CN203508951U - 一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置 - Google Patents
一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，属于金属半固态技术领域。包括倾斜板、和半固态坯料容器，还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶，其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板倾斜放置在波浪锥形离心桶上，半固态坯料容器放置在波浪锥形离心桶的下端出口处。其装置结构简单、能耗低，能够得到组织更加均匀、晶粒细小、球化效果良好的半固态浆料。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，属于金属半固态技术领域。
背景技术
半固态金属技术是20世纪70年代提出的一种介于液态、固态成形的技术。它由于具有充型平稳、制件致密性高、对模具的热冲击小、力学性能高、成形力低等特点，半固态金属浆料的制备和成形技术引起了世界各国的广泛关注。其中，制备出具有均匀、细小的非枝晶组织的半固态金属浆料，是半固态金属成形技术中最重要的一个环节，是半固态金属成形技术的关键及基础。半固态浆料的质量决定了后续加工手段以及最终成形工件的质量。
国内外对于半固态加工技术的研究工作已经较多，在半固态金属成形理论、浆料流变行为、成形工艺等方面进行了深入的研究。目前，半固态坯料的制备技术已达20多种，主要分为：液态法、控制凝固法和固态法三种。液态法制备半固态浆料的装置各具特色，其中倾斜冷却剪切流变技术根据冷却体装置不同，主要有斜管法和倾斜冷却板法两种，通常在合金钢制成的倾斜冷却板表面涂覆一层涂料，以防止半固态浆料粘附在冷却板表面。在制备半固态浆料时，熔融的浆料经过倾斜冷却板时，由于倾斜冷却板的激冷作用，在冷却板的表面大量形核。并受到后续熔融合金的冲击和重力的作用，经形核长大的晶粒就会从冷却板上脱落，之后的合金熔体用容器收集，并控制冷却温度来细化晶粒，从而获得较好的半固态组织。
中国发明专利CN102409188A公开的一种离心激冷制备半固态浆料的方法，主要利用离心和激冷的作用，将熔体在离心力的作用下甩到激冷桶的内壁上而大量形核。但是熔体处于熔融状态，熔体本身的粘度较高，光靠离心力使枝晶破碎存在困难，且激冷桶的内壁上流体为不连续状态，难以对形核长大的晶粒冲击使其游离。实用新型专利CN202343884U公开了一种组合式弧面倾斜板半固态合金浆料制备装置，主要就是利用倾斜板的激冷作用制备半固态浆料，并且能够与压铸机联合使用，实现流变压铸成型。但是能否制备出均匀、细小、球化效果好的半固态浆料是该装置关键，单凭倾斜板的激冷形核是存在一定难度的。
发明内容
本实用新型提供一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，其装置结构简单、能耗低，能够得到组织更加均匀、晶粒细小、球化效果良好的半固态浆料。
本实用新型波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置结构为：包括倾斜板1、和半固态坯料容器5，还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶6，其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板1倾斜放置在波浪锥形离心桶6上，半固态坯料容器5放置在波浪锥形离心桶6的下端出口处。
所述波浪锥形离心桶6的外缘下表面安装有齿轮3和辊轮2，辊轮2的下端有圆柱形支架支撑波浪锥形离心桶6。齿轮3连接电机用于带动波浪锥形离心桶6的转动，辊轮2保持支撑波浪锥形离心桶6在支架上转动。
所述倾斜板1放置在波浪锥形离心桶6上与水平面的角度γ为30～45°。
所述波浪锥形离心桶6的圆锥角α在20～60°、高度H为500～700mm，转速ν为30～90r/min。（通过控制电机转速来控制）。
本装置用于制备半固态浆料的步骤如下：
（1）采用常规的熔炼技术将合金坯料加热熔化，控制熔体的温度在液相线以上30～50℃，并保温30min；
（2）控制倾斜板的角度在30～45°，使倾斜板倾斜方向与其靠近的波浪锥形离心桶线速度方向在同一平面内，然后将步骤（1）制备的熔体浇注在倾斜板上，熔体顺着倾斜板流到波浪锥形离心桶上，最后流到收集半固态浆料的容器中，得到所制备的组织均匀性好、晶粒细小、球化效果良好的半固态浆料。
本实用新型的原理是：合金熔体流经倾斜板时，首先是倾斜板对其起到第一次的激冷和剪切作用，合金熔体温度下降到液固区间，在倾斜板上大量形核并受到后续的合金熔体的冲击作用而脱落。当合金熔体经倾斜板流入到波浪锥形离心桶时，由于合金熔体入波浪锥形离心桶的方向与桶的转动方向在同一平面，使熔体在离心力的作用下受到第二次激冷和强力剪切，并且已经形核长大的晶粒在剪切力和熔体的冲击作用下翻转或滚动，使初生相的形状系数较好。此外在波浪锥形离心桶的内壁上涂上一层石墨防止合金熔体粘黏在桶壁上，经过两次激冷和剪切作用的合金熔体的固相分数比传统的倾斜板法得到半固态浆料高出很多且固相颗粒的圆整度较好，在之后合金熔体冷却过程中将大大减少树枝状晶粒的形成而获得理想的半固态浆料。
由于采用了上述的技术方案，本实用新型有如下优势：
1. 本装置采用倾斜冷却板对合金熔体进行第一次激冷形核并剪切，然后利用波浪锥形离心桶对熔体形成第二次激冷和强力剪切，有利于得到髙固相分数且初生相颗粒圆整的非枝晶半固态浆料。
