CN1310724C - 流变成形装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种流变成形装置，可确保制造出来的产品具有细密、均匀的球形颗粒，同时具有提高能效、改善产品的机械性能、降低成品、便于成形、缩短处理时间等优点。该装置包括：一第一套管，其一端形成一个出浆口，用于排放浆料；一第二套管，用于盛装熔融金属，其一端与第一套管相通；一密封件，用于打开或关闭第二套管的上述一端；一搅拌单元，用于对第二套管施加电磁场；以及一柱塞，滑动插入第二套管的另一端，以对第二套管内制造的浆料施加压力。

Description

流变成形装置

技术领域

本发明涉及一种流变成形(rheoforming)装置，特别是涉及一种用于从半固态金属浆料制备具有细密、均匀的球形颗粒结构的预定产品的流变成形装置。

背景技术

固相和液相结合的金属浆料，即半熔融或半固态金属浆料(semi-molten or semi-solid metal slurries)，通常指通过流变成形和触变成形(thixoforming)的复合处理制备的中间物。半固态金属浆料是由在半固态的温度范围内按一定比率悬浮在液相中的固体颗粒构成的，因此由于其具有触变性，稍加施力就可以使其变形，由于半固态金属浆料具有高度的流动性，能够象液体一样很容易地进行铸造。

流变成形是指一种将具有特定粘度的半固态金属浆料通过成形或锻造制备坯料或最终产品的方法。流变成形与触变成形的关系十分密切，因此通常也被称作流变成形/触变成形。触变成形是指一种将流变成形制成的坯料再次加热，使其重新回到半熔融金属浆料的状态，并将该金属浆料通过成形或锻造制成最终产品的方法。

这里所说的流变成形/触变成形与普通使用熔融金属的成形方法，如铸造或挤压成形等相比具有很多优点。这是因为流变成形/触变成形中使用的金属浆料是在低于熔融金属温度下的液体，可以使模具与金属浆以低于熔融金属的温度接触，从而延长了模具的使用寿命。

此外，当浆料从圆柱筒体中挤出时，不容易发生紊流，因此减少了在成形过程中渗入的空气。因此，可以防止在最终产品内形成气泡。此外，使用半固态金属浆料还会减少在凝固过程中产生的收缩，从而提高了工作效率，改善了机械性能，增强了抗腐蚀性能，并减轻了产品的重量。因此，此种半固态金属浆料可以作为新材料在汽车、飞机、电气、电子信息通信设备等领域使用。

如上所述，流变成形和触变成形中都使用半固态金属浆料。具体说，在流变成形中使用通过某种特定的方法将熔融金属凝固成的半固态浆料，而在触变成形中使用通过再加热固态坯料而获得的半熔融态浆料。在本发明的说明书全文中，术语“半固态金属浆(semi-solid slurries)”是指在金属的液相线温度(liquidus  temperature)和固相线温度(solidustemperature)之间的温度范围内，即金属晶粒(crystalline particles)处于部分熔融部分固态的半固态温度范围内的固相液相混合的金属原料，或是指在流变成形过程中通过冷却熔融金属而获得的半固态浆料。

同时，现有的流变成形法，按照浆料的制备方法主要分为在熔融金属中生长晶核(crystalline nuclei)的晶核生成法(nuclei formation method)和破坏熔融金属中生长的晶枝(dendrites)的搅拌法(stirring method)。

在现有的晶核生成法中，由于熔融金属的浇注温度维持在一个很低的水平且冷却速率十分缓慢，晶核的形成和生长过程十分缓慢。因此大大延长了处理时间，不利于大规模生产。

现有的搅拌法中，熔融金属在冷却时通常在液线温度之下进行搅拌，以便将晶枝破坏，形成适合于流变成形的球形颗粒，例如，通过机械搅拌、电磁搅拌、气泡、低频、高频，或电磁波振动、电击搅拌，等等。

例如，美国专利3,948,650号公开了一种制备液-固混合物的方法和装置。这种方法是在熔融金属冷却凝固过程中将其剧烈搅拌。该专利中公开的制备半固态金属浆料的装置采用一个搅拌器使具有预定粘度的固-液混合物产生流动，从而破坏其中的晶枝结构或将破坏的晶枝结构散开。在这处方法中，冷却过程中形成的晶枝结构被破坏并作为球形颗粒的晶核。但是由于冷却初期形成的凝固层导致的潜热，该方法所带来的问题是冷却速率较低、处理时间较长、搅拌容器内温度分布不均，以及不均匀的晶体结构。半固态金属浆生产装置中使用金属搅拌不可避免地导致搅拌器内温度分布不均。此外，由于搅拌器是位于腔体内，后续工序难以连续不断地进行。

美国专利4,465,118号公开了一种制备半固态合金浆料的方法和装置。在一个电磁场发生单元内顺序地设置有一个冷却集管和一个模子。将熔融金属自模子的上位连续注入模内，同时模子被流经冷却集管的冷却水冷却。根据该专利中公开的方法，将熔融金属注入模子并在冷却集管中冷却，从而形成一个凝固区。当电磁场发生单元开始产生电磁场时，在冷却过程中晶枝结构被破坏。最终形成铸锭并从装置的下部将其取出。但是，由于该方法和装置的基本技术思想是在凝固后通过振动来破坏晶枝，在生产过程以及金属浆料结构中存在许多上述的问题。在生产装置中，由于是连续地注入熔融金属以形成铸锭，熔融金属的状态和整个过程很难控制。还有，在施加电磁场之前，模子是用水冷却的，因此模子的外围和中心区域之间存在具大的温差。

已知的其他类型的流变成形/触变成形技术将在下文中描述。但是，所有的方法都是基于这样一种技术思想：在成形后将其晶枝破坏，形成球形颗粒状的晶粒。因此，以上所述问题均由此产生。

日本专利中请特开平：11-33692公开了一种制备用于流变成形的金属浆料的方法。根据该方法，在接近液线温度或高于液线温度50℃的温度范围内，将熔融金属注入一个容器。然后，当至少部分熔融金属的温度降到了液线温度以下时，即当至少熔融金属的一部分已经开始通过液线温度时，对熔融金属施加外力，如超声波振动，并将其逐渐冷却成为含有球形颗粒的金属浆料。该方法也使用物理力，如超声波振动，来破坏冷却初期形成的晶枝。还有，如果浇注温度高于液相线，球形颗粒结构的形成和熔融金属的迅速冷却都变得十分困难。此外，该方法还导致不均匀的表面和内部结构。

日本专利申请特开平：10-128516号公开了一种制备用于铸造触变金属(thixotropic metal)的方法。该方法是将熔融金属注入容器并进行振动，方法是将振动棒浸入熔融金属，直接将振动力传送给熔融金属。在低于液线温度的温度范围内形成含有晶核的半固态和半液态熔融合金后，将该熔融合金冷却至某一温度，使其具有某一预定的液态分数(liquid fraction)，然后将其静置30秒-60分钟使晶核生长，由此得到触变金属。但是，该方法产生的晶核相对较大，约为100μm，处理时间较长，而且不能在大于预定尺寸的容器内进行。

美国专利6,432,160号公开了一种生产触变金属浆的方法。该方法同时控制熔融金属的冷却和搅拌。具体来说，将熔融金属注入搅拌容器后，启动位于容器周围的定子组件，生成足以迅速搅拌容器内熔融金属的磁通势。然后，利用设置于搅拌容器四周用于精确控制搅拌容器和熔融金属温度的热水套将熔融金属迅速冷却。在冷却过程中连续不断地对熔融金属进行搅拌，当熔融金属的固态分数较低时进行高速搅拌，当熔融金属的固态分数增加时，施加更强的磁通势。

