CN201960107U - 一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，包括炉体支角和安装在炉体支角上的密闭容器，密闭容器由外壳和设置在外壳上端的顶盖组成，还包括设置在外壳内部的高铝陶瓷炉膛、设置在高铝陶瓷炉膛底部的加压模具以及设置在外壳外部的加压螺杆手枪、漏料阀气缸和抽真空接口，高铝陶瓷炉膛上端设有保温盖板，高铝陶瓷炉膛内部设有金属坩埚，金属坩埚下端与加压模具之间设有通孔一，通孔一上端设有滑动片；顶盖上设有穿过顶盖的中心并与顶盖相密封的搅拌杆，搅拌杆上端设有搅拌电机。本实用新型结构简单且使用安全可靠，能有效使陶瓷颗粒在铝等金属中均匀分散，防止金属熔体吸气和氧化，同时消除了疏松和气孔现象。

Description

一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置
技术领域
本实用新型涉及一种复合材料搅拌压铸装置，尤其是涉及一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置。
背景技术
陶瓷颗粒增强铝基复合材料具有密度小、强度比高、比模量大以及力学和物理性能优良的特点，同时回收性能和切削加工性能好，以及耐磨性能和耐高温性能强，因此被广泛应用于新兴技术领域中。
目前，制备铝合金、铜合金、镁合金、锌合金等半固态金属浆料或坯料通常采用机械搅拌装置。该机械搅拌装置具有结构简单、造价低且操作方便等特点，但是由于陶瓷颗粒与金属铝等金属的相容性较差，且金属铝性质活泼，在高温下极易氧化，加之已有的机械搅拌装置普遍存在机械搅拌杆与炉体之间动密封不良以及不能一次加工成型等问题，因此现有的机械搅拌装置难以实现陶瓷颗粒与金属铝基体在液态或半固态下的充分融合，使得陶瓷颗粒在金属基体中团聚以及复合材料中易形成气孔等，同时制备出的复合材料需要二次加工成型使其更加致密化。而二次加工过程中，复合材料会面临一系列新的物理、化学和力学等方面需要综合考虑的问题，这些问题严重制约了陶瓷颗粒增强铝基复合材料的使用和发展。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其结构简单、设计合理、操作方便且使用安全可靠，能有效使陶瓷颗粒在铝等金属中均匀分散，防止金属熔体吸气和氧化，同时消除了疏松和气孔现象，适合连续生产作业。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，包括炉体支角和安装在炉体支角上的密闭容器，所述密闭容器由外壳和设置在外壳上端的顶盖组成，其特征在于：还包括设置在外壳内部的高铝陶瓷炉膛、设置在高铝陶瓷炉膛底部的加压模具以及由下至上依次设置在外壳外部的加压螺杆手枪、漏料阀气缸和抽真空接口，所述高铝陶瓷炉膛上端设置有保温盖板，所述高铝陶瓷炉膛内部设置有金属坩埚，所述金属坩埚上端与保温盖板底部相接触，所述金属坩埚下端与加压模具之间设置有通孔一，所述通孔一上端设置有滑动片，所述滑动片与漏料阀气缸连接，所述加压模具上端与高铝陶瓷炉膛固定连接，所述加压模具下端与外壳底部固定连接，所述加压模具还与加压螺杆手枪连接；所述顶盖上设置有穿过顶盖的中心并与顶盖相密封的搅拌杆，所述搅拌杆下端位于金属坩埚内部，所述搅拌杆上端设置有用于驱动其实现上下移动的搅拌电机，所述搅拌电机安装在电机升降架上。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述搅拌杆通过搅拌密封座与顶盖相密封，所述搅拌密封座中心设置有与搅拌杆直径相配合的通孔二，所述搅拌密封座包括上层部分和下层部分，所述上层部分和下层部分通过螺栓固定连接，所述下层部分上端且位于通孔二外侧位置处设置有凹槽一，所述凹槽一上设置有带副唇内包骨架密封圈，所述带副唇内包骨架密封圈上部与设置在所述上层部分下端的凹槽二相配合，所述带副唇内包骨架密封圈上端设置有密封垫。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳上还设置有用于测量金属坩埚温度的热电偶，所述热电偶安装在热电偶座上，所述热电偶座通过套管与外壳密封连接，所述外壳上且位于热电偶座下方设置有电源；所述热电偶一端伸入外壳内部且与金属坩埚侧壁相接触，所述热电偶另一端连接温度控制系统，所述温度控制系统还连接加热电极片，所述加热电极片还连接用于对金属坩埚加热的电炉丝，所述电炉丝埋设在高铝陶瓷炉膛内壁上，所述加热电极片安装在电极密封座上。