CN210023241U - 一种半固态坯料流变成形系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种半固态坯料流变成形系统。该系统包括依次连接的送料装置、多道次轧制机组、下料机构、热处理装置、夹料机构和零件成形设备，供料装置设置为向多道次轧制机组提供待处理的坯料，多道次轧制机组设置为对接收的坯料进行连续多道次轧制以获得变形料，下料机构设置为将变形料输送至热处理装置，热处理装置以设定的温度对变形料进行温热处理，夹料装置将经过温热处理之后的变形料输送至零件成形设备，零件成形设备以预定的压力对经过温热处理的变形料进行流变成形。本实用新型的系统对于半固态金属坯料的流变成形能够达到能耗低、周期短的技术效果。

Description

一种半固态坯料流变成形系统

技术领域

本实用新型涉及金属半固态流变成形技术领域，尤其涉及一种半固态坯料流变成形系统。

背景技术

半固态金属成形技术是一种综合了液态铸造流动性强和固态锻造力学性能高的金属零件先进成形方法，被誉为21世纪最具发展潜力的绿色制造工艺。该技术已逐步实现产业化，其关键在于半固态球状晶粒材料的制备和零件的成形工艺。

应变诱发(Strain Induced Metal Activation，SIMA)法是众多半固态材料制备方法中较为简单的一种，它利用金属变形过程中产生的畸变能，促使树枝晶组织在半固态温度区间进行等温热处理进而转变为球状晶粒组织，该工艺从固态转变为固-液两相混合浆料，相对于电磁搅拌、机械搅拌等工艺，该工艺制备温度较低，可降低生产能耗，获得的材料纯净。然而现有SIMA半固态球状晶粒制备方法的工艺效率较低，究其原因在于预成形效率低(如墩粗、等径角挤压等)。

半固态成形技术包括流变成形和触变成形两条工艺路线，其中触变成形是将半固态浆料凝固成铸坯，按成形零件的质量对铸坯进行分割，再重新将每块坯料加热至半固态温度区间，进行铸造、锻造、轧制或挤压成形，这种方式的优点是方便输送和加热，易于实现机械化和自动化生产，因此，触变成形在金属半固态成形技术工业应用中占主导地位，例如铝合金的触变锻造、触变压铸和镁合金的触变注射成形工艺。

在现有技术这，SIMA法制备得到半固态金属坯料后，利用触变成形路线进行零件的制备。然而，随着触变成形工艺的推广和应用，其缺点逐渐被显现出来。最突出的就是：二次加热增加了工艺流程和生产周期长，进而使设备投资和维护成本提高，易使半固态坯料表面氧化。半固态坯料表面氧化严重造成部分合金流失，对零件的加工性能和使用性能直接造成不利影响。流变成形将半固态金属坯料直接加工成形，由于半固态基金属坯料的保存和输送需要在半固态温度区间进行，增加了保存和输送的难度；同时，半固态零件的固相分数越高零件的使用性能越好，但目前固相率高于0.35-0.5的半固态压铸成形工艺仍是工业应用中的难点和研究热点。同时，固相率为0.6-0.8的半固态浆料通过锻造及挤压成形大型零件(重量大于7.5Kg的零件，如减震塔、电动汽车电池框架等)的工艺也是半固态领域的难点。但半固态金属的流变成形技术具有流程短、成本及能耗相对触变成形较低的优点，因此半固态金属流变成形技术的工业化是半固态金属成形领域未来的发展方向。

因此，需要对现有技术进行改进，以提供一种针对SIMA半固态材料制备工艺的短流程、低能耗、高效率的流变成形系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种半固态坯料流变成形系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：一种半固态坯料流变成形系统，该系统包括依次连接的送料装置、多道次轧制机组、下料机构、热处理装置、夹料机构和零件成形设备，所述供料装置设置为向所述多道次轧制机组提供待处理的坯料，所述多道次轧制机组设置为对接收的坯料进行连续多道次轧制以获得变形料，所述下料机构设置为将所述变形料输送至所述热处理装置，所述热处理装置以设定的温度对所述变形料进行温热处理，所述夹料装置将经过温热处理之后的变形料输送至所述零件成形设备，所述零件成形设备以预定的压力对经过温热处理的变形料进行流变成形。

在一个实施例中，所述多道次轧制机组由依次连接的粗轧机组、中轧机组和精轧机组构成。

在一个实施例中，所述多道次轧制机组的轧制温度被设置在常温和再结晶温度之间。

在一个实施例中，所述热处理装置是连续高周波感应加热炉，在放料之前，所述连续高周波感应加热炉的温度被设置在固相线温度与液相线温度之间。

在一个实施例中，所述待处理的坯料为棒料，所述下料机构设有棒料夹具，该棒料夹具是一端具有倒圆角的圆筒。

在一个实施例中，所述圆筒的长度设置为长于经多道次轧制获得的棒料坯料长度2cm至3cm。

在一个实施例中，所述圆筒的倒圆角直径设置为小于2mm。

在一个实施例中，所述零件成形设备的内置浇口套外径与所述圆筒的外径相同，所述圆筒的倒角边内径与所述零件成形设备的模具浇道内径相同，所述圆筒的长度长于所述零件成形设备的浇口套约4cm至6cm。

