CN108526429B - 半固态压射成形装置及利用该装置的成形方法 - Google Patents

Abstract

一种半固态压射成形装置，其特征在于包括水平压射腔、密封机构及水平加压搅拌机构，水平加压搅拌机构包括搅拌电机、搅拌杆、活塞杆及柱塞杆，前述的活塞密封地设于前述水平压射腔内并能水平移动；前述的柱塞杆一端与前述的活塞连接，另一端水平地伸出水平压射腔。本发明还公开了一种成型方法。集成了挤压铸造和机械搅拌，在对熔体实施搅拌过程中对熔体施加压力和保压操作，提高更加微细小晶核形成效率和增加单位体积内的形核数量，缩短凝固时间，提高制备效率。

Description

半固态压射成形装置及利用该装置的成形方法

技术领域

本发明涉及一种半固态制备装置，本发明还涉及半固态制备方法。

背景技术

半固态成形技术包括流变成形和触变成形两大类，该技术是由美国麻省理工学院的M.C.Flemings教授率先提出的一种介于固态成形与液态成形(铸造)技术之间的一种成形技术。该技术集成塑性成形和铸造技术优势于一体，具有广阔的应用前景。实现半固态成形技术工程化应用的前提是如何高效率制获得高品质半固态浆料。国内外学者相继围绕半固态浆料制备技术进行了相关研究。目前本领域常用且能够制备出半固态浆料的方法有搅拌法(机械搅拌法、电磁搅拌法和气体搅拌法等)和非搅拌法(射沉积法、超声振动法、单棍旋转法、半固态等温处理法、应变诱导法和近液相线法等)，是制备效率不高，规模化应用困难。

半固态压射成形作为一类典型的流变成形技术，其工程化的应用受到高效率获得高品质技术约束的同时如何避免半固态浆料到目标构件成形过程中流程工序多，浆料保护技术要求高等技术约束。因此本领域的技术人员相继围绕上述亟待解决的难题开展研究探索。

通过集成具备制浆和成形功能的设备研发与实现是解决上述难题的有效技术途径。申请号为201510603486.2的中国发明专利申请《镁合金半固态射出成型机构》(公开号为CN105081269A)，该专利文献设计了一套以镁合金锭为原料，通过加热装置对合金锭加热至固液共存的温度区间，随和通过搅拌制浆料螺旋送料结构将半固态浆料送至料筒内，随后通过液压缸将半固态浆料经成形嘴推送到成型模具的型腔中。

专利号为ZL201320826653.6《半固态金属流变注射成形机》(授权公告号为CN203578724U)，该专利文献公开了采用螺杆剪切装置推挤半固态浆料实现注射成形的设备。

上述对比文件公开集成制浆和成形功能的设备，有效的缩短了成形工序；但是仍存在主要的不足之处有：所采用浆料制备的一致性和稳定性控制要求高。所采用螺杆搅拌和螺旋输送半固态浆料的过程中，螺杆和螺旋输机构遭受固态浆料冲刷摩损的同时还要承受扭转、热冲击、摩擦磨损的复杂交变应力作用下，因对相应机结构制造材料和表面处理要求较高，且机构的服役寿命较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高品质的半固态浆料且能减少浆料转移流程的半固态压射成形装置。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种高品质的半固态浆料且能减少浆料转移流程的半固态压射成形制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：1、一种半固态压射成形装置，其特征在于包括

水平压射腔，水平方向的一侧设有射流管且顶部设有进料机构，该水平压射腔具有加热元件；

密封机构，设于前述水平压射腔上并能启闭的前述的射流管；以及

水平加压搅拌机构，包括搅拌电机、搅拌杆、活塞杆及柱塞杆，前述的活塞密封地设于前述水平压射腔内并能水平移动；前述的柱塞杆一端与前述的活塞连接，另一端水平地伸出水平压射腔；前述的搅拌杆一端水平地伸入前述水平压射腔内并与活塞能转动连接，另一端与前述的搅拌电机驱动连接。

作为优选，所述的水平压射腔包括射腔主体、前封板及后封板，前述的射腔主体呈圆筒状并前后分别形成前水平端口和后水平端口，前述的前封板密封地设于前述射腔主体的前水平端口上，前述的后封板设于前述射腔主体的后水平端口上，而所述的搅拌杆贯穿设置于前封板上，所述的柱塞杆贯穿设置于后封板上，所述的加热元件设于射腔主体内。

