CN210387516U - 一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，包括：铝合金液熔池；铝合金结晶器：接收所述铝合金液熔池提供的铝合金熔液并能够使所述铝合金熔液制备为半固态坯料；第一机械臂；铝合金坯料顶出装置；第二机械臂。本实用新型所述特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，通过对熔体采用电磁搅拌制备高液相半固态坯料，解决了高强铝合金锻造难题及解决了普通流变成形的材料转移技术难题，使锻造产品拥有细小的球状晶体粗晶、合金分布均匀，解决了传统工艺颗粒大、枝状晶、及合金分布不均匀等缺陷。

Description

一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置

技术领域

本实用新型涉及模锻成型辅助设备设施技术领域，具体涉及一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置。

背景技术

铸造特种铝合金材料，例如A390高硅铝合金产品时，由于硅极易产生偏析、团聚等缺陷，材料脆硬锻造很难成形或者产生裂纹缺陷，压铸产品又存在大量的气孔、夹渣缺陷，由于高硅材料、超硬铝合金材料在汽车、军工、航天等领域应用十分的广泛，多年以来高品质特种铝合金材料的制备成形一直采用大量机加工的方式来实现，由于加工过程破坏了晶体的延续性，产品性能也相应的受到一定的影响。

传统的半固态成形主要为两种形式：触变成形和流变成形；触变成形：先制作半固态坯料然后通过二次加热、模锻成形，该工艺需要经过二次加热生产成本高、材料利用率低，但生产工艺相对好控制、固态材料流转方便；流变成形：制备半固态液体通过改造的压铸机注射成形、或者模锻成形，该工艺生产过程中温度较难控制、容易产生夹渣夹气等缺陷、流体材料流转较困难。

本实用新型通过特定装置及工艺制备固体形状的具有高液相分数的坯料，快速转移到液压或机械模锻机中模锻成形，产品基本实现近终成形，大大减少了产品的后续加工，由于产品在模锻前为固体、材料转移非常方便、也减少了生产过程中的夹渣、夹气等缺陷、产品致密度好、结构强度高。

基于现有技术存在的上述技术问题，本实用新型提出一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置。

实用新型内容

本实用新型提供一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，所述特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置通过控温结合电磁搅拌的方式使熔体中的金属晶粒细小、成分均匀，通过温度、时间、搅拌强度等控制铝合金坯料的固、液相分数，将半固态坯料通过顶出机构顶出、通过机械手抓取快速转移到模锻设备内，进行半固态模锻，本实用新型实现了从半固态制坯到半固态模锻成形的自动化生产过程。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，包括：

铝合金液熔池：提供铝合金半固态成型的液态金属；

铝合金结晶器：接收所述铝合金液熔池提供的铝合金熔液并能够使所述铝合金熔液制备为半固态坯料；

第一机械臂：用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属并将液态金属倾倒入所述铝合金结晶器中；

铝合金坯料顶出装置：设置在所述铝合金结晶器的底端并能够顶出半固态凝固的铝合金坯料；

第二机械臂：用于盛接由所述铝合金坯料顶出装置顶出的铝合金坯料并能够将所述铝合金坯料送至压铸机械中；

所述铝合金结晶器包括结晶器本体、固定在所述结晶器本体中的成型模腔、用于对所述成型模腔进行控温的控温装置和包围在所述成型模腔外侧的电磁搅拌装置。

进一步地，所述电磁搅拌装置固定设置在结晶器本体的内部。

进一步地，所述电磁搅拌装置包括六组感应线圈，所述六组感应线圈呈正六边形放置，沿所述成型模腔的周身方向均匀排列，每组感应线圈通过串联、并联或串并联混合方式与电磁搅拌装置电源相连。

进一步地，所述电磁搅拌装置电源为可控硅电源或IGBT电源，电源为5～50KW，电源频率为600～2000Hz。

进一步地，所述铝合金坯料顶出装置为固定安装在所述铝合金结晶器底端的液压缸，所述液压缸的伸出端能够伸入所述成型模腔内并与所述成型模腔的内壁密封配合，通过所述伸出端的顶升，将铝合金坯料顶出。

进一步地，所述第一机械臂上设置有用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属的液态金属汤勺。

进一步地，所述第二机械臂上设有用于夹持所述铝合金坯料的第一夹持槽和第二夹持槽。

进一步地，所述铝合金结晶器的上部设有盛装掉落液态金属的结晶器围堰。

进一步地，所述第一机械臂上设置有用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属的真空取液器，所述真空取液器包括用于吸取所述铝合金液熔池内的吸液管、与所述吸液管连通的液态金属移送桶、与所述液态金属移送桶连通的抽真空装置和用于测量所述液态金属移送桶内液位的液位传感器，所述液态金属移送桶的底端连通有电磁阀，通过开启所述电磁阀完成液态金属的泻放。

