CN112743060A - 一种半固态金属浆料制备装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半固态金属浆料制备装置及方法，属于半固态连续流变金属铸造设备技术领域。该成形设备包括：搅拌桶、安装支架、分流锥、多个剪切棒和驱动装置，搅拌桶外壁通过第一轴承与安装支架连接，每个剪切棒一端固连于搅拌桶内壁，每个剪切棒另一端与分流锥侧壁连接，分流锥的底面连接有挡液伞，挡液伞的边缘与搅拌桶内壁留有间隙，驱动装置用于驱动搅拌桶转动。本发明的一种半固态金属浆料制备装置旨在把大量浆料分成连续的小量浆液，制备出的半固态浆料有效的降低了卷入性缺陷的含量，所制备出的半固态浆料在后续成型加工中可能有效降低晶间偏析的含量。
Description
技术领域
本发明涉及半固态连续流变金属铸造设备技术领域，具体涉及一种半固态金属浆料制备装置及方法。
背景技术
半固态金属(SSM)铸造工艺技术经历了20余年的研究与发展。搅动铸造工艺是在液态金属的凝固过程中进行强烈的搅拌，使普通铸造易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制成半固态金属液，然后将其压铸成坯料或铸件。采用该技术生产的产品具有高质量、高性能和高合金化的特点，与普通液态铸造相比具有许多明显的特点：铸件的凝固收缩减小、铸件尺寸精度高、外观质量好、机械加工量少、生产率高以及力学性能好。
但在半固态金属(SSM)铸造过程中容易产生卷入性缺陷和晶间偏析，卷入性缺陷和晶间偏析严重影响着材料的力学性能。卷入性缺陷主要产生在半固态浆料的制备过程中，而晶间偏析发生在半固态浆料凝固成形过程中。卷入性缺陷和晶间偏析的起因均与半固态浆料制备有关。
传统搅拌式半固态制浆设备通过反复的机械搅拌散热将熔融态金属浆料降温变为半固态金属浆料。但反复的搅拌容易将表层与空气接触并发生氧化反应的的金属氧化物卷入金属浆料之中，不可避免的产生了卷入性缺陷；而且制备的浆料未经细晶强化和过冷处理，在后续成形过程中容易产生晶间偏析的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种半固态金属浆料制备装置及方法。
本发明不仅提供了一种半固态金属浆料制备装置，包括：
搅拌桶、安装支架、分流锥、多个剪切棒和驱动装置，所述搅拌桶外壁通过第一轴承与所述安装支架连接，所述第一轴承能够承受轴向力和径向力，搅拌桶设有出料口，所述分流锥设于搅拌桶内，每个剪切棒一端均固连于搅拌桶内壁，每个剪切棒另一端均与分流锥侧壁连接，多个剪切棒高低错落布置于搅拌桶内，分流锥的底面连接有挡液伞，所述挡液伞的边缘与搅拌桶内壁留有间隙，所述驱动装置固连于所述安装支架上，驱动装置用于驱动搅拌桶绕自身轴线转动，驱动装置与电源模块电连接。
较佳的，所述搅拌桶外壁与所述安装支架间还设有安装板和轴承座，所述安装板与安装支架固连，安装板设有通孔，所述搅拌桶的出料口穿过所述通孔向下延伸，所述轴承座固定安装于安装板上表面通孔处，所述搅拌桶外壁固连有凸缘，所述凸缘通过所述第一轴承与轴承座连接。
较佳的，所述驱动装置包括传动轴和动力源，所述传动轴通过第二轴承连接于所述安装支架一侧，传动轴一端通过第一齿轮与动力源齿接，所述动力源与电源模块电连接，搅拌桶外壁还固连有盘齿轮，所述盘齿轮通过第二齿轮与传动轴另一端齿接。
较佳的，所述驱动装置还包括同步轴，所述同步轴一端通过第三齿轮齿接于盘齿轮与第二齿轮相对的一侧处，同步轴轴身通过第二轴承连接于安装支架与传动轴相对的一侧处。