进一步，所述前封板一侧水平方向上延伸设有导向杆，一电机座能水平活动地设于前述的导向杆上，而所述的搅拌电机则设于该电机座上。

作为优选，所述的进料机构包括漏斗、连接头及过滤网，前述的连接头设于射腔主体上端的进料口上，漏斗装配于前述连接头顶端上，前述的过滤网设于连接头与漏斗结合面处的止口槽内。

进一步，所述的射腔主体上端设有气控机构，作为优选，气控机构包括止封头、弹簧、连接构件、二位二通电磁阀及测温电偶线，前述的止封头通过连接构件设于射腔主体的止封口上并用弹簧压紧，前述测温电偶线一端与止封头连接，另一端经弹簧和连接构件从止封口引出，前述的二位二通电磁阀设于射腔主体的气体通道外侧并分别连接有进气管和出气管。

活塞与搅拌杆的连接结构优选如下设置：所述活塞上设有与搅拌杆端部转动配合的轴承，所述活塞的前端设有能将搅拌杆与活塞一起平移的随动块。

进一步，所述活塞与柱塞杆的内端面之间设有隔热垫。

作为优选，所述密封机构包括液压缸、推杆及密封块，前述的密封块能活动地设于水平压射腔上，前述推杆的一端与密封块连接，另一端与前述液压缸的动力输出端连接。

进一步，所述的射流管外侧套设有保温管。

一种利用半固态压射成形装置的制备方法，包括如下步骤：

①柱塞杆带动活塞及搅拌杆回程至行程限位处；打开止封口，开启二位二通电磁阀经气体通道和止封口向射腔主体内注入保护气，待腔体内的空气经进料口排尽后，柱塞杆水平进给至限位，此时随动块密封住进料口；关闭二位二通电磁阀停止通入保护气，随后分别对进料机构、水平压射腔、活塞、射流管及与其连接的模具进行烘干和预热至设定温度；

②开启搅拌电机带动搅拌杆转动，将经精练、除气与静置处理后的合金熔体，当其温度低于液相线50～80℃时，在保护气氛下经进料机构定量转移至预热后的射腔主体内；同时开启二位二通电磁阀使其处于自然排气状态；待熔体注入完毕后，柱塞杆水平进给至限位，排尽射腔主体内保护气；通过止封头关闭止封口，随后关闭二位二通电磁阀；

③调整柱塞杆压力至设定值后，进行保压操作，在保压期间，通过调整搅拌电机频率实现搅拌杆转速控制；并通过止封口处的测温电偶线及与其连接的测温仪表进行熔体温度实施监测，待监测温度达到既定的固液共存温度区间时，即获得半固态浆料，随即停止柱塞杆保压操作；

④开启液压缸，通过推杆开启密封块；同时柱塞杆按照设定温度进行水平定量进给过程中，带动搅拌杆，搅拌电机、电机座沿着导向杆同向运动。在此过程中定量压射的半固态浆料经射流管流入模具；待定量压射完毕后随即进行既定压力保压直至构件成形；待构件移出模腔并在模具合模后，重复定量压射、保压操作，即可实现构件连续生产作业。

与现有技术相比，本发明的优点在于：集成了挤压铸造和机械搅拌，在对熔体实施搅拌过程中对熔体施加压力和保压操作，实现搅拌中的熔体带压凝固，有效降低了熔体凝固形核的形核功和减小了临界形核尺寸，提高更加微细小晶核形成效率和增加单位体积内的形核数量，缩短凝固时间，提高制备效率。

本发明能够实现近真空环境下的半固态浆料制备，有效避免了半固态遭氧化、吸气等污染，保证了半固态浆料品质。

本发明无需经过特殊装置进行半固态浆料转移，缩短了半固态成形流程，提高了成形效率；通过定量压射半固态浆料和带压补缩凝固，效避免产生成形缺陷，提高构件凝固成形效率。保证成形构件质量稳定性。可实现高性能构件短流程、高效连续压射成形