上述的常规流变成形/触变成形方法和装置大都是在冷却过程中采用剪力破坏晶枝结构并使之成为金属颗粒结构。由于诸如振动力是在至少部分熔融金属冷却至其液线温度以下时施加的，由于在冷却初期形成了凝固层，生成了潜热。结果产生许多缺点，如冷却速率的降低和处理时间的延长。此外，由于窗口内壁与中心之间的温度分布不均匀，很难形成细密、均匀的球形金属颗粒。因此，如果对熔融金属的浇注温度不加控制，金属颗粒在结构上的均匀性将变得更糟。

同时，在上述的流变成形装置中，铸锭是由连续成形法制备的，通过成形处理将制备好的浆料直接制成产品十分困难。

由此可见，上述现有的流变成形装置仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决流变成形装置存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。

有鉴于上述现有的流变成形装置存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的流变成形装置，能够改进一般现有的流变成形装置，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有的流变成形装置存在的缺陷，而提供一种新型结构的流变成形装置，所要解决的技术问题是使其可以确保制成的产品具有细密、均匀的球形颗粒，同时还具有提高能效、改善机械性能、降低制备成本、成形更加方便，以及缩短处理时间等功效，从而更加适于实用。

本发明还提供一种流变成形装置，

本发明的另一目的在于，提供一种流变成形装置，所要解决的技术问题是使其可以在较短时间内制备产品，同时由于压力和能量的降低提高装置的各个组件耐用性，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种流变成形装置，其包括：一第一套管，其一端形成有一出浆口，用以排放浆料；一第二套管，用以盛装熔融金属，其一端与前述第一套管相通；一密封件，用以打开或关闭前述第二套管的一端；一搅拌单元，用以向前述第二套管施加电磁场；以及一第一柱塞，其滑动插入前述第二套管的另一端，用以挤压前述第二套管内制备的浆料。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的流变成形装置，其中所述的密封件是活动安装在前述第二套管与前述第一套管相通的一端的塞子。

前述的流变成形装置，其更包括一成形单元，安装于前述第一套管的前述出浆口之外侧，用以将前述出浆口排放的浆料形成预定产品。

前述的流变成形装置，其中所述的成形单元包括：一传送辊，用以传送前述出浆口排放的浆料；以及一冷却器，用以冷却前述传送辊传送的浆料。

前述的流变成形装置，其中所述的成形单元为一压制成形单元，其包括一压力模，该压力模通过压制由前述出浆口排出的浆料而形成预定产品。

前述的流变成形装置，其中所述的成形单元是一成形模，其包括一活动模和一固定模，以确定预定的一成形腔，使前述出浆口排出的浆料注入前述成形腔。

前述的流变成形装置，其更包括一第一温度控制单元，安装于前述第一套管四周，用以调节被压向前述出浆口的浆料的温度。

前述的流变成形装置，其更包括一第二温度控制单元，安装于前述第二套管四周，用以调节前述第二套管内盛装的熔融金属的温度。

前述的流变成形装置，其中所述的第二套管为非磁性材料制。

前述的流变成形装置，其中所述的第一套管呈圆筒形，并与地面平行，并且前述第二套管以相对于前述第一套管移动一预定角度的方式而与前述第一套管互相连接在一起。

前述的流变成形装置，其中所述的搅拌单元随前述第二套管一同移动。

前述的流变成形装置，其中所述的第二套管从前述第一套管分支出来，并且前述流变成形装置更包括一第二柱塞，其滑动插入前述第一套管的另一端，用以将前述第一套管内的浆料压向前述出浆口。

前述的流变成形装置，其中所述的第二套管的形状为从插入前述第一柱塞一端至与前述第一套管相通的一端逐渐扩大的喇叭形。

前述的流变成形装置，其更包括一电磁场控制单元，前述电磁场控制单元与前述搅拌单元电气连接，并以使前述第二套管在注入熔融金属之前向前述第二套管施加电磁场，当熔融金属内形成晶核后关闭电磁场的方式，对前述搅拌单元进行控制。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：

根据本发明的一个方面，提供了一种流变成形装置，其包括：一个第一套管，其一端设有一个用于排放浆料的出浆口；一个第二套管，用于盛装熔融金属，其一端与第一套管相通；一个密封件，用于打开或关闭第二套管的一端；一个搅拌单元，用于向第二套管施加电磁场；以及一个第一柱塞，滑动插入第二套管的另一端，挤压第二套管内制备的浆料。

密封件可以是一个可拆卸的安装在第二套管中与第一套管相通的一端的塞子。

上述成形装置还可进一步包括一个成形单元，其安装于第一套管的出浆口之外侧，将自出浆口排出的浆料形成预定产品。

这时，该成形单元可包括：一个传送辊，用于传送出浆口排出的浆料；以及一个冷却器，用于冷却传送辊传送的浆料。

上述成形装置可以是一个压力成形单元，包括一个压力模，通过对出浆口排出的浆料施加压力形成预定的产品。

上述成形装置可以是一个成形模，包括一个活动模和一个固定模，以限定一个预定的成形腔，使出浆口排出的浆料被挤入该成形腔。

上述流变成形装置还可进一步包括一个第一温度控制单元，安装于第一套管周围，用于调节被挤向出浆口的浆料的温度。

上述流变成形装置还可进一步包括一个第二温度控制单元，安装于第二套管周围，用于调节盛装在第二套管内的熔融金属的温度。

第二套管可由非磁性材料制成。

第一套管可以是圆筒形且与地面平行，而第二套管可以通过相对于第一套管移动一定的角度的方式与第一套管连接在一起。

搅拌单元可以随第二套管一同移动。

第二套管可以从第一套管分支出来，且流变成形装置可进一步包括一个第二柱塞，滑动插入第一套管的另一端，用于将第一套管内的浆料压向出浆口。

第二套管可以是由插入第一柱塞的一端向与第一套管相通的一端逐渐扩大的喇叭形。

上述流变成形装置还可以进一步包括一个电磁场控制单元，其与搅拌单元电气连接并以向第二套管注入熔融金属之前开始施加电磁场，当熔融金属内形成晶核后停止施加电磁场的方式控制搅拌单元。

借由上述技术方案，根据本发明的流变成形装置具有以下优点：

1、可制成具有均匀、细密球形颗粒结构的产品。

2、通过在熔融金属的液线温度之上进行电磁搅拌，可在短时间内在套管的内壁处形成更多的晶核，从而获得球形颗粒。

3、制成的产品具有提高的机械性能。

4、电磁搅拌的时间大大缩短，从而节省了搅拌能耗。

5、简化的整个处理过程和缩短的成形时间提高了生产率。

6、由于产品是由资料形成的，较压力成形成为可能。

7、由于产品是在较低压力下成形的，装置各部件的耐用性得到提高，同时能量损失和制备时间也减少了。

8、制成的浆料的上部可能会被氧化，但被氧化的部分与坯饼被一同除去，不参与成形，因此可获得高质量的产品。

综上所述，本发明特殊结构的流变成形装置，其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在结构上或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的流变成形装置具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的流变成形装置结构的示意图。

