料制备装置,其特征在于:扇形离心件(23)边缘与离心室(4)内壁的间距为8~10mm。
4.根据权利要求2所述半固态浆料制备装置,其特征在于:分流回流管(17)为3~8根。
5.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:形核室(26)通过法兰(9)固定设置在隔热板(10)上。
6.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:出料管(12)上设置有出气管(13)和阀门(30),出气管(13)位于阀门(30)的上方。
7.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:冷却管(6)的进水口设置在冷却管(6)底部,进水口设置有与冷却管(6)连通的进水管Ⅰ(8),进水管Ⅰ(8)延伸至保护套(5)外,冷却管(6)的排水口设置在冷却管(6)顶部,排水口设置有与冷却管(6)连通的出水管Ⅰ(7),出水管Ⅰ(7)延伸至保护套(5)外。
8.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:加热线圈(29)为电磁感应加热线圈。
9.根据权利要求1所述半固态浆料制备装置,其特征在于:离心室(4)内壁、加热室(11)内壁、离心构件(32)外壁、形核室(26)内壁均设置有滑石粉层。
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