CN111168020B - 一种转盘循环式模块化多工位半固态制浆系统与装置 - Google Patents

Abstract

一种转盘循环式多工位半固态制浆系统，由一套可循环转动的转盘和多个具有独立制浆功能的模块化制浆工位以及电气控制系统组成，一套可循环转动的转盘上，可平均或对称安装多个模块化设计的制浆工位，制浆工位上的平台可根据工位随转盘转动到所在不同位置来完成不同制浆阶段的功能。转盘和各个制浆工位由电气控制系统控制，可控制调整转盘转动或停止的时间和节拍，及对应控制各个制浆工位的动作和状态。通过循环式多工位的设计实现了可顺序连续完成多次制浆，又通过增加或减少模块化制浆工位的数量，调整相邻两个半固态制浆过程的节拍间隔。

Description

一种转盘循环式模块化多工位半固态制浆系统与装置

技术领域

本发明属于金属半固态加工成形技术领域，尤其涉及在半固态浆料的连续制备中，实现与金属成形设备生产节拍相匹配的一种转盘循环式、模块化多工位半固态制浆系统与装置。

背景技术

半固态成形技术是一种先进的金属加工技术，其主要的工艺特点为通过某种特定的工艺方式制备出金属半固态浆料后，再结合铸造或锻造等传统金属成形工艺进行的一种组合式加工成形技术。其中，工艺应用的关键点在于制备出满足使用要求的半固态浆料及与传统铸造或锻造成形设备的结合使用上。

一般可通过半固态浆料的制备工艺及过程的不同，将半固态成形分为触变成形和流变成形，触变成形是指通过将制备好的半固态坯料进行再次加热至固液两相温度区间，得到具有半固态组织和特征的半固态浆料再进行加工成形；流变成形是指将金属熔液通过外界作用或控制温度降至固液两相温度区间时得到半固态浆料，直接进行加工成形的过程。无论采取哪一种半固态成形技术路线，在半固态浆料的制备过程中，都会存在着控制金属的温度降低或升高，进而达到成形工艺所需要的半固态浆料温度区间，因此金属温度的变化会有一个较长的时间过程。

而半固态加工成形技术所结合的传统金属成形工艺，如压铸、挤压铸造或模锻等，其生产效率较高，单次生产节拍较快。所以在半固态浆料制备和加工成形两个工序的衔接上，会因为半固态浆料制备时间较长导致半固态加工成形技术生产效率低、生产节拍慢的瓶颈问题产生。因此需要提高半固态浆料制备的效率来匹配各种不同的金属成形工艺，从而实现高效率、高质量的半固态加工成形技术的不断应用和发展。

发明内容

根据上述实际情况及问题，本发明设计了一种转盘循环式、模块化多工位的半固态制浆系统和装置，通过循环式多工位的设计实现了可顺序连贯地完成多次制浆，又通过增加或减少模块化工位的数量，调整相邻两个半固态制浆过程的节拍间隔。实现了即可以提高半固态制浆的生产效率，又可以便捷匹配和调整半固态制浆与加工成形工序间的生产节拍。

根据本发明的一个方面，提供了一种转盘循环式、模块化多工位的半固态制浆系统，其由可循环转动的转盘、多个具有独立制浆功能的模块化制浆工位以及电气控制系统组成。

优选地，所述的可循环转动的转盘的结构形状包括圆形、矩形或椭圆形，该转盘由伺服电机方式驱动做等角度或等距离循环转动，可根据信号停止在指定位置并固定。

优选地，所述具有独立功能的模块化制浆工位由一个可倾转角度的平台和一个可由夹爪机构固定在平台上的筒状制浆容器组成。

优选地，所述筒状制浆容器由一个筒式坩埚和底板组成，由工位上的气缸和夹爪机构将其紧密贴合，并在每次制浆完成后可清理并更换筒式坩埚和底板。

优选地，所述多个具有独立制浆功能的模块化制浆工位由二个及以上数量的制浆工位组成，每个模块化制浆工位完全相同，可以根据需要按一定数量平均布置在转盘上，并根据节拍的调整需要进行增加和减少。

优选地，所述模块化制浆工位与所述可循环转动的转盘之间的布局安装，可根据制浆工位数量的增加或减少进行重新调整并平均分布，且转盘上有对应不同工位数量所预留的安装位及固定螺栓孔。

