CN108746565B - 半固态浆料制备方法 - Google Patents

Abstract

一种半固态浆料制备装置，包括加载板、支架、驱动缸、电机、搅拌杆、加载模、密封板及模具型腔，加载模通过加载杆设于前述支架的下方，该加载模中部具有供搅拌杆贯穿通过的中心孔，该加载模上开设有进气通道和出气通道，前述的进气通道与出气通道相通；密封板设于前述密封板的下端面，能与半固态浆料紧密接触。本发明还公开了一种半固态浆料制备方法。采用压力加载结合机械搅拌来制备半固态浆料。整体结构紧凑，能实现规模化生产。

Description

半固态浆料制备方法

技术领域

本发明涉及一种半固态浆料制备搅拌装置，本发明还涉及一种半固态浆料的制备方法。

背景技术

半固态浆料是半固态成形的前提和基础，浆料的品质直接决定成形产品的微观组织和力学性能。目前被用于半固态浆料制备的方法可以分为搅拌法和非搅拌法。搅拌法通过剧烈搅拌熔体迫使其内部的枝晶反复经历枝晶破碎→形核长大→再破裂→再形核长大的过程来获得半固态浆料。该在方法在搅拌过程中易发生卷气和产生氧化物夹杂不足需要加以控制。根据搅拌驱动力和驱动介质可以分为机械搅拌法、电磁搅拌法和气体搅拌法等。非搅拌法如喷射沉积法、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均可以实现半固态浆料制备，但是制备效率不高，规模化应用困难。

挤压铸造技术的技术原理是通过在合金凝固过程中引入外部压力载荷，使得熔体处于等静压力作用下进行凝固，能够达到细化晶粒、改善微观组织均匀性目的。外部载荷能够为熔体提供部分形核功，使得熔体内部凝固形核容易，从而加速凝固速度，缩短凝固时间。对于凝固时体积发生收缩的一类金属而言，通过引入外部载荷能够提高合金熔体的凝固点，从而改善其凝固过程。

专利号为ZL201410317101.1的中国发明专利《轻合金或轻金属半固态浆料的制备装置及制备方法》(授权公告号为CN 104043792B)，该专利方法设计了一套半固态浆料制备装置主要包括熔炼炉、流槽、机械搅拌装置、惰性气体搅拌装置、喷粉装置和加热与温控装置，其原理是在机械搅拌和惰性气体对熔体实施搅拌的过程中向熔体中喷射一定量的固态粉末，并经机械和气体搅拌的式实现固态粉末和熔体混合的原理进行半固态浆料制备。现有机械搅拌法制备半固态浆料技术中，采用机械搅拌制备帮固态浆料过程中，熔体内部形核效率低，致使制备效率不高；采用机械搅拌结合其他搅拌方法能够有效提高制备效率，但是装备结构复杂，控制研究要求高且稳定性不足。通常一种半固态浆料仅仅能够用于制备流变成形用或触变成形用半固态浆料，存在一种局限性。

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结构紧凑且压力加载结合机械搅拌的半固态浆料制备装置。

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规模化生产高品质半固态浆料制备的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种半固态浆料制备装置，包括加载板，能与液压机连接；