图2是图1所示的流变成形装置中使用的第二套管的剖面图。

图3～6是使用根据本发明的第一实施例的流变成形装置制备一种压出型材的顺序处理示意图。

图7是用于根据本发明的流变成形装置的温度分布曲线。

图8是根据本发明的第二实施例的流变成形装置结构的示意图。

图9～14是根据本发明的第三实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。

图15～17是根据本发明的第四实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。

图18～19是根据本发明的第五实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。

图20～21是根据本发明的第六实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。

图22是根据本发明的第七实施例的流变成形装置结构的示意图。

图23是根据本发明的第八实施例的流变成形装置结构的示意图。

图24是根据本发明的第九实施例的流变成形装置结构的示意图。

1：搅拌单元                   3：密封件

4：底部                       6：挤出单元

7：压制成形单元               8：成形模

11：电磁场发生线圈            12：空间

13：电磁场控制单元            14、15：支架

20：阻塞件                    21：第一套管

22：第二套管                  23：出浆口

24：入浆口                    25：注入孔

26：出浆                      28：注孔

30：开口                      31：塞子

41：第一温度控制单元          42：螺旋管

43：水套                      44：第二温度控制单元

45：冷却水管                  46：水套

47：电热线圈                  52：第一柱塞

53：第二柱塞                  54、55：压面

60：传送表面                     61：传送辊

62：喷淋式冷却器                 63：切刀

71、72：压力模                   81：活动模

82：固定模                       83：成形腔

84：浇口                         85a、85b：支撑板

S：金属浆料                      M：熔融金属

T：制浆区                        E：挤出物

B：坯饼                          P：产品

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的流变成形装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

根据本发明的流变成形装置利用半固态浆料制备具有预定形状的产品。

请参阅图1至图7所示，对本发明的第一实施例进行详细说明。图1是根据本发明的第一实施例的流变成形装置结构的示意图，图2是图1所示的流变成形装置中使用的第二套管的剖面图，图3～6是使用根据本发明的第一实施例的流变成形装置制备一种压出型材的顺序处理示意图，图7是用于根据本发明的流变成形装置的温度分布曲线。

在使用如图1至图7所示的本明第一实施例的装置进行流变成形的处理过程中，熔融金属M被注入一个第二套管22，形成半固态金属浆料S，然后在较低压力下将该浆料挤出。这种情况下，在熔融金属被完全注入第二套管22之前，通过电磁场对熔融金属M进行搅拌。也就是说，在熔融金属被完全注入第二套管22之前进行电磁搅拌，防止形成凝固层以及在初期形成晶枝。搅拌处理可使用超声波替代电磁场。

具体来说，向搅拌单元1环绕的第二套管22的预定部位施加电磁场之后，熔融金属被注入该第二套管。此时，电磁场已经有足够的强度使熔融金属在初期不能形成凝固层或晶枝。

请参阅图7所示，在浇注温度Tp下将熔融金属注入第二套管22。如上所述，在将熔融金属注入第二套管22之前，可对第二套管22施加电磁场。但是，本发明不受此限制，也可以在熔融金属注入第二套管的同时或其间进行电磁搅拌。

由于电磁搅拌是在熔融金属在完全注入第二套管22之前进行的，冷的第二套管22内壁附近的熔融金属在初期不会形成凝固层，从而使晶枝的生成变得困难。也就是说，因为熔融金属是在向第二套管22施加电磁场的时间注入第二套管22的，第二套管22的内壁与中心之间、以及第二套管22的上部与下部之间不会产生温差。因此，与常规技术不同，初期容器的内壁附近不会发生凝固。还有，同时会生成无数的微晶核(micronuclei)，因为第二套管22内的全部熔融金属被均匀迅速地降到了其液线温度以下。

通过在第二套管22注入熔融金属之前或同时施加电磁场第二套管22的中心部位及内壁附近的熔融金属得到有效地搅拌，而且热量在整个第二套管22内被迅速地传导。因此防止了冷却初期在第二套管22内壁附近形成凝固层。

此外，此种对熔融金属的有效搅拌包括热熔融金属与冷的第二套管22的内壁之间的对流传热，因此能够迅速地将熔融金属冷却。由于电磁搅拌的作用，熔融金属含有的颗粒在熔融金属注入第二套管22的同时被散布，并且在整个第二套管22内以晶核的形式均匀地散布。因此，冷却过程中没有导致第二套管22内温差的发生。但是，在常规技术中，当熔融金属与温度较低的容器内壁接触后，容器内壁处就会形成凝固层并生长成晶枝。

在本发明的说明中联系凝固潜热(solidification latent heat)的概念会使本发明的实质更为显然。也就是说，在冷却的初期，第二套管22内壁处的熔融金属没有凝固，因此也没有生成凝固潜热。相应地，将熔融金属冷却只需要释放与熔融金属的比热(specific heat)相当的热量，大约相当于凝固潜热的1/400。

因此，不会形成常规方法中常会出现的在冷却初期套管内壁处生成的凝固层和晶枝。第二套管22内的全部熔融金属可在注入熔融金属1～10秒内被均匀迅速地冷却。结果是整个第二套管22内的熔融金属内均匀地分布着无数晶核。核密度的增加降低了核间距离，这样就促成了球形颗粒，而不是晶枝的形成。

即使是在向第二套管22注入熔融金属的过程中施加电磁场，也会获得同样的效果。换句话说，在向第二套管22浇注熔融金属之前施加电磁场促使第二套管22内壁处的凝固层的形成变得困难。

优选的方案是将熔融金属的浇注温度Tp限制在其液线温度至液线温度之上100℃(熔融过热(melt superheat)＝0～100℃)的范围内。如上所述，由于第二套管22内整个熔融金属是均匀冷却的，没有必要在第二套管22内注入熔融金属之前将熔融金属冷却至其液线温度附近，并且熔融金属可以具有高于液线温度100℃的高温。

另一方面，在常规的方法中，向容器内注入熔融金属完成后，向容器施加电磁场，而此时熔融金属的一部分降到了其液线温度之下的温度。相应地，在冷却初期，由于容器内壁附近形成了凝固层，因此生成了潜热。因为凝固潜热大约是熔融金属比热的400倍，需要很长的时间才能将整个熔融金属的温度降至液线温度。因此，在此种常规方法中，为了缩短处理时间，熔融金属在冷却至液线温度附近或高于液线温度50℃后，通常被注入一个容器。

根据本发明，如图7所示，当第二套管内至少部分熔融金属的温度降到了液线温度T₁之下以后的任何时刻，即当已经形成预定数目的晶核并且固体组分约为0.001之后，都可以停止电磁搅拌。也就是说，当第二套管22内的熔融金属降到了其液线温度附近或第二套管22内的熔融金属内均匀形成了晶核之后，就可以停止电磁搅拌了。

关于熔融金属的半固态金属浆内的核密度问题，当熔融金属的固态分数(solid fraction)超过0.0001(10^-4)时，熔融金属内的成核作用就被停止，而与熔融金属采用的金属或合金材料的类型无关。同时，熔融金属固态分数水平达到0.0001时，测量十分困难。因此，为了生产一种商业上可行的半固态金属浆料，熔融金属的固态分数达到0.001之后，就没有必要进行熔融金属的成核作用了。即使是关于生产率的问题，固态分数以0.001或更高为佳。

同时，可通过仅在熔融金属晶核中晶核形成期施加电磁场充分地增加熔融金属内的核密度。即使对熔融金属施加较长时间的电磁场，也可以制备半固态金属浆料。但是，考虑到能效的问题，当熔融金属的固态分数超过0.1时仍然施加电磁场的做法是不好的。还有，半固态金属浆在结构上会变粗，并且会延长处理时间

可以向第二套管22内的熔融金属M持续地施加电磁场，直至熔融金属的冷却处理，且在进行后续的压制处理，如成形处理之前停止施加电磁场。

因此，电磁搅拌可至少持续到第二套管22内的金属的固态分数为0.001～0.7为止。即，当第二套管22内的金属的固态分数为0.001～0.7时，可以停止电磁搅拌。但是，考虑到能效方面的问题，优选方案是将电磁搅拌持续到第二套管22内的金属的固态分数为0.001～0.4时为止，而最优方案是0.001～0.1。

