CN1539575A

CN1539575A - 流变成形设备

Info

Publication number: CN1539575A
Application number: CNA031462723A
Authority: CN
Inventors: 洪俊杓
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-07-07
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2023-07-07
Also published as: JP3520993B1; EP1470876A1; CN1250363C; KR100436117B1; US6938672B2; US20040211541A1; JP2004322202A

Abstract

本发明公开了一种流变成形设备，该流变成形设备确保制造具有细微的，均匀的球状颗粒的产品，同时提高能量效率和产品的机械性能，降低成本，成形方便和缩短制造时间。该设备包括一第一套筒，该第一套筒的一端部与用于释放浆料的出口形成为一体；一用于容纳熔融金属的第二套筒，该第二套筒的一端部以一预定角与所述第一套筒的另一个端部铰接连接；一将电磁场应用在所述第二套筒的一区域上的搅拌部件，所述熔融金属存在于该第二套筒内；一插入到所述第二套筒的另一端以阻塞容纳所述熔融金属的该第二套筒的另一端和对所述浆料加压的柱塞；和一连接到所述第一套筒的出口上的利用所述浆料形成具有一预定形状的产品的成形部件。

Description

流变成形设备

技术领域

本发明涉及一种流变成形设备，特别是涉及一种用于从半固态金属浆料来制造具有一预定形状的产品的流变成形设备，该产品具有细微的，均匀的，球状颗粒的结构。

背景技术

流变成形是指通过成形或者锻造从具有一预定粘度的半固态金属浆料制造坯段或者最终产品的过程。半固态金属浆料包含处于与半固态状态相应的温度范围内并以合适的比例悬浮于液相中的球状固体颗粒。因此，由于它们的触变性能，即使是通过很小的力它们也能被变形，并且由于它们的高流动性，它们能像流体一样容易地被铸造。

这种流变成形与触变成形紧密相关，因此该种流变成形也被表述为流变成形/触变成形。触变成形是指一种包括通过流变成形回到半熔融态浆料再加热制造的坯段和成形或者锻造该浆料以制造出最终产品的过程。

这种流变成形/触变成形比利用熔融金属的一般成形过程，例如拉模铸造或者挤压成形更有优势。因为用于流变成形/触变成形的半固态或者半熔融态金属浆料是在低于熔融金属的温度下的流体，所以降低成形温度是可能的，因此确保延长所述模具的寿命。另外，当半固态或者半熔融态的金属浆料通过一汽缸被挤压时，不太可能产生扰动，因此在成形的时候只会混合很少的空气。所以，防止了最终产品中气穴的形成。此外，半固态或者半熔融态金属浆料的应用将导致在凝固的时候收缩量的减少，提高了工作效率，机械性能和耐腐蚀性以及可制造轻型产品。所以，这种半固态或者半熔融态地金属浆料被作为新的材料应用于汽车，飞机和电器，电子通讯设备的领域中。

在传统的流变成形中，熔融金属在低于用于冷却的液线温度的温度时被搅拌，以将枝晶结构打碎为适合流变成形的球状颗粒，例如，通过机械搅拌，电磁搅拌，气泡沸腾，低频，高频，或者电磁波振动，电击搅拌，等等。

例如，在美国第3,948,650号专利中揭示了一种用于制造液固混合物的方法和设备。在这个方法中，熔融金属当被冷却至凝固时，它们被剧烈地搅拌。在这个专利中揭示的半固态金属浆料制造设备利用一个搅拌器来引起具有一个预定粘度的固液混合物的流动以打碎枝晶结构或者使位于液固混合物中的破碎的枝晶结构分散。在这个方法中，在冷却的时候形成的枝晶结构被打碎并被用作球状颗粒的小核。但是，由于在冷却早期凝固潜热的生成，该方法引起了低的冷却率，制造时间增加，混合容器中不均匀的温度分布和不均匀的晶体结构的问题。应用在半固态金属浆料制造设备中的机械搅拌固有地导致混合容器中不均匀的温度分布。而且，因为该设备是在房间里工作，所以难以不断地实施后续过程。