较佳的，所述流变制浆模块还包括轴承保护套和防护网罩，所述轴承保护套边缘扣接在所述轴承座上，所述搅拌桶外壁的凸缘和所述第一轴承设于轴承保护套之内，所述防护网罩固连于轴承保护套上表面，所述搅拌桶设于防护网罩之内。
较佳的，所述搅拌桶外壁还固连有导风罩，所述导风罩用于将气流导向之搅拌桶外壁。
较佳的，所述盘齿轮为人字齿或斜齿盘齿轮。
较佳的，第一轴承能够承受轴向力和径向力。
本发明还提供了一种制备半固态金属浆料的方法，包括：
S01：开启电源，启动驱动装置；
S02：将金属熔体倾倒至搅拌桶内；
S03：金属熔体被分流锥分开，在搅拌桶的带动下剪切棒开始转动，被分开的金属熔体被旋转的剪切棒反复捶打剪切；
S04：经捶打剪切后的金属熔体在重力作用下落至挡液伞表面，在挡液伞的离心力被甩至搅拌桶内壁；
S05：搅拌桶内壁上的金属熔体会被冷却降温至半固态；
S06：半固体金属熔体受到重力的影响流出出料口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：旨在利用剪切棒将大量浆料分成连续的小量浆液，并将小量浆液依次打碎并甩至搅拌桶侧壁快速冷却，避免为降温而反复的搅拌金属浆料而造成的卷入性缺陷。而且，经剪切棒打碎小量浆液，起到细晶强化的作用，经打碎的小量浆液能被搅拌桶侧壁快速冷却，进而在后续挤压成形过程中能有效降低晶间偏析的含量。本发明的一种半固态金属浆料制备方法，能制备出低卷入性缺陷的含量和低晶间偏析的含量的半固态金属浆料。
附图说明
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明的局部剖视图；
附图标记说明：
1.防护网罩，2.第一轴承，3.安装板，4.传动轴，5.同步轴，6.挡液伞，7.导风罩，8.剪切棒，9.分流锥，10.搅拌桶，11.轴承保护套，12.轴承座，13.第一齿轮。
具体实施方式
下面结合附图1-2，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
实施例1：
如图1-2所示，本发明提供的一种半固态金属浆料制备装置，包括：搅拌桶10、安装支架、分流锥9、多个剪切棒8和驱动装置，所述搅拌桶10外壁通过第一轴承2与所述安装支架连接，所述第一轴承2能够承受轴向力和径向力，搅拌桶10设有出料口，所述分流锥9设于搅拌桶10内，每个剪切棒8一端均固连于搅拌桶10内壁，每个剪切棒8另一端均与分流锥9侧壁连接，多个剪切棒8高低错落布置于搅拌桶10内，分流锥9的底面连接有挡液伞6，所述挡液伞6的边缘与搅拌桶10内壁留有间隙，所述驱动装置固连于所述安装支架上，驱动装置用于驱动搅拌桶10绕自身轴线转动，驱动装置与电源模块电连接。
现简述实施例1的工作原理：
开启电源，启动驱动装置，将金属熔体倾倒至搅拌桶10内。驱动装置驱动搅拌桶10转动，金属熔体被分流锥9分开，在搅拌桶10的带动下剪切棒8开始转动，被分开的金属熔体被旋转的剪切棒8反复捶打剪切，能够起到破碎枝晶和细化晶粒的效果。经捶打剪切后的金属熔体在重力作用下落至挡液伞6表面，在挡液伞6的离心力被甩至搅拌桶10内壁。由于搅拌桶10外壁受到风冷作用，搅拌桶10桶壁降温，因此搅拌桶10内壁上的金属流体会迅速传导降温至半固态。半固体金属熔体受到重力的影响流出出料口。
本发明一种半固态金属浆料制备装置旨在利用剪切棒8将大量浆料分成连续的小量浆液，并将小量浆液依次打碎并甩至搅拌桶10侧壁快速冷却，避免为降温而反复的搅拌金属浆料而造成的卷入性缺陷。而且，经剪切棒打碎小量浆液，起到细晶强化的作用，经打碎的小量浆液能被搅拌桶侧壁快速冷却，进而在后续挤压成形过程中能有效降低晶间偏析的含量。
实施例2：
在实施例1的基础上，为了获得足够大的扭矩，进一步细化传动装置及驱动装置。
