一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置製造方法

2023-06-04 05:19:31

一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，屬於材料科學【技術領域】。裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔；攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸。扇形滾軸不少於四個，每兩個扇形滾軸水平排列且在轉動時扇形葉片交叉為一組，每組扇形滾軸的距離為10～1000mm。熔煉系統的隔熱熔體澆口對準攪拌系統內部的每兩個水平排列的扇形滾軸的軸心連線的中點，且與中點的距離為50～800mm。本實用新型的攪拌依靠熔體自身的重力，其一道攪拌作用不是十分明顯，但通過多道攪拌後，提高了漿料的均勻性，不需要外加動力，能耗低，屬於綠色環保科技。
【專利說明】一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，屬於材料科學【技術領域】。
【背景技術】
[0002]半固態金屬加工技術主要分為流變成形和觸變成形。經過多年的發展，觸變成形由於其具有良好的可控性已經實現了商業化生產，同時也暴露出工藝流程長、制坯成本高(制坯成本約佔零件成本的40%)、能耗高、坯料表面氧化和廢料無法直接回收等諸多問題，近年來，流變成形技術，特別是流變製漿技術逐漸成為國內外半固態成形技術研究的重點，
並取得一定進展。
[0003]半固態成形技術的核心在於製備組織均勻的半固態漿料，半固態合金漿料的好壞直接決定著成形器件性能的優劣。在傳統的機械攪拌電磁攪拌式流變鑄造、射室製備漿料流變鑄造、單螺旋機械攪拌式流變鑄造、雙螺旋機械攪拌式流變鑄造、低過熱度澆注和弱機械攪拌式流變鑄造、低過熱度傾斜板澆注式流變鑄造中，主要存在漿料組織不均勻、成本過高或成形效率過低等問題，處了電磁攪拌有小規模應用外，大多數尚處於實驗室階段。隨著研究的不斷深入，新方法、新技術不斷湧現，美國THT公司實用新型一種低成本液相線下流變鑄造技術SLC(sub-liquid-casting);加拿大Alcan公司提出潤流熱j:含平衡裝置製備半固態漿料SEED (swirled enthalpy equilibration device);東北大學管仁國等人實用新型了波浪傾斜板，並在傾斜板上加裝震動裝置，所製得的半固態金屬漿料顆粒圓整度，均勻度都有所提高；北京科技大學毛衛民等實用新型了蛇形通道漿料製備技術；北京科技大學康永林等人實用新型轉筒式 半固態流變成形技術(中國專利申請號01109074.X，2001)，並得到了小規模的商業應用；南昌大學楊湘傑等人實用新型了傾斜圓筒法製備半固態金屬漿料技術；江蘇科技大學張小立等實用新型熱焓平衡旋轉磁場裝置；浙江大學劉文等提出一種橢圓旋扭管反覆凝熔法製備半固態合金漿料。以上所提到的製備半固態漿料技術都取得了一定的成功，但在實際應用中仍受到如漿料組織不均勻、製漿成本高、製漿效率低等問題的制約，因此應用前景並不樂觀。
[0004]目前，影響流變製漿的主要因素:一是能否低成本穩定地製得半固態組織漿料，二是能否實現製漿的持續性，提高製漿效率。從降低能耗和提高製漿效率的角度考慮，本實用新型提出一種多扇滾輪伴動攪拌製備半固態合金漿料裝置。
實用新型內容
[0005]為了克服現有製漿裝置成本或效率的不足，本實用新型提供一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，該裝置巧妙地利用熔體自由落體產生的動能帶動多扇滾軸，滾軸轉動後又能很快將熔體分開並進行分段攪拌，促進形核，通過控制保溫溫度、加入氣體保護已及持續循環冷卻實現連續高效穩定地製備半固態合金漿料。
[0006]本實用新型的技術方案是:裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔；攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸5。
[0007]所述扇形滾軸5不少於四個，每兩個扇形滾軸5水平排列且在轉動時扇形葉片彼此交叉為一組，每組扇形滾軸5之間的距離為10?1000mm。
