CN112517872B - 一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置和生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于压铸成型领域，公开了一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，包括模锻机，所述生产模块包括杯体、用于控制杯体内铝合金温度的温度控制单元、用于对杯体内的铝合金进行搅拌的电磁搅拌单元，所述生产模块还包括第一转动模块，所述杯体铰接在第一转动模块上，所述模锻机包括第二转动模块，所述推送机构铰接在第二转动模块上，所述第一转动模块和第二转动模块动作使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内。该生产装置采用电磁搅拌对铝合金进行搅拌，其能够提高延展性，同时其和模锻机配合，能够通过简单的搭配实现提纯后的半固态铝合金送入模具中进行制备，无需进行额外的除杂操作。

Description

一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置和生产 工艺
技术领域
本发明涉及压铸成型领域，特别是一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置和生产工艺。
背景技术
申请人苏州金澄精密铸造有限公司于2017年提出了一项发明专利申请ZL201710265528.5，其公开了一种半固态制浆用制浆头，所述制浆头至少包括用于插入待制备浆料中的外胆，所述外胆的至少下部胆体上密布地设置有具有透气功能的微孔。制浆工作时，通过向外胆胆腔中通入具有一定压力的惰性气体，惰性气体能够经外胆胆体上密布的微孔而均匀地渗入浆料中并与浆料之间发生激烈碰撞反应与热交换，从而达到出渣、除气、细化材料内部晶体结构及换热的效果，使得浆料内部的温度均匀及内部晶体组织更均匀。同时，在制浆过程中制浆头可不进行搅拌操作，能够显著地减小制浆头的损耗成本。
该方案通过气体和搅拌同时进行来进行铝合金的性能的控制，该方法操作复杂，设备也比较复杂。在实际试验过程中发现，其延展率有待进一步提升。
申请人中南大学于2019年提出了一项发明专利申请，申请号为201911267370.0，其公开了一种基于电磁搅拌的铝合金熔炼、除杂方法，涉及合金冶炼领域，能够得到一种符合规格，实用性高，且造价相对较低的新式铝合金，包括以下步骤：S1：熔炼炉预处理；S2：向预处理后的熔炼炉加入纯度为99％或99％以上的高纯度铝；S3：对熔炼炉进行加热；S4：加入Al-Si中间合金；S5：将高纯度铝和Al-Si中间合金融合；S6：加入纯度为99％或99％以上的锌、Mn剂、Ti剂和精炼剂；S7：将S5和S6中所有金属融合；S8：将S7得到的铝合金熔体静置后转入流槽进行铸轧。该发明提供的铝合金熔炼、除杂方法能够大幅提高铝合金熔炼过程中的除杂效率和熔体净化效果；铝合金熔炼、除杂方法使用更少的步骤，精简了熔炼过程。
申请人云南云铝润鑫铝业有限公司于2016年提出了一项发明专利，申请号为201611141453.1，其公开了利用中频炉-熔炼炉双联合电磁搅拌熔炼精炼铝合金的方法，先在中频炉中加入固态中间合金及电解原铝液，开启电磁搅拌和加热装置，快速熔化形成中间铝合金熔体；将原铝液虹吸引入熔炼炉，保持原铝液温度730℃～760℃，将中频炉内的中间铝合金熔体转运进入熔炼炉，开启熔炼炉底部的电磁搅拌装置，使中间铝合金熔体均匀充分融入原铝液，形成化学成分合格的铝合金熔体；在熔炼炉中向铝合金熔体内加入打渣剂，扒渣除去杂质；再向扒过渣的铝合金熔体通过氩气吹入精炼剂进行喷粉精炼，再次加入打渣剂并扒渣，得到纯净的铝合金熔体；之后转入溜槽送至浇铸。
可很明显得知的，通过电磁搅拌可作为铝合金制备和提纯的一种方法。
但是如果单纯的使用以上的电磁搅拌技术，无法得到理想的半固态浆料。
本方案所要解决的技术问题是：现有的半固态铝合金的制备存在延展率不够的问题，并且现有的半固态铝合金在进行压铸生产过程中，需要通过较为复杂的手段去除杂质，对于生产的高效操作来说有一定的阻碍。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，该生产装置采用电磁搅拌对铝合金进行搅拌，其能够提高延展性，同时其和模锻机配合，能够通过简单的搭配实现提纯后的半固态铝合金送入模具中进行制备，无需进行额外的除杂操作。同时，本发明还公开了基于该装置的生产工艺。