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述热电偶座包括相嵌套的内圆筒和外圆筒，所述内圆筒端部与外圆筒内部之间设置有密封圈。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述电极密封座由设置在加热电极片外部的密封绝缘套管和用于将密封绝缘套管固定在外壳上的连接法兰三两部分组成。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳和顶盖上均设置有循环水冷层，所述外壳下端和顶盖上均设置有进水口，所述外壳上部和顶盖上均设置有出水口。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述高铝陶瓷炉膛与外壳之间设置有碳毡保温层。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述顶盖上设置有观察窗。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳外部还连接有压力表，所述压力表位于抽真空接口上方。
上述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述加压模具上端通过连接法兰一与高铝陶瓷炉膛固定连接，所述加压模具下端通过连接法兰二与外壳底部固定连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、结构简单、设计合理且操作方便，该机械搅拌复合压铸装置是集液态和半固态压铸成型于一体的装置。
2、本实用新型实现了机械搅拌杆与顶盖之间的动密封，采用抽真空或惰性气体保护，能有效地防止金属熔体在搅拌复合过程发生氧化和吸气。
3、由于搅拌杆采用多层叶片结构，因此可根据搅拌过程中金属熔体所处的状态和复合材料中陶瓷颗粒的体积分数，选用不同层级的搅拌叶片，进而实现陶瓷颗粒在铝等金属基体中均匀分散。
4、由于搅拌杆外接的搅拌电机置于电机升降架上，因此在搅拌过程中，可遥控搅拌电机上下移动，从而使搅拌杆在旋转的同时上下运动，增大熔体的混乱度，有利于陶瓷颗粒在熔体中均匀分布。
5、本实用新型通过漏料阀气缸控制滑动片，使熔融的复合浆料流入预先放置在封闭容器底部的加压模具中，然后通过加压螺杆手枪加压，压铸成所需的零件，无需二次加工成型，避免了多次操作对材料组织与性能的影响。
6、本实用新型金属坩埚的加热采用埋式电阻丝结构，使用安全可靠。
7、本实用新型消除了疏松和气孔现象，适合连续生产作业。
下面通过附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为本实用新型搅拌密封座的结构示意图。
图4为本实用新型热电偶座的结构示意图。
图5为本实用新型电极密封座的结构示意图。
附图标记说明：
1-电机升降架；     2-搅拌电机；          3-观察窗；
4-顶盖；           5-搅拌杆；            6-进水口；
7-出水口；         8-保温盖板；          9-压力表；
10-碳毡保温层；    11-炉盖开启螺母；     12-金属坩埚；
13-热电偶座；      14-抽真空接口；       15-电炉丝；
16-电源；                    17-漏料阀气缸；        18-滑动片；
19-加压螺杆手枪；            20-连接法兰一；        21-连接法兰二；
22-加压模具；                23-炉体支角；          24-搅拌密封座；
25-带副唇内包骨架密封圈；    26-螺栓；              27-通孔二；
28-密封垫；                  29-密封圈；            30-加热电极片；
31-密封绝缘套管；            32-连接法兰三；        33-外壳；
34-高铝陶瓷炉膛；            35-循环水冷层；        36-热电偶；
37-外圆筒；                  38-内圆筒；
具体实施方式