在美国第4,465,118号专利中揭示了一种用于制造半固态合金浆料的方法和设备。该设备包括一线圈式电磁场作用部件，一冷却集管和一模具，它们顺序地向内形成，其中熔融金属被不断地装入到容器中，并且冷却水通过冷却集管流动以冷却所述模具的外壁。在制造半固态合金浆料中，熔融金属通过所述模具的上部开口被注入并通过冷却集管被冷却，因此在该模具内产生了凝固区。当磁场通过电磁场作用部件被应用时，冷却打碎了在凝固区中形成的枝晶结构。最后，从浆料中形成了锭铁，然后通过设备的下端被提取。本方法和设备的基本的技术思想是通过应用振动到那里打碎凝固后产生的枝晶。但是，伴随着这个方法产生了很多的问题，例如，复杂的加工和不均匀的颗粒结构。在制造设备中，由于熔融金属被不断地供应以形成锭铁，所以难以控制金属锭铁的状态和全部的过程。而且，在应用电磁场之前，该模具利用水被冷却，所以在该模具的外围和核心区域之间存在很大的温度差。

在本领域中其它类型的流变成形/触变成形将在下面进行描述。但是，所有的方法都是基于在枝晶形成之后再打碎它们以生成球状颗粒的小核的技术思想。因此，引起了如上面所述的问题。

在美国第4,694,881号专利中揭示了一种用于制造触变性材料的方法。在这方法中，一种合金被加热至一温度，在该温度下所有合金中的金属成分都以液相存在，由此所生成的熔融金属被冷却至一个位于它们的液线温度和固线温度之间的温度上。然后，该熔融金属经受一足够打碎在冷却该熔融金属的时候形成的枝晶的剪切力，由此来制造该触变性材料。

公开号为1999-33692号日本专利申请揭示了一种用于流变铸造制造金属浆料的方法。在这方法中，熔融金属在一温度处被供应到一个容器中，该温度是靠近它们的液线温度的温度或者是超过它们的液线温度50℃的温度。其次，当至少熔融金属的一部分达到低于该液线温度的温度时，也就是，至少该熔融金属的一部分开始在低于它们的液线温度处被冷却时，该熔融金属经受一力，例如，超声振动。最后，该熔融金属被慢慢地冷却成含有球状颗粒的金属浆料。这个方法也利用了一种物理力，例如超声振动，来打碎在凝固早期生成的枝晶。在这点上，如果铸造温度大于液线温度，则难以形成球状颗粒结构和快速冷却该熔融金属。而且，这方法导致一不均匀的表面和核心的结构。

公开号为1998-128516号日本专利申请揭示了一种用于触变性金属的铸造方法。这方法包括将熔融金属装入到一容器中并用一浸入在该熔融金属中的振动杆振动熔融金属以直接地将振动力传送到该熔融金属上。在一半固态和半液态的含有小核的熔融合金在一低于它的液线温度的温度范围处形成之后，该熔融合金被冷却至一温度，在该温度处它具有一预定的液相率，然后它被保持30秒到60分钟以允许该小核生长，因此产生了触变性金属。但是，这方法提供的大约100μm的颗粒相对较大，花费的加工时间相当的长，并且不能在比预定尺寸大的容器中实施。

美国第6,432,160号专利揭示了一种用于制造触变性金属浆料的方法。这方法包括同时控制冷却和对熔融金属的搅拌以形成触变性金属浆料。详细地，在将熔融金属装入到一混合容器中之后，一位于该混合容器周围的定子装置被操作以产生在该容器中足以快速地搅拌熔融金属的磁通势。其次，该熔融金属通过一设置在该混合容器周围上的保温水套被快速冷却以得到混合容器和熔融金属的精确的温度控制。在冷却的时候，该熔融金属在某种意义上被不断地搅拌，所以当该熔融金属的固相率低的时候，可以提供一高的搅拌率，当该固相率增加的时候，可以应用一较大的磁通势。

上述大多数的传统的流变成形/触变成形的方法和设备都是在冷却的时候应用一剪切力来将枝晶打碎成球状颗粒。因为在至少该熔融金属的一部分被冷却至低于它的液线温度以下的温度之后而施加了一如振动的力，所以由于初始的凝固层的形成而产生了潜热。因此，有许多的缺点，例如降低了冷却率和增加了制造时间。另外，由于容器的内壁和中心之间有一不均匀的温度，所以难以形成细微的，均匀的球状金属颗粒。因此，如果装入到该容器中的熔融金属的温度不能被控制的话，那么金属颗粒的这种不均匀的结构将会变大。