当熔融金属被完全注入第二套管22之前通过电磁搅拌形成均匀的晶核之时，将第二套管22冷却以促进晶核的生长。这种情况下，冷却处理可以和向第二套管22注入熔融金属同时进行。还有，在冷却过程中可以持续地施加电磁场。也就是说，可以在第二套管施加电磁场的期间进行冷却处理。因此，第二套管22内制备的半固态金属浆可以被直接在后续处理(即成形处理)中使用。上述冷却处理可以由一个单独的第二温度控制单元44完成，也可以采用空气自然冷却。

这种冷却处理可一直进行到后续处理之前，如压制和成形处理，而更佳方案是一直进行到金属的固体分数达到0.1～0.7，即图7中的时间t₂。具体来说，当由半固态金属浆S制成的产品具有较薄的厚度和复杂的形状时，将冷却处理进行到熔融金属的固态分数达到0.1(通过试验)，使熔融金属大致处于液相。还有，有必要增加半固态金属浆S在模子内所需要的凝固时间，从而提高浆料进入模子的注入速率(insertion rate)。另一方面，当由半固态金属浆S制成的产品具有较厚的厚度和简单的形状时，将冷却处理进行到熔融金属的固态分数达到0.7，使熔融金属大致处于固相。

当浆料制备中采用的金属固态分数为0.1～0.7时，不论金属的种类或金属的合金材料如何，均可以制备熔融金属制成的浆料制备的任何形状的产品。固态分数为0.1～0.7的浆料的制备仅发生在向第二套管22注入浆料起的30～60秒内。因此，为了在60秒内由熔融金属制备浆料，较佳的方案是在金属的固态分数达到0.1～0.7之前进行冷却处理。

可以将熔融金属以0.2～5.0℃/秒的速率冷却。该冷却速率可以是0.2～2.0℃/秒之间的任何数值，取决于对晶核分布和颗粒大小的要求。

如果熔融金属的冷却速率小于0.2℃/秒，熔融金属内的晶核会过度生长，从而增加制浆时间。从而降低生产率和机械性能。有鉴于此，有必要将熔融金属的冷却速率设定为0.2℃/秒或更高。一般地，优选方案是增加熔融金属的冷却速率，因为这样做会缩短制浆时间和提高能效。但是，如果熔融金属的冷却速率超过了0.5℃/秒，熔融金属内会形成晶枝并在冷却期间凝固。

同时，当熔融金属中形成的晶核之间的距离较大时，通过在0.2℃/秒的相对较低速率下将熔融金属冷却会使晶核生长到较大尺寸。另一方面，当装有熔融金属的第二套管2的截面积较小时，即使在0.5℃/秒的相对较高的冷却速率下也能够使熔融金属内生长足够的晶核。

在此，注入第二套管22的熔融金属的晶核形成取决于熔融金属注入第二套管22时的温度，即浇注温度。浇注温度可以用液线温度起熔融金属的加热程度表示，如液线温度以上100℃。加热温度对从第二套管22浇注熔融金属到晶核形成的各个步骤都有重大影响。

另一方面，熔融金属内的晶核形成之后直至模子内半固态金属浆凝固进行的晶体生长受到熔融金属制成的产品的厚度的影响。因此，施加电磁场的晶核形成完成之后的晶核生长冷却速率取决于将熔融金属注入第二套管22为了晶核形成而对熔融金属的加热程度和浆料制成的产品的厚度。也就是说，当熔融金属的加热程度是恒定的且产品的厚度是给定的，待注入模子的浆料的冷却速率也随之确定了。

当熔融金属的加热程度较高时，熔融金属内形成的晶核的数量就会减少。有鉴于此，有必要减缓入第二套管的熔融金属的冷却速率。另一方面，当熔融金属的加热程度较低时，熔融金属内形成的晶核数量就会增加。有鉴于此，有必要提高熔融金属的冷却速率，从而降低浆料的颗粒尺寸。

因此，当熔融金属的冷却速率为0.2～5.0℃/秒且熔融金属在注入第二套管时的温度在其液线温度至液线温度以上100℃的范围内时，可以制备能够用于铸造工业的或具有预定固态分数的半固态金属浆。制成的半固态金属浆可直接进行压力成形，以形成预定产品。

根据上述处理过程，可在较短时间内制备半固态金属浆。也就是说，熔融金属注入第二套管22之后的制备固态分数为0.1～0.7的浆料所需要的时间(t₂)只有30～60秒。由此制成的浆料可用于形成具有均匀、致密的球形晶状结构的产品。

请参阅图1至图6所示，对采用上述半固态浆料制备过程的流变成形装置进行说明如下：

如附图1～6所示的流变成形装置是立式的，其包括用于施加电磁场的搅拌单元1和一个长圆筒形的套管。套管被分为用于注射的第一套管21和用于电磁搅拌的第二套管22。

第二套管22呈细长圆筒形，其两端是开放的。由于第二套管22具有一个垂直轴向，其可以由垂直轴向移动至水平轴向。第二套管22处于垂直轴向时，其上端形成一注入孔25，与注入孔25相对的下端形成一出浆口26。第二套管22盛装来自注入孔25的熔融金属M。

第二套管22内的熔融金属制成的半固态金属浆料由出浆口26排出。还有，第二套管2可以形成自注入孔25至出浆口26逐渐变大的喇叭状。也就是说，第二套管22的内径可沿着半固态金属浆的排放方向逐渐增加。

用于向第二套管22内的熔融金属施加电磁场的搅拌单元1安装于第二套管22四周。搅拌单元1固定在第二套管22之上，随第二套管22的移动而移动。

作为密封件3的平板塞子31安装在第二套管22的出浆口26。塞子31与驱动装置(图中未示)连接，且可以由与第二套管相同的材料制成。如图1所示，当第二套管22的注入孔25面向上时，塞子31将第二套管22的出浆口26密封。在这种状态下，塞子31形成一个第二套管22的制浆区T的底部4，其中含有熔融金属，从而允许第二套管22作为一个容器盛装熔融金属。

当塞子31由于第二套管22处于水平放置而被移去时，第二套管22的出浆口26被打开，用于自出浆口26排放第二套管22内形成的半固态金属浆。塞子31可为门形，其一端与第二套管22的出浆口26铰接。可选地，塞子31由两部分组成，这两部分可互相分开，形成出浆口26打开的状态。对塞子31的形状没有限制，只要第二套管22的出浆口26能够打开和闭合即可。

请参阅图2所示，第二温度控制单元44可进一步安装于第二套管22四周。第二温度控制单元44将第二套管22内的熔融金属或第二套管22内制备的半固态金属浆料冷却。第二温度控制单元44包括一个水套46，内有冷却水管45。

水套46同轴环绕安装于第二套管22四周。冷却水管45可埋入第二套管22。可使用任何类型的冷却器，只要能够冷却第二套管内的熔融金属即可。

第二温度控制单元44包括一个电热线圈47，当作加热器。电热线圈47可呈螺旋形环绕安装于水套46之外侧。当然也可以使用除了电热线圈47以外的任何类型的加热器。

对第二温度控制单元44没有结构上的特别限定，只要第二温度控制单元44能够调节第二套管22内的熔融金属或半固态金属浆的温度即可。利用第二温度控制单元44以适当的速率将第二套管22内的熔融金属冷却。第二温度控制单元44可环绕整个第二套管22安装，或环绕熔融金属所在的制浆区T安装。制备具有预定固态分数的半固态金属浆料时，第二套管22内的熔融金属可在没有第二温度控制单元44的帮助下自然冷却。

