CN113981254A - 一种新型半固态搅拌制浆装置 - Google Patents
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Abstract
一种新型半固态搅拌制浆装置，属于金属材料加工技术领域，该装置包括电机与电机笼、主轴与联轴器、推力球轴承与风冷轴承罩、坩埚与导流罩和支架。电机主轴经联轴器与主轴相连，主轴为阶梯轴，通过推力球轴承与主支架相连，实现主轴的转动而主支架不转动；外支架布置一对轴套与支架中段的两轴配合，实现主轴的倾覆，坩埚与主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动及倾覆；主轴转动带动坩埚旋转，坩埚旋转时，其内部呈一定角度的非对称阶梯挡板剪切搅拌合金熔体，破碎枝晶、促进形核；在坩埚盖顶端开口并植入超声探头，可实现合金熔体搅拌/振动复合作用。本发明的一种新型半固态搅拌制浆装置旨在制备拥有大量细小均匀近球形晶粒的半固态浆料。
Description
技术领域
本发明涉及材料加工技术领域，主要用于铝合金半固态流变高压铸造、低压铸造、重力铸造等半固态浆料的制备。
背景技术
20世纪70年代，美国麻省理工学院D.B.Spencer和M.C.Flemings教授发明了一种通过剧烈搅动金属熔体从而获得一种含有球型或近球型固相的固-液混合物的铸造新工艺。在这种特定工艺条件下熔体的固相体积分数较高，这种现象是由于熔体中存在独特的球形微粒结构所决定的。由于熔体具有这一特殊的流变特性时处于固液相线内，即固相和液相混合的状态，为此研宄人员提出了半固态加工技术的概念。
半固态金属加工技术的概念可以概括为：液态金属在凝固过程中施加剧烈的搅拌，使普通铸造中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，最终得到一种液态金属母液中均匀悬浮着一定近球形固相颗粒的固-液混合浆料，从而制备成半固态浆料，该浆料经过压铸成为坯料或铸件。采用该技术生产的产品通常具有高质量、高性能和合金化的特点，与普通液态铸造相比具有许多明显的优势：1）铸件的凝固收缩减小，尺寸精度高、外观质量好，甚至可以实现近净成形；2）消除了常规铸件中的柱状晶和粗大树枝晶，内部气孔、偏析等缺陷少，组织致密，力学性能获得一定程度的提高；3）半固态成形温度比全液态成形温度低，对模具的热冲击小，提高了成形模具的使用寿命；4）简化铸造工序，降低能耗，改善劳动条件，可实现短流程生产。该技术已经在很多领域获得应用，可以生产出高性能、近净成形的部件。半固态金属加工技术被认为是21世纪最具发展前途的近净成形和新材料制备技术之一。
从发展趋势来看，一种可以推广应用的适用于流变成形的半固态浆料制备工艺应具备以下特征：1）浆料制备工艺高效、优质和低成本；2）浆料制备工艺能够与原有成形工艺和设备衔接，尽可能减少对原有成形设备结构的改动，实现半固态浆料直接成形；3）整个成形流程能够实现有效、精确的工艺控制，主要体现在温控和操作便捷方面；4）强的灵活性和通用性，既能制备高固相率的半固态浆料又能制备低固相率的浆料，以满足不同场合的需求，可与压铸、挤压铸造等工艺结合满足不同成形工艺的需求。目前，新开发的半固态浆料制备技术基本被美国、欧盟和日本所垄断，国内开发的具有应用前景的领先技术很少，因此为了尽快推动半固态应用技术在我国的应用，开发具有自主知识产权的半固态浆料制备技术及设备尤为重要。
发明内容
本发明涉及材料加工技术领域，目的在于提供一种新型半固态浆料制备装置，实现结构紧凑，灵活性强、占用空间小且移动方便，满足铝合金半固态流变高压铸造、低压铸造、重力铸造等半固态浆料的制备。该装置由电机与电机笼、主轴与联轴器、推力球轴承与风冷轴承罩、坩埚与导流罩、支架等组成。电机主轴经联轴器与设备主轴相连，主轴通过推力球轴承与支架相连。支架顶端的一对轴套与支架中段的两个轴相互配合，坩埚与设备主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动并可实现半固态浆料的倾倒。
本发明的目的是这样实现的：
