CN203508952U - 一种制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，属于材料科学技术领域。装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔；搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴。扇形滚轴不少于四个，每两个扇形滚轴水平排列且在转动时扇形叶片交叉为一组，每组扇形滚轴的距离为10～1000mm。熔炼系统的隔热熔体浇口对准搅拌系统内部的每两个水平排列的扇形滚轴的轴心连线的中点，且与中点的距离为50～800mm。本实用新型的搅拌依靠熔体自身的重力，其一道搅拌作用不是十分明显，但通过多道搅拌后，提高了浆料的均匀性，不需要外加动力，能耗低，属于绿色环保科技。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，属于材料科学技术领域。
背景技术
半固态金属加工技术主要分为流变成形和触变成形。经过多年的发展，触变成形由于其具有良好的可控性已经实现了商业化生产，同时也暴露出工艺流程长、制坯成本高（制坯成本约占零件成本的40%）、能耗高、坯料表面氧化和废料无法直接回收等诸多问题，近年来，流变成形技术，特别是流变制浆技术逐渐成为国内外半固态成形技术研究的重点，并取得一定进展。
半固态成形技术的核心在于制备组织均匀的半固态浆料，半固态合金浆料的好坏直接决定着成形器件性能的优劣。在传统的机械搅拌电磁搅拌式流变铸造、射室制备浆料流变铸造、单螺旋机械搅拌式流变铸造、双螺旋机械搅拌式流变铸造、低过热度浇注和弱机械搅拌式流变铸造、低过热度倾斜板浇注式流变铸造中，主要存在浆料组织不均匀、成本过高或成形效率过低等问题，处了电磁搅拌有小规模应用外，大多数尚处于实验室阶段。随着研究的不断深入，新方法、新技术不断涌现，美国THT公司实用新型一种低成本液相线下流变铸造技术SLC(sub-liquid-casting)；加拿大Alcan公司提出涡流热焓平衡装置制备半固态浆料SEED（swirled enthalpy equilibration device）；东北大学管仁国等人实用新型了波浪倾斜板，并在倾斜板上加装震动装置，所制得的半固态金属浆料颗粒圆整度，均匀度都有所提高；北京科技大学毛卫民等实用新型了蛇形通道浆料制备技术；北京科技大学康永林等人实用新型转筒式半固态流变成形技术(中国专利申请号 01109074.X，2001)，并得到了小规模的商业应用；南昌大学杨湘杰等人实用新型了倾斜圆筒法制备半固态金属浆料技术；江苏科技大学张小立等实用新型热焓平衡旋转磁场装置；浙江大学刘文等提出一种椭圆旋扭管反复凝熔法制备半固态合金浆料。以上所提到的制备半固态浆料技术都取得了一定的成功，但在实际应用中仍受到如浆料组织不均匀、制浆成本高、制浆效率低等问题的制约，因此应用前景并不乐观。
目前，影响流变制浆的主要因素：一是能否低成本稳定地制得半固态组织浆料，二是能否实现制浆的持续性，提高制浆效率。从降低能耗和提高制浆效率的角度考虑，本实用新型提出一种多扇滚轮伴动搅拌制备半固态合金浆料装置。
实用新型内容
为了克服现有制浆装置成本或效率的不足, 本实用新型提供一种制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，该装置巧妙地利用熔体自由落体产生的动能带动多扇滚轴，滚轴转动后又能很快将熔体分开并进行分段搅拌，促进形核，通过控制保温温度、加入气体保护已及持续循环冷却实现连续高效稳定地制备半固态合金浆料。
本实用新型的技术方案是：装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔；搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴5。
所述扇形滚轴5不少于四个，每两个扇形滚轴5水平排列且在转动时扇形叶片彼此交叉为一组，每组扇形滚轴5之间的距离为10～1000mm。
所述扇形滚轴5的轴心有冷却通道7。
所述搅拌系统的下端为锥形，锥形的底端有浆料出口10，浆料出口10与浆料收集系统相连。
所述熔炼系统的底端有出口（熔炼时用塞杆1堵塞浆料，需要浇注时拔掉塞杆1），与搅拌系统的隔热熔体浇口4相连。
所述熔炼系统的隔热熔体浇口4对准搅拌系统内部的每两个水平排列的扇形滚轴5的轴心连线中点，隔热熔体浇口4与中点的距离为50～800mm。
所述搅拌系统的内壁分布有隔热层8、加热线圈6和气体保护通道9。
本实用新型的原理是：金属熔体在保温炉保温均匀后通过控制塞杆使其由绝热浇口流出，经过一定高度的自由落体产生一定动能，然后直接碰撞到扇形滚轴上，从而带动滚轴，滚轴转动后使熔体分开。在此过程中，熔体碰撞后引起能量的起伏，扇形滚轴内部有冷却液，持续通过滚轴带走熔体传来的热量，熔体被分开后减少了后续热量的增加，使其形成一定的过冷度，促进晶粒的大量形核，并影响晶粒的生长，经过多道滚轴伴动搅拌组织更加均匀细化。与此同时，通过制浆室加热线圈施加一定的温度，使浆料晶粒增殖、熟化，保护气体的通入防止了浆料表面的氧化，最终得到组织优异的半固态合金浆料。
本实用新型的优点和积极效果为：装置结构简单，设备成本低，易拆卸，变动灵活，可直接与其他后续成形加工（压铸或锻造）生产工艺相结合；装置容易控制，操作简单，制浆流程短，具有可持续性，效率高；与传统制浆工艺相比，本实用新型的搅拌依靠熔体自身的重力，其一道搅拌作用不是十分明显，但通过多道搅拌后，提高了浆料的均匀性，不需要外加动力，能耗低，属于绿色环保科技。
附图说明
图1是本实用新型整体结构示意图；
图2是本实用新型浇注示意图。
图中：1-塞杆，2-保温炉，3-金属熔体，4-隔热熔体浇口，5-扇形滚轴，6-加热线圈，7-冷却通道，8-隔热层，9-气体保护通道，10-浆料出口。