具体来说，第二温度控制单元44可冷却第二套管22内的熔融金属，直到熔融金属的固态分数达到0.1～0.7。以0.2～0.5℃/秒的速率，优选0.2～2.0℃/秒的速率进行冷却。

通过第二温度控制单元44进行的冷却可在搅拌单元1的电磁搅拌完成之后进行，或者与电磁搅拌无关，即在电磁搅拌期间进行冷却。此外，还可以在浇注熔融金属的同时进行冷却。

同时，在搅拌单元1内，设有一环绕搅拌单元1所确定的空间12的电磁场发生线圈11。空间12和电磁场发生线圈11可通过一分隔架(图中未示出)固定。电磁场发生线圈11向置于空间12内的第二套管22施加预定强度的电磁场。这样，第二套管22内的熔融金属被电磁搅拌。对电磁场发生线圈11没有特别的限制，只要电磁场发生线圈11能够用于普通的电磁搅拌即可。还可以使用超声波搅拌器。

电磁场发生线圈11可环绕第二套管安装并与第二套管外表接触。通过使用电磁场发生线圈11，熔融金属在被注入第二套管22时可以被充分地搅拌。如图3所示，当第二套管22移动时，搅拌单元1可随第二套管22一同移动。尽管未在图中示出，应当明白只有第二套管22可以在电磁场发生线圈11固定的情况下移动。

电磁场发生线圈11与一电磁场控制单元13电气连接，对搅拌单元1施加的电磁场进行控制，请参阅图1和图3～6所示。电磁场控制单元13可以包括一个控制元件。该控制元件包括一个开关(图中未示出)，决定是否接通电源或电磁场控制(图中未示出)，通过调节电压、频率和电磁力对电磁场进行控制。也就是说，电磁场控制单元13控制电磁场的强度和时间。

电磁场控制单元13操作电磁场发生线圈11，使熔融金属自注入第二套管22之前开始，第二套管22就暴露于电磁场中，其强度之大，使熔融金属内没有在初期形成凝固层和/或晶枝。还有，电磁场控制单元13控制电磁场发生线圈11，使第二套管22的电磁场当熔融金属达到其液线温度，即当熔融金属形成晶核时停止。

采取这种方式，电磁场发生线圈11受到电磁场控制单元13的控制。如上所述，电磁场的施加可一直维持到制备的半固态金属浆料被压制为止。但是，考虑到能效的问题，可以在浆料制成之前一直施加电磁场，即，直至浆料的固态组态达到0.001～0.7。较佳方案是，将电磁场施加至浆料的固态分数达到0.001～0.4，且最好是0.001～0.1。可通过试验比较熔融金属的测得温度和相对应金属材料的相位图中的温度确定达到这些固态分数水平所需要的时间。

请参阅图1所示，第一套管21和第二套管22具有铰接在一起的相对的两端。第二套管22可在预定角度内移动，最好是对第一套管1而言90度以内进行。第二套管22可安装在搅拌单元1确定的空间12之内，使其与电磁发生线圈11同轴。

第一套管21和第二套管22可由金属材料或例如是陶瓷之绝缘材料制成。最佳方案是，第一套管21和第二套管22由熔点高于熔融金属M的熔融温度的材料制成。第一套管21和第二套管22还可由非磁性材料制成。

特别是，第二套管22可由非磁金属或绝缘材料制成。因此，当第二套管22施加电磁场时，第二套管22不会导致感应热和热量的生成，这对于第二套管22内熔融金属的冷却十分有帮助。还有，熔融金属的冷却可与第二套管22内注入熔融金属同时开始。当第二套管22是由非磁性金属材料制成时，较佳方案是使用熔点高于熔融金属温度的材料。

当第二套管22的温度升高至熔融金属的熔融温度时，第二套管22存在熔化的危险。基于此原因，第二套管22的温度不能升到熔融金属的熔融温度。就此而言，当在浇注熔融金属后立即向第二套管施加电磁场时，由于第二套管22和熔融金属之间存在较大温差，与第二套管22内壁接触的熔融金属会立刻形成晶枝。

同时，第一套管21为圆筒形且与地面平行，而第二套管22可以相对于第一套管21与第二套管22连接的一端以预定的角度进行移动。在这种结构中，如后面将要说明的，第二套管22对应制浆区T盛装熔融金属并通过电磁搅拌制备浆料，并且第一套管21对应一个对制成浆料压制成形的区域。

也就是说，第二套管22的作用相当于一个利用熔融金属制备半固态浆料的浆料制备容器，而第一套管21的作用相当于一个将制成的浆料压制成形的成形模。在此，第一套管21和第二套管22的两端都没有必要打开。对于第一套管21和第二套管22在结构上没有特别的限定，只要第一套管和第二套管连接在一起，并且第二套管22制成的半固态金属浆料S移至第一套管21内，然后从第一套管21排出。

具体来说，第一套管21为两开端开放的细长圆筒，并且沿水平轴方向固定安装。第一套管21的直径与第二套管22的直径相同。在第一套管21的一端安装有一阻塞件20，阻塞件20上设有一具有预定形状的出浆口23。半固态浆料S通过出浆口23从第一套管排出。出浆口23位于第一套管21与第二套管22连接的一端相对的另一端。

在出浆口23的下游安装有一个包括挤出单元6的挤出装置。挤出单元6的目的是作为一个成形单元利用出浆口E排出的浆料形成一挤出物E，该挤出物E是一种具有预定形状的产品。挤出单元6安装在第一套管21的出浆口23之外侧。

挤出单元6包括一传送辊61传送挤出的浆料。若干喷淋式冷却器62将第一套管21的出浆口23排出的浆料冷却，安装在传送辊61的传送表面60之上。切刀63安装于第一套管21的出浆口23之外侧，作上下运动，切断出浆口23排出的半固态浆料S。切刀63的安装方式是使切刀63的刀刃向下。当出浆口23排出的浆料达到了预定长度，切刀就会通过向下运动的方式将排出的浆料切断。

在挤出单元6中，半固态金属浆料通过传送辊61传送，冷却器62冷却，并被切刀63切成预定长度的挤出物E，为线材或板材。

由于出浆口23排出的浆料被传送到挤出单元6，第一套管1的出浆口23决定了从出浆口23排出的浆料S的形状。出浆口23的形状可由安装在出浆口23下游的挤出单元6内形成的挤出物E的形状决定。也就是说，如以后的描述，由于浆料S是由出浆口23排出并被传送至挤出单元6，排出的浆料的形状起初由出浆口3决定。有鉴于此，出浆口23的形状根据挤出单元6内待形成的挤出物的形状决定的。如果出浆口23挤出的挤出物为线形材料，可使用圆形出浆口，如果挤出物为板材，可使用矩形出浆口。

同时，第一套管21的与出浆口23相对的另一端设有一入浆口24。出浆口23和入浆口24之间同轴相通。入浆口24具有与第二套管22的出浆口26相配的形状，以便于与出浆口26同轴相通。因此，第二套管22内制备的浆料S通过入浆口24由出浆口23排出。

第一套管21可形成由入浆口24到出浆口23逐渐变大的喇叭形状。也就是说，第一套管21的直径沿着浆料排放的方向(即入浆口至出浆口的方向)逐渐增大。因此，第一套管21的内径可以与第二套管22的直径相同或更大一些。

请参阅图1和图3～6所示，第一温度控制单元41可环绕第一套管21安装。第一温度控制单元41通过调节第一套管内预定区域的温度来调节第一套管21内半固态浆料S的温度。也就是说，第一温度控制单元41是用以防止第一套管21内挤压的半固态浆料S过快地冷却。有鉴于此，第一温度控制单元41具有预定的热保温功能。