如图1和2所示，其中，所述搅拌桶10外壁与所述安装支架间还设有安装板3和轴承座12，所述安装板3与安装支架固连，安装板3设有通孔，所述搅拌桶10的出料口穿过所述通孔向下延伸，所述轴承座12固定安装于安装板3上表面通孔处，所述搅拌桶10外壁固连有凸缘，所述凸缘通过所述第一轴承2与轴承座12连接。
如图1和2所示，其中，所述驱动装置包括传动轴4和动力源，所述传动轴4通过第二轴承连接于所述安装支架一侧，传动轴4一端通过第一齿轮与动力源齿接，所述动力源与电源模块电连接，搅拌桶10外壁还固连有盘齿轮，所述盘齿轮通过第二齿轮与传动轴4另一端齿接。
动力源通过第一齿轮驱动传动轴4，传动轴4通过第二齿轮和盘齿轮驱动搅拌桶10转动，安装支架通过安装板3支撑第一轴承座12，第一轴承座12通过第一轴承2支撑搅拌桶10。通过齿轮传动，能够传输足够大的扭矩，还能提升传动效率和响应速度。
实施例3：
在实施例2的基础上，由于平衡传动轴4在传动过程中会对搅拌桶10施加水平方向的单侧压力，为了防止旋转搅拌桶10在单侧压力下造成震动。
如图1和2所示，其中，所述驱动装置还包括同步轴5，所述同步轴5一端通过第三齿轮齿接于盘齿轮与第二齿轮相对的一侧处，同步轴5轴身通过第二轴承连接于安装支架与传动轴4相对的一侧处。
由于同步轴5固连在安装支架上与传动轴4相对的一侧，因此同步轴5通过第四齿轮齿对搅拌桶10起到支撑作用，以平衡传动轴4在传动过程中对搅拌桶10施加的水平方向的单侧压力，从而能够防止旋转搅拌桶10在单侧压力下造成震动。
作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述流变制浆模块还包括轴承保护套11和防护网罩1，所述轴承保护套11边缘扣接在所述轴承座12上，所述搅拌桶10外壁的凸缘和所述第一轴承2设于轴承保护套11之内，所述防护网罩1固连于轴承保护套11上表面，所述搅拌桶10设于防护网罩1之内。轴承保护套11和防护网罩1能够对操作者起到很好的保护作用。
作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述搅拌桶10外壁还固连有导风罩7，所述导风罩7用于将气流导向之搅拌桶10外壁。通过导风罩7能更高效将气流导向之搅拌桶10外壁，从而提升搅拌桶10桶壁的散热效率。
作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述盘齿轮为人字齿或斜齿盘齿轮。人字齿或斜齿盘齿轮传动更为稳定，能有效防止搅拌桶10上下窜动。
作为一种优选方案，如图1和2所示，其中，所述第一轴承2能够承受轴向力和径向力。能够同时承受轴向力和径向力的第一轴承2能防止搅拌桶10转动时发生振动。
本发明还提供了一种制备半固态金属浆料的方法，包括：
S01：开启电源，启动驱动装置；
S02：将金属熔体倾倒至搅拌桶10内；
S03：金属熔体被分流锥9分开，在搅拌桶10的带动下剪切棒8开始转动，被分开的金属熔体被旋转的剪切棒8反复捶打剪切；
S04：经捶打剪切后的金属熔体在重力作用下落至挡液伞6表面，在挡液伞6的离心力被甩至搅拌桶10内壁；
S05：搅拌桶10内壁上的金属熔体会被冷却降温至半固态；
S06：半固体金属熔体受到重力的影响流出出料口。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，包括：搅拌桶(10)、安装支架、分流锥(9)、多个剪切棒(8)和驱动装置，所述搅拌桶(10)外壁通过第一轴承(2)与所述安装支架连接，搅拌桶(10)设有出料口，所述分流锥(9)设于搅拌桶(10)内，每个剪切棒(8)一端均固连于搅拌桶(10)内壁，每个剪切棒(8)另一端均与分流锥(9)侧壁连接，多个剪切棒(8)高低错落布置于搅拌桶(10)内，分流锥(9)的底面连接有挡液伞(6)，所述挡液伞(6)的边缘与搅拌桶(10)内壁留有间隙，所述驱动装置固连于所述安装支架上，驱动装置用于驱动搅拌桶(10)绕自身轴线转动，驱动装置与电源模块电连接。
