CN1416982A - 金属半固态浆体制备及成形的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备金属半固态浆体并加工成形的装置与方法。在该项技术中，金属熔体(包括某些适宜成分的铝合金、镁合金等)在输送泵的驱动下进入该装置的制浆器中；且制浆器的外围设有加热器和冷却器；金属熔体经过制浆器的制浆室时，受到强烈搅拌剪切作用，形成半固态浆体；在制浆室的末端，浆体经出料口注入压铸机的压室，浆体体积达到设定量时再由冲头将浆体压射到模具中并凝固成形，实现金属半固态流变成形。本发明的装置结构简单紧凑，易于加工制造，使用和维护方便。通过本发明的装置及方法实现零件半固态流变成形，缩短工艺流程，加工过程中的搅拌、剪切强度易于调节及控制，效率高，提高产品质量及性能。

Description

金属半固态浆体制备及成形的装置与方法

(一)技术领域

本发明涉及一种金属成形技术中金属半固态浆体制备及成形的装置与方法，属于金属加工工艺领域。

(二)背景技术

目前，金属半固态加工技术的生产过程中采取的工艺路线是，以电磁搅拌连续铸造等方法制备金属半固态坯料，根据零件要求将坯料定尺切割成锭料，把锭料放入二次加热设备进行二次加热部分重熔，待锭料恢复到半固态状态时，将其放入压铸机的压室中进行半固态压铸成形。该工艺的加工流程较长，工艺较复杂，需要二次加热，且工艺过程难以有效控制，成本较高，在一定程度上限制了该工艺技术的大范围应用。而半固态流变成形则符合加工短流程的要求，即以某种方法制备出固液混成的半固态浆体，然后直接把这些浆体放入压室中加工成形。

(三)技术内容

本发明提供了一种金属半固态浆体制备并与压铸设备对接实现半固态压铸成形的装置与方法，从而简化工艺流程，降低成本，提高制品质量。

本发明所设计的一种金属半固态浆体制备及成形的装置主要由熔体的保温炉、制浆器、压室、模具及冲头构成，通过输送泵将保温炉及制浆器连接，制浆器的出料口与压室连通，压铸机的压室的一端连接有模具，另一端连接有压铸机的冲头。