在一个实施例中，所述待处理的坯料为扁锭，所述下料机构设有扁锭夹具，该扁锭夹具是长方体，长×高方向为通孔，该长方体的宽度大于经多道次轧制获得的扁锭坯料3cm至5cm。

在一个实施例中，所述长方体通孔的一端设置有宽度尺寸为1mm的台阶。

与现有技术相比，本实用新型具有以下技术优势：与传统流变成形技术相比，不存在半固态金属坯料的输送和保存问题，只需要在常温下输送和保存变形坯料即可；与传统流变成形生产线相比，工艺简单且稳定，只需要控制变形坯料的下料尺寸、多工位高周波感应加热设备的稳定性及保温时间，就可获得尺寸和形态均一性良好的近球状微观组织的零件；与传统触变成形技术相比，本实用新型提供的系统没有二次加热的过程，能够节约能耗、降低生产周期、降低了二次加热设备的购置费用，并且避免了材料因多次加热氧化而导致的成分流失的问题；通过采用多道次连续轧制机组实现坯料多道次变形，自动化程度高，半固态坯料制备效率高，可以制备大型金属半固态材料零件。

附图说明

以下附图仅对本实用新型作示意性的说明和解释，并不用于限定本实用新型的范围，其中：

图1是本实用新型一个实施例的半固态坯件流变成形系统的示意图；

图2是本实用新型另一实施例的半固态坯件流变成形系统的示意图；

图3为本实用新型实施例的棒料专用夹具的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的扁锭专用夹具的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，本文所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了根据本实用新型实施例的半固态坯料流变成形系统，该系统100包括依次连接的送料装置110、多道次轧制机组120、下料机构130、热处理装置140、夹料机构150和零件成形设备160。

送料装置110设置为将金属坯料输送至多道次轧制机组120，金属坯料例如可以是棒料或扁锭等金属料。送料装置110可以采用现有技术中多种类型的送料机。

多道次轧制机组120设置为对接收的金属坯料进行连续多道次轧制成形，获得变形料或称冷轧坯料。

在一个实施例中，多道次轧制机组120由依次连接的粗轧机组、中轧机组、精轧机组构成。粗轧机组、中轧机组和精轧机组的布置形式可采用多种类型，例如横列式、半连续式和连续式等。进一步地，多道次轧制机组120还包括加热炉，将坯料轧制温度设置在常温和再结晶温度之间，以实现多道次冷轧。例如，加热炉的温度可设置为50℃-250℃。

采用本实用新型实施例的多道次轧制机组120经过连续多道次冷轧，冷轧材料的变形应变可大于0.35。获得的冷轧棒料的直径为50mm-350mm之间，冷轧扁锭的厚度为6mm-200mm，宽度为200mm-3000mm。

下料机构130设置为将经由多道次轧制机组120获得的变形料或冷轧坯料输送至热处理装置140。

在一个实施例中，下料机构130由下料机和机械手构成，下料机设置为按照预定的体积或重量下料，下料后的冷轧坯料由机械手夹持放入适用于冷轧坯料的特制夹具内，将冷轧坯料和特制夹具一起送入热处理装置140。

热处理装置140在设定的温度下进行半固态等温热处理，可保温一段时间，例如保温5分钟至10分钟等。

在一个实施例中，热处理装置140是连续高周波感应加热炉，其可用于对固相率为0.5至0.8的半固态坯料挤压、锻造和对固相率0.35至0.5的半固态浆料铸造。

具体地，在向加热炉放料之前，将连续加热炉的温度调整至固相线温度与液相线温度区间，将冷轧坯料和夹具一起放入加热炉的炉腔内保温一定的时间之后，再由夹料机构150将半固态坯料和夹具一起取出，输送至零件成形设备160。

夹料机构150设置为将半固态坯料从热处理装置140转移至零件成形设备160。

零件成形设备160设置为以预定的压力对半固态坯料进行流变成形，获得零件毛坯，零件成形设备160例如可以是成形模具，设有模具腔和冲头等。

在一个实施例中，零件成形设备160的模具型腔和冲头应保持尽可能高的预热温度，例如设置为300-350℃之间，以保证零件微观组织的均一性。

在一个实施例中，夹料机构150设有机械手，机械手夹持着特制夹具将热处理装置140获得的半固态坯料转移至预热好的零件成形设备160中。零件成形设备160进行流变成形，保压一定时间以防止零件补缩不及时而导致的表面出现橘皮，然后开启零件成形设备160(例如模具)，零件脱模并清理模具。

图2示出了本实用新型另一个实施例的半固态坯料流变成形系统，该系统200包括依次连接的送料装置210、多道次轧制机组220、下料机构230、热处理装置240、夹料机构250和零件成形设备260，与图1相比，在该系统200中，示意了多道次轧制机组220包括依次连接的粗轧机组221、中轧机组222和精轧机组223，下料机构230包括下料机231和夹料机器人232，夹料机构250示意为夹料机器人250，其中，夹料机器人232和夹料机器250人可设有相同或不同结构的机械手，机械手的构造适用于完成夹料、放料或取料即可。