本发明提供的技术方案为：一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，包括模锻机，所述模锻机上设有模具和设置在模具下方用于将半固态铝合金注入模具中的推送机构，还包括用于生产半固态铝合金的生产模块，所述生产模块包括杯体、用于控制杯体内铝合金温度的温度控制单元、用于对杯体内的铝合金进行搅拌的电磁搅拌单元，所述生产模块还包括第一转动模块，所述杯体铰接在第一转动模块上，所述模锻机包括第二转动模块，所述推送机构铰接在第二转动模块上，所述第一转动模块和第二转动模块动作使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，还包括机架，所述第一转动模块包括第一气缸，所述第一气缸铰接在机架上，所述第一气缸的动力输出端铰接在杯体的底部。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，所述电磁搅拌单元包括固定在机架上的电磁线圈、用于驱动电磁线圈升降的升降气缸。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，所述温度控制单元为固定在机架上位于杯体和电磁线圈之外的若干鼓风喷嘴。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，所述杯体内设有用于检测铝合金温度的温度传感器。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，所述第二转动模块包括第二气缸，所述第二气缸铰接在模锻机的底部，所述第二气缸的动力输出端铰接在推送机构的底部。
在上述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置中，所述推送机构包括上侧开放的缸体、设置在缸体内的推杆、用于驱动推杆运动的油缸。
同时，本发明还公开了一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺，采用如上任一所述装置制备得到，其生产步骤为：
步骤1：采用生产模块生产半固态铝合金；
步骤2：使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内；
步骤3：采用推送机构将将半固态铝合金注入模具中；
其中，步骤1具体为：将铝合金液注入杯体中，通过电磁搅拌单元将铝合金液控制在 660-670℃；然后控制筒状体内铝合金液的温度从660-670℃在85-90s内逐渐降温到590-620℃。
在上述基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺中，所述电磁搅拌单元的参数为功率为200-230KVA、频率为5-10Hz、电流200-250A；
铝合金液的温度从660-670℃在85-90s内逐渐降温到590-620℃的具体过程为：至第20s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第40s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第85-90s，铝合金液从降温至590-620℃。
在上述基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺中，所述铝合金液由380号铝合金、356号铝合金、357号铝合金中之一熔化得到；若铝合金液为380号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为594-600℃；若铝合金液为356号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为 590-595℃；若铝合金液为357号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为610-620℃
本发明在采用上述技术方案后，其具有的有益效果为：
本方案采用电磁搅拌来生成半固态铝合金，其用于生产铝合金铸件具有较好的延展性。同时本案将杯体设置作为可转动的结构，其能够将纯化后的半固态铝合金倒置送入推送机构内，这样充满杂质的上层材料会进入到推送机构的最底部，推送机构将铝合金推入模具中时，纯化的物料会送入模具中，含杂质的物料会留在推送机构中。
附图说明
图1为本发明的实施例1的模锻机的结构示意图；
图2为本发明的实施例1的推送机构和生产模块配合示意图；
图3为本发明的实施例1的生产模块的结构示意图；
图4为本发明的实施例1的推送机构的剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本发明的任何限制。
实施例1：
参考图1-4，一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，包括模锻机1，所述模锻机1上设有模具2和设置在模具2下方用于将半固态铝合金注入模具2中的推送机构3，还包括用于生产半固态铝合金的生产模块4，所述生产模块4包括杯体41、用于控制杯体41 内铝合金温度的温度控制单元42、用于对杯体41内的铝合金进行搅拌的电磁搅拌单元，所述生产模块4还包括第一转动模块43，所述杯体41铰接在第一转动模块43上，所述模锻机 1包括第二转动模块11，所述推送机构3铰接在第二转动模块11上，所述第一转动模块43 和第二转动模块11动作使杯体41的杯口向下倾斜进而使杯体41内的半固态铝合金滑落进入推送机构3内。
