半固态制浆用制浆机的制作方法

本实用新型涉及一种半固态制浆用制浆机。

背景技术：

半固态金属成形技术是一种介于固态成形与液态成形之间的金属成形技术，其具有液态成形流动应力低，成形速度快，可成形复杂形状零部件的优点，目前受到学术界、制造业等领域广泛的关注和研究。而半固态金属成形技术中，最关键的技术就在于如何制备性能优异的半固态浆料。

目前，半固态浆料在制备的过程中普遍采用方法是，先采用机械搅拌棒进行搅拌，然后再对搅拌棒进行冷却或者加入相同材料的固态材料。这样的制浆方式存在搅拌棒磨损快、成本高、搅拌时间长、冷却时间长等缺点，影响生产节拍与效率，处理后的金属液存在温度不均和晶体结构不均匀等缺陷，严重影响生产成本、生产效率及产品质量。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种新型的半固态制浆用制浆机。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种半固态制浆用制浆机，所述制浆机包括机座、设于所述机座上的支架、安装在所述支架上的制浆头，所述的制浆头至少包括用于插入待制备浆料中的外胆，所述外胆的至少下部胆体上密布地设置有具有透气功能的微孔。

优选地，所述外胆的整个胆体上均密布地设置有所述微孔。

优选地，所述制浆头还包括用于连接在所述支架上的联接座，所述联接座固定在所述外胆的顶部并封闭所述外胆的胆腔。

进一步地，所述制浆头还包括收容于所述外胆的胆腔中的换热内胆，所述换热内胆的顶部与所述联接座固定连接，所述换热内胆、外胆及联接座之间形成封闭的环境腔，所述联接座与所述换热内胆之间形成封闭的换热腔。

更进一步地，所述联接座上开设有用于向所述环境腔中通入惰性气体的第一介质入口、用于向所述换热腔中通入换热介质的第二介质入口；所述联接座上固定地连接有导气管，所述导气管的上部与所述第二介质入口相接，且所述导气管向下伸入所述换热腔的下部。

作为一种具体的实施方式，所述制浆机还包括用于向所述环境腔中供入惰性气体的第一气源装置、用于向所述换热腔中提供换热气体的第二气源装置，所述制浆机还包括用于控制所述第一气源装置与第二气源装置工作状态的气控系统。

优选地，所述制浆头还包括冷却环，所述冷却环固定地套设在所述联接座的外侧或所述外胆的顶部外侧，所述冷却环上开设有用于对所述外胆的外侧周部进行吹气冷却的环状出气孔。

进一步地，所述外胆的顶部具有向外凸出的环状凸缘，所述联接座与所述环状凸缘之间通过环状卡扣件相固定连接，所述冷却环固定地套设在所述外胆的顶部外侧并位于所述环状卡扣件的下方，或者所述冷却环固定地套设在所述环状卡扣件上。

优选地，所述制浆头固定地设置在所述支架上，或者所述制浆头可相对摆动地设于所述支架上。

优选地，所述制浆头可绕竖直方向延伸的转动中心线旋转地设于所述支架上，所述支架上还设有用于驱使所述制浆头绕所述转动中心线旋转的旋转驱动件，所述制浆头还包括固定地套设在所述外胆下部的搅拌叶轮。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、制浆过程中，通过向外胆胆腔中通入具有一定压力的惰性气体，惰性气体能够经外胆胆体上密布的微孔而均匀地渗入浆料中并与浆料之间发生激烈的碰撞反应并迅速带走热量，对金属溶液进行急冷，从而达到出渣、除气、细化和改变材料内部的晶体组织以及换热的效果，使得浆料内部的温度均匀及内部晶体组织更均匀，所制备的浆料经压铸后获得的产品金相组织更均匀；

