CN110153386A - 一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，包括全方向旋转振动装置和法向旋转振动装置，全方向旋转振动装置设置在搅拌桶的上方，并与搅拌桶内的搅拌杆连接，全方向旋转振动装置上方设置有搅拌杆动力模块，搅拌桶底部通过牙嵌式离合连接装置与法向旋转振动装置连接，法向旋转振动装置能够提供旋转力和振动力，搅拌桶下方的出料管道上套装有空心轴，法向旋转振动装置设置在空心轴上，空心轴的底部设置有冷却装置。本发明将旋转搅拌法与机械振动法有机结合，同时对料桶也进行旋转振动设计，与上搅拌部分相结合起来，使得搅拌更加充分更加彻底。

Description

一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置

技术领域

本发明属于金属半固态制备技术领域，具体涉及一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置。

背景技术

半固态制备及成形技术从九十年代以来发展迅速，过去的10多年中，半固态的触变技术已经成为制造业中一种重要的近净形技术。有关半固态合金成形工艺的优化，半固态合金连铸工艺，新型半固态合金的开发与应用，坯料定量切割方法，二次加热设备的设计及其工艺过程的计算机控制等，均在开展研究和改进。

我国半固态加工技术的研究开始于20世纪80年代后期，先后有不少高校和科研机构开展了这方面的研究。同时在半固态成形技术的基础理论研究中也取得了较大进展。

随着国际上汽车、航空航天等工业的飞速发展，大部分工业化国家都在着力研制和开发优质、高性能的产品，尤其航空航天、汽车工业正在向着轻量化、低能耗、高性能、安全和低成本的方向发展，采用比强度高的有色合金及高强度低合金钢制造零件无疑是达到此目的的最有效措施，而在车用部件中有色合金所占比例较大，其中铸件的用量尤为突出，并有增长的趋势。因而，在国外半固态铸造产品主要以汽车部件为主，在航空、航天、军用装备方面同样有着乐观的发展前景。半固态成形技术在国外已成为各工业发达国家竞相发展的一个新的领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，结构巧妙，设计合理，大幅度的提高了金属以及合金半固态坯料的质量和效率，减少了制备时间。

本发明采用以下技术方案：

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，全方向旋转搅拌振动装置在坯料中进行搅拌，法向旋转振动装置带动搅拌桶旋转，令坯料整体旋转振动，两装置的旋转方向相反，竖直方向振动对称，使得坯料在搅拌过程中能够有更大的剪切力，提高了制备金属及合金的半固态坯料的效率和质量。

进一步的，全方向搅拌杆旋转振动装置分为搅拌杆水平方向旋转振动模块和竖直方向振动模块，水平方向旋转振动模块由定轴轮系和对心曲柄滑块机构串联，曲柄由定轴轮系中转动轮驱动，滑块和搅拌杆铰接，滑块轨道固定在定轴轮系齿圈上，齿圈转动时，带动定轴轮系中转动轮，转动轮带动对心曲柄滑块机构，同时滑块轨道转动，从而驱动搅拌杆在水平方向旋转振动。水平方向的转动和振动为串联，在搅拌过程中半固态金属液所受到有固定频率的振动，防止转动中搅拌杆突然的抖动，增加了安全性，同时增加了系统运行的平稳性。

进一步的，竖直方向振动模块采用偏心轴串联上振动轴的方式，两轴呈90度铰接，上振动轴末端和转动铰接装置相连，在搅拌杆水平旋转时，不会影响振动轴水平方向的运动。偏心轴转动带动上振动轴在竖直方向运动，上振动轴通过转动铰接装置驱动搅拌杆在竖直方向完成振动。

进一步的，法相搅拌桶旋转振动装置采用横向旋转振摆支撑板和纵向旋转振摆支撑板交替循环工作，两支撑板皆通过牙嵌式离合器和搅拌桶连接，摆动支撑板依次套在空心轴外围，末端通过摆转装置和偏心轴连接，偏心轴在竖直方向转动，通过摆转装置将竖直方向转动分解为竖直方向的直线运动和水平方向的小范围转动。两支旋转振摆支撑板循环工作，使得搅拌桶完成预期的转振效果。