为了解决这些问题，本发明者提出过第2003-13515号韩国专利申请，名为“用于流变铸造的拉模铸造方法和设备”。

发明内容

本发明提供了一种流变成形设备，该流变成形设备确保制造具有细微的，均匀的，球状颗粒的结构的产品，同时提高产品的能量效率和机械性能，降低成本，成形方便和缩短制造时间。

本发明还提供了一种流变成形设备，该流变成形设备可在短时间内制造高质量的半固态产品，同时改进所述设备的构成元件的耐用性降低和由于增压而引起的能量损失。

依照本发明的一方面，所提供的流变成形设备包括：一第一套筒，该第一套筒的一端部与一用来释放浆料的出口形成为一体；一用来容纳熔融金属的第二套筒，该第二套筒的一端部以一预定角被铰接地连接到该第一套筒的另一端部上；一将电磁场应用于该第二套筒的一区域上的搅拌部件，熔融金属存在于该第二套筒内；一柱塞，该柱塞被插入到该第二套筒的另一端内以阻塞用来容纳熔融金属的第二套筒的另一端和对浆料加压；和一成形部件，该成形部件连接到该第一套筒的出口上以形成用浆料制成的具有一预定形状的产品。

根据本发明的详细的实施例，该成形部件可是一具有一传料辊和一冷却器的挤压部件。二者择一地，该成形部件可是一具有一冲压模的压力成形部件。

该流变成形设备还可包括一第一温度控制元件，该第一温度控制元件被安装在该第一套筒的周围以调节朝向出口的被加压的浆料的温度。

该搅拌部件可在将熔融金属装入该第二套筒之前将电磁场应用于该第二套筒。二者择一地，该搅拌部件可在将熔融金属装入该第二套筒的同时或期间将电磁场应用于该第二套筒。

该搅拌部件可将电磁场应用于该第二套筒直到在该第二套筒中的熔融金属有一0.001-0.7的固相率，更适宜的是0.001-0.4的固相率，最好是0.001-0.1的固相率。

在该第二套筒中的熔融金属可被冷却直到它们有一0.1-0.7的固相率。

该流变成形设备还可包括一第二温度控制元件，该第二温度控制元件被安装在该第二套筒的周围以冷却在该第二套筒中的熔融金属。这温度控制元件可包括一冷却器和一加热器二者中至少一，该冷却器和加热器被安装在该第二套筒的周围。这温度控制元件可以0.2-5.0℃/秒的速度冷却位于该第二套筒中的熔融金属，更适宜的冷却速度是0.2-2.0℃/秒。

附图说明

通过详细地描述本发明的实施例和参考附图，本发明上述的和其它的特征与优点将变得更清楚，其中：

图1是本发明应用于一流变成形设备上的温度分布曲线图；

图2是图示了本发明一实施例的一流变成形设备的结构；

图3是本发明中应用在一流变成形设备中的第二套筒的实例的剖视图；

图4到图6是图示了如图2所示的本发明的实施例中用于显示压出物的顺序制造过程的一流变成形设备的结构；

图7是图示了本发明另一实施例的一流变成形设备的结构；和

图8到图11是图示了如图7所示的本发明的实施例中用于显示冲压产品的顺序制造过程的一流变成形设备的结构。

具体实施方式

本发明将在随后的它的实施例中通过参考附图作更充分地描述。

根据本发明一流变成形设备被用于利用半固态浆料制造具有一预定形状的产品。因此，该流变成形方法如通过本发明的设备来实行将首先通过参考图1进行描述。

和上述的传统的技术不同，根据通过本发明的设备实行的流变成形，熔融金属被装入一套筒中以形成浆料，然后该浆料被加压成形。一较低的压力可被用于成形过程。在该情况下，熔融金属在其被完全装入该套筒内之前通过应用电磁场被搅拌。换句话说，电磁搅拌是在将该熔融金属装入该套筒之前，同时，或者期间实行的，以防止一次枝晶结构的形成。该搅拌过程可用超声波取代该电磁场来实行。

详细地，在电磁场被应用到一被搅拌部件包围的套筒的预定部分之后，该熔融金属被装入该套筒内。在该情况下，电磁场以充分的强度被应用以搅拌该熔融金属。

如图1所示，该熔融金属在温度为T_p时被装入该套筒中。如上面所述的，电磁场可在该熔融金属被装入到套筒之前被应用在该套筒上。但是，本发明并没局限于此，电磁搅拌可在熔融金属被装入到套筒的同时或者期间被实行。