附图说明

图1为实施例结构剖视图。

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1和图2所示，半固态压射成形装置包括水平压射腔1a、密封机构15a、水平加压搅拌机构2a及气控机构4a，水平压射腔1a水平方向的一侧设有射流管51且顶部设有进料机构3a，射流管51外侧套设有保温管52，射流管51的另一端连接模具。该水平压射腔1a具有加热元件14；本实施例中的水平压射腔1a包括射腔主体13、前封板16及后封板11，射腔主体13呈圆筒状并前后分别形成前水平端口和后水平端口，前封板16密封地设于射腔主体13的前水平端口上，后封板11设于射腔主体13的后水平端口上，而搅拌杆29贯穿设置于前封板16上，柱塞杆21贯穿设置于后封板11上，加热元件14设于射腔主体13内。

密封机构15a设于水平压射腔1a上并能启闭的射流管51，具体地，密封机构15a包括液压缸152、推杆151及密封块15，密封块15能活动地设于水平压射腔1a上，推杆151的一端与密封块15连接，另一端与液压缸152的动力输出端连接。

水平加压搅拌机构2a包括搅拌电机210、搅拌杆29、活塞23及柱塞杆21，活塞23密封地设于水平压射腔1a内并能水平移动；柱塞杆21一端与活塞23连接，另一端水平地伸出水平压射腔1a；搅拌杆29一端水平地伸入水平压射腔1a内并与活塞23能转动连接，另一端与搅拌电机210驱动连接。

前封板16一侧水平方向上延伸设有导向杆212，电机座210能水平活动地设于导向杆212上，搅拌电机210则设于该电机座210上。

本实施例中的进料机构3a包括漏斗34、连接头31及过滤网32，连接头31设于射腔主体13上端的进料口C上，漏斗34装配于连接头31顶端上，过滤网32设于连接头31与漏斗34结合面处的止口槽内。

气控机构4a设于射腔主体13的上端，气控机构4a包括止封头41、弹簧42、连接构件43、二位二通电磁阀44及测温电偶线45，止封头41通过连接构件43设于射腔主体13的止封口D上并用弹簧42压紧，测温电偶线45一端与止封头41连接，另一端经弹簧42和连接构件43从止封口D引出，二位二通电磁阀44设于射腔主体13的气体通道E外侧并分别连接有进气管A和出气管B，本实施例中的连接构件43采用螺栓螺母。

活塞23上设有与搅拌杆29端部转动配合的轴承24，活塞23的前端设有能将搅拌杆29与活塞23一起平移的随动块27。活塞23与柱塞杆21的内端面之间设有隔热垫22，活塞23和随动块27外周分别设有外周密封圈26和外周密封圈261。随动块27内周还设有内径密封圈28。

制备方法过程包括如下步骤：

①柱塞杆21带动活塞23及搅拌杆29回程至行程限位处；打开止封口D，开启二位二通电磁阀44经气体通道E和止封口D向射腔主体13内注入保护气，待腔体内的空气经进料口C排尽后，柱塞杆21水平进给至限位，此时随动块27密封住进料口C；关闭二位二通电磁阀44停止通入保护气，随后分别对进料机构3a、水平压射腔1a、活塞23、射流管51及与其连接的模具进行烘干和预热至设定温度；

②开启搅拌电机210带动搅拌杆29转动，将经精练、除气与静置处理后的合金熔体，当其温度低于液相线50～80℃时，在保护气氛下经进料机构3a定量转移至预热后的射腔主体13内；同时开启二位二通电磁阀44使其处于自然排气状态；待熔体注入完毕后，柱塞杆21水平进给至限位，排尽射腔主体13内保护气；通过止封头41关闭止封口D，随后关闭二位二通电磁阀44；

③调整柱塞杆21压力至设定值后，进行保压操作，在保压期间，通过调整搅拌电机210频率实现搅拌杆29转速控制；并通过止封口D处的测温电偶线45及与其连接的测温仪表进行熔体温度实施监测，待监测温度达到既定的固液共存温度区间时，即获得半固态浆料，随即停止柱塞杆21保压操作；

④开启液压缸152，通过推杆151开启密封块15；同时柱塞杆21按照设定温度进行水平定量进给过程中，带动搅拌杆29，搅拌电机210、电机座210沿着导向杆212同向运动。在此过程中定量压射的半固态浆料经射流管51流入模具；待定量压射完毕后随即进行既定压力保压直至构件成形；待构件移出模腔并在模具合模后，重复定量压射、保压操作，即可实现构件连续生产作业。

Claims (8)