进一步的，搅拌桶壁分为保温层和加热冷却层，保温层位于内层，加热冷却层位于外层。搅拌装置在工作时，半固态坯料处于一定范围的高温状态，保温层有助于保持稳定温度，加热冷却层有助于将半固态坯料温度控制在一定范围。

进一步的，冷却装置位于空心轴末端(出料口)，再搅拌完成后，出料时需要以棒料的形式出料，通过冷却装置，更快促成棒料成型。

综上所述，本发明将旋转搅拌法与机械振动法有机结合，同时对料桶也进行旋转振动设计，与上搅拌部分相结合起来，使得搅拌更加充分更加彻底。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明半剖视图；

图3为本发明搅拌杆动力模块示意图；

图4为本发明法向旋转振动搅拌装置示意图；

图5为本发明法相旋转振动搅拌装置剖视图；

图6为本发明定轴轮系工作示意图；

图7为图2中A部分放大图；

图8为本发明搅拌桶以及全方向振动搅拌系统示意。

其中：1.熔炼炉；2.喂料口；3.搅拌杆动力模块，3-1.上偏心轴，3-2.上振动轴，3-3.蜗轮蜗杆；4.全方向旋转振动装置；4-1.定轴轮系；4-1-1.固定轮；4-1-2.自转轮；4-1-3.衍架轮；4-2-1.上搅拌杆；4-2-2.下搅拌杆；4-3.转动连接装置；4-4.冷却水管路；4-5.加热线圈；4-6.上支撑板；4-7.保温层；4-8.搅拌桶；5.牙嵌式离合连接装置；6.法向旋转振动装置；6-1.横向旋转振摆支撑板；6-2.纵向旋转振摆装置；7.冷却装置；7-1.水箱；7-2.冷凝器；7-3.引锭器；8-1.第一电机；8-2.第二电机；9.空心轴。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，包括熔炼炉1、搅拌杆动力模块3、全方向旋转振动装置4、牙嵌式离合连接装置5、法向旋转振动装置6和冷却装置7，全方向旋转振动装置4内设置有搅拌桶4-8，熔炼炉1位于料桶的侧上方，搅拌桶4-8上开有喂料口2，熔炼炉1通过管道与喂料口2连接，搅拌杆动力模块3设置全方向旋转振动装置4的上方并与全方向旋转振动装置4连接，搅拌桶4-8的下方设置有空心轴9，搅拌桶4-8的下方设置有法向旋转振动装置6，搅拌桶4-8的出料管道设置在空心轴9内，法向旋转振动装置6设置在空心轴9上，法向旋转振动装置6下方的空心轴9上设置有冷却装置7，全方向旋转振动装置4通过牙嵌式离合连接装置5与法向旋转振动装置6连接。

请参阅图3，搅拌杆动力模块3包括第一电机8-1、上偏心轴3-1、上振动轴3-2和蜗轮蜗杆3-3，蜗轮蜗杆3-3位于全方向旋转振动装置4的上方，偏心轴3-1位于蜗轮蜗杆3-3的上方，第一电机8-1与蜗轮蜗杆3-3固接，蜗轮蜗杆3-3通过齿轮传动连接偏心轴3-1，偏心轴3-1通过滑动副和上振动轴3-2连接，上振动轴3-2通过转动连接装置4-3与全方向旋转振动装置4的上搅拌杆4-2-1连接，转动连接装置4-3与上搅拌杆4-2-1之间通过台阶轴连接。