由于电磁搅拌是在熔融金属被完全装入到套筒之前实行的，所以该熔融金属不会在凝固的早期在低温套筒的内壁附近产生枝晶结构。就是说，因为所有的熔融金属被快速冷却至一低于它们的液线温度的温度，所以遍及该套筒同时产生了无数的小核。

在将熔融金属装入套筒之前或者同时在该套筒上应用电磁场将导致位于该套筒的中心和内壁区域的熔融金属被充分搅拌，并且快速的传热遍及所述的套筒。因此，在冷却的早期，可防止套筒内壁附近的凝固层的形成。另外，熔融金属的这种充分的搅拌导致较高温度的熔融金属和较低温度的套筒内壁之间的平稳对流传热。因此，该熔融金属可被快速地冷却。由于电磁搅拌，刚将熔融金属装入到套筒内，包含在该熔融金属中的颗粒就散开了，并且如小核般的分散在整个套筒中，所以在冷却的时候不会在套筒内引起温度差。但是，在传统的技术中，当熔融金属和低温的内部容器壁接触时，在容器的内壁附近将形成凝固层。因此，从该凝固层处产生了枝晶。

当连同凝固潜热进行描述时，本发明的原理将变得更清楚。该熔融金属在冷却早期不会在内部套筒壁附近凝固，所以不会产生凝固潜热。因此，只需要熔融金属的比热来冷却该熔融金属，该比热大约等于所述的凝固潜热的1/400。因此，不会形成枝晶，该枝晶常常是当应用传统的方法时在冷却的早期在内部套筒壁附近产生的。所有的套筒中的熔融金属从其被装入到达到液线温度可仅仅只在大约1-10秒内被均匀地冷却。因此，在套筒中产生了无数的小核，并且这些小核被均匀地分散在所有的熔融金属中。这些增加的小核的密度降低小核之间的距离，并形成了球状颗粒，而不是枝晶。

即使当电磁场应用在将熔融金属装入套筒的期间时，仍然可以得到相同的效果。换句话说，即使当电磁搅拌在将熔融金属装入套筒的期间时开始，在内部套筒壁的附近几乎不能形成凝固层。

最好限制熔融金属的装入温度T_p在一范围内，该范围从液线温度到超过液线温度(熔化过热＝0～100℃)100℃。根据本发明，由于整个包含熔融金属的套筒被均匀地冷却，所以在将熔融金属装入到套筒之前没有必要将熔融金属冷却到它们的液线温度。因此，在超过熔融金属的液线温度100℃时，将熔融金属装入套筒是可能的。

另一方面，在一个传统的方法中，在将熔融金属完全装入一容器内之后，当熔融金属的一部分达到低于它们的液线温度时，电磁场被应用在容器上。因此，在冷却的早期，由于在容器的内壁附近形成了凝固层，所以产生了潜热。因为凝固潜热大约比熔融金属的比热大400倍，所以需要一显著的时间来将整个熔融金属的温度降到低于它们的液线温度。因此，在这样一传统的方法中，该熔融金属通常是在其被冷却至一个接近它们的液线温度的温度或者一个超过它们的液线温度50℃的温度时被装入一容器中。

根据本发明，如图1所示，在至少套筒内的熔融金属的一部分达到一低于液线温度T₁的温度之后，电磁搅拌可在任一点被停止，也就是，在具有一预定值的固相率，例如大约0.001，的晶核形成实现之后。就是说，电磁场在整个熔融金属的冷却过程中可被应用于套筒内的熔融金属上。这是因为，一旦小核被均匀地散布到整个套筒内，即使在从小核长成结晶颗粒的期间内，金属浆料的特性也不受电磁搅拌的影响。因此，电磁搅拌只有在制造金属浆料的时候被实施，直到熔融金属的固相率是0.001-0.7。但是，考虑到能量效率，更适宜是实施电磁搅拌直到熔融金属的固相率是在0.001-0.4的范围内，最好是在0.001-0.1的范围内。

在将熔融金属装入套筒并且形成均匀分布的小核之后，该套筒被冷却以促进小核的生长。在这点上，这个冷却过程可在将熔融金属装入套筒的同时被实行。如上面所述的，电磁场可在冷却过程中被不变地应用。