本发明的装置中的制浆器为内外双筒式结构，由内壁带齿的外筒和外壁带齿的内筒构成，内外筒的齿相互配合形成制浆室。

上述的制浆器中内外筒的相配合的齿为非螺纹式的轴向矩形齿。

本发明的装置中的制浆器的外围设有冷却器和加热器，对通过制浆室的金属熔体的温度进行调控。

本发明的装置中压铸机的压室的外围亦设有加热器。

本发明的使用上述金属半固态浆体制备及成形的装置的方法是：包括以下步骤：

(1)保温炉中合格的合金熔体在输送泵的驱动下从保温炉中进入制浆器的制浆室；

(2)金属熔体在输送泵带来的压力和制浆室中内外筒的转动的共同驱动下在制浆室中前进，并在末端经制浆器的出料口流出；

(3)金属熔体通过制浆室时，受到高剪切速率的搅拌剪切作用；

(4)金属熔体通过制浆室时，受到在金属凝固温度范围内的温度调控(冷却和加热)；

(5)金属熔体通过制浆室到达制浆器末端形成半固态浆体；

(6)半固态浆体经制浆器的出料口进入压铸机的压室，并积累到所需量；

(7)压室中的半固态浆体在冲头作用下充满模具型腔并在冲头压力作用下凝固成形。

在上述的方法中，保温炉中的熔体具有过热度，温度和成分均匀。

在上述的方法中，半固态浆体的固相体积分数、初生相晶粒和增强相质点的大小及组织结构由内外筒的相对转动产生的搅拌剪切强度以及加热器和冷却器共同控制和调整。

在上述的方法中，通过控制输送泵的转速来控制驱动合金熔体进入制浆室中并在制浆室末端经制浆器的出料口流出的速度。

本发明在应用过程中，通过金属半固态浆体制备及成形的装置与压铸设备结合，应用本发明的方法，即可实现金属半固态成形。这是一种先进的金属成形技术，具有以下方面的优点：

    1.加工温度低；

    2.可近净成形形状复杂的零部件；

    3.成形制品质量高，无气孔、偏析等缺陷；

    4.工艺简单，生产效率高；

    5.装置结构简单紧凑，易于加工制造，使用和维护方便。

(四)附图说明

图1是本发明中金属半固态浆体制备及成型的装置的结构图。

其中的组件包括：1、保温炉 2、输送泵 3、制浆器的内筒

4、制浆器的外筒 5、制浆室 6、加热器 7、冷却器

8、出料口 9、压铸机的压室 10、模具 11、压铸机的冲头

图2是本发明的方法的工艺流程图。

(五)具体实施方式

下面根据附图结合具体实施例对本发明的结构及实施效果作进一步说明。

实施例

如图1所示的金属半固态浆体制备及成形的装置，主要由保温炉1、输送泵2、制浆器、压室9、模具10及冲头11构成，输送泵2将保温炉1及制浆器连接，制浆器为内外双筒式结构，由内壁带齿的外筒4和外壁带齿的内筒3构成，内外筒的齿相互配合，其间形成制浆室5，制浆器的出料口8与压室9连通，压室9的一端连接有模具10，另一端连接有压铸机的冲头11，制浆室5的外围设有加热器6和冷却器7，在压室9的外围也设置有加热器。保温炉1为熔化炉，其中的金属熔体为适宜成分的镁合金，是运用已知技术制备的具有一定过热度的合格熔体。用输送泵2将该熔体输送到制浆器中。制浆器主要由内壁带矩形齿的外筒4和外壁带矩形齿的内筒3构成，内外筒的齿相互配合。内筒3的外表面和外筒4的内表面和制浆器的内端面构成制浆室5。利用制浆器内外筒的相对转动对熔体进行搅拌剪切，搅拌剪切的强弱由制浆器内外筒的相对转动的转速和间隙来控制和调整。输送泵2提供的熔体压力和制浆器内外筒的相对转动提供了熔体在制浆室中向前运动的驱动力，熔体在制浆室中向前运动的速度由输送泵2提供的熔体压力和制浆室内外筒的相对转动的转速控制和调整。制浆室中熔体的温度由加热器6和冷却器7共同控制和调整。在内外筒的相对转动产生的搅拌剪切作用下以及加热器6和冷却器7对熔体温度共同控制的作用下，制浆室中的熔体变成半固态浆体。半固态浆体的固相体积分数、初生相晶粒和强化相质点的大小及组织结构等由内外筒的相对转动产生的搅拌剪切强度以及加热器和冷却器共同控制和调整。半固态浆体由制浆室末端的出料口8进入压室9，当压室9中的半固态浆体积累到设定量时，压铸机的冲头11将该半固态浆体压入零件模具10型腔，在压力作用下半固态浆体在模具10型腔中凝固成型。其工艺流程如图2所示。

本发明技术的主要特点是，金属熔体从保温炉进入制浆室的方式独特，金属熔体或半固态浆体在制浆室中向前推进的方式独特，对金属熔体进行剧烈搅拌剪切的方式独特，金属熔体或半固态浆体在制浆室中温度调控从而控制其凝固组织的方式独特。通过对金属熔体剧烈搅拌剪切及搅拌与凝固过程中调控温度，获得半固态浆体，然后直接压铸成形，从而简化工艺流程，提高生产效率，提高制品质量，降低生产成本。

另外，本发明的技术同样适用于其它金属熔体。

Claims (9)

1.一种金属半固态浆体制备及成形的装置，主要由熔体的保温炉、制浆器、压铸机的压室、模具及冲头构成，其特征是：通过输送泵将保温炉及制浆器连接，制浆器的出料口与压铸机的压室连通，压室的一端连接有模具，另一端连接有压铸机的冲头。

2.根据权利要求1所述的金属半固态浆体制备及成形的装置，其特征是：制浆器为内外双筒式结构，由内壁带齿的外筒和外壁带齿的内筒构成，内外筒的齿相配合形成制浆室。

3.根据权利要求3所述的金属半固态浆体制备及成形的装置，其特征是：内外筒的相配合的齿为非螺纹式的轴向矩形齿。

4.根据权利要求1所述的金属半固态浆体制备及成形的装置，其特征是：制浆室的外围设有冷却器和加热器，对通过制浆室的金属熔体的温度进行调控。

5.根据权利要求1所述的金属半固态浆体制备及成形的装置，其特征是：在压铸机的压室的外围亦设有加热器。

6.一种使用上述金属半固态浆体制备及成形的装置的方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)保温炉中合格的合金熔体在输送泵的驱动下从保温炉进入制浆器的制浆室；

(2)金属熔体在输送泵带来的压力和制浆室中内外筒的转动的共同驱动下在制浆室中前进，并在末端经制浆器的出料口流出；

(3)金属熔体通过制浆室时，受到高剪切速率的搅拌剪切；

(4)金属熔体通过制浆室时，受到在金属凝固温度范围内的温度调控(冷却和加热)；

(5)金属熔体通过制浆室到达制浆器末端形成半固态浆体；

(6)半固态浆体经制浆器的出料口进入压铸机的压室，并积累到所需量；

(7)压室中的半固态浆体在冲头作用下充满模具型腔并在冲头压力作用下凝固成形。

7.根据权利要求6所述的使用金属半固态浆体制备及成形的装置的方法，其特征是：保温炉中的熔体具有过热度，温度和成分均匀。

8.根据权利要求6所述的使用金属半固态浆体制备及成形的装置的方法，其特征是：半固态浆体的固相体积分数、初生相晶粒和增强相质点的大小及组织结构由内外筒的相对转动产生的搅拌剪切强度以及加热器和冷却器共同控制和调整。

9.根据权利要求6所述的使用金属半固态浆体制备及成形的装置的方法，其特征是：通过控制输送泵的转速来控制驱动合金熔体进入制浆室中并在制浆室末端经制浆器的出料口流出的速度。