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所示，本实施方式的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔；搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴5。扇形滚轴5不少于四个，每两个扇形滚轴5水平排列且在转动时扇形叶片交叉为一组，每组扇形滚轴5的距离为10mm。扇形滚轴5的轴心有冷却通道7。搅拌系统的下端为锥形，锥形的底端有浆料出口10，浆料出口10与浆料收集系统相连。熔炼系统的底端有出口（熔炼时用塞杆1堵塞浆料，需要浇注时拔掉塞杆1），与搅拌系统的隔热熔体浇口4相连。熔炼系统的隔热熔体浇口4对准搅拌系统内部的每两个水平排列的扇形滚轴5的轴心连线的中点，且与中点的距离为50mm。搅拌系统的内壁分布有隔热层8、加热线圈6和气体保护通道9。
本实用新型浇注方法为：如图2所示，将采用传统工艺制备的ZL101铝合金（液相温度线613℃，固相线温度577℃）低过热熔体（630℃）转移到保温炉中，并保温1h使其内部均匀，然后拉开塞杆使熔体浇注到两道双扇滚轮上，滚轮内径为100mm，外径为110mm，每个扇形滚轮上有5块叶扇，扇径为300mm，叶扇厚度为10mm，每道滚轮的双扇滚轴同在一水平线上，圆心距为500mm，第一道滚轮与浇口的垂直间距为500mm，两道滚轮之间的垂直间距为500mm，制浆室温度控制在580℃±1℃，并通入保护气体Ar2，滚轴内以2.0*10-4m3/s的流速注入冷却循环水，熔体经过扇形滚轮伴动搅拌流入石墨坩埚内空冷，即得到组织细小、圆整的半固态铝合金浆料。
实施方式二：如图1所示，本实施方式的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔；搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴5。扇形滚轴5不少于四个，每两个扇形滚轴5水平排列且在转动时扇形叶片交叉为一组，每组扇形滚轴5的距离为500mm。扇形滚轴5的轴心有冷却通道7。搅拌系统的下端为锥形，锥形的底端有浆料出口10，浆料出口10与浆料收集系统相连。熔炼系统的底端有出口（熔炼时用塞杆1堵塞浆料，需要浇注时拔掉塞杆1），与搅拌系统的隔热熔体浇口4相连。熔炼系统的隔热熔体浇口4对准搅拌系统内部的每两个水平排列的扇形滚轴5的轴心连线的中点，且与中点的距离为300mm。搅拌系统的内壁分布有隔热层8、加热线圈6和气体保护通道9。
本实用新型浇注方法为：如图2所示，将采用传统熔炼方法制备的Al-25%Si铝合金（液相温度线778℃，固相线温度577℃）低过热熔体（785℃）转到保温炉保温1h，使熔体均匀，然后提升塞杆使熔体浇注到三道双扇滚轮上，滚轮内径为100mm，外径为110mm，每个扇形滚轮上有8块叶扇，扇径为350mm，叶扇厚度为15mm，每道滚轮的双扇滚轴同在一水平线上，圆心距为500mm，第一道滚轮与浇口的垂直间距为500mm，后两道滚轮之间的垂直间距均为500mm，制浆室温度为常温，并通入保护气体N2, 滚轴内以3.0*10-4m3/s的流速注入冷却循环水，熔体经滚轮激冷搅拌，流入铜质模具中，并进行水淬，即得到组织细小、圆整的半固态铝硅合金坯料，初生硅得到明显细化，形状也近似球状。
实施方式三：如图1所示，本实施方式的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔；搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴5。扇形滚轴5不少于四个，每两个扇形滚轴5水平排列且在转动时扇形叶片交叉为一组，每组扇形滚轴5的距离为1000mm。扇形滚轴5的轴心有冷却通道7。搅拌系统的下端为锥形，锥形的底端有浆料出口10，浆料出口10与浆料收集系统相连。熔炼系统的底端有出口（熔炼时用塞杆1堵塞浆料，需要浇注时拔掉塞杆1），与搅拌系统的隔热熔体浇口4相连。熔炼系统的隔热熔体浇口4对准搅拌系统内部的每两个水平排列的扇形滚轴5的轴心连线的中点，且与中点的距离为800mm。搅拌系统的内壁分布有隔热层8、加热线圈6和气体保护通道9。
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，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，装置自上而下依次为熔炼系统、搅拌系统和浆料收集系统，搅拌系统为内部有搅拌装置的空腔，其特征在于：搅拌装置为多个带有扇形叶片的扇形滚轴（5）。
2.根据权利要求1所述的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，其特征在于：所述扇形滚轴（5）不少于四个，每两个扇形滚轴（5）水平排列且在转动时扇形叶片彼此交叉为一组，每组扇形滚轴（5）之间的距离为10～1000mm。
3.根据权利要求1或2所述的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，其特征在于：所述扇形滚轴（5）的轴心有冷却通道（7）。
4.根据权利要求1或2所述的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，其特征在于：所述熔炼系统的隔热熔体浇口（4）对准搅拌系统内部的每组扇形滚轴（5）的轴心连线中点，隔热熔体浇口（4）与中点的距离为50～800mm。
5.根据权利要求1所述的制备半固态合金浆料的多滚轮搅拌装置，其特征在于：所述搅拌系统的内壁分布有隔热层（8）、加热线圈（6）和气体保护通道（9）。
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