这个冷却过程可被实施直到刚好在一顺序过程例如加压和成形之前，更适宜地是，直到熔融金属的固相率是0.1-0.7，也就是，一直到图1中的时间t₂处。该熔融金属可以0.2-5.0℃/秒的速度冷却。该冷却速度取决于所期望的小核的分布和所期望的颗粒的尺寸可是0.2-2.0℃/秒。

通过应用上述的过程，包含一预定固相率的半固态金属浆料可被容易地制造。制造的半固体金属浆料可立刻经受挤压和压力成形，同时加压。

根据上述的过程，半固态金属浆料可在短时间内被制造。也就是说，具有0.1-0.7的固相率的金属浆料的制造从将其装入套筒中仅仅发生在30-60秒内。制造的金属浆料可被用来形成具有均匀的，密集的球状晶体结构的产品。

基于上述的半固态浆料的制造过程，根据图2到图10中所示的本发明的一实施例，具有一预定形状的产品能用流变成形设备来制造。

根据图2中所示的本发明的该实施例，一流变成形设备包括一能形成线状物或片状物的挤压部件，因此该流变成形设备可被作为挤压机使用。

这样一个如图2所示的作为一挤压机使用的流变成形设备，其包括一第一套筒21和一第二套筒22；一将电磁场应用于该第二套筒22的至少一区域上的搅拌部件1，熔融金属存在于该第二套筒22内；一第一柱塞31和一第二柱塞32，它们用来制备浆料和对制备的浆料进行加压以将其传送到一成形部件处。

一个线圈形电磁场的作用部分11被安装在搅拌部件1里，例如由搅拌部件1界定以包围形成的一空间12。该空间12和线圈形电磁场的作用部分11可通过一独立的框架(未图示)被固定。该线圈形电磁场的作用部分11被用来将一电磁场的预定强度应用在该第二套筒22上，该第二套筒22被容纳在该空间12内。因此，位于该第二套筒22内的熔融金属被电磁地搅拌。为了这个，该线圈形电磁场的作用部分11被用电连接到一控制器(未图示)上以控制电磁场的强度，它的工作持续时间，等等。假如线圈形电磁场的作用部分11可被用于传统的电磁搅拌过程中，那对线圈形电磁场的作用部分11没有特殊的限制。还可使用超声搅拌器。

如图2所示，在没有离开空间12并与第二套筒22的外侧接触时，该线圈形电磁场的作用部分11可被安装在第二套筒22的周围。通过应用线圈形电磁场的作用部分11，熔融金属M在被装入到第二套筒22时可被充分地搅拌。当第二套筒22移动时，该搅拌部件1可和该第二套筒22一起移动。

电磁场的应用，也就是，通过搅拌部件1的电磁搅拌可被维持直到制备的半固态金属浆料被加压。但是，考虑到能量效率，电磁场可被应用直到浆料被制造出来，也就是，直到浆料的固相率是0.001-0.7。更适宜地，该电磁场的应用可被实施直到浆料的固相率是0.001-0.4，最好是0.001-0.1。达到这些固相率的级别所需的时间由前述的实验决定。

转向图2，第一套筒21和第二套筒22有相对的铰接连接的端部。该第二套筒22能在一个角θ内移动，更适宜地，该角相对于第一套筒21小于90度。该第一套筒21和第二套筒22可由金属材料或者绝缘材料制成。更适宜的是用熔点高于被装入套筒21和套筒22内的熔融金属M的材料。这两个套筒可在每一个套筒的两端都是敞开的状态下相互连接在一起。第一套筒21与地面平行放置，第二套筒22相对于该第一套筒21成一个预定角放置。

在这样一个结构中，该第二套筒22是一容纳熔融金属和通过电磁搅拌制备浆料的区域。另一方面，该第一套筒21是一压力成形该制备浆料的区域。就是说，该第二套筒22作为一个利用熔融金属来制造半固态浆料的浆料制造容器，该第一套筒21作为一个压力成形该制造浆料的成形模具。