优选地，所述模块化制浆工位上的控制电缆和压缩空气管，通过快速接头与可循环转动的转盘中央的滑环装置相连接，并可跟随转盘循环转动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种半固态制浆方法，使用本发明上述的转盘循环式、模块化多工位的半固态制浆系统进行制浆，其中，所述电气控制系统的控制过程包括以下步骤：

步骤1：通过控制转盘的循环转动和各个的制浆工位的独立运行，可同时并循环进行多个半固态浆料的制备；

步骤2：通过控制转盘转动的速度和周期，控制每个半固态浆料制备开始和完成的时间，并调整半固态制浆系统的运转节拍。

优选地，根据本发明的一种半固态制浆方法，其中，各个模块化制浆工位按一种固定节拍通过转盘进行顺时针或逆时针转动，每次向前转动一个工位并停止固定在同一角度或位置，根据单一工位所停止位置的不同，将这些位置定义为上料位置、制浆位置及取料位置；所述模块化制浆工位对应执行电气控制系统对该工位位置的动作和指令，并通过气压或液压的方式控制调整各个制浆工位平台的角度，以满足制浆工位在上料位置、制浆位置及取料位置时的制浆容器的姿态角度。

更优选地，根据本发明的一种半固态制浆方法，所述电气控制系统通过计算制浆工位数量的增减和对各制浆平台动作指令的调整，来确定制浆工艺时间，上述制浆工艺时间指多个制浆工位平均单个制浆工位由上料位置运行到取料位置所需的时间。

进一步优选地，根据本发明的一种半固态制浆方法，通过所述电气控制系统既可配合周边的上料机构装置及取料机构装置完成自动化连续生产，又可通过配合人工操作完成上料取料的手动操作。

本发明的有益效果：

本发明所公开的制浆系统和使用其的制浆方法，其功能是承担了一个半固态制浆的平台系统载体，可配合多种利用筒状制浆容器的半固态制浆工艺方式完成高效率的半固态制浆，具有以下有益效果：

1、通过转盘和多工位设计，可以在制浆工艺较长的前提下，极大的缩短两次半固态制浆间的节拍周期，提高了半固态制浆过程的生产效率。

2、采用模块化多工位设计，便于半固态制浆设备和金属成形设备间的布局与生产节拍匹配，根据不同工艺形式的金属成形设备的生产节拍不同，通过调整模块化制浆工位的数量与其匹配，使半固态制浆设备和金属成形设备的生产节拍保持一致，避免单一节拍过快或过慢导致的设备产能浪费。

3、便于拆卸和安装的模块化半固态制浆工位，在实际生产中可极大的提高设备的维修和更换效率，减少了因设备停机维修时间过长导致的生产损失。

4、通过循环并固定的上料、制浆及取料工位设计，可配套上料机构装置及取料机构装置实现自动化连续生产，进一步提高生产效率和稳定产品质量，为企业实现最大化收益。

附图说明

图1一种循环式转盘、模块化多工位半固态制浆装置的示意图附图标记：

1循环式转盘 2制浆工位 3电气控制系统

4倾转平台 5夹爪机构 6筒式坩埚

7底板 8筒状制浆容器 9滑环

10上料位置 11制浆位置 12取料位置

13上料平台角度 14制浆平台角度 15取料平台角度

16控制电路、气路等管路 17控制面板 18信号接口

具体实施方式

本发明是一种应用于金属半固态制浆的系统和装置，主要包括由一个循环式转盘1、多个模块化制浆工位2和一套电气控制系统3组成的一种转盘循环式、模块化多工位半固态制浆系统和装置，如图1所示。制浆工位2安装在循环式转盘1上，随转盘进行转动和停止，每个模块化制浆工位2的结构和功能完全相同，可根据需要进行快速安装和拆卸，包含一个可倾转角度的倾转平台4和一套用于固定筒状制浆容器6的夹爪机构5，倾转平台4根据制浆工位位置和功能的不同，对应在上料位置10、制浆位置11和取料位置12时，可倾转为上料平台角度13、制浆平台角度14和取料平台角度15。

循环式转盘1由伺服电机等方式驱动旋转和停止，循环式转盘1上设计有多个均匀或对称分布的制浆工位2安装位置，循环式转盘1按一定节拍和速度从一个制浆工位2位置转动到相邻的下一个制浆工位2位置，并停止等待下一次转动。制浆工位2位置按当前制浆工位2所执行的指令和动作，分为上料位置10、制浆位置11和取料位置12，相应位置上的制浆工位2的倾转平台4倾转为相应平台角度状态，分别为上料平台角度13、制浆平台角度14和取料平台角度15。

