CN207358125U - 一种制备高固相率半固态浆料的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制备高固相率半固态浆料的装置，包括熔融合金液、机械手臂、组合式坩埚桶、旋转搅拌棒、脱模压料棒和压铸室，其中，所述熔融合金液设置在所述组合式坩埚桶内，所述机械手臂与所述组合式坩埚桶相连接，所述组合式坩埚桶包括无底坩埚桶和坩埚底板，所述坩埚底板和无底坩埚桶可分离设置；本实用新型的装置设计合理，操作简便高效，区别于传统搅拌制浆，旋转搅拌棒上的限位板、无底坩埚桶和坩埚底板共同形成相对密闭的空间，旋转剪切过程能最大程度减少卷入气体、夹杂氧化物的情况出现。

Description

一种制备高固相率半固态浆料的装置

技术领域

本实用新型涉及半固态成形技术领域，具体涉及一种制备高固相率半固态浆料的装置。

背景技术

半固态成形技术，是指针对非枝晶状的分散悬浮碎晶半固态浆料的成形技术，又分为流变成形和触变成形。区别于传统液态成形，半固态成形能显著提高成形件质量，达到锻造性能，可实现以铸代锻，降低能耗，降低成本，满足轻量化要求。随着国防、航天领域对高性能结构件的要求越来越高，半固态成形技术已经在这些领域上实现部分量产。同时在汽车、通讯领域上也实现了量产，譬如汽车悬置支架、基站散热器、滤波器等。半固态流变成形工艺，指针对制备的半固态浆料进行流变加工，工艺流程短、生产周期短，相比较于触变成形，流变成形能够避免二次加热造成的能耗损失，成本较低、周期短。半固态浆料固相率的高低，影响着半固态流变成形件的性能，高固相率(大于40％)半固态浆料粘度大，成形(压铸)过程中容易以层流状态充型，不易卷气，内部缺陷(主要为疏松、缩孔、气泡)实现极少化；低固相率(小于40％)浆料，成形过程黏度相对较小，流动性稍好，但在高速压铸情况下仍容易出现喷射紊流，成形件内部缺陷相比较高固相较多。而现有的半固态制浆工艺与成形工艺的衔接时间脱节，引起半固态浆料在等待成形的过程中造成晶粒熟化粗大，浆料温度过低导致的黏度过大、成形抗力大。同时熔融合金液易氧化，使得在制备高固相率半固态浆料过程中表面氧化物溶入合金液内部造成夹杂氧化物较多，同时卷入气体形成气泡，以及造成内部镁氧化、烧损，影响浆料的质量。因此，在利用搅拌制浆技术过程中，控制搅动熔体以层流态的方式稳定地进行剪切变形对于提高半固态浆料质量及成形件质量具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种设计合理，避免卷入气体和夹杂氧化物，操作简便高效的制备高固相率半固态浆料的装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种制备高固相率半固态浆料的装置，包括熔融合金液、机械手臂、组合式坩埚桶、旋转搅拌棒、脱模压料棒和压铸室，其中，所述熔融合金液设置在所述组合式坩埚桶内，所述机械手臂与所述组合式坩埚桶相连接，所述组合式坩埚桶包括无底坩埚桶和坩埚底板，所述坩埚底板和无底坩埚桶可分离设置；所述旋转搅拌棒和脱模压料棒相邻设置，所述组合式坩埚桶位于所述旋转搅拌棒和脱模压料棒下方，所述机械手臂控制组合式坩埚桶在旋转搅拌棒和脱模压料棒的正下方左右来回移动；所述旋转搅拌棒的上部设有限位板，旋转搅拌棒上部设置限位板能够防止熔融合金液液体从组合式坩埚桶内溅出，同时也能防止污染物掉入组合式坩埚桶内，所述旋转搅拌棒可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内旋转搅拌；所述脱模压料棒可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内将浆料推出；所述压铸室位于所述组合式坩埚桶下方，所述压铸室内设有推料棒，所述压铸室顶部设有开口且所述开口设在所述脱模压料棒的正下方。