为了实现此作用，第一套筒21的另一个端部形成了一出口23，该出口23用来释放被加压的浆料，并且一柱塞3被插入该第二套筒22内。

出口23的形状符合要制造的产品的形状。就是说，如果产品是线状物，就应用一圆形出口，而如果产品是片状物，就应用一矩形出口。

如图2所示，为来使第二套筒22能容纳熔融金属M，被插入第二套筒22的另一端的柱塞3被用来阻塞该第二套筒22的端部。

没有必要将第一套筒21和第二套筒22各自的两个端部都敞开。对套筒的结构没有特殊的限制。尽管在图2中未图示，但是可在每一个套筒内安装一热电偶，该热电偶连接着控制器以给该控制器提供温度信息。

本发明的设备还可包括一第一温度控制元件41，如图2所示，该第一温度控制元件41被安装在第一套筒21的周围。该第一温度控制元件41可是包含一导管42的水套43，但是并不局限到那。任何能调节该第一套筒21的预定部分温度的温度控制元件都可被使用。该第一温度控制元件41用来防止第一套筒21内的加压浆料的快速冷却。在这点上，更适宜的是该第一温度控制元件41有一个预定的绝热功能。通过适当地调节在导管42内流动的介质的温度，第一套筒21内的浆料的温度能被调节。一电加热器也被用来作为第一温度控制元件41。

本发明的设备还可包括一第二温度控制元件44，如图3所示，该第二温度控制元件44被安装在第二套筒22的周围。该第二温度控制元件44包括一冷却器和一加热器，它们被安装在该第二套筒22的周围。在如图3所示的实施例中，包含一冷却水管45的水套46作为冷却器使用，一电加热线圈作为加热器使用。该冷却水管45能以掩蔽在第二套筒22里的状态被安装。任何能够冷却该第二套筒22内的熔融金属M的冷却器都可被使用。而且，任何除了所述电加热线圈47以外的加热部件都可被使用。假如第二温度控制元件44能调节熔融金属或者浆料的温度，则对该第二温度控制元件44的结构没有特殊的限制。该包含在第二套筒22内的熔融金属M利用该第二温度控制元件44可以适当的速度被冷却。

如图3所示，该第二温度控制元件44可被安装在整个第二套筒22的周围，也可被安装在熔融金属M所在的区域的周围。

该第二温度控制元件44可冷却包含在第二套筒22内的熔融金属M直到该熔融金属M的固相率是0.1-0.7。在该情况下，冷却可以0.2-5.0℃/秒的速度实施，更适宜地是以0.2-2.0℃/秒。如上面所述的，实施所述的冷却可在电磁搅拌之后，或者不考虑电磁搅拌，也就是，在电磁搅拌的期间。另外，冷却可在熔融金属被装入的同时实施。冷却可通过除了该第二温度控制元件44以外的任何冷却部件实施。就是说，第二套筒22内的熔融金属M可在没有该第二温度控制元件44的帮助下自发地被冷却。

当柱塞3连接到一独立的汽缸部件(未图示)上时，它象活塞一样在第一套筒21和第二套筒22内往复移动，依次连接到一控制器上。当电磁搅拌和冷却被实施时，就是说，在制造浆料的期间，该第二套筒22能作为一预定形状的容器使用。当第二套筒22在浆料制造完成之后与第一套筒21结合的时候，该柱塞3朝着出口23推动浆料。

一安装在出口23的外部的挤压部件6包括若干用来冷却通过柱塞3加压挤出的浆料的喷雾式冷却器62和一用来将挤出的浆料传送到一收集部件(未图示)处的传料辊61。因此，呈线状或片状的挤出浆料就能被快速冷却了。

在下文中，根据本发明的实施例，具有上述结构的流变成形设备的操作将被描述。

转向图2，该第二套筒22是在一个预定角处铰接连接到第一套筒21上的，更适宜地，该预定角是90度。第二套筒22的下半部被柱塞3阻塞以使得第二套筒22作为一容纳熔融金属的容器使用。搅拌部件1的线圈形电磁场的作用部分11将一具有预定频率的电磁场以一预定的强度应用在该第二套筒22上。该线圈形电磁场的作用部分11可在250V和60Hz应用一个具有500高斯强度的电磁场但是并不局限到那。任何为了流变成形的目的而能应用在电磁搅拌中的电磁场都可被应用。

在这种状态下，在分离炉中熔化的金属M通过一装填部件5，例如铸勺，在电磁场的作用下被装入第二套筒22中。在该情况下，为了直接将熔融金属M装入第二套筒22内，该分离炉和该第二套筒22可被直接连接在一起。熔融金属M可在超过它们的液线温度100℃的温度下被装入第二套筒22中。该第二套筒22可连接到一独立的供气管(未图示)上以提供一种惰性气体，例如氮气和氩气，从而防止该熔融金属M的氧化。