底部电机笼手柄可与电缸以及液压缸、机械手等设备相连，实现自动化角度调整、限位、倾倒等动作。外支架两侧边缘处布置一对手柄，用于控制设备的移动。电机与电机笼通过螺栓连接，电机主轴经联轴器与设备主轴相连，主轴为阶梯轴，将其通过推力球轴承与主支架相连，能够实现主轴的转动而主支架不转动。外支架顶端布置一对轴套与支架中段两个轴相互配合，实现设备主轴的倾覆运动，坩埚与设备主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动以及倾覆。主轴转动带动坩埚旋转，实现离心搅拌，坩埚内部呈一定角度的非对称阶梯挡板有利于搅拌坩埚内的合金熔体，破碎枝晶促进形核，坩埚外部的导流罩能够降低坩埚的整体温度，使坩埚内合金的固相率得到保证，坩埚顶部设计的坩埚盖，避免高速旋转时铝液飞溅。离心式设计有利于简化整体结构，比搅拌杆式设计的搅拌效果更加优秀，能够获得大量细小均匀近球形的晶粒，此外可在坩埚盖顶端开口并植入一超声处理探头，进行超声/搅拌复合作用。风冷轴承罩的设计有利于降低设备主轴温度，保护电机。
传统搅拌设备进行半固态制浆时，很难使半固态金属液形成完整而复杂的流场，因此需要多维度的搅拌，以获得整体均匀的搅拌效果。本发明的新型半固态流变制浆装置，离心搅拌有利于合金流场内成分的层层交换，非对称阶梯挡板促进搅拌坩埚内的合金流场破碎枝晶，进而利于形核。离心式结构与搅拌杆式结构相比结构更简化且搅拌效果更优，能够获得大量细小均匀近球形的晶粒。在该制浆设备顶端开口设置一部超声振动头，即可实现该制浆设备离心剪切搅拌复合超声振动耦合作用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的导流罩示意图；
图3为本发明的风冷轴承罩示意图；
图4为本发明的坩埚示意图；
图5为本发明的外支架示意图；
图6为主支架示意图。
图1中的部件标号为：1坩埚，2导流罩，3主轴，4风冷轴承罩，5外支架，6主支架，7联轴器，8电机。
具体实施方式
一种新型半固态搅拌制浆装置，它包括电机、主轴、联轴器、风冷轴承罩、坩埚、导流罩、支架等。电机笼底部手柄可与外部设备相连，实现自动调整角度、限位、倾倒等动作。外支架两侧边缘处布置一对手柄，可以控制设备的移动。电机主轴经联轴器与主轴相连，将其通过推力球轴承与主支架相连，实现主轴的转动而主支架不转动。外支架顶端布置一对轴套与支撑架中段的两个轴配合，实现设备主轴的倾覆运动，坩埚与设备主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动以及倾覆。
Claims (8)
1.一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，搅拌制浆装置包括电机与电机笼、主轴与联轴器、推力球轴承与风冷轴承罩、坩埚与导流罩、支架等组成，电机主轴经联轴器与设备主轴相连，主轴通过推力球轴承与支架相连，支架顶端的一对轴套与支架中段的两个轴相互配合，坩埚与设备主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动并可实现半固态浆料的倾倒。
2.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，所述电机笼底部手柄可与外部设备相连，实现自动调整角度、限位、倾倒等动作。
3.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，所述主轴为阶梯轴，将其通过推力球轴承与主支架相连，能够实现主轴的转动而主支架不转动。
4.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，坩埚与设备主轴相连，受相关机构控制可以随主轴转动以及倾覆。
5.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，坩埚内部呈一定角度的非对称阶梯挡板有利于搅拌坩埚内的合金熔体，破碎枝晶、促进形核。
6.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，坩埚外部的导流罩能够降低坩埚的整体温度，使坩埚内合金的固相率得到保证。
7.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，坩埚顶部设计的坩埚盖，避免高速旋转时铝液飞溅。
8.根据权利要求1 所述的一种新型半固态搅拌制浆装置，其特征在于，风冷轴承罩的设计有利于降低设备主轴温度，保护电机。
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