每个制浆工位2通过螺栓等方式固定安装在循环式转盘1上，并通过与循环式转盘中央的滑环装置9与电气控制系统3进行控制电路、气路等管路16的快速连接或拆卸。电气控制系统3通过气动或液压等方式控制制浆工位2上的倾转平台4的倾转角度状态，及控制夹爪机构5将筒式坩埚6固定在底板7组成制浆容器5。

操作人员通过电气控制系统3上的控制面板17输入工艺时间等生产参数，电气控制系统3通过结合制浆工位2的个数计算出时间节拍和循环式转盘1的转动速度，并通过驱动伺服电机控制转盘1的转动或停止。电气控制系统3上设置有外部信号接口18，配合该套系统装置外的周边上料机构装置及取料机构装置扩展为全自动模式进行生产运行。

以下以一种A356铝合金、工艺时间120秒的半固态制浆过程为例，详细说明本发明装置的具体操作过程：

(1)电气控制系统3通过控制制浆工位2的夹爪机构5将一个新的筒式坩埚6固定在底板7上并组合成制浆容器5，倾转制浆工位平台4至上料平台角度13，由伺服电机驱动循环式转盘1将该制浆工位2转动至上料位置10，由人工或自动浇入一定重量及温度的A356铝合金熔液。

(2)完成上料后，由电气控制系统3控制该制浆工位平台4倾转至制浆平台角度14，通过伺服电机驱动循环式转盘1转动，将该制浆工位2循环至下一个工位位置，即制浆位置11，并按半固态制浆工艺时间(120秒)开始倒计时。

(3)当该制浆工位2循环过多个制浆位置11并完成制浆工艺计时后，由电气控制系统3控制循环式转盘1将该制浆工位2转动至取料位置12。制浆工位平台4倾转为取料平台角度15，并由人工或取料机构装置将制备完成的半固态浆料转移至成形设备中。循环式转盘1完成一圈循环，该制浆工位2再次按照步骤(1)更换一个新的筒式坩埚6后进入下一轮循环。

(4)当设计一个循环式转盘1上安装5个制浆工位2时，则同时由1个制浆工位2处于上料位置10，3个制浆工位2处于制浆位置11及1个制浆工位2处于取料位置12。由电气控制系统3根据制浆工艺时间和处于制浆位置11的制浆工位2数量，计算得出该循环节拍为40秒。即当一个制浆工位2在上料位置10完成上料后并循环至制浆位置11开始制浆后，每隔40秒由转盘1将该制浆工位2向前转动一个工位位置，当连续转动3个工位位置后，该制浆工位2正好完成制浆并转动至取料位置12。

(5)当步骤(4)中的制浆工位2在完成上料并转动至制浆位置11后，相邻的下一个制浆工位2转动至上料位置10，并在一个节拍间隔40秒后，转到到制浆位置11开始了下一个新的制浆过程。

(6)当设计一个循环式转盘1上安装6个制浆工位时，则同时由1个制浆工位2处于上料位置10，4个制浆工位2处于制浆位置11及1个制浆工位2处于取料位置12。由电气控制系统3根据制浆工艺时间和处在制浆位置11的制浆工位2数量，计算得出该循环节拍为30秒。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种结构调整和器件更换，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴和保护范围之内。

Claims (2)

1.一种转盘循环式、模块化多工位的半固态制浆系统，其特征在于，由一个循环式转盘(1)、多个模块化制浆工位(2)和一套电气控制系统(3)组成；所述模块化制浆工位(2)安装在循环式转盘(1)上，并随该循环式转盘(1)进行转动或停止；每个所述模块化制浆工位(2)的结构和功能完全相同，可根据需要进行快速安装和拆卸；每个所述模块化制浆工位(2)包含一个可倾转角度的倾转平台(4)和一套用于固定筒状制浆容器的夹爪机构(5)，所述倾转平台(4)根据制浆工位位置和功能的不同，对应在上料位置(10)、制浆位置(11)和取料位置(12)时，可倾转为上料平台角度(13)、制浆平台角度(14)和取料平台角度(15)；

所述循环式转盘(1)由伺服电机驱动旋转或停止，所述循环式转盘(1)上设计有多个均匀分布的模块化制浆工位(2)安装位置，所述循环式转盘(1)按一定循环时间节拍和转动速度从一个模块化制浆工位(2)的安装位置转动到相邻的下一个模块化制浆工位(2)的安装位置，并停止等待下一次转动；所述模块化制浆工位(2)的安装位置按当前模块化制浆工位(2)所执行的指令和动作，分为上料位置(10)、制浆位置(11)和取料位置(12)，相应位置上的所述模块化制浆工位(2)的倾转平台(4)倾转为相应平台角度状态，分别为上料平台角度(13)、制浆平台角度(14)和取料平台角度(15)；