请参阅图1和图7，搅拌桶4-8位于上支撑板4-6的正上方，并通过滑动副连接；定轴轮系4-1位于搅拌桶4-8内部正上方，并与蜗轮蜗杆3-3的蜗轮固定连接；转动连接装置4-3设置在搅拌桶4-8内并位于定轴轮系4-1的下方，与上振动轴3-2的末端铰接，同时和下搅拌杆4-2-2通过滑动副连接；搅拌桶4-8的桶壁设置有保温层4-7和加热冷却层，加热冷却层设置在保温层4-7的外部，加热冷却层内安装有冷却水管路4-4和加热线圈4-5。

请参阅图6和图8，定轴轮系4-1包括固定轮4-1-1、自转轮4-1-2和衍架轮4-1-3，自传轮4-1-2通过销轴和衍架轮4-1-3连接，衍架轮4-1-3转动带动自传轮4-1-2公转，通过自传轮4-1-2与固定轮4-1-1啮合，自转轮4-1-2通过曲柄滑块机构和上搅拌杆4-2-1铰接，衍架轮4-1-3上有曲柄滑块机构的滑道，通过滑动副和上搅拌杆4-2-1连接，上搅拌杆4-2-1通过滑动副连接下搅拌杆4-2-2，自转轮4-1-2转动带动上搅拌杆4-2-1完成水平方向振动，衍架轮4-1-3转动带动上搅拌杆4-2-1完成水平方向转动。

请参阅图4和图5，法向旋转振动装置6包括第二电机8-2、横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2，横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2依次嵌套在空心轴9上，纵向旋转振动支撑板6-2的轴侧部分位于横向旋转振动支撑板6-1轴测部分的内部，两部分通过滑动副连接，第二电机8-2分别与横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2连接，工作状态时，横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2具有相对对称的运动轨迹，横向旋转振动支撑板6-1和纵向旋转支撑板6-2交替支撑搅拌桶4-8作旋转振动运动。

请参阅图1，冷却装置7包括水箱7-1、冷凝器7-2和引锭器7-3，水箱7-1位于熔炼炉1的支架底部，水箱7-1通过水管和冷凝器7-2连接，冷凝器7-2位于空心轴9末端，引锭器7-3位于冷凝器7-2的正下方。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置的工作原理为：

将金属投入熔炼炉1，经过加热至设定温度后，通过喂料口2引流至搅拌桶4-8内，打开第一电机8-1以及第二电机8-2，第一电机8-1带动蜗轮蜗杆3-3运动，同时通过齿轮传动带动上偏心轴3-1，蜗轮蜗杆3-3中的涡轮带动定轴轮系4-1中的衍架轮4-1-3转动，上振动轴3-2通过键和定轴轮系4-1中的固定轮4-1-1连接，上振动轴3-2通过键限制固定轮3-1在水平方向不会转动，自转轮4-1-2带动搅拌杆4-2在水平面转动。偏心轴3-1由第一电机8-1通过齿轮传动来驱动，带动上振动轴3-2在竖直方向振动，上振动轴3-2通过转动连接装置4-3带动搅拌杆4-2完成竖直方向的小振幅高频率振动。

待坯料进入搅拌桶4-8时，同时开启第二电机8-2，第二电机8-2同时带动横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2，横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2依次套在空心轴9上，两部分通过滑动副连接，工作状态时，具有相对对称的运动轨迹，横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2交替支撑搅拌桶4-8作旋转振动运动。

法向旋转振动装置6的工作原理为：

横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2依次套在空心轴9上，两部分通过滑动副连接，第二电机8-2同时带动横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2，工作状态时，具有相对对称的运动轨迹，横向旋转振摆支撑板6-1和纵向旋转振摆装置6-2交替支撑搅拌桶4-8作旋转振动运动。