当熔融金属M在电磁搅拌下被装入到第二套筒22中时，细微的结晶颗粒被分布到整个第二套筒22里，这些颗粒在这里快速增长，因此，防止了枝晶的形成。

如上面所述的，电磁场可在熔融金属M被装入的同时或者在被装入的期间被应用。

电磁场的应用可被持续直到浆料被加压，也就是，浆料的固相率在0.001-0.7的范围内，更适宜地是在0.001-0.4的范围内，最好是在0.001-0.1的范围内。达到这些固相率的级别所需的时间由前述的实验决定。电磁场的应用在这个确定的时间内被实施。

在电磁场的应用完成之后或者在其应用期间，第二套筒22中的熔融金属M以一预定的速度被冷却直到熔融金属M的固相率是在0.1-0.7的范围内。在这个情况下，该冷却如上面所述的可以0.2-5.0℃/秒的速度，更适宜地是以0.2-2.0℃/秒的速度被实施。达到固相率为0.1-0.7所需的时间(t₂)能由前述的实验决定。

在半固态浆料被制造之后，第二套筒22在某种意义上与固定的第一套筒21相接合，所以该第二套筒22如图4所示的以一个预定的角移动。

柱塞3朝着出口23推动浆料S以通过出口23将该浆料S释放到挤压部件6中。这该情况下，加压浆料的温度能由装在第一套筒21的周围的第一温度控制元件41来调节。

如图5所示，该释放的浆料在被挤压部件6的冷却器62冷却的同时通过传料辊61被传送到一收集部件(未图示)处。当浆料不能再从第一套筒21中释放的时候，该位于挤压部件6和第一套筒21之间的浆料被一切刀63切断因此形成压出型材E，该切刀63位于出口23之上。

压出型材E通过传料辊61被传送到收集部件处。另一方面，一剩余的位于第一套筒21内的余料B，如图6所示的，在将柱塞3返回到初始位置和以一预定角移回到第二套筒22以打开第一套筒21的端部之后，被一独立的弹射部件移开。

在该余料B被移开之后，上述的过程如图2所示的通过将熔融金属装入到第二套筒22中被重复。因此，具有细微的和均匀的颗粒结构的压出型材能被不断地制造出来。

根据本发明的这个较佳实施例，因为熔融金属以浆料的形式被挤压，所以可以通过利用低的压力来制造出高质量的压出型材。因此，能降低电能的损失和操作的持续时间。

根据本发明的另一个实施例，如图7所示，上述的流变成形设备可被作为一具有压力成形部件7的压力成形设备使用。根据本发明的这个实施例该流变成形设备包括一压力成形部件7，该压力成形部件7由位于出口23的外部的冲压模71，72构成。该压力成形部件7利用从出口23处释放出来的浆料形成一具有符合由冲压模71，72界定的形状的产品。

首先，如图7所示，通过将熔融金属M装入第二套筒22中制造浆料。然后，该第二套筒22与第一套筒21相接合并且一柱塞3朝着出口23推动该浆料。在该情况下，如图8所示，浆料的温度能通过一安装在该第一套筒21的周围的第一温度控制元件41来调节。

如图9和图10所示，从该出口23处释放的浆料S被冲压模71，72加压以形成一具有预定形状的产品。当该浆料S不能再从第一套筒21处释放的时候，位于压力成形部件7和第二套筒22之间的释放的浆料被一切刀73切断，该切刀73位于出口23之上。