[0008]所述扇形滾軸5的軸心有冷卻通道7。
[0009]所述攪拌系統的下端為錐形，錐形的底端有漿料出口 10，漿料出口 10與漿料收集系統相連。
[0010]所述熔煉系統的底端有出口(熔煉時用塞杆I堵塞漿料，需要澆注時拔掉塞杆1)，與攪拌系統的隔熱熔體澆口 4相連。
[0011]所述熔煉系統的隔熱熔體澆口 4對準攪拌系統內部的每兩個水平排列的扇形滾軸5的軸心連線中點，隔熱熔體澆口 4與中點的距離為50?800mm。
[0012]所述攪拌系統的內壁分布有隔熱層8、加熱線圈6和氣體保護通道9。
[0013]本實用新型的原理是:金屬熔體在保溫爐保溫均勻後通過控制塞杆使其由絕熱澆口流出，經過一定高度的自由落體產生一定動能，然後直接碰撞到扇形滾軸上，從而帶動滾軸，滾軸轉動後使熔體分開。在此過程中,熔體碰撞後弓I起能量的起伏,扇形滾軸內部有冷卻液，持續通過滾軸帶走熔體傳來的熱量，熔體被分開後減少了後續熱量的增加，使其形成一定的過冷度，促進晶粒的大量形核，並影響晶粒的生長，經過多道滾軸伴動攪拌組織更加均勻細化。與此同時，通過製漿室加熱線圈施加一定的溫度，使漿料晶粒增殖、熟化，保護氣體的通入防止了漿料表面的氧化，最終得到組織優異的半固態合金漿料。
[0014]本實用新型的優點和積極效果為:裝置結構簡單，設備成本低，易拆卸，變動靈活，可直接與其他後續成形加工(壓鑄或鍛造)生產工藝相結合；裝置容易控制，操作簡單，製漿流程短，具有可持續性，效率高；與傳統製漿工藝相比，本實用新型的攪拌依靠熔體自身的重力，其一道攪拌作用不是十分明顯，但通過多道攪拌後，提高了漿料的均勻性，不需要外加動力，能耗低，屬於綠色環保科技。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型整體結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型澆注示意圖。
[0017]圖中:1_塞杆，2-保溫爐，3-金屬熔體，4-隔熱熔體澆口，5-扇形滾軸，6-加熱線圈，7-冷卻通道，8-隔熱層，9-氣體保護通道，10-漿料出口。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】，對本實用新型作進一步說明。
[0019]實施方式一:如圖1所示，本實施方式的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔；攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸5。扇形滾軸5不少於四個,每兩個扇形滾軸5水平排列且在轉動時扇形葉片交叉為一組，每組扇形滾軸5的距離為10mm。扇形滾軸5的軸心有冷卻通道7。攪拌系統的下端為錐形，錐形的底端有漿料出口 10，漿料出口 10與漿料收集系統相連。熔煉系統的底端有出口(熔煉時用塞杆I堵塞漿料，需要澆注時拔掉塞杆1)，與攪拌系統的隔熱熔體澆口 4相連。熔煉系統的隔熱熔體澆口 4對準攪拌系統內部的每兩個水平排列的扇形滾軸5的軸心連線的中點，且與中點的距離為50mm。攪拌系統的內壁分布有隔熱層8、加熱線圈6和氣體保護通道9。
[0020]本實用新型澆注方法為:如圖2所示，將採用傳統工藝製備的ZLlOl鋁合金(液相溫度線613°C，固相線溫度577°C)低過熱熔體(630°C)轉移到保溫爐中，並保溫Ih使其內部均勻，然後拉開塞杆使熔體澆注到兩道雙扇滾輪上，滾輪內徑為100mm，外徑為110mm，每個扇形滾輪上有5塊葉扇,扇徑為300mm,葉扇厚度為IOmm,每道滾輪的雙扇滾軸同在一水平線上，圓心距為500mm，第一道滾輪與澆口的垂直間距為500mm，兩道滾輪之間的垂直間距為500mm，製漿室溫度控制在580°C ± I°C，並通入保護氣體Ar2，滾軸內以2.0*10V/s的流速注入冷卻循環水，熔體經過扇形滾輪伴動攪拌流入石墨坩堝內空冷，即得到組織細小、圓整的半固態鋁合金漿料。