2. 本装置通过调节倾斜冷却板，使倾斜冷却板倾斜方向应与其靠近波浪锥形离心桶位置的线速度方向在同一的平面内，即使合金熔体流在波浪锥形离心桶上受强力的剪切，比单纯的倾斜板的剪切力大大提高。
3. 本装置适合制备铝合金、镁合金、铜合金等多种合金的半固态浆料，并可以实现直接的流变成型。
4. 本装置通过调节倾斜板的角度以及波浪锥形激冷离心桶的转速，从而控制第一次激冷和第二次激冷熔体的温降、离心力大小、剪切力的大小，以获得不同固相率、晶粒大小、球化效果的半固态浆料。
附图说明
图1是本实用新型装置结构示意图；
图2是本实用新型实施例1倾斜板结构示意图；
图3是本实用新型锥形结构示意图；
图4是本实用新型波浪形内壁结构示意图。
图中：1-倾斜板、2-辊轮、3-齿轮、4-支架、5-半固态坯料容器、6-波浪锥形离心桶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。
实施方式一：如图1至4所示，本实施例的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置的结构为：包括倾斜板1、和半固态坯料容器5，还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶6，其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板1倾斜放置在波浪锥形离心桶6上，半固态坯料容器5放置在波浪锥形离心桶6的下端出口处。波浪锥形离心桶6的外缘下表面安装有齿轮3和辊轮2，辊轮2的下端有圆柱形支架支撑波浪锥形离心桶6。齿轮3连接电机用于带动波浪锥形离心桶6的转动，辊轮2保持支撑波浪锥形离心桶6在支架上转动。倾斜板1放置在波浪锥形离心桶6上与水平面的角度γ为30°。如图2所示，倾斜板1的长度L为300mm，宽度S为50mm，厚度为50mm，倾斜板中间有凹槽。波浪锥形离心桶6的圆锥角α在20°，高度H为700mm，不包括内部波浪形的外壁厚度T为15mm。
实施方式二：如图1、3、4所示，本实施例的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置的结构为：包括倾斜板1、和半固态坯料容器5，还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶6，其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板1倾斜放置在波浪锥形离心桶6上，半固态坯料容器5放置在波浪锥形离心桶6的下端出口处。波浪锥形离心桶6的外缘下表面安装有齿轮3和辊轮2，辊轮2的下端有圆柱形支架支撑波浪锥形离心桶6。齿轮3连接电机用于带动波浪锥形离心桶6的转动，辊轮2保持支撑波浪锥形离心桶6在支架上转动。倾斜板1放置在波浪锥形离心桶6上与水平面的角度γ为45°。如图2所示，倾斜板1的长度L为200mm，宽度S为50mm，厚度为30mm，倾斜板中间有凹槽。波浪锥形离心桶6的圆锥角α在40°，高度H为600mm，不包括内部波浪形的外壁厚度T为30mm。
实施方式三：如图1、3、4所示，本实施例的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置的结构为：包括倾斜板1、和半固态坯料容器5，还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶6，其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板1倾斜放置在波浪锥形离心桶6上，半固态坯料容器5放置在波浪锥形离心桶6的下端出口处。波浪锥形离心桶6的外缘下表面安装有齿轮3和辊轮2，辊轮2的下端有圆柱形支架支撑波浪锥形离心桶6。齿轮3连接电机用于带动波浪锥形离心桶6的转动，辊轮2保持支撑波浪锥形离心桶6在支架上转动。倾斜板1放置在波浪锥形离心桶6上与水平面的角度γ为38°。波浪锥形离心桶6的圆锥角α在60°，高度H为500mm，不包括内部波浪形的外壁厚度T为25mm。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，包括倾斜板（1）、和半固态坯料容器（5），其特征在于：还包括带有自转功能的波浪锥形离心桶（6），其外壁为下端带出口的锥形、内壁为波浪形，锥形的上端有向四周伸出的外缘；倾斜板（1）倾斜放置在波浪锥形离心桶（6）上，半固态坯料容器（5）放置在波浪锥形离心桶（6）的下端出口处。
2.根据权利要求1所述的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，其特征在于：所述波浪锥形离心桶（6）的外缘下表面安装有齿轮（3）和辊轮（2），辊轮（2）的下端有圆柱形支架支撑波浪锥形离心桶（6）；齿轮（3）连接电机用于带动波浪锥形离心桶（6）的转动。
3.根据权利要求1所述的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，其特征在于：所述倾斜板（1）放置在波浪锥形离心桶（6）上与水平面的角度γ为30～45°。
4.根据权利要求1所述的波浪锥形离心剪切激冷制备半固态浆料的装置，其特征在于：所述波浪锥形离心桶（6）的圆锥角α为20～60°、高度H为500～700mm。
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