在实际的生产过程中，模锻机1可参考本申请人的在先申请CN201921218662.0，一种液态模锻机1，本实施例所用的模锻机1和该在先申请完全一致。
推送机构3即为该在先申请的压射机构，第二转动模块11即为在先申请中的第三驱动模块。
本实施例的主要改进基于上述两点：一、杯体41内的液态铝合金(铝合金液的温度需要控制在670℃以上，优选为700℃)通过电磁搅拌单元进行搅拌，生产过程中，杯体41内首先注入的是高温的液态铝合金，电磁搅拌主要在铝合金变成半固态前的搅拌，铝合金的粘度一旦增大，电磁搅拌即停止。二、杯体41内变成豆腐状的半固态铝合金的杂质主要集中在杯体41上部，因此通过第一转动模块43和第二转动模块11，可使杯体41转动，使铝合金以倒置的模式滑入推送机构3内，这样无需在压铸过程中去杂工序。
所以，本案的装置能够提高压铸件的延展性，同时简化生产工序。
优选地，还包括机架5，所述第一转动模块43包括第一气缸，所述第一气缸铰接在机架 5上，所述第一气缸的动力输出端铰接在杯体41的底部，所述电磁搅拌单元包括固定在机架 5上的电磁线圈44、用于驱动电磁线圈44升降的升降气缸45，所述温度控制单元42为固定在机架5上位于杯体41和电磁线圈44之外的若干鼓风喷嘴，所述杯体41内设有用于检测铝合金温度的温度传感器46。
本实施例的杯体41的工作模式为：在直立的杯体41内注入铝合金液体后，电磁线圈44 在升降气缸45的作用下下行，最优选的是电磁线圈44固定在一倒置的杯子内，将该倒置的杯子扣到杯体41上，且该倒置的杯子上还设有所述鼓风喷嘴，鼓风喷嘴鼓送氮气进行缓慢降温，通过电磁线圈44作用使铝液进行流动，杂质会自动上浮，鼓风喷嘴控制杯体41内的铝合金缓慢降温。
优选地，所述第二转动模块11包括第二气缸，所述第二气缸铰接在模锻机1的底部，所述第二气缸的动力输出端铰接在推送机构3的底部，所述推送机构3包括上侧开放的缸体31、设置在缸体内的推杆32、用于驱动推杆运动的油缸33。
第二转动模块11参考在先申请的第三驱动模块，对此本实施例不再过多限制。其中，推送机构3的推送原理在于，油缸驱动推杆动作，推杆将缸体内的半固态铝合金推入模具2内。
应用实施例1：
一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺，包括如下步骤：
步骤1：将铝合金液注入杯体中，铝合金液的温度需要控制在680℃，本实施例的铝合金是380号铝合金。
步骤2：通过电磁搅拌单元将铝合金液控制在660-670℃；
电磁搅拌单元包括电磁线圈，电磁线圈的工作参数为：功率为210KVA、频率为6Hz、电流200A。
步骤3：控制杯体内铝合金液的温度从660-670℃在90s内逐渐降温到594-600℃。
降温幅度为：
至第20s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第40s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第90s，铝合金液从降温至594-600℃
步骤4：使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内；
步骤5：采用推送机构将将半固态铝合金注入模具中，推送机构内残留有一些杯体底部的半固态铝合金，这些部分富含杂质。
应用实施例2
与应用实施例1大体相同，不同地方在于：
1、步骤1中，铝合金液的温度需要控制在690℃，本实施例的铝合金是356号铝合金；
2、步骤2中，感应线圈的工作参数为：功率为200KVA、频率为10Hz、电流220A；
3、步骤3中，控制杯体内铝合金液的温度从660-670℃在90s内逐渐降温到590-595℃。
降温幅度为：
至第30s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第50s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第90s，铝合金液从降温至590-595℃。
应用实施例3
与应用实施例1大体相同，不同地方在于：
1、步骤1中，铝合金液的温度需要控制在700℃，本实施例的铝合金是357号铝合金；
2、步骤2中，感应线圈的工作参数为：功率为230KVA、频率为5Hz、电流250A；
3、步骤3中，控制杯体内铝合金液的温度从660-670℃在85s内逐渐降温到610-620℃。
降温幅度为：
至第20s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第40s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第85s，铝合金液从降温至610-620℃。
对比例1
同应用实施例1，不同地方在于：
步骤3中，铝合金液的温度从660-670℃在60s内逐渐降温到594-600℃。
降温幅度为：
至第20s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第40s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第60s，铝合金液从降温至594-600℃。
