一种制备金属半固态浆料的方法与流程

本发明属于金属材料半固态加工技术领域，特别涉及一种制备金属半固态浆料的方法。

背景技术：

金属半固态成形技术被公认为是21世纪最有前途的轻合金近净成形技术，其目的是为了改变金属液态成形工艺中自然形成的枝状晶组织形态，以提高金属制件的综合力学性能。而金属半固态加工有触变成形和流变成形两大类工艺，但由于触变成形技术存在生产成本高、成形复杂零件困难、生产过程难以控制等三大典型缺陷，流变成形技术越来越被行业看好。而目前，金属半固态流变成形浆料制备的常用方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法、双螺旋搅拌法、振动法、单辊旋转法、喷射沉积法、倾斜冷却板法、转动输送管法、紊流效应法、液态混合法等，但由于这些工艺均属于开放式的低压处理方法，普遍存在浆料晶粒不够细小、处理质量不均匀且容易卷气等缺点。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种制备金属半固态浆料的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种制备金属半固态浆料的方法，包括以下步骤。

（1）前期准备：首先在合模状态下启动加热装置将固定模（7）和移动模（10）预热到一定温度并通过温控元件保温。控制电动机（13）将安全挡板（1）打开，检查移动模和固定模是否贴合紧实，待贴合紧实后，控制液压缸a（11）、液压缸b（27）使活塞a（9）、活塞b（24）分别移至料缸a（28）、料缸b（30）的最左侧。将熔炼、精炼好的金属液于液相线温度以上通过进料漏斗（8）浇入料缸a（28）内。

（2）处理过程：金属液浇入料缸a（28）后，随即液压缸a（11）使活塞a（9）往右运动，此时液压缸b（27）处于泄压状态，活塞b（24）在金属液的推力下跟着往右移动，当左侧活塞a（9）移至料缸a（28）的最右边缘时，金属液几乎完全被推至料缸b（30），右侧液压缸b（27）随即又通过活塞b（24）推动金属液流回料缸a（28），如此往复循环5-10个回合，制成金属半固态浆料。液压缸的整个运动过程均由电控元件操控。要求在液相线温度以上即开始处理，处理过程保证5-10个回合以上，以提高晶粒细化效果，并且尽可能所有浆料都参与腔室间转移，以保证浆料处理的均匀性。经过这样往复式的剧烈剪切作用而制成的金属半固态浆料晶粒更加细小，组织更加均匀，含气量也更少。

（3）卸料过程：当浆料温度降至预设温度时处理过程停止，随即液压缸c（16）、液压缸d（17）将移动模（10）移开，半固态浆料经卸料口（6）流入接料槽（19），以备后续使用。

本发明所述的一种制备金属半固态浆料的方法所使用的装置，包括：安全挡板（1）、转动组件（2）、加工组件（3）、安装座（4）、侧板（5）、固定模（7）、移动模（10）、锁模组件（15）、接料组件（23）；安全挡板（1）通过转动组件（2）与安装座（4）活动铰接，固定模（7）固定在安装座（4）和侧板上，侧板与安装座焊接在一起，移动模（10）通过锁模组件（15）与侧板联接在一起，加工组件（3）一端固定在安装座上，一端通过活塞a（9）、活塞b（24）在固定模（7）和移动模（10）之间的空间内进行半固态浆料的处理，安装座（4）与接料组件（23）上下焊接在一起。整个装置的运动过程由电控元件控制。

本发明所述转动组件（2）包括：套管（25）、固定轴（26）、电动机（13）、齿轮a（12）、齿轮b（14）、固定轴末端装有齿轮a（12）、齿轮b（14）。固定轴（26）与电动机（13）通过齿轮啮合在一起，固定轴（26）与套管（25）活动铰接在一起。

本发明所述的接料组件（23）包括：底座（18）、接料槽（19）、输料台（20）、液压缸e（21）、滑道（22）。输料台（20）通过滑道（22）安装在底座（18）上，液压缸e（21）一端固定在底座（18）的侧板上，另一端与输料台（20）的侧面联接。通过液压缸e（21）的伸缩，实现浆料的输送。

本发明所述的加工组件（3）包括：液压缸a（11）、液压缸b（27）、活塞a（9）、活塞b（24）、固定模（7）、移动模（10）组成。固定模（7）和移动模（10）内设有加热元件及测温元件安装孔，外层包裹保温材料，固定模（7）和移动模（10）闭合形成两个料缸a（28）、料缸b（30），两个料缸中间通过细管（29）连接，液压缸a（11）与液压缸b（27）左右对称布置，液压缸推动活塞在料缸内左右移动，使半固态金属浆料在料缸a（28）、料缸b（30）之间经过细管（29）完全往复式转移，在往复式的转移过程中金属浆料受到剧烈的剪切作用从而细化晶粒。

本发明所述的锁模装置（15）是由液压缸c（16）、液压缸d（17）组成，两个液压缸的两端分别与侧板（5）和移动模（10）联接在一起，液压缸的伸缩带动移动模（10）移动，实现开模与锁模过程。

本发明所述的固定模（7）和移动模（10）材质为h13钢，内部埋设有加热元件及测温元件，外层包裹保温材料，合模面上设有定位销（31）和定位孔以保证合模过程中的准确对位。