进一步地，所述铝合金结晶器上还设置有油压翻转台。

与现有技术相比，本实用新型的优越效果在于：

1、本实用新型所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，通过对熔体采用电磁搅拌制备高液相半固态坯料，解决了高强铝合金锻造难题及解决了普通流变成形的材料转移技术难题，使锻造产品拥有细小的球状晶体粗晶、合金分布均匀，解决了传统工艺颗粒大、枝状晶、及合金分布不均匀等缺陷，而且可显著提高生产效率、降低制造成本，并能够扩大半固态产品技术的应用范围；

2、本实用新型所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，结构简单，使用方便，并能够采用连续生产方式以提高生产效率，坯料容易精确控制，氧化少，防止生产过程中晶粒长大和粗化，可满足工业化大生产快速、精确、易于自动控制的需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中所述特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例1中所述铝合金结晶器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1中所述结晶器围堰的结构示意图；

图4是本实用新型实施例1中所述电磁搅拌装置的结构示意图；

图5是本实用新型实施例2中所述真空取液器的结构示意图；

图中：1-铝合金液熔池，2-铝合金结晶器，21-结晶器本体，22-成型模腔，23-控温装置，24-电磁搅拌装置，25-结晶器围堰，3-第一机械臂，31-液态金属汤勺，4-铝合金坯料顶出装置，5-第二机械臂，51-第一夹持槽，52-第二夹持槽，6-压铸机械，8-真空取液器，81-吸液管，82-液态金属移送桶，83-抽真空装置，84-液位传感器，85-电磁阀。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

如图1-4所示，一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，包括：

铝合金液熔池1：提供铝合金半固态成型的液态金属；

铝合金结晶器2：接收所述铝合金液熔池1提供的铝合金熔液并能够使所述铝合金熔液制备为半固态坯料；

第一机械臂3：用于舀取所述铝合金液熔池1内的液态金属并将液态金属倾倒入所述铝合金结晶器2中；

铝合金坯料顶出装置4：设置在所述铝合金结晶器2的底端并能够顶出半固态凝固的铝合金坯料；

第二机械臂5：用于盛接由所述铝合金坯料顶出装置4顶出的铝合金坯料并能够将所述铝合金坯料送至压铸机械6中，所述压铸机械6采用液压模锻机；

所述铝合金结晶器2包括结晶器本体21、固定在所述结晶器本体21中的成型模腔22、用于对所述成型模腔22进行控温的控温装置23和包围在所述成型模腔22外侧的电磁搅拌装置24。

在本实施例中，为了避免倒入的铝合金熔液贴合在所述成型模腔22的内壁上，对所述成型模腔22进行控温，需要设置控温装置23，实现所述成型模腔22控温范围在500～600℃，所述控温装置23可以采用电热丝的加热方式，采用所述电热丝加热时，将所述电热丝均匀包覆在所述成型模腔22的外壁上，作为本实施例的一种优选，所述控温装置23 可以采用导热油管的温控方式，同样的，将所述导热油管均匀的包覆在所述成型模腔22 的外壁上，所述导热油管需要导热油泵和导热油加热器进行所述导热油管内导热油的加热和循环，采用导热油管的加热方式能够减少所述电磁搅拌装置24的磁损失。

在本实施例中，所述第一机械臂3和所述第二机械臂5均通过PLC进行控制。

在本实施例中，所述成型模腔22为采用磁绝缘材料制作的圆筒。

在本实施例中，所述铝合金液熔池1为熔炼炉。

所述电磁搅拌装置24包括六组感应线圈，所述六组感应线圈呈正六边形放置，沿所述成型模腔22的周身方向均匀排列，每组感应线圈通过串联、并联或串并联混合方式与电磁搅拌装置电源相连。

所述电磁搅拌装置电源为可控硅电源或IGBT电源，电源为5～50KW，电源频率为600～ 2000Hz。

在本实施例中，通过调整电压和电流控制搅拌强度、通过时间控制所述铝合金坯料温度，最终控制液相分数。

所述铝合金坯料顶出装置4为固定安装在所述铝合金结晶器2底端的液压缸，所述液压缸的伸出端能够伸入所述成型模腔22内并与所述成型模腔22的内壁密封配合，通过所述伸出端的顶升，将铝合金坯料顶出。