每个所述模块化制浆工位(2)通过螺栓固定安装在所述循环式转盘(1)上，并通过所述循环式转盘(1)中央的滑环装置(9)与所述电气控制系统(3)进行控制包括电路、气路的管路(16)的快速连接或拆卸；所述电气控制系统(3)通过气动或液压方式控制所述模块化制浆工位(2)上的倾转平台(4)的倾转角度状态，所述夹爪机构(5)将筒式坩埚(6)固定在底板(7)上组成所述筒状制浆容器；

操作人员通过所述电气控制系统(3)上的控制面板(17)输入包括工艺时间的生产参数，所述电气控制系统(3)通过结合所述模块化制浆工位(2)的个数计算出循环时间节拍和所述循环式转盘(1)的转动速度，并通过驱动伺服电机控制循环式转盘(1)的转动或停止；

所述电气控制系统(3)上设置有外部信号接口(18)，配合该电气控制系统(3)装置外的周边上料机构装置及取料机构装置扩展为全自动模式进行生产运行。

2.一种使用权利要求1所述的一种转盘循环式、模块化多工位的半固态制浆系统进行制浆的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：所述电气控制系统(3)通过控制所述模块化制浆工位(2)的夹爪机构(5)将一个新的筒式坩埚(6)固定在底板(7)上并组合成筒状制浆容器，倾转所述模块化制浆工位(2)的倾转平台(4)至上料平台角度(13)，由伺服电机驱动循环式转盘(1)将该制浆工位(2)转动至上料位置(10)，自动浇入一定重量及温度的A356铝合金熔液；

步骤2：完成上料后，由所述电气控制系统(3)控制所述模块化制浆工位(2)的倾转平台(4)倾转至制浆平台角度(14)，通过伺服电机驱动所述循环式转盘(1)转动，将该模块化制浆工位(2)循环至下一个工位位置，即制浆位置(11)，并按120秒的半固态制浆工艺时间开始倒计时；

步骤3：当所述模块化制浆工位(2)循环过多个制浆位置(11)并完成120秒的制浆工艺计时后，由所述电气控制系统(3)控制所述循环式转盘(1)将该所述模块化制浆工位(2)转动至取料位置(12)，所述模块化制浆工位(2)的倾转平台(4)倾转为取料平台角度(15)，并由取料机构装置将制备完成的半固态浆料转移至成形设备中；所述循环式转盘(1)每完成一圈循环，则所述模块化制浆工位(2)再次按照步骤1更换一个新的筒式坩埚(6)后进入下一轮循环；

步骤4：当设计所述循环式转盘(1)上安装5个所述模块化制浆工位(2)时，则同时由1个所述模块化制浆工位(2)处于上料位置(10)，3个所述模块化制浆工位(2)处于制浆位置(11)及1个所述模块化制浆工位(2)处于取料位置(12)构成；由所述电气控制系统(3)根据制浆工艺时间和处于制浆位置(11)的所述模块化制浆工位(2)的数量，计算得出循环时间节拍为40秒，即当一个所述模块化制浆工位(2)在上料位置(10)完成上料后并循环至制浆位置(11)开始制浆后，每隔40秒由所述循环式转盘(1)将所述模块化制浆工位(2)向前转动一个工位位置，当连续转动3个工位位置后，所述模块化制浆工位(2)正好完成制浆并转动至取料位置(12)；

步骤5：当步骤4中的所述模块化制浆工位(2)在完成上料并转动至制浆位置(11)后，相邻的下一个所述模块化制浆工位(2)转动至上料位置(10)，并在一个循环时间节拍间隔40秒后，转到制浆位置(11)开始了下一个新的制浆过程；

或者，当设计所述循环式转盘(1)上安装6个制浆工位时，则同时由1个所述模块化制浆工位(2)处于上料位置(10)，4个所述模块化制浆工位(2)处于制浆位置(11)及1个所述模块化制浆工位(2)处于取料位置(12)构成；由所述电气控制系统(3)根据制浆工艺时间和处于制浆位置(11)的所述模块化制浆工位(2)的数量，计算得出循环时间节拍为30秒。

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