具体来说，第一温度控制单元41包括一水套43，内含螺旋管42。水套43环绕同轴安装于第一套管21的外部。通过适当调节流过螺旋管42的介质的温度，可以对第一套管内浆料的温度进行调节。

螺旋管42还可埋入第一套管21。可以使用任何能够对第一套管22内的浆料进行温度调节的温度控制单元都可以使用。还可使用一个电热器(图中未示出)作为第一温度控制单元41。

同时，一第一柱塞52作为压力装置滑动安装于第二套管22的注入孔25内。第一柱塞52与一单独的圆柱单元(图中未示出)连接，该圆柱单元又顺次与一控制器(图中未示出)连接，第一柱塞52可以在第一套管21和第二套管22内象活塞一样往复运动。在此，第一柱塞52的前端是压力面54，可以是一个与第一柱塞52移动方向垂直的平坦表面。

当第二套管22内制备好浆料后，第一柱塞52由第二套管22的注入孔25插入，将第二套管22的注入孔25堵塞。插入第二套管22的注入孔25的第一柱塞52随第二套管22同时移动，从而防止浆料由第二套管的注入孔25流出。当第二套管22的出浆口26与第一套管21的入浆口24通过移去塞子31而相通时，第一柱塞52将第二套管22内的浆料推向第一套管21的出浆口23。因此，浆料由出浆口23传送到挤出单元6的传送辊61的传送表面60上。

换句话说，当第二套管22暴露于电磁场下且第二套管内的熔融金属被冷却时，即当半固态浆料在第二套管22内由熔融金属制成后，第一柱塞从第二套管22的注入口25移除，请参阅图1所示。当第二套管22内制备浆料后，第一柱塞52被插入注入孔25并将第二套管22内的浆料推动。第一柱塞52与第二套管22一同移动，并将浆料推向第一套管21。

可在第一套管21和第二套管22内分别安装一个热电偶(图中未示出)并与一控制器连接，用以向控制器提供熔融金属和浆料的温度信息。

同时，浇注单元51被用来将熔融金属浇入第二套管22。浇注单元51可以是一个与控制器(图中未示出)电气连接的普通铸勺。此外，可使用任何浇注单元，如将金属物料熔融的炉子，直接与第二套管22连接，只要熔融金属能够注入第二套管22即可。

现将根据本发明第一实施例的流变装置的操作进行详细说明如下：

请参阅图1所示，首先，第二套管22相对第一套管21移动一定角度，最好是90度，使第二套管22的注入口25的面向上。同时，第二套管22的出浆口24被塞子31封堵，使第二套管22成一个接受熔融金属的容器中。

接着，电磁场控制单元13对搅拌单元1的电磁场发生线圈11进行操作，使空的第二套管22暴露于电磁场中，其强度使待浇注熔融金属在早期阶段不会形成凝固层或晶枝。

此时，电磁场发生线圈11可在250V、60Hz下施加强度为500高斯的电磁场，但不限于此。电磁场强度可以根据处理条件进行适当地调节。

在这种状态下，在一单独的炉内的熔融金属M通过例如是铸勺的浇注单位51而被注入处于电磁场下的第二套管22。在此，为了促进注入第二套管22的熔融金属形成半固态浆料S，以及防止熔融金属通过第二套管22的出浆孔26和塞子31之间的空隙溢出，半固态浆料的固态分数相对有所增加。

炉子和第二套管22也可以互相直接连接在一起，使熔融金属直接注入第二套管22。如上所述，熔融金属可以具有一个高于其液相温度100℃的温度。第二套管22可与一单独的供气管相连(图中未示出)，用以提供隋性气体，如N₂和Ar，从而防止熔融金属的氧化。

采用这种方式，当熔融金属在电磁搅拌下被注入第二套管22时，细密的晶料分布于整个第二套管22中，在初期没有形成凝固层。晶体颗粒长成十分迅速，从而防止了晶枝结构的形成。

通过电磁场发生线圈11施加电磁场可与将熔融金属注入第二套管22同时进行。

电磁场可一直保持，直至第一柱塞52开始对半固态浆料加压为止，即浆料的固态分数在0.001～0.7范围内，并以0.001～0.4为较佳，而以0.001～0.1为最佳。完成这些固态分数水平所需要的时间可以由前面的试验确定。施加电磁场就是在如此确定的时间内进行的。

在施加电磁场完毕后或过程中，第二套管22内的熔融金属以预定速率冷却，直至熔融金属的固态分数为了制备半固态浆料而达到了0.1～0.7。

在这种情况下，可通过安装在第二套管22周围的第二温度控制单元44将冷却速度调整为0.2～5.0℃/秒，并以0.2～2.0℃/秒为佳。当然，也可进行自然冷却。达到固态分数0.1～0.7所需要的时间(t₂)可由以前的试验确定。

第二套管22内由熔融金属制备的半固态金属浆料的固态分数应达到使第二套管22的出浆口26以及出浆口26与入浆口24连接在一起时的第一套管21的入浆口24不能有熔融金属的溢出。

当第二套管22内制备半固态金属浆料后，第一柱塞52插入第二套管22的注入口25。

请参阅图3所示，这种状态下，当第二套管22移动90度角度后，第二套管22的出浆口26与第一套管21的入浆口24通过塞子31连接到一起。此时，第一柱塞52随第二套管22一同移动。

然后，移去作为密封件的塞子31，使出浆口26与入浆口24连通。

请参阅图4所示，在这种状态下，第一柱塞52将第二套管22内的浆料S推动向第一套管21的出浆口23推动，迫使浆料S由出浆口23进入挤出单元6。

在对第一套管21的施压过程中，浆料的温度可通过第一温度控制单元41保持在预定水平。

请参阅图5所示，由出浆口23排出的浆料由传送辊61传送，同时被挤出单元6的冷却器62迅速冷却，并被位于出浆口23之上的切刀63分割，形成具有预定形状的挤出物E。

请参阅图6所示，挤出物E被传送辊61传送至收集单元(图中未示出)。另一方面，在第一柱塞52回复至初始位置并且第二套管22回复到90度角的位置以便打开第一套管21的入浆口24之后，第一套管21内的留下的坯饼(biscuit)B被另一顶出单元(图中未示出)移除。

请参阅图1所示，坯饼B被移除之后，重复上述处理过程，将熔融金属注入第二套管22。由此可以获得细密均匀的挤出物E。

如上所述，根据本发明的第一实施例，可以在短时间内，在熔融金属液线温度以上，通过搅拌显著增加第二套管内壁处的晶核密度获得球形颗粒。因此，可以在第二套管22内制备细密、均匀的球形颗粒。结果是缩短了操作时间，从而降低了能耗。即使第二套管22采用非对称的形状而非圆柱形，也可以制备细密、均匀球形颗粒的半固态浆料。

还有，由于第二套管22内的半固态金属浆料是通过第一套管21传送至挤出单元6的，可以在较低压力下获得高质量的挤出物E。因此，可以避免功率损失并且可以缩短操作时间。同时，还可以防止由于对浆料施压而导致的各个组成元件使用寿命的缩短并降低能耗。因此，可以在较短时间内连续制备具有细密均匀结构的挤出物E。

还有，由于提高了能效，从而可以降低生产成本和提高挤出物的机械性能。此外，由于挤出物E可以很方便地在较短时间内制备，整个制备过程得到了简化，提高了生产率。

同时，浆料中的暴露于空气的一小部分可能会被氧化：请参阅图5和图6所示，根据本发明，由于制备浆料用的第二套管22是竖直安放的，浆料的上部被氧化。浆料中被氧化的部分被留在了坯饼B中，不会被传送至挤出单元6。由于坯饼B是要被除去的，被氧化的部分也随坯饼B被一同除去。因此可以获得高质量的挤出物E。在第一实施例中，熔融金属通过注入孔25注入，而注入孔25是第二套管22的一端，并且第二套管22内的半固态浆料S被插入注入孔25的第一柱塞52的压力。但是，根据如图8所示的本发明的第二实施例，由第二套管22分支出一个独立的注孔28，并且熔融金属是由注孔28注入第二套管22的。在这种结构中，第一柱塞52可永久性地插入第二套管22的注入孔25。第二套管22和第一柱塞52的这种结构可适用于以后所述的所有实施例。