对比例2
同应用实施例1，不同地方在于：
步骤3中，铝合金液的温度从660-670℃在120s内逐渐降温到594-600℃。
降温幅度为：
至第40s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第80s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第120s，铝合金液从降温至594-600℃。
性能测试：
测试结果见下表1
表1样品一至三的性能测试结果
Figure BDA0002754985440000081
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，包括模锻机，所述模锻机上设有模具和设置在模具下方用于将半固态铝合金注入模具中的推送机构，其特征在于，还包括用于生产半固态铝合金的生产模块，所述生产模块包括杯体、用于控制杯体内铝合金温度的温度控制单元、用于对杯体内的铝合金进行搅拌的电磁搅拌单元，所述生产模块还包括第一转动模块，所述杯体铰接在第一转动模块上，所述模锻机包括第二转动模块，所述推送机构铰接在第二转动模块上，所述第一转动模块和第二转动模块动作使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内。
2.根据权利要求1所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，还包括机架，所述第一转动模块包括第一气缸，所述第一气缸铰接在机架上，所述第一气缸的动力输出端铰接在杯体的底部。
3.根据权利要求2所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，所述电磁搅拌单元包括固定在机架上的电磁线圈、用于驱动电磁线圈升降的升降气缸。
4.根据权利要求3所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，所述温度控制单元为固定在机架上位于杯体和电磁线圈之外的若干鼓风喷嘴。
5.根据权利要求4所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，所述杯体内设有用于检测铝合金温度的温度传感器。
6.根据权利要求1所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，所述第二转动模块包括第二气缸，所述第二气缸铰接在模锻机的底部，所述第二气缸的动力输出端铰接在推送机构的底部。
7.根据权利要求6所述的基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产装置，其特征在于，所述推送机构包括上侧开放的缸体、设置在缸体内的推杆、用于驱动推杆运动的油缸。
8.一种基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述装置制备得到，其生产步骤为：
步骤1：采用生产模块生产半固态铝合金；
步骤2：使杯体的杯口向下倾斜进而使杯体内的半固态铝合金滑落进入推送机构内；通过将半固态铝合金倒置送入推送机构内，使半固态铝合金中充满杂质的上层材料进入到推送机构的最底部；
步骤3：采用推送机构将部分半固态铝合金注入模具中，剩余的富含杂质的半固态铝合金留存在推送机构内；
其中，步骤1具体为：将铝合金液注入杯体中，通过电磁搅拌单元将铝合金液控制在660-670℃；然后控制杯体内铝合金液的温度从660-670℃在85-90s内逐渐降温到590-620℃。
9.根据权利要求8所述基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺，其特征在于，所述电磁搅拌单元的参数为功率为200-230KVA、频率为5-10Hz、电流200-250A；
铝合金液的温度从660-670℃在85-90s内逐渐降温到590-620℃的具体过程为：至第20s，铝合金液从660-670℃降温到640-645℃；
至第40s，铝合金液从645-640℃降温到630-625℃；
至第85-90s，铝合金液从降温至590-620℃。
10.根据权利要求9所述基于电磁搅拌的半固态铝合金压铸件的生产工艺，其特征在于，所述铝合金液由380号铝合金、356号铝合金、357号铝合金中之一熔化得到；若铝合金液为380号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为594-600℃；若铝合金液为356号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为590-595℃；若铝合金液为357号铝合金，则至第85-90s，降温后的温度为610-620℃。
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