在一个实施例中，待处理的坯料为棒料的情况下，采用的棒料夹具参照图3所示，其中图3(b)是该棒料夹具的整体结构图，图3(a)是图3(b)结构的剖面图。该棒料特定夹具是刚玉圆筒，一端筒口设置有小圆角。当将经由多道次轧制机组处理后的变形坯料(即冷轧棒料)放入刚玉圆筒内时，该小圆角能够防止坯料从圆筒内滑出。并且，在热处理装置进行半固态等温热处理结束之后，有圆角的筒口朝下，通过倾斜筒壁将半固态坯料送入料筒或模具腔的过程中，该圆角能够刮除部分氧化皮。该棒料夹具用于半固态压铸成形时，可配合设置有内置阶梯浇套的模具一起使用，直接将该夹具放入浇套内，浆料在注射杆的作用下进入模具腔，实现高固相率(例如大于0.35)的半固态金属浆料的半固态压铸成形。

在一个可选实施例中，刚玉圆筒的圆角直径小于2mm，模具内置浇口套外径与刚玉圆筒外径相同，刚玉圆筒倒角边内径与浇道内径相同，刚玉圆筒长度长于浇口套约4cm-6cm，通过这种设置，零件成形后便于将坯料夹具取出。

在一个实施例中，当待处理的坯料为扁锭的情况下，采用的扁锭夹具参照图4所示，其中图4(b)是该扁锭夹具的整体结构图，图4(a)是图4(b)结构的截面图。该扁锭夹具是刚玉长方体，其中，刚玉长方体的宽度大于冷轧坯料尺寸3cm-5cm，长×高方向为通孔，一端带有宽度1mm的小台阶。将经过多道次轧制机组处理后的变形坯料(即冷轧扁锭)放入刚玉长方体内，该小台阶能够防止坯料从长方体内滑出，并且，在热处理装置进行半固态等温热处理结束之后，有小台阶的口朝下，通过倾斜长方体将半固态坯料送入料筒或模具腔的过程中，设置的小台阶能够刮除部分氧化皮。

综上所述，本实用新型提供的半固态坯料流变成形系统，适用于SIMA半固态材料制备法的固相率为0.35-0.8的半固态浆料流变成形加工，提高了SIMA法的制坯工艺的效率和自动化程度，解决了半固态浆料的流变成形过程中材料保存和输送困难、工艺不稳定以及SIMA法制坯效率低等问题。本实用新型提供的系统能够促进SIMA法在高质量零件生产中的工业应用，该轧制应变诱发式半固态金属零件流变成形系统适用于大型结构件(例如重量大于7.5Kg)的生产，多道次轧制机组的材料成形效率达到7m/s-130m/s。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种半固态坯料流变成形系统，其特征在于，该系统包括依次连接的送料装置、多道次轧制机组、下料机构、热处理装置、夹料机构和零件成形设备，所述送料装置设置为向所述多道次轧制机组提供待处理的坯料，所述多道次轧制机组设置为对接收的坯料进行连续多道次轧制以获得变形料，所述下料机构设置为将所述变形料输送至所述热处理装置，所述热处理装置以设定的温度对所述变形料进行温热处理，所述夹料装置将经过温热处理之后的变形料输送至所述零件成形设备，所述零件成形设备以预定的压力对经过温热处理的变形料进行流变成形。

2.根据权利要求1所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述多道次轧制机组由依次连接的粗轧机组、中轧机组和精轧机组构成。

3.根据权利要求1所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述多道次轧制机组的轧制温度被设置在常温和再结晶温度之间。

4.根据权利要求1所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述热处理装置是连续高周波感应加热炉，在放料之前，所述连续高周波感应加热炉的温度被设置在固相线温度与液相线温度之间。

5.根据权利要求1所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述待处理的坯料为棒料，所述下料机构设有棒料夹具，该棒料夹具是一端具有倒圆角的圆筒。

6.根据权利要求5所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述圆筒的长度设置为长于经多道次轧制获得的棒料坯料长度2cm至3cm。

7.根据权利要求5所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述圆筒的倒圆角直径设置为小于2mm。

8.根据权利要求5所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述零件成形设备的内置浇口套外径与所述圆筒的外径相同，所述圆筒的倒角边内径与所述零件成形设备的模具浇道内径相同，所述圆筒的长度长于所述零件成形设备的浇口套约4cm至6cm。

9.根据权利要求1所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述待处理的坯料为扁锭，所述下料机构设有扁锭夹具，该扁锭夹具是长方体，长×高方向为通孔，该长方体的宽度大于经多道次轧制获得的扁锭坯料3cm至5cm。

10.根据权利要求9所述的半固态坯料流变成形系统，其特征在于，所述长方体通孔的一端设置有宽度尺寸为1mm的台阶。

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