请参阅图9～14所示，是根据本发明的第三实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。为上述的流变成形装置提供一个压制成形单元7就可以将该流变成形装置作为压制成形装置使用。该压制成形单元7安装在第一套管21的出浆口23之外侧，取代利用出浆口23排出的浆料形成挤出物E的挤出单元6。压制成形单元7包括压力模71和72，并利用第一套管21的出浆口23排出的浆料形成形状与压力模71和72所规范的形状相符的产品。

在根据本发明的第三实施例的流变成形装置中，首先，由注入第二套管22的熔融金属M制备浆料，如图9所示。然后通过移动第二套管22，使第二套管22的出浆口26与第一套管21的入浆口24连接到一起，如图10所示。然后，移去密封件3，从而将第二套管22的出浆口26打开，使出浆口26与第一套管21的入浆口24相互联通。

在这种状态下，第一柱塞52将第二套管22内的浆料推向第一套管21的出浆口23。此时，可通过安装于第一套管21周围的第一温度控制单元41保持浆料的温度。如图12和图13所示，由第一套管21的出浆口23排出的的浆料，通过压力模71和72的压制成预定形状并被位于出浆口23之上的切刀63分割，形成产品P。

在第一柱塞52回复至初始位置并且第二套管22回复到90度角的位置以便打开第一套管21的入浆口24之后，第一套管21内的留下的坯饼B被另一顶出单元(图中未示出)移除，如图14所示。坯饼B被移除之后，重复上述处理过程，将熔融金属注入第二套管22，如图9所示。由此可以获得细密均匀的产品P。

正如第一实施例，根据本发明的本实施例，由于熔融金属是以浆料的形式进行压制成形，可在较低压力下获得高质量的产品P。结果是降低电能消耗和缩短了操作时间。

尽管制备的浆料的上部可能会被氧化，但是被氧化的部分随同坯饼B被一同除去，不参与成形。因此可以获得高质量的产品

请参阅图15～17所示，是根据本发明的第四实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。本发明的流变成形装置可以作为具有一成形模(forming die)8的压铸(die-casting)装置。也就是说，根据本发明第四实施例的流变成形装置包括安装在出浆口23之外侧的成形模8。成形模8包括互相配合的一活动模81和一固定模82。当活动模81和固定模82相互配合时，形成一具有预定形状的成形腔83。固定模82上形成有浇口84，引导浆料进入成形腔83。浇口84与第一套管21的出浆口23相通。出浆口23排出的浆料S被引向成形腔83。

活动模81和固定模82分别被支撑板85a和85b支撑，支撑板85a和85b固定在整个设备(图中未示出)上。当成形完成后，活动模81与固定模82分开，并且将成形腔83内形成的模铸件移走。

在根据本发明的第四实施例的流变成形装置中，首先，将注入第二套管22的熔融金属M制成浆料，如图15所示。然后，将第二套管22与第一套管21连接，如图16所示，并移去密封件3，打开第二套管22的出浆口26，如图17所示。

在此状态下，第一柱塞52将第二套管22内的浆料推向第一套管21的出浆口23。然后，由第一套管21的出浆口23排出的浆料被导向成形模8。此时，浆料S通过成形模8的浇口84被压入成形腔83并迅速冷却，以形成与成形腔83的形状相对应的模铸件，如图17所示。当成形完成后，活动模81与固定模82分离。此时可将模铸件由成形腔83移去。

正如第一实施例，根据本发明的本实施例，由于熔融金属是以浆料的形式进行压铸，可在较低压力下获得高质量的模铸件。结果是降低电能消耗和缩短了操作时间。还有，由于低温的浆料是在较低压力下压入成形模8的，可防止成形模8使用寿命的缩短。此外，由于制成的浆料的上部可能被氧化，但并不进入成形模83，可以获得高质量的产品。

请参阅图18和图19所示，是根据本发明的第五实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。根据本发明的第五实施例，上述流变成形装置还可以按照本发明的第五实施例进行改进，第一套管21在竖直方向上安装。第二套管22安装在第一套管21上，使第一套管21的入浆口24与第二套管22的出浆口26同心相通。因此，第一套管21与第二套管22的下端相连接。第二套管固定安装在支架14和15上。

这里，每个第二套管22和第一套管21的内表面可以沿向下的方向形成喇叭状，这样第二套管22内形成的半固态金属浆料S可以借助自身的重力下落。还有，在第一套管21的出浆口23之外侧还安装有例如是成形模8的成形单元。图18中仅显示了成形模8，但本发明不限于此。还可以设置上述的挤出单元或压制成形单元。

在根据本发明的第五实施例的流变成形装置中，第一套管21与第二套管22是互相固接在一起的。上述的密封件3被设置于第一套管21和第二套管22之间。第一套管21和第二套管22也可设置为一体结构。这时，可将密封件3安装于具有整体结构的套管的内侧。

首先，将熔融金属M制备的浆料由注入孔25注入第二套管22，如图18所示。然后，通过移开密封件3将第二套管22的出浆口26打开，使第二套管22内的半固态金属浆料S借助自身重力落入第一套管21。此时，第二套管22内制备的浆料S的固态分数的范围在使使第二套管22内的浆料S能够借助自身重力下落的范围内。然后，第一柱塞52插入第二套管22的注入孔25，并迫使第一套管21内的浆料向成形模8运动。

浆料S通过成形模8的浇口84被注入成形腔83的并迅速被冷却，形成与成形腔83对应的模铸件。此时，另一冷却器(图中未示出)可将注入成形腔83内的浆料S迅速冷却。成形完成后，活动模81与固定模82分离。从而可以将成形腔83内的模铸件取走。

如同第四实施例，根据本发明的本实施例，由于熔融金属是以浆料的形式进行压铸，可在较低压力下获得高质量的模铸件。结果是降低电能消耗和缩短了操作时间。还有，由于低温的浆料是在较低压力下压入成形模8的，可防止成形模8使用寿命的缩短。此外，由于第二套管22内制备的资料S可借助自身重力落入第一套管21，可以容易地实现将浆料由第二套管22移入第一套管21。

在上述结构中，第二套管22可具有如上述的沿向下方向的喇叭状。第一套管21也可以具有如上述的沿向下方向的喇叭状。也就是说，第一套管21和第二套管22均可以是喇叭状，这样当制成的浆料借助自身重力或由于第一柱塞52的推动沿成形模8的方法落下时，第一套管21和第二套管22的横截面是向成形模8的方向增大的，从而促进了浆料的运动。根据如图20和图21所示的本发明的第六实施例，第二套管22的一端可与第一套管21的主体相连接。即第二套管22是由第一套管21分支出来的。在此实施例中，第一套管21的安装形式是其轴向与地面平行。第二套管22与第一套管21的主体相连接且位于第一套管21之上。一个用于挤压的第二套管53滑动插入第一套21的开口30。在此，第二柱塞53的正面形成的压面55是一个与第二柱塞53的运动方向垂直的平面。在第一套管21的出浆口23之外侧安装有例如是成形模8的一成形单元。图20仅显示了成形模8，但本发明不限于此，也可以采用上述的挤出单元或压制成形单元。