支架，设于前述加载板下端；

驱动缸，设于前述支架上并具有竖直向下的动力输出端，该动力输出端上设有一顶杆；

电机，与前述顶杆的底端连接；

搅拌杆，位于前述电机的下方并与电机的动力输出端连接；

加载模，通过加载杆设于前述支架的下方，该加载模中部具有供搅拌杆贯穿通过的中心孔，该加载模上开设有进气通道和出气通道，前述的进气通道与出气通道相通；

密封板，设于前述加载模的下端面，能与半固态浆料紧密接触；以及

模具型腔，设于前述加载模下方并具有上端口，该上端口的口径与前述加载模适配。

作为优选，所述的支架可以包括

定位杆，为至少两个，顶端与加载板连接；

转载板，与前述的定位杆底端连接并中部具有供顶杆贯穿通过的通孔，该转载板的下端面连接有所述的加载杆；以及

安装板，设于前述的转载板上，而所述的驱动缸则设于该安装板上。

进一步，所述的转载板下方设有导向板，该导向板上开设有与顶杆导向配合的导向孔。

作为优选，所述的驱动缸为液压缸或气缸。

作为优选，所述顶杆的顶端连接有连接块，该连接块与一固定座连接固定，而所述的电机则设于固定座内。

为保证精度，所述加载板的下端面向下延伸设置有导向套，对应地，所述的模具型腔设于一底板上，该底板上设置有与前述导向套导向配合的导向柱。

作为优选，所述的模具型腔包括保温腔、设于保温腔外周的保温套及设于保温腔内的加热元件。

进一步，所述加载模的进气通道和出气通道内设有测温电偶线，该测温电偶线的下端固定于密封板上。

考虑到气路切换的便捷性，所述进气通道的进气端上设有进气阀，所述出气通道的排气端设有二位二通阀。

一种利用半固态浆料制备装置的制备方法，包括如下步骤：

①加载板与液压机固定，底板工作台面连接固定，开启加热元件与测温热电偶，对密封板与加载模、搅拌杆和保温腔体进行烘干和预热至设定温度，开启液压机带动加载板回程，使得加载模和搅拌杆与保温腔体分离；同时开启驱动缸使得搅拌杆回程至设定位置并带动密封板与加载模下端面贴合；

②将经精练、除气与静置处理后的合金熔体在保护气氛下定量转移至模具型腔内，液压机带动加载板下行，待加载模与模具型腔形成闭合时，液压机停止运行；开启电机，电机带动搅拌杆转动；开启驱动缸进行搅拌杆轴向进给至设定位置后，关闭驱动缸；

③开启保护气体，保护气体通过进气阀向带压注入，切换二位二通阀处于自然排气状态；待保护气体增压流量计与自然排气流量计数值一致时，关闭进气阀，同时切换二位二通阀处于带压排气状态，随后开启抽真空系统进行密闭型腔带压排气；随后液压机带动加载装置与机械搅拌装置进一步下行，待液压机的载荷表显示呈现带压状态时，密封板与加载模的下端面贴合，实现加载模3周向均布的两个轴向半圆孔自动密封，待带压排气的压力表数值至设置值时，关闭抽真空系统。

④分别调整电机的转速和液压机的加载载荷与保压时间，实时控制熔体温度；待熔体温度高于合金液相线温度50～80℃时，降低电机转速，增大载荷；开启驱动缸，将搅拌杆从金属熔体中移出后，关闭电机；同时加载板进一步下行至设定位置后，调增压力至设定值后，继续进行保压；待金属熔体的温度达到液固两相区内，通过温度监控可获得不同固相率的半固态浆料；

⑤若要获得流变成形用半固态浆料，待温度达到设定温度时，液压机卸载并回程带动加载板和搅拌杆与模具型腔分离；随后通过模具型腔上的吊装孔在保护气氛下进行半固态浆料转移；

若要获得触变成形用半固态浆料，则需进一步控制保压压力和时间直至合金凝固完毕后，液压机卸载并回程带动加载板和搅拌杆与模具型腔分离，随即制备出触变成形半固态浆料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过压力加载对熔体实施闭压载荷，实现熔体带压凝固，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。

结合机械搅拌，破坏半固态浆料的枝晶，抑制异常粗晶长大技术特点的同时，还可以增大细小晶核在型腔内的流程、增强搅拌剪切作用，促进枝晶形貌球化圆整和细小晶核均匀长大，实现所制备半固态浆料组织调控，形成了尺寸均匀、形貌圆整的半固态浆料，同时改善半固态浆料的流动性。进一步通过保压压力和时间控制直至凝固完毕来制备触变成形用半固态浆料，通用性强

附图说明

图1为实施例结构示意图。

图2为图1中搅拌装置部分仰视图。

图3为图1中搅拌装置部分俯视图。

图4为图1中加载模与密封板放大图。

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、图2和图3所示，本实施例中的半固态浆料制备装置包括加载板7、支架40、驱动缸15、电机10、搅拌杆8、模具型腔30，加载板7能与液压机连接；支架40设于加载板7下端；驱动缸15设于支架40上并具有竖直向下的动力输出端，该动力输出端上设有一顶杆12，本实施例中的驱动缸15可以是液压缸或气缸。