如图1和2所示的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，包括炉体支角23和安装在炉体支角23上的密闭容器，所述密闭容器由外壳33和设置在外壳33上端的顶盖4组成，还包括设置在外壳33内部的高铝陶瓷炉膛34、设置在高铝陶瓷炉膛34底部的加压模具22以及由下至上依次设置在外壳33外部的加压螺杆手枪19、漏料阀气缸17和抽真空接口14，所述高铝陶瓷炉膛34上端设置有保温盖板8，所述高铝陶瓷炉膛34内部设置有金属坩埚12，所述金属坩埚12上端与保温盖板8底部相接触，所述金属坩埚12下端与加压模具22之间设置有通孔一，所述通孔一上端设置有滑动片18，所述滑动片18与漏料阀气缸17连接，所述加压模具22上端与高铝陶瓷炉膛34固定连接，所述加压模具22下端与外壳33底部固定连接，所述加压模具22还与加压螺杆手枪19连接；所述顶盖4上设置有穿过顶盖4的中心并与顶盖4相密封的搅拌杆5，所述搅拌杆5下端位于金属坩埚12内部，所述搅拌杆5上端设置有用于驱动其实现上下移动的搅拌电机2，所述搅拌电机2安装在电机升降架1上。
如图3所示，所述搅拌杆5通过搅拌密封座24与顶盖4相密封，所述搅拌密封座24中心设置有与搅拌杆5直径相配合的通孔二27，所述搅拌密封座24包括上层部分和下层部分，所述上层部分和下层部分通过螺栓26固定连接，所述下层部分上端且位于通孔二27外侧位置处设置有凹槽一，所述凹槽一上设置有带副唇内包骨架密封圈25，所述带副唇内包骨架密封圈25上部与设置在所述上层部分下端的凹槽二相配合，所述带副唇内包骨架密封圈25上端设置有密封垫28。
如图1和4所示，所述外壳33上还设置有用于测量金属坩埚12温度的热电偶36，所述热电偶36安装在热电偶座13上，所述热电偶座13通过套管与外壳33密封连接，所述外壳33上且位于热电偶座13下方设置有电源16；所述热电偶36一端伸入外壳33内部且与金属坩埚12侧壁相接触，所述热电偶36另一端连接温度控制系统，所述温度控制系统还连接加热电极片30，所述加热电极片30还连接用于对金属坩埚12加热的电炉丝15，所述电炉丝15埋设在高铝陶瓷炉膛34内壁上，所述加热电极片30安装在电极密封座上。
如图4所示，所述热电偶座13包括相嵌套的内圆筒38和外圆筒37，所述内圆筒38端部与外圆筒37内部之间设置有密封圈29。
如图5所示，所述电极密封座由设置在加热电极片30外部的密封绝缘套管31和用于将密封绝缘套管31固定在外壳33上的连接法兰三32两部分组成。
如图1和2所示，所述外壳33和顶盖4上均设置有循环水冷层35，所述外壳33下端和顶盖4上均设置有进水口6，所述外壳33上部和顶盖4上均设置有出水口7。
如图1所示，所述高铝陶瓷炉膛34与外壳33之间设置有碳毡保温层10。
如图1和2所示，所述顶盖4上设置有观察窗3。
如图1所示，所述外壳33外部还连接有压力表9，所述压力表9位于抽真空接口14上方。
如图1所示，所述加压模具22上端通过连接法兰一20与高铝陶瓷炉膛34固定连接，所述加压模具22下端通过连接法兰二21与外壳33底部固定连接。
本实用新型中，外壳33与顶盖4通过炉盖开启螺母11固定连接，便于开启使用，加压螺杆手枪19用于对加压模具22手动调节施压；金属坩埚12采用耐热钢制成。搅拌杆5采用多层叶片结构，这样可根据搅拌过程中金属熔体所处的状态和复合材料中陶瓷颗粒的体积分数，选用不同层级的搅拌叶片，进而实现陶瓷颗粒在金属基体中均匀分散。
本实用新型的工作过程为：首先松动炉盖开启螺母11，将顶盖4从外壳33上移开，并取出保温盖板8后，将配置好的金属铝和陶瓷颗粒混合物一起置于金属坩埚12中，然后将搅拌杆5穿过顶盖4后移回原位，通过搅拌密封座24将搅拌杆5与顶盖4密封，在抽真空接口14外接真空泵将高铝陶瓷炉膛34抽至真空状态，这时开启搅拌电机2，接通电源16对高铝陶瓷炉膛34加热搅拌复合至复合浆料。搅拌过程中，可遥控电机2，使搅拌杆5在旋转的同时上下运动，进而增大熔体的混乱度，有利于颗粒在熔体中均匀分布。搅拌结束后，切断电源16，拧动漏料阀气缸17使滑动片18移动，则复合浆料在重力作用下流入加压模具22中，通过加压螺杆手枪19对复合浆料施加压力压铸成型，冷却后形成陶瓷颗粒增强铝基复合材料铸件。