一剩余的位于第一套筒21内的余料B，如图11所示的，在将柱塞3返回到初始位置和以一预定角移回到第二套筒22以打开第一套筒21的端部之后，被一独立的弹射部件移开。

在该余料B被移开之后，上述的过程如图7所示的通过将熔融金属装入到第二套筒22中被重复。因此，具有细微的和均匀的颗粒结构的产品能被不断地制造出来。

根据本发明的这个较佳实施例，因为熔融金属以浆料的形式经受压力成形，所以可以通过利用一低的压力来制造出高质量的产品。因此，能降低电能的损失和操作的持续时间。

根据本发明，流变成形设备可被广泛地用于不同种类的金属和合金的流变成形中，例如，用于铝，镁，锌，铜，铁和它们的一种合金。

正如从上面清楚的描述，根据本发明，流变成形设备具有下面的效果。

第一，可以制造具有均匀的，细微的和球状颗粒的结构的产品。

第二，在超过熔融金属的液线温度以上的一温度处通过电磁搅拌，球状颗粒可在一个短时间内形成，因此在一内部套筒壁处产生更多的小核。

第三，制造的产品具有提高的机械性能。

第四，电磁搅拌的持续时间大大地缩短，因此节约搅拌能。

第五，该简化的全部过程和降低的成形持续时间提高了生产力。

第六，当与传统的利用一个固体的成形方法例如，压力成形，锻造和挤压比较时，因为该产品从浆料形成，所以可以应用一个较低的压力。

第七，因为该产品是在一低的压力下形成，所以设备的构成元件的耐用性被提高了，并且能量损失和制造持续时间被降低了。

第八，因为产品是在一低的压力下形成，所以可以容易地形成具有复杂形状或者较薄形状的产品。

当本发明通过参考它的实施例被特别地展示和描述时，本领域那些普通的技术人员可以理解在没有偏离本发明的精神和范围的情况下如后面的权利要求所定义的可以在形式和细节上作不同的变化。

Claims

1.一种流变成形设备，包括：

一第一套筒，该第一套筒的一端部与用于释放浆料的一出口形成为一体；

一第二套筒，该用于容纳熔融金属的第二套筒的一个端部以一预定角与上述的第一套筒的另一个端部铰接连接；

一搅拌部件，该搅拌部件用于将电磁场应用在上述的内装有熔融金属的第二套筒的一区域上；

一柱塞，该柱塞被插入到上述的第二套筒的另一个端部以阻塞该容纳熔融金属的第二套筒的另一个端部和对浆料加压；和

一成形部件，该成形部件连接到上述的第一套筒的出口上以利用浆料形成具有一预定形状的产品。

2.如权利要求1所述的流变成形设备，其特征在于：上述的成形部件是一具有一传料辊和一冷却器的挤压部件。

3.如权利要求1所述的流变成形设备，其特征在于：上述的成形部件是一具有冲压模的压力成形部件。

4.如权利要求1所述的流变成形设备，其还包括一第一温度控制元件，该第一温度控制元件安装在上述的第一套筒的周围以调节朝向上述的出口的加压的浆料的温度。

5.如权利要求1到4中的任一项所述的流变成形设备，其特征在于：在将上述的熔融金属装入到上述的第二套筒中之前，上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上。

6.如权利要求1到4中的任一项所述的流变成形设备，其特征在于：在将上述的熔融金属装入到上述的第二套筒中的同时，上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上。

7.如权利要求1到4中的任一项所述的流变成形设备，其特征在于：在将上述的熔融金属装入到上述的第二套筒中的期间，上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上。

8.如权利要求1到4中的任一项所述的流变成形设备，其特征在于：上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上直到位于上述的第二套筒中的该熔融金属具有0.001-0.7的固相率。

9.如权利要求8所述的流变成形设备，其特征在于：上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上直到位于上述的第二套筒中的该熔融金属具有0.001-0.4的固相率。

10.如权利要求9所述的流变成形设备，其特征在于：上述的搅拌部件将上述的电磁场应用在上述的第二套筒上直到位于上述的第二套筒中的该熔融金属具有0.001-0.1的固相率。

11.如权利要求1到4中的任一项所述的流变成形设备，其特征在于：位于上述的第二套筒中的上述的熔融金属被冷却直到上述的熔融金属具有0.1-0.7的固相率。

12.如权利要求11所述的流变成形设备，其还包括一第二温度控制元件，该第二温度控制元件安装在上述的第二套筒的周围以冷却位于上述的第二套筒中的上述的熔融金属。

13.如权利要求12所述的流变成形设备，其特征在于：上述的第二温度控制元件包括一冷却器和一加热器二者中至少一，该冷却器和加热器被安装在上述的第二套筒的周围。

14.如权利要求12所述的流变成形设备，其特征在于：上述的第二温度控制元件以0.2-5.0℃/秒的速度冷却位于上述的第二套筒中的上述的熔融金属。

15.如权利要求14所述的流变成形设备，其特征在于：上述的第二温度控制元件以0.2-2.0℃/秒的速度冷却位于上述的第二套筒中的上述的熔融金属。