切向旋转振动搅拌装置工作原理为：

第一电机8-1带动蜗轮蜗杆3-3运动，同时通过齿轮带动上偏心轴3-1，蜗轮蜗杆3-3带动定轴轮系4-1转动，定轴轮系衍架轮4-1-2带动搅拌杆在水平面转动。偏心轴3-1由第一电机8-1驱动，带动上振动轴3-2在竖直方向振动，上振动轴3-2通过转动连接装置4-3带动搅拌杆4-2完成竖直方向的小振幅高频率振动。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，包括全方向旋转振动装置(4)和法向旋转振动装置(6)，全方向旋转振动装置(4)设置在搅拌桶(4-8)的上方，并与搅拌桶(4-8)内的搅拌杆连接，全方向旋转振动装置(4)上方设置有搅拌杆动力模块(3)，搅拌桶(4-8)底部通过牙嵌式离合连接装置(5)与法向旋转振动装置(6)连接，法向旋转振动装置(6)能够提供旋转力和振动力，搅拌桶(4-8)下方的出料管道上套装有空心轴(9)，法向旋转振动装置(6)设置在空心轴(9)上，空心轴(9)的底部设置有冷却装置(7)。

2.根据权利要求1所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，搅拌杆动力模块(3)包括第一电机(8-1)，第一电机(8-1)连接蜗轮蜗杆(3-3)，蜗轮蜗杆(3-3)通过齿轮传动连接上偏心轴(3-1)，上偏心轴(3-1)通过滑动副和上振动轴(3-2)连接，上振动轴(3-2)通过全方向旋转振动装置(4)的转动连接装置(4-3)与下搅拌杆(4-2-2)连接，下搅拌杆(4-2-2)与搅拌桶(4-8)外的上搅拌杆(4-2-1)连接。

3.根据权利要求2所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，全方向旋转振动装置(4)包括定轴轮系(4-1)，定轴轮系(4-1)设置在转动连接装置(4-3)上方，并与蜗轮蜗杆(3-3)的蜗轮固定连接。

4.根据权利要求3所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，定轴轮系(4-1)包括固定轮(4-1-1)，固定轮(4-1-1)啮合连接自传轮(4-1-2)，自传轮(4-1-2)通过销轴连接衍架轮(4-1-3)，衍架轮(4-1-3)转动带动自传轮(4-1-2)公转，自转轮(4-1-2)通过曲柄滑块机构和上搅拌杆(4-2-1)铰接，衍架轮(4-1-3)上设置有曲柄滑块机构的滑道，通过滑动副和上搅拌杆(4-2-1)连接，上搅拌杆(4-2-1)通过滑动副连接下搅拌杆(4-2-2)，自转轮(4-1-2)转动能够带动上搅拌杆(4-2-1)完成水平方向振动，衍架轮(4-1-3)转动能够带动上搅拌杆(4-2-1)完成水平方向转动。

5.根据权利要求1所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，法向旋转振动装置(6)包括第二电机(8-2)，第二电机(8-2)分别与纵向旋转振摆装置(6-2)和横向旋转振摆支撑板(6-1)连接，横向旋转振摆支撑板(6-1)和纵向旋转振摆装置(6-2)依次嵌套在空心轴(9)上，能够交替支撑搅拌桶(4-8)作旋转振动运动。

6.根据权利要求5所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，纵向旋转振动支撑板(6-2)的轴侧部分位于横向旋转振动支撑板(6-1)轴测部分的内部，横向旋转振摆支撑板(6-1)和纵向旋转振摆装置(6-2)具有相对对称的运动轨迹。

7.根据权利要求1所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，搅拌桶(4-8)的桶壁上设置有保温层(4-7)和加热冷却层，加热冷却层设置在保温层(4-7)的外部，加热冷却层内安装有冷却水管路(4-4)和加热线圈(4-5)。

8.根据权利要求1所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，冷却装置(7)包括水箱(7-1)，水箱(7-1)通过水管和空心轴(9)末端设置的冷凝器(7-2)连接，冷凝器(7-2)的正下方设置引锭器(7-3)。

9.根据权利要求1所述的用于制备半固态坯料的旋转振动搅拌装置，其特征在于，搅拌桶(4-8)上方一侧设置有熔炼炉(1)，搅拌桶(4-8)上开有喂料口(2)，熔炼炉(1)通过管道与喂料口(2)连接。