上述机械搅拌复合压铸过程中，由进水口6和出水口7循环水冷高铝陶瓷炉膛34，热电偶36实时测量金属坩埚12的温度，且可通过观察窗3及时观察金属融化状态。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，包括炉体支角(23)和安装在炉体支角(23)上的密闭容器，所述密闭容器由外壳(33)和设置在外壳(33)上端的顶盖(4)组成，其特征在于：还包括设置在外壳(33)内部的高铝陶瓷炉膛(34)、设置在高铝陶瓷炉膛(34)底部的加压模具(22)以及由下至上依次设置在外壳(33)外部的加压螺杆手枪(19)、漏料阀气缸(17)和抽真空接口(14)，所述高铝陶瓷炉膛(34)上端设置有保温盖板(8)，所述高铝陶瓷炉膛(34)内部设置有金属坩埚(12)，所述金属坩埚(12)上端与保温盖板(8)底部相接触，所述金属坩埚(12)下端与加压模具(22)之间设置有通孔一，所述通孔一上端设置有滑动片(18)，所述滑动片(18)与漏料阀气缸(17)连接，所述加压模具(22)上端与高铝陶瓷炉膛(34)固定连接，所述加压模具(22)下端与外壳(33)底部固定连接，所述加压模具(22)还与加压螺杆手枪(19)连接；所述顶盖(4)上设置有穿过顶盖(4)的中心并与顶盖(4)相密封的搅拌杆(5)，所述搅拌杆(5)下端位于金属坩埚(12)内部，所述搅拌杆(5)上端设置有用于驱动其实现上下移动的搅拌电机(2)，所述搅拌电机(2)安装在电机升降架(1)上。
2.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述搅拌杆(5)通过搅拌密封座(24)与顶盖(4)相密封，所述搅拌密封座(24)中心设置有与搅拌杆(5)直径相配合的通孔二(27)，所述搅拌密封座(24)包括上层部分和下层部分，所述上层部分和下层部分通过螺栓(26)固定连接，所述下层部分上端且位于通孔二(27)外侧位置处设置有凹槽一，所述凹槽一上设置有带副唇内包骨架密封圈(25)，所述带副唇内包骨架密封圈(25)上部与设置在所述上层部分下端的凹槽二相配合，所述带副唇内包骨架密封圈(25)上端设置有密封垫(28)。
3.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳(33)上还设置有用于测量金属坩埚(12)温度的热电偶(36)，所述热电偶(36)安装在热电偶座(13)上，所述热电偶座(13)通过套管与外壳(33)密封连接，所述外壳(33)上且位于热电偶座(13)下方设置有电源(16)；所述热电偶(36)一端伸入外壳(33)内部且与金属坩埚(12)侧壁相接触，所述热电偶(36)另一端连接温度控制系统，所述温度控制系统还连接加热电极片(30)，所述加热电极片(30)还连接用于对金属坩埚(12)加热的电炉丝(15)，所述电炉丝(15)埋设在高铝陶瓷炉膛(34)内壁上，所述加热电极片(30)安装在电极密封座上。
4.按照权利要求3所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述热电偶座(13)包括相嵌套的内圆筒(38)和外圆筒(37)，所述内圆筒(38)端部与外圆筒(37)内部之间设置有密封圈(29)。
5.按照权利要求3所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述电极密封座由设置在加热电极片(30)外部的密封绝缘套管(31)和用于将密封绝缘套管(31)固定在外壳(33)上的连接法兰三(32)两部分组成。
6.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳(33)和顶盖(4)上均设置有循环水冷层(35)，所述外壳(33)下端和顶盖(4)上均设置有进水口(6)，所述外壳(33)上部和顶盖(4)上均设置有出水口(7)。
7.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述高铝陶瓷炉膛(34)与外壳(33)之间设置有碳毡保温层(10)。
8.按照权利要求1或2所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述顶盖(4)上设置有观察窗(3)。
9.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述外壳(33)外部还连接有压力表(9)，所述压力表(9)位于抽真空接口(14)上方。
10.按照权利要求1所述的一种陶瓷颗粒增强铝基复合材料机械搅拌复合压铸装置，其特征在于：所述加压模具(22)上端通过连接法兰一(20)与高铝陶瓷炉膛(34)固定连接，所述加压模具(22)下端通过连接法兰二(21)与外壳(33)底部固定连接。
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