优选地，所述机械手臂和与其相连接的组合式坩埚桶设有多个；设置多个机械手臂和组合式坩埚桶交替工作，能够加快循环反复的制备过程，提高工作效率。

优选地，所述熔融合金液为铝合金熔液。

优选地，所述铝合金熔液的温度为625～635℃。

优选地，所述旋转搅拌棒的旋转速度为500～1000r/min。

优选地，所述旋转搅拌棒的旋转时间为3～5min。

本实用新型的工作原理：

工作时，首先用舀料勺将熔融合金液浇入由无底坩埚桶和坩埚底板构成的组合式坩埚桶内；机械手臂控制组合式坩埚桶移动到旋转搅拌棒正下方，将旋转搅拌棒迅速下降并伸入组合式坩埚内的熔融合金液中，旋转搅拌棒上的限位板与熔融合金液形成小缝隙空间，旋转搅拌棒开始工作，利用旋转搅拌棒传递扭矩给熔融合金液，在熔融合金液内部沿径向形成速度差，以层流态方式强制对流，对结晶过程中形成的枝状晶造成剪切破碎，形成高固相半固态浆料；搅拌完成后，旋转搅拌棒提升并复位，组合式坩埚的坩埚底板和无底坩埚桶分离，高固相率半固态浆料与无底坩埚桶的桶壁以弱的结合力黏结；机械手臂控制无底坩埚桶迅速移动到脱模压料棒的正下方，脱模压料棒快速下降并推动无底坩埚桶内的高固相率半固态浆料下落，之后脱模压料棒提升并复位；高固相率半固态浆料通过压铸室顶部的开口落入压铸室内，推料棒在压铸室内推动高固相率半固态浆料进入模具型腔压铸成形；下一工位的高固相率半固态浆料制备开始进行，制备工作循环反复。

本实用新型与现有技术相比具有以下的有益效果：

(1)本实用新型的装置设计合理，操作简便高效，区别于传统搅拌制浆，旋转搅拌棒上的限位板、无底坩埚桶和坩埚底板共同形成相对密闭的空间，旋转剪切过程能最大程度减少卷入气体、夹杂氧化物的情况出现；

(2)本实用新型利用旋转搅拌棒的转动，带动组合式坩埚桶内熔融合金液以层流态形式强制对流转动，剪切速率场沿径向方向依次增大，这样能够避免熔融合金液在湍流紊乱流动过程中卷入气体；熔融合金液随温度下降析出的枝晶组织，在不同流动速度差强制剪切作用下破碎，形成非枝晶状晶粒组织，同时，旋转搅拌棒的转动也能促进破碎枝晶的研磨球化；

(3)本实用新型采用组合式坩埚桶，组合式坩埚桶的坩埚底板可从无底坩埚桶分离，这样设置便于高固相率半固态浆料的快速脱膜，避免高固相率半固态浆料在等待成形的过程中造成晶粒熟化粗大，浆料温度过低导致的黏度过大、成形抗力大等情况的出现。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型旋转搅拌棒工作时的结构示意图；

图3为本实用新型坩埚底板和无底坩埚桶分离时的结构示意图；

图4为本实用新型脱模压料棒工作时的结构示意图；

图5为本实用新型推料棒在压铸室内工作时的结构示意图。

图中附图标记为：1、坩埚底板；2、熔融合金液；3、无底坩埚桶；4、机械手臂；5、舀料勺；6、旋转搅拌棒；7、脱模压料棒；8、压铸室；9、推料棒；10、高固相率半固态浆料；11、限位板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

本实用新型的强制对流机械搅拌制浆的方式主要是利用搅拌装置对冷却过程中的熔融合金液造成强烈紊乱流动，利用熔融合金液内部质点流动速度差所形成的剪切力，对析出的枝晶状组织造成折断以形成非枝晶，继而使其球化以获得高固相率半固态浆料。

如图1～5所示，一种制备高固相率半固态浆料10的装置，包括熔融合金液2、机械手臂4、组合式坩埚桶、旋转搅拌棒6、脱模压料棒7和压铸室8，其中，所述熔融合金液2设置在所述组合式坩埚桶内，所述机械手臂4与所述组合式坩埚桶相连接，具体来说，所述机械手臂4和与其相连接的组合式坩埚桶可设有多个，设置多个机械手臂4和组合式坩埚桶交替工作，能够加快循环反复的制备过程，提高工作效率；所述组合式坩埚桶包括无底坩埚桶3和坩埚底板1，所述坩埚底板1和无底坩埚桶3可分离设置；所述旋转搅拌棒6和脱模压料棒7相邻设置，所述组合式坩埚桶位于所述旋转搅拌棒6和脱模压料棒7下方，所述机械手臂4控制组合式坩埚桶在旋转搅拌棒6和脱模压料棒7的正下方左右来回移动；所述旋转搅拌棒6的上部设有限位板11，旋转搅拌棒6上部设置限位板11能够防止熔融合金液2液体从组合式坩埚桶内溅出，同时也能防止污染物掉入组合式坩埚桶内，所述旋转搅拌棒6可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内旋转搅拌；所述脱模压料棒7可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内将浆料推出；所述压铸室8位于所述组合式坩埚桶下方，所述压铸室8内设有推料棒9，所述压铸室8顶部设有开口且所述开口设在所述脱模压料棒7的正下方。