电机10与顶杆12的底端连接，本实施例中的电机10优选变频电机10。搅拌杆8位于电机10的下方并与电机10的动力输出端连接；搅拌杆8的端部具有能驱动加载模3一起下移的限位部81。

加载模3通过加载杆4设于支架40的下方，该加载模3中部具有供搅拌杆8贯穿通过的中心孔，该加载模3上开设有进气通道31和出气通道32，进气通道31与出气通道32相通；加载模3的进气通道31和出气通道32内设有测温电偶线22，该测温电偶线22的下端固定于密封板1上。结合图4所示，本实施例中的进气通道31和出气通道32均为轴向盲孔通道，两者通过径向的开口槽33连通。

进气通道31的进气端上设有进气阀20，出气通道32的排气端设有二位二通阀21。

密封板1设于加载模3的下端面，能与半固态浆料紧密接触；模具型腔30设于加载模3下方并具有上端口，该上端口的口径与加载模适配。

本实施例中的支架40又包括定位杆6、转载板5及安装板14，定位杆6为多个，顶端与加载板7连接；转载板5与定位杆6底端连接并中部具有供顶杆12贯穿通过的通孔，该转载板5的下端面连接有加载杆4；安装板14设于转载板5上，而驱动缸15则设于该安装板14上。转载板5下方设有导向板13，该导向板13上开设有与顶杆12导向配合的导向孔。

顶杆12的顶端连接有连接块11，该连接块11与一固定座9连接固定，而电机10则设于固定座9内。

加载板7的下端面向下延伸设置有导向套23，对应地，模具型腔30设于一底板19上，该底板19上设置有与导向套23导向配合的导向柱24。

模具型腔30包括保温腔18、设于保温腔18外周的保温套16及设于保温腔18内的加热元件17。

制备过程包括如下步骤：

①加载板7与液压机固定，底板19工作台面连接固定，开启加热元件17与测温热电偶，对密封板1与加载模3、搅拌杆8和保温腔18体进行烘干和预热至设定温度，开启液压机带动加载板7回程，使得加载模3和搅拌杆8与保温腔18体分离；同时开启驱动缸15使得搅拌杆8回程至设定位置并带动密封板1与加载模3下端面贴合；

②将经精练、除气与静置处理后的合金熔体在保护气氛下定量转移至模具型腔30内，液压机带动加载板7下行，待加载模3与模具型腔30形成闭合时，液压机停止运行；开启电机10，电机10带动搅拌杆8转动；开启驱动缸15进行搅拌杆8轴向进给至设定位置后，关闭驱动缸15；

③开启保护气体，保护气体通过进气阀向带压注入，切换二位二通阀21处于自然排气状态；待保护气体增压流量计与自然排气流量计数值一致时，关闭进气阀20，同时切换二位二通阀21处于带压排气状态，随后开启抽真空系统进行密闭型腔带压排气；随后液压机带动加载装置与机械搅拌装置进一步下行，待液压机的载荷表显示呈现带压状态时，密封板1与加载模3的下端面贴合，实现加载模33周向均布的两个轴向半圆孔自动密封，待带压排气的压力表数值至设置值时，关闭抽真空系统。

④分别调整电机10的转速和液压机的加载载荷与保压时间，实时控制熔体温度；待熔体温度高于合金液相线温度50～80℃时，降低电机10转速，增大载荷；开启驱动缸15，将搅拌杆8从金属熔体中移出后，关闭电机10；同时加载板7进一步下行至设定位置后，调增压力至设定值后，继续进行保压；待金属熔体的温度达到液固两相区内，通过温度监控可获得不同固相率的半固态浆料；

⑤若要获得流变成形用半固态浆料，待温度达到设定温度时，液压机卸载并回程带动加载板7和搅拌杆8与模具型腔30分离；随后通过模具型腔30上的吊装孔在保护气氛下进行半固态浆料转移；

若要获得触变成形用半固态浆料，则需进一步控制保压压力和时间直至合金凝固完毕后，液压机卸载并回程带动加载板7和搅拌杆8与模具型腔30分离，随即制备出触变成形半固态浆料。