1.一种半固态压射成形装置，其特征在于包括

水平压射腔，水平方向的一侧设有射流管且顶部设有进料机构，该水平压射腔具有加热元件；

密封机构，设于前述水平压射腔上并能启闭前述的射流管；以及

水平加压搅拌机构，包括搅拌电机、搅拌杆、活塞及柱塞杆，前述的活塞密封地设于前述水平压射腔内并能水平移动；前述的柱塞杆一端与前述的活塞连接，另一端水平地伸出水平压射腔；前述的搅拌杆一端水平地伸入前述水平压射腔内并与活塞能转动连接，另一端与前述的搅拌电机驱动连接；

所述的水平压射腔包括射腔主体、前封板及后封板，前述的射腔主体呈圆筒状并前后分别形成前水平端口和后水平端口，前述的前封板密封地设于前述射腔主体的前水平端口上，前述的后封板设于前述射腔主体的后水平端口上，而所述的搅拌杆贯穿设置于前封板上，所述的柱塞杆贯穿设置于后封板上，所述的加热元件设于射腔主体内；

所述前封板一侧水平方向上延伸设有导向杆，一电机座能水平活动地设于前述的导向杆上，而所述的搅拌电机则设于该电机座上。

2.根据权利要求1所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述的进料机构包括漏斗、连接头及过滤网，前述的连接头设于射腔主体上端的进料口上，漏斗装配于前述连接头顶端上，前述的过滤网设于连接头与漏斗结合面处的止口槽内。

3.根据权利要求2所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述的射腔主体上端设有气控机构，该气控机构包括止封头、弹簧、连接构件、二位二通电磁阀及测温电偶线，前述的止封头通过连接构件设于射腔主体的止封口上并用弹簧压紧，前述测温电偶线一端与止封头连接，另一端经弹簧和连接构件从止封口引出，前述的二位二通电磁阀设于射腔主体的气体通道外侧并分别连接有进气管和出气管。

4.根据权利要求1所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述活塞上设有与搅拌杆端部转动配合的轴承，所述活塞的前端设有能将搅拌杆与活塞一起平移的随动块。

5.根据权利要求1所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述活塞与柱塞杆的内端面之间设有隔热垫。

6.根据权利要求1所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述密封机构包括液压缸、推杆及密封块，前述的密封块能活动地设于水平压射腔上，前述推杆的一端与密封块连接，另一端与前述液压缸的动力输出端连接。

7.根据权利要求1所述的半固态压射成形装置，其特征在于所述的射流管外侧套设有保温管。

8.一种利用权利要求3所述的半固态压射成形装置的制备方法，所述活塞上设有与搅拌杆端部转动配合的轴承，所述活塞的前端设有能将搅拌杆与活塞一起平移的随动块；所述密封机构包括液压缸、推杆及密封块，前述的密封块能活动地设于水平压射腔上，前述推杆的一端与密封块连接，另一端与前述液压缸的动力输出端连接；

包括如下步骤：

①柱塞杆带动活塞及搅拌杆回程至行程限位处；打开止封口，开启二位二通电磁阀经气体通道和止封口向射腔主体内注入保护气，待腔体内的空气经进料口排尽后，柱塞杆水平进给至限位，此时随动块密封住进料口；关闭二位二通电磁阀停止通入保护气，随后分别对进料机构、水平压射腔、活塞、射流管及与其连接的模具进行烘干和预热至设定温度；

②开启搅拌电机带动搅拌杆转动，将经精练、除气与静置处理后的合金熔体，当其温度低于液相线50～80℃时，在保护气氛下经进料机构定量转移至预热后的射腔主体内；同时开启二位二通电磁阀使其处于自然排气状态；待熔体注入完毕后，柱塞杆水平进给至限位，排尽射腔主体内保护气；通过止封头关闭止封口，随后关闭二位二通电磁阀；

③调整柱塞杆压力至设定值后，进行保压操作，在保压期间，通过调整搅拌电机频率实现搅拌杆转速控制；并通过止封口处的测温电偶线及与其连接的测温仪表进行熔体温度实施监测，待监测温度达到既定的固液共存温度区间时，即获得半固态浆料，随即停止柱塞杆保压操作；

④开启液压缸，通过推杆开启密封块；同时柱塞杆按照设定温度进行水平定量进给过程中，带动搅拌杆、搅拌电机、电机座沿着导向杆同向运动，在此过程中定量压射的半固态浆料经射流管流入模具；待定量压射完毕后随即进行既定压力保压直至构件成形；待构件移出模腔并在模具合模后，重复定量压射、保压操作，即可实现构件连续生产作业。