工作时，如图1所示，首先用舀料勺5将熔融合金液2浇入由无底坩埚桶3和坩埚底板1构成的组合式坩埚桶内；如图2所示，机械手臂4控制组合式坩埚桶移动到旋转搅拌棒6正下方，将旋转搅拌棒6迅速下降并伸入组合式坩埚内的熔融合金液2中，旋转搅拌棒6上的限位板11与熔融合金液2形成小缝隙空间，旋转搅拌棒6开始工作，利用旋转搅拌棒6传递扭矩给熔融合金液2，在熔融合金液2内部沿径向形成速度差，以层流态方式强制对流，对结晶过程中形成的枝状晶造成剪切破碎，形成高固相半固态浆料；如图3所示，搅拌完成后，旋转搅拌棒6提升并复位，组合式坩埚的坩埚底板1和无底坩埚桶3分离，高固相率半固态浆料10与无底坩埚桶3的桶壁以弱的结合力黏结；如图4所示，机械手臂4控制无底坩埚桶3迅速移动到脱模压料棒7的正下方，脱模压料棒7快速下降并推动无底坩埚桶3内的高固相率半固态浆料10下落，之后脱模压料棒7提升并复位；如图5所示，高固相率半固态浆料10通过压铸室8顶部的开口落入压铸室8内，推料棒9在压铸室8内推动高固相率半固态浆料10进入模具型腔压铸成形，下一工位的高固相率半固态浆料制备开始进行，制备工作循环反复。

具体来说，针对AlSi7Mg铸造铝合金，采用本实用新型装置的制备过程：

首先将625～635℃的铝合金熔液(液相线以上10～20℃左右)缓慢浇到组合式坩埚桶内，旋转搅拌棒6快速下降伸入到铝合金熔液内部闭合，快速旋转，旋转速度在500～1000r/min，铝合金熔液在旋转搅拌棒6的作用下，快速平稳转动，3～5分钟后，旋转搅拌棒6迅速复位，坩埚底板1迅速脱离无底坩埚桶3，无底坩埚桶3迅速移至脱膜位置，脱膜压料棒快速推动浆料脱膜，浆料掉入压铸室8内，压铸室8内的推料棒9迅速推动浆料进入模具型腔压铸成形。

本实用新型的装置设计合理，操作简便高效，区别于传统搅拌制浆，旋转搅拌棒上的限位板、无底坩埚桶和坩埚底板共同形成相对密闭的空间，旋转剪切过程能最大程度减少卷入气体、夹杂氧化物的情况出现；利用旋转搅拌棒的转动，带动组合式坩埚桶内熔融合金液以层流态形式强制对流转动，剪切速率场沿径向方向依次增大，这样能够避免熔融合金液在湍流紊乱流动过程中卷入气体；熔融合金液随温度下降析出的枝晶组织，在不同流动速度差强制剪切作用下破碎，形成非枝晶状晶粒组织，同时，旋转搅拌棒的转动也能促进破碎枝晶的研磨球化；采用组合式坩埚桶，组合式坩埚桶的坩埚底板可从无底坩埚桶分离，这样设置便于高固相率半固态浆料的快速脱膜，避免高固相率半固态浆料在等待成形的过程中造成晶粒熟化粗大，浆料温度过低导致的黏度过大、成形抗力大等情况的出现。

上述为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，包括熔融合金液、机械手臂、组合式坩埚桶、旋转搅拌棒、脱模压料棒和压铸室，其中，所述熔融合金液设置在所述组合式坩埚桶内，所述机械手臂与所述组合式坩埚桶相连接，所述组合式坩埚桶包括无底坩埚桶和坩埚底板，所述坩埚底板和无底坩埚桶可分离设置；所述旋转搅拌棒和脱模压料棒相邻设置，所述组合式坩埚桶位于所述旋转搅拌棒和脱模压料棒下方，所述机械手臂控制组合式坩埚桶在旋转搅拌棒和脱模压料棒的正下方左右来回移动；所述旋转搅拌棒的上部设有限位板，所述旋转搅拌棒可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内旋转搅拌；所述脱模压料棒可上下移动且向下移动时伸入所述组合式坩埚桶内将浆料推出；所述压铸室位于所述组合式坩埚桶下方，所述压铸室内设有推料棒，所述压铸室顶部设有开口且所述开口设在所述脱模压料棒的正下方。

2.根据权利要求1所述的制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，所述机械手臂和与其相连接的组合式坩埚桶设有多个。

3.根据权利要求1所述的制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，所述熔融合金液为铝合金熔液。

4.根据权利要求3所述的制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，所述铝合金熔液的温度为625～635℃。

5.根据权利要求1所述的制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，所述旋转搅拌棒的旋转速度为500～1000r/min。

6.根据权利要求1所述的制备高固相率半固态浆料的装置，其特征在于，所述旋转搅拌棒的旋转时间为3～5min。