Claims (5)

1.一种半固态浆料制备方法，该制备方法采用半固态浆料制备装置，包括

加载板，能与液压机连接；

支架，设于前述加载板下端；

驱动缸，设于前述支架上并具有竖直向下的动力输出端，该动力输出端上设有一顶杆；

电机，与前述顶杆的底端连接；

搅拌杆，位于前述电机的下方并与电机的动力输出端连接；

加载模，通过加载杆设于前述支架的下方，该加载模中部具有供搅拌杆贯穿通过的中心孔，该加载模上开设有进气通道和出气通道，前述的进气通道与出气通道相通；

密封板，设于前述加载模的下端面，能与半固态浆料紧密接触；以及

模具型腔，设于前述加载模下方并具有上端口，该上端口的口径与前述加载模适配；

所述加载板的下端面向下延伸设置有导向套，对应地，所述的模具型腔设于一底板上，该底板上设置有与前述导向套导向配合的导向柱；

所述的模具型腔包括保温腔、设于保温腔外周的保温套及设于保温腔内的加热元件；

所述加载模的进气通道和出气通道内设有测温电偶线，该测温电偶线的下端固定于密封板上；

所述进气通道的进气端上设有进气阀，所述出气通道的排气端设有二位二通阀；

包括如下步骤：

①加载板与液压机固定，底板工作台面连接固定，开启加热元件与测温热电偶，对密封板与加载模、搅拌杆和保温腔体进行烘干和预热至设定温度，开启液压机带动加载板回程，使得加载模和搅拌杆与保温腔体分离；同时开启驱动缸使得搅拌杆回程至设定位置并带动密封板与加载模下端面贴合；

②将经精练、除气与静置处理后的合金熔体在保护气氛下定量转移至模具型腔内，液压机带动加载板下行，待加载模与模具型腔形成闭合时，液压机停止运行；开启电机，电机带动搅拌杆转动；开启驱动缸进行搅拌杆轴向进给至设定位置后，关闭驱动缸；

③开启保护气体，保护气体通过进气阀后带压注入，切换二位二通阀处于自然排气状态；待保护气体增压流量计与自然排气流量计数值一致时，关闭进气阀，同时切换二位二通阀处于带压排气状态，随后开启抽真空系统进行密闭型腔带压排气；随后液压机带动加载装置与机械搅拌装置进一步下行，待液压机的载荷表显示呈现带压状态时，密封板与加载模的下端面贴合，实现加载模周向均布的两个轴向半圆孔自动密封，待带压排气的压力表数值至设置值时，关闭抽真空系统；

④分别调整电机的转速和液压机的加载载荷与保压时间，实时控制熔体温度；待熔体温度高于合金液相线温度50～80℃时，降低电机转速，增大载荷；开启驱动缸，将搅拌杆从金属熔体中移出后，关闭电机；同时加载板进一步下行至设定位置后，调增压力至设定值后，继续进行保压；待金属熔体的温度达到液固两相区内，通过温度监控可获得不同固相率的半固态浆料；

⑤若要获得流变成形用半固态浆料，待温度达到设定温度时，液压机卸载并回程带动加载板和搅拌杆与模具型腔分离；随后通过模具型腔上的吊装孔在保护气氛下进行半固态浆料转移；

若要获得触变成形用半固态浆料，则需进一步控制保压压力和时间直至合金凝固完毕后，液压机卸载并回程带动加载板和搅拌杆与模具型腔分离，随即制备出触变成形半固态浆料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的支架包括

定位杆，为至少两个，顶端与加载板连接；

转载板，与前述的定位杆底端连接并中部具有供顶杆贯穿通过的通孔，该转载板的下端面连接有所述的加载杆；以及

安装板，设于前述的转载板上，而所述的驱动缸则设于该安装板上。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述的转载板下方设有导向板，该导向板上开设有与顶杆导向配合的导向孔。

4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于所述的驱动缸为液压缸或气缸。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述顶杆的顶端连接有连接块，该连接块与一固定座连接固定，而所述的电机则设于固定座内。

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