2.如权利要求1所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述搅拌桶(10)外壁与所述安装支架间还设有安装板(3)和轴承座(12)，所述安装板(3)与安装支架固连，安装板(3)设有通孔，所述搅拌桶(10)的出料口穿过所述通孔向下延伸，所述轴承座(12)固定安装于安装板(3)上表面通孔处，所述搅拌桶(10)外壁固连有凸缘，所述凸缘通过所述第一轴承(2)与轴承座(12)连接。
3.如权利要求2所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述驱动装置包括传动轴(4)和动力源，所述传动轴(4)通过第二轴承连接于所述安装支架一侧，传动轴(4)一端通过第一齿轮与动力源齿接，所述动力源与电源模块电连接，搅拌桶(10)外壁还固连有盘齿轮，所述盘齿轮通过第二齿轮与传动轴(4)另一端齿接。
4.如权利要求3所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述驱动装置还包括同步轴(5)，所述同步轴(5)一端通过第三齿轮齿接于盘齿轮与第二齿轮相对的一侧处，同步轴(5)轴身通过第二轴承连接于安装支架与传动轴(4)相对的一侧处。
5.如权利要求2所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述流变制浆模块还包括轴承保护套(11)和防护网罩(1)，所述轴承保护套(11)边缘扣接在所述轴承座(12)上，所述搅拌桶(10)外壁的凸缘和所述第一轴承(2)设于轴承保护套(11)之内，所述防护网罩(1)固连于轴承保护套(11)上表面，所述搅拌桶(10)设于防护网罩(1)之内。
6.如权利要求1所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述搅拌桶(10)外壁还固连有导风罩(7)，所述导风罩(7)用于将气流导向之搅拌桶(10)外壁。
7.如权利要求3所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述盘齿轮为人字齿或斜齿盘齿轮。
8.如权利要求1所述的一种半固态金属浆料制备装置，其特征在于，所述第一轴承(2)能够承受轴向力和径向力。
9.采用权利要求1所述的一种半固态金属浆料制备装置制备半固态金属浆料的方法，其特征在于，包括：
S01：开启电源，启动驱动装置；
S02：将金属熔体倾倒至搅拌桶(10)内；
S03：金属熔体被分流锥(9)分开，在搅拌桶(10)的带动下剪切棒(8)开始转动，被分开的金属熔体被旋转的剪切棒(8)反复捶打剪切；
S04：经捶打剪切后的金属熔体在重力作用下落至挡液伞(6)表面，在挡液伞(6)的离心力被甩至搅拌桶(10)内壁；
S05：搅拌桶(10)内壁上的金属熔体会被冷却降温至半固态；
S06：半固体金属熔体受到重力的影响流出出料口。
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| GR01 | Patent grant | ||
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