本发明所述的制备方法制备出的金属半固态浆料晶粒细小，分布较均匀，含气量少。同时，该制备工艺流程短，效率高，设备要求低，操作简单，制备材料尤其适合于各种轻合金。

附图说明

图1为装置整体结构示意图。

图2为接料组件示意图。

图3为上部装配体示意图。

图4为装置工作状态示意图。

图5为卸料状态示意图。

其中图示序号：1为安全挡板；2为转动组件；3为加工组件；4为安装座；5为侧板；6为卸料口；7为固定模；8为进料漏斗；9为活塞a；10为移动模；11为液压缸a；12为齿轮a，14为齿轮b；13为电动机；15为锁模装置；16为液压缸c；17为液压缸d；18为底座；19为接料槽；20为输料台；21为液压缸e；22为滑道；23为接料组件；24为活塞b；25为套管；26为固定轴；27为液压缸b；28为料缸a；29为细管；30为料缸b；31为定位销；32为加热及测温元件孔。

具体实施方式

本发明将通过以下实施例作进一步说明。

实施例1。

本发明将结合附图通过以下实施例作进一步说明。

如图1及图2所示，本发明采用的这种金属半固态浆料制备装置包括：安全挡板1、转动组件2、加工组件3、安装座4、侧板5、固定模7、移动模10、锁模装置15、接料组件23。装置的整个运动过程由电控元件控制。

所述的加工组件3主要由液压缸a11、液压缸b27、活塞a9、活塞b24，固定模7，移动模10组成。固定模7和移动模10内设有加热及测温元件安装孔，外层包裹保温材料，加热装置对固定模7和移动模10进行加热，通过温控元件使加工过程中装置的温度始终和工艺要求的温度相一致。固定模7和移动模10闭合形成两个料缸a28、料缸b30，两个料缸中间通过细管29连接，液压缸a11、液压缸b27左右对称布置，液压缸推动活塞在料缸内左右移动，使半固态金属浆料在料缸a28、料缸b30之间经过细管29完全往复式转移，在往复式的转移过程中金属浆料受到剧烈的剪切作用从而细化晶粒。

所述转动组件2包括：套管25、固定轴26、电动机13、齿轮a12、齿轮b14、固定轴末端装有齿轮a12、齿轮b14。固定轴26与电动机13通过齿轮啮合在一起，固定轴26与套管25活动铰接在一起。

所述的接料组件23包括：底座18、接料槽19、输料台20、液压缸e21、滑道22。输料台20通过滑道22安装在底座18上，液压缸e21一端固定在底座的侧板上，另一端与输料台20的侧面联接。通过液压缸的伸缩，实现浆料的输送。

所述的锁模装置15是由液压驱动缸c16、液压缸d17组成，液压缸两端分别与侧板和移动模10联接在一起，液压缸的伸缩带动移动模移动，实现开模与锁模过程。

以铝合金a356材料为例制备半固态浆料。该合金的化学成分为：si-6.9%，mg-0.35%，fe-0.09%，cu-0.01%，mn-0.02%，其余为al。该合金的液相线温度为615℃，固相线温度为574℃。具体工艺过程如下。

（1）前期准备：首先在合模状态下启动加热装置将固定模7和移动模10加热到550℃并通过温控元件保温。控制电动机13将安全挡板1打开，检查移动模和固定模是否贴合紧实，待贴合紧实后，控制液压缸a11、液压缸b27使活塞a9、活塞b24分别移至料缸a28、料缸b30的最左侧。将a356坯料在熔炼保温炉中熔炼、精炼后冷却至645℃，保温15min后开始由浇勺浇勺预热至620℃通过进料漏斗8浇入料缸a28内。

（2）处理过程：活塞a9、活塞b24的直径均为40mm，中间细管29内腔直径为15mm。a356合金液浇入料缸a28后，随即液压缸a11使活塞a9往右运动，单位压力约20mpa，此时液压缸b27处于泄压状态，活塞b24在金属液的推力下跟着往右移动，当左侧活塞a9移至料缸a28的最右边缘时，金属液几乎完全被推至料缸b30，右侧液压缸b27随即又通过活塞b24推动金属液流回料缸a28，如此往复循环5个回合，便制成了金属半固态浆料。液压缸的整个运动过程均由电控元件操控。要求在液相线温度以上即开始处理，处理过程保证5-10个回合以上，以提高晶粒细化效果，并且尽可能所有浆料都参与腔室间转移，以保证浆料处理的均匀性。经过这样往复式的剧烈剪切作用而制成的金属半固态浆料晶粒更加细小，组织更加均匀，含气量也更少。

（3）卸料过程：将接料槽19放在输料台20上，液压缸e21将接料槽19移至接料位置。当浆料温度降至600℃时处理过程停止，随即电动机13将安全挡板1转至竖直向下位置如图5，以防止卸料过程中浆料飞溅伤人，同时液压缸c16、液压缸d17将移动模10移开，浆料经卸料口6流入接料槽19。卸料完毕，电动机13将安全挡板升起，液压缸e21将金属半固态浆料送出，以备后续使用。