[0021]實施方式二:如圖1所示，本實施方式的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔；攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸5。扇形滾軸5不少於四個,每兩個扇形滾軸5水平排列且在轉動時扇形葉片交叉為一組，每組扇形滾軸5的距離為500mm。扇形滾軸5的軸心有冷卻通道7。攪拌系統的下端為錐形，錐形的底端有漿料出口 10，漿料出口 10與漿料收集系統相連。熔煉系統的底端有出口(熔煉時用塞杆I堵塞漿料，需要澆注時拔掉塞杆1)，與攪拌系統的隔熱熔體澆口 4相連。熔煉系統的隔熱熔體澆口 4對準攪拌系統內部的每兩個水平排列的扇形滾軸5的軸心連線的中點，且與中點的距離為300mm。攪拌系統的內壁分布有隔熱層8、加熱線圈6和氣體保護通道9。
[0022]本實用新型澆注方法為:如圖2所示，將採用傳統熔煉方法製備的Al_25%Si鋁合金(液相溫度線778°C，固相線溫度577°C)低過熱熔體(785°C)轉到保溫爐保溫lh，使熔體均勻，然後提升塞杆使熔體澆注到三道雙扇滾輪上，滾輪內徑為100mm，外徑為110mm，每個扇形滾輪上有8塊葉扇，扇徑為350mm,葉扇厚度為15mm,每道滾輪的雙扇滾軸同在一水平線上，圓心距為500mm，第一道滾輪與澆口的垂直間距為500mm，後兩道滾輪之間的垂直間距均為500mm，製漿室溫度為常溫，並通入保護氣體N2,滾軸內以3.0*10_4m3/s的流速注入冷卻循環水，熔體經滾輪激冷攪拌，流入銅質模具中，並進行水淬，即得到組織細小、圓整的半固態鋁矽合金坯料，初生矽得到明顯細化，形狀也近似球狀。
[0023]實施方式三:如圖1所示，本實施方式的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔；攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸5。扇形滾軸5不少於四個,每兩個扇形滾軸5水平排列且在轉動時扇形葉片交叉為一組，每組扇形滾軸5的距離為1000mm。扇形滾軸5的軸心有冷卻通道7。攪拌系統的下端為錐形，錐形的底端有漿料出口 10，漿料出口 10與漿料收集系統相連。熔煉系統的底端有出口(熔煉時用塞杆I堵塞漿料，需要澆注時拔掉塞杆1)，與攪拌系統的隔熱熔體澆口 4相連。熔煉系統的隔熱熔體澆口 4對準攪拌系統內部的每兩個水平排列的扇形滾軸5的軸心連線的中點，且與中點的距離為800mm。攪拌系統的內壁分布有隔熱層8、加熱線圈6和氣體保護通道9。
[0024]以上結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作了詳細說明，但是本實用新型並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。
【權利要求】
1.一種製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，裝置自上而下依次為熔煉系統、攪拌系統和漿料收集系統，攪拌系統為內部有攪拌裝置的空腔，其特徵在於:攪拌裝置為多個帶有扇形葉片的扇形滾軸(5)。
2.根據權利要求1所述的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，其特徵在於:所述扇形滾軸(5)不少於四個，每兩個扇形滾軸(5)水平排列且在轉動時扇形葉片彼此交叉為一組，每組扇形滾軸(5)之間的距離為10?1000mm。
3.根據權利要求1或2所述的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，其特徵在於:所述扇形滾軸(5)的軸心有冷卻通道(7)。
4.根據權利要求1或2所述的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，其特徵在於:所述熔煉系統的隔熱熔體澆口(4)對準攪拌系統內部的每組扇形滾軸(5)的軸心連線中點，隔熱熔體澆口(4)與中點的距離為50?800mm。
5.根據權利要求1所述的製備半固態合金漿料的多滾輪攪拌裝置，其特徵在於:所述攪拌系統的內壁分布有隔熱層(8)、加熱線圈(6)和氣體保護通道(9)。
【文檔編號】B22D1/00GK203508952SQ201320525052
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年8月27日 優先權日:2013年8月27日
【發明者】周榮鋒, 陳宗寶, 蔣業華, 周榮, 王慧 申請人:昆明理工大學