第二套管22相对于第一套管21倾斜大约45度，这样第二套管22的注入孔25位于一个与第一套管21离开的位置。第二套管22的出浆口26与第一套管21主体上大约中间的位置相连接。作为密封件3的塞子31活动安装于第二套管22的出浆口26附近，用以打开或关闭出浆口26。如上所述，搅拌单元1安装于第二套管22周围。第二套管22可设有一单独的注孔28，用以浇注熔融金属。注孔28位于一高于搅拌单元1的位置，并且自第二套管22主体向上突出。注孔28与第二套管22是相通的。在搅拌单元1产生的电磁场的下，熔融金属M由注孔28注入制浆区T。

同时，第二套管22可以是沿第一套管21的喇叭状。这样，第二套管22内制备的浆料可以借助自身的重力或第一柱塞52容易地落入第一套管21。

请参阅图20所示，是根据本发明的第六实施例的流变成形装置的操作状态的示意图。熔融金属M在塞子31处于关闭状态时由注孔28注入第二套管22，并且借助搅拌单元施加的电磁场形成浆料。然后，通过将塞子31向上移动将第二套管22的出浆口26打开，使浆料进入第一套管21。此时，当第一柱塞52将浆料推向第一套管21时，可以促使浆料向第一套管的移动。

请参阅图21所示，当浆料被注入第一套管21后，第二柱塞53迫使浆料向出浆口23移动，使浆料注入成形模8。浆料通过浇口84被注入成形腔83，并迅速冷却，形成具有对应成形腔83的形状的模铸件。此时，另一冷却器(图中未示出)可将注入成形腔83的浆料迅速冷却。当成形结束时，活动模81与固定模82分离。由此可将模铸件由成形腔83取出。

如同第四实施例，根据本发明的本实施例，由于熔融金属是以浆料的形式进行压铸，可在较低压力下获得高质量的模铸件。结果是降低电能消耗和缩短了操作时间。还有，由于低温的浆料是在较低压力下压入成形模8的，可防止成形模8使用寿命的缩短。

请参阅图22所示，是根据本发明的第七实施例的流变成形装置结构的示意图。第一套管21可与地面垂直安装，且第二套管22可由第一套管21分支。因此，制备的浆料可以借助自身重力容易地向成形模8方向移动，从而加速了制备过程。出于此目的，第二套管22和第一套管21都可以是向其入浆口逐渐扩大的喇叭状。

如上所述，在第六和第七实施例中，浆料的上部可能被氧化，但由于这部分浆料不被注入成形模8内，由此制成的产品可获得较高品质。

同时，在第六和第七实施例中，第一柱塞52的正面，即压面54可以相对第一柱塞52的运动方向呈大约45度倾斜，这样当第一柱塞52向第一套管21运动时，压面54与第一套管21的内表面形成吻合。

这样，第一柱塞52的压面54与第一套管21的内表面，形成于同一平面，当第一柱塞52推动第二套管22内浆料时，可以将全部浆料注入第一套管21。也就是说，第一柱塞52的压面54具有这样一种结构，能够使第一柱塞21的入浆口24被第一柱塞52沿第一套管21的内表面封闭。因此，第一柱塞52压面54的斜度与第二套管22相对于第一套管21的倾斜角度相同。

请参阅图23所示，是根据本发明的第八实施例的流变成形装置结构的示意图。根据本发明的第八实施例，第一柱塞52的正面，即压面54还可以是一个与第一柱塞52的运动方向垂直的平面。

请参阅图24所示，是根据本发明的第九实施例的流变成形装置结构的示意图。根据本发明的第九实施例，即使成形模8位于与地面垂直安装的第一套管21的上端，而第二柱塞53滑动插入第一套管21的下端，也可以获得同样的效果。

如上所述，根据本发明流变成形装置可广泛应用于各种金属或合金的流变成形，如铝、镁、锌、铜，或这些金属的合金。

根据凝固理论(solidification theory)，可根据形成熔融金属的金属或合金材料的比热对注入套管的熔融金属的温度进行讨论。

铝的比热大约为0.25千卡/克。其他一些金属的比热，例如，镁(约0.18千卡/克)、锌(约0.1千卡/克)、铜(约0.1千卡/克)、铁(约0.1千卡/克)等的比热均小于铝。由于这一点，铝以外的其他几种金属需要的热能要小铝。因此，即使由这些金属形成的熔融金属以高于其液线温度100℃的温度被注入套管中，也不会生成潜热。结果是通过仅排出这些熔融金属的比热，这些熔融金属内就可以生长晶核。因此，除铝以外其他金属或合金的熔融金属同样也可获得上述的优点。

理论上说，当液相变为固相时的温度(T_l)与固相变为液相时的温度(T_s)的差值(即T_l-T_s＝ΔT)为零(0)时，通过将熔融金属的温度设为T_l～T_s的范围内，任何金属或合金的熔融金属内都可以形成晶核。

同时，铸造业中通常使用的纯铝含有约1％的杂质。还有，铸造业中通常使用的纯镁、纯锌、纯铜和纯铁均含有约1％的杂质。

因此，当电磁场发生装置在ΔT不为“0”且比热小铝的镁、锌、铜、铁及其合金的熔融金属中生成电磁场时，这些金属和合金仍能提供与铝和铝合金同样的结果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (14)

1、一种流变成形装置，其特征在于其包括：

一第一套管，其一端形成有一出浆口，用以排放浆料；

一第二套管，用以盛装熔融金属，其一端与前述第一套管相通；

一密封件，用以打开或关闭前述第二套管的一端；

一搅拌单元，用以向前述第二套管施加电磁场；以及

一第一柱塞，其滑动插入前述第二套管的另一端，用以挤压前述第二套管内制备的浆料。

2、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的密封件是活动安装在前述第二套管与前述第一套管相通的一端的塞子。

3、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其更包括一成形单元，安装于前述第一套管的前述出浆口之外侧，用以将前述出浆口排放的浆料形成预定产品。

4、根据权利要求3所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的成形单元包括：

一传送辊，用以传送前述出浆口排放的浆料；以及

一冷却器，用以冷却前述传送辊传送的浆料。

5、根据权利要求3所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的成形单元为一压制成形单元，其包括一压力模，该压力模通过压制由前述出浆口排出的浆料而形成预定产品。

6、根据权利要求3所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的成形单元是一成形模，其包括一活动模和一固定模，以确定预定的一成形腔，使前述出浆口排出的浆料注入前述成形腔。

7、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其更包括一第一温度控制单元，安装于前述第一套管四周，用以调节被压向前述出浆口的浆料的温度。

8、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其更包括一第二温度控制单元，安装于前述第二套管四周，用以调节前述第二套管内盛装的熔融金属的温度。

9、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的第二套管为非磁性材料制造。

10、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的第一套管呈圆筒形，并与地面平行，并且前述第二套管以相对于前述第一套管移动一预定角度的方式而与前述第一套管互相连接在一起。

11、根据权利要求10所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的搅拌单元随前述第二套管一同移动。

12、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的第二套管从前述第一套管分支出来，并且前述流变成形装置更包括一第二柱塞，其滑动插入前述第一套管的另一端，用以将前述第一套管内的浆料压向前述出浆口。

13、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其中所述的第二套管的形状为从插入前述第一柱塞一端至与前述第一套管相通的一端逐渐扩大的喇叭形。

14、根据权利要求1所述的流变成形装置，其特征在于其更包括一电磁场控制单元，前述电磁场控制单元与前述搅拌单元电气连接，并以使前述第二套管在注入熔融金属之前向前述第二套管施加电磁场，当熔融金属内形成晶核后关闭电磁场的方式，对前述搅拌单元进行控制。

Images