所述第一机械臂3上设置有用于舀取所述铝合金液熔池1内的液态金属的液态金属汤勺31。

所述第二机械臂5上设有用于夹持所述铝合金坯料的第一夹持槽51和第二夹持槽52。

所述铝合金结晶器2的上部设有盛装掉落液态金属的结晶器围堰25。

所述电磁搅拌装置24和所述成型模腔22均通过焊接的方式固定设置在所述结晶器本体21的底部。

特种铝合金，例如A357、A390等硅含量高，强度高、延伸率差、塑性变形能力差，在压力塑性成形时难以加工、极易产生内裂或压碎等问题，传统的通过铸造半固态铝合金棒料、制坯。二次加热、锻压成形工艺时坯料需要经过冷却、二次加热灯工序，生产成本高、液相分数低，对于一些复杂零件难以加工成形，通过本实施例中的装置，由铝液直径制坯锻压，节省了生产成本、降低了能耗、可成形复杂形状零件，提高了工作效率。

实施例2

如图5所示，所述第一机械臂3上设置有用于舀取所述铝合金液熔池1内的液态金属的真空取液器8，所述真空取液器8包括用于吸取所述铝合金液熔池1内的吸液管81、与所述吸液管81连通的液态金属移送桶82、与所述液态金属移送桶82连通的抽真空装置 83和用于测量所述液态金属移送桶82内液位的液位传感器84，所述液态金属移送桶82 的底端连通有电磁阀85，通过开启所述电磁阀85完成液态金属的泻放。

通过所述第一机械臂3移动所述真空取液器8至所述铝合金液熔池1的下方，使所述吸液管81浸入所述铝合金液熔池1内的熔液，启动所述抽真空装置83对所述液态金属移送桶82进行抽真空，所述铝合金液熔池1内的熔液靠负压作用进入所述液态金属移送桶 82中，至所述液态金属移送桶82内的熔液到达预设的高度后，所述液位传感器84向控制装置提供液位信息，所述控制装置控制所述抽真空装置83停止抽真空，吸液工作结束，所述第一机械臂3带动所述液态金属移送桶82移动至所述铝合金结晶器2的上方，所述控制装置控制所述电磁阀85倾倒所述液态金属移送桶82内的熔液。其中，所述抽真空装置83可以为抽真空泵，所述控制装置可以采用PLC。

实施例3

所述铝合金结晶器2上还设置有油压翻转台(图中未示出)，通过所述油压翻转台实现所述铝合金结晶器2的翻转，有利于所述第二机械臂5对所述铝合金坯料顶出装置4顶出的铝合金坯料进行盛接。

本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书界定。

Claims (10)

1.一种特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，包括：

铝合金液熔池：提供铝合金半固态成型的液态金属；

铝合金结晶器：接收所述铝合金液熔池提供的铝合金熔液并能够使所述铝合金熔液制备为半固态坯料；

第一机械臂：用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属并将液态金属倾倒入所述铝合金结晶器中；

铝合金坯料顶出装置：设置在所述铝合金结晶器的底端并能够顶出半固态凝固的铝合金坯料；

第二机械臂：用于盛接由所述铝合金坯料顶出装置顶出的铝合金坯料并能够将所述铝合金坯料送至压铸机械中；

其特征在于，所述铝合金结晶器包括结晶器本体、固定在所述结晶器本体中的成型模腔、用于对所述成型模腔进行控温的温控装置和包围在所述成型模腔外侧的电磁搅拌装置。

2.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述铝合金坯料顶出装置为固定安装在所述铝合金结晶器底端的液压缸，所述液压缸的伸出端能够伸入所述成型模腔内并与所述成型模腔的内壁密封配合，通过所述伸出端的顶升，将铝合金坯料顶出。

3.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述第一机械臂上设置有用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属的液态金属汤勺。

4.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述第二机械臂上设有用于夹持铝合金坯料的第一夹持槽和第二夹持槽。

5.根据权利要求1或3所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述铝合金结晶器的上部设有盛装掉落液态金属的结晶器围堰。

6.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述电磁搅拌装置包括六组感应线圈，所述六组感应线圈呈正六边形放置，沿所述成型模腔的周身方向均匀排列，每组感应线圈通过串联、并联或串并联混合方式与电磁搅拌装置电源相连。

7.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述温控装置采用电热丝或导热油的加热方式。

8.根据权利要求6所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述电磁搅拌装置电源为可控硅电源或IGBT电源，电源为5～50KW，电源频率为600～2000Hz。

9.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述第一机械臂上设置有用于舀取所述铝合金液熔池内的液态金属的真空取液器，所述真空取液器包括用于吸取所述铝合金液熔池内的吸液管、与所述吸液管连通的液态金属移送桶、与所述液态金属移送桶连通的抽真空装置和用于测量所述液态金属移送桶内液位的液位传感器，所述液态金属移送桶的底端连通有电磁阀，通过开启所述电磁阀完成液态金属的泻放。

10.根据权利要求1所述的特种铝合金半固态材料制备及自动化成型装置，其特征在于，所述铝合金结晶器上还设置有油压翻转台。

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