2、制浆过程中可不进行搅拌操作，制浆头与浆料之间相对静止而没有摩擦，因而减小了制浆头的磨损，大大地降低了因制浆头的损耗成本；

3、制浆过程可实现自动化控制，其具有过程短、速度快、制浆机周边配套设备少、能耗低等多重优点。

附图说明

附图1为实施例1采用的制浆机的整体结构示意图；

附图2为实施例1采用的制浆头的剖视结构示意图；

附图3为实施例1的制浆头中外胆的结构示意图；

附图4为实施例1的制浆头中换热内胆的结构示意图；

附图5为实施例2的制浆机的整体结构示意图；

附图6为实施例2采用的制浆头的剖视结构示意图；

附图7为实施例3的制浆机的整体结构示意图；

附图8为实施例3采用的制浆头的剖视结构示意图；

附图9为实施例3的制浆头上搅拌叶轮的俯视图；

附图10为制浆头未制浆工作前铝合金溶液的金相图；

附图11为采用实施例1的制浆头进行制浆后铝合金溶液的金相图；

其中：10、机座；101、底座；102、立柱；102a、下柱体；102b、上柱体；103、横梁；104、支座；105、调节座；106、第一手轮；107、第二手轮；

20、制浆头；1、联接座；11、第一介质入口；12、第二介质入口；13、第一入口接头；14、第二入口接头；15、第一介质出口；16、第二介质出口；17、第一出口接头；18、第二出口接头；19、温度传感器；

2、换热内胆；21、螺纹结构；3、外胆；31、环状凸缘；4、导气管；5、环境腔；6、换热腔；7、环状卡扣件；8、冷却环；81、环状出气孔；82、入口接头；9、搅拌叶轮；

30、支架；40、气控系统；50、盛汤容器；60、旋转马达。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例来对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。

实施例1

参见图1所示的制浆机，其包括机座10、设于机座10上的支架30、安装在支架30上的制浆头20，当盛汤容器50盛放有半固态浆料时，该制浆头20的下部插入盛汤容器50中进行制浆。

参见图2为本实施例所采用的制浆头20，该制浆头20包括换热内胆2、套设在换热内胆2外侧的外胆3、固定连接在换热内胆2顶部与外胆3顶部上的联接座1，该联接座1固定地安装在支架30上。换热内胆2、外胆3及联接座1之间形成封闭的环境腔5，同时换热内胆2与联接座1之间形成封闭的换热腔6。

具体地，参见图2、图4所示，换热内胆2为上部具有开口且下部呈球状的筒体结构，其顶部外侧周部设置有螺纹结构21，换热内胆2通过螺纹结构21螺纹连接固定在联接座1的底部，换热内胆2的顶部与联接座1之间采用密封圈予以密封连接，使得换热内胆2与联接座1之间形成封闭的换热腔6。本实施例中，该换热内胆2可采用铝合金材料制成的铝合金换热胆。

参见图2、图3所示，外胆3也为上部具有开口且下部呈球状的筒体结构，外胆3的截面直径大于换热内胆2的直径。该外胆3的顶部具有沿径向向外凸出的环状凸缘31，联接座1与环状凸缘31之间通过环状卡扣件7相固定连接，外胆3的顶部与联接座1的底部之间也采用密封圈予以密封连接，使得联接座1在外胆3的顶部将外胆3的胆腔予以封闭。这样，换热内胆2、外胆3及联接座1之间便构成了封闭的环境腔5。

该外胆3的至少下部胆体上密布地设置有具有透气功能的微孔，该微孔的孔径为0.5μm—25μm之间，孔隙率在45％-55％，这样可使得通入环境腔5中具有一定压力的惰性气体能够经该微孔溢出，这样，当制浆头20插设在半固态浆料中进行制浆工作时，通入环境腔5内的惰性气体即可通过外胆3上的微孔均匀地渗入半固态溶液的内部而与之发生激烈的碰撞反应并迅速带走热量，对金属溶液进行急冷，从而达到出渣、除气、细化和改变材料内部的晶体组织以及换热的效果。

在本实施例中，该外胆的3的整个胆体上均密布地设置有具有透气功能的微孔，其采用陶瓷、石墨、氮化硅或碳化硅、不锈钢等材料制成，采用上述材料制作外胆3时，分子间的间隙便形成了密布的毛细微孔结构而使得外胆3整体具有透气功能。

参见图2所示，制浆头20上，联接座1上开设有用于向环境腔5中通入惰性气体的第一介质入口11，该第一介质入口11的上部设有第一入口接头13；联接座1上还开设有用于向换热腔6中通入换热介质的第二介质入口12，上述的换热介质可以为冷却液体或冷却气体，此处，换热介质采用的为压缩空气，该第二介质入口12的上部设有第二入口接头14。联接座1上还开设有与换热腔6连通的第二介质出口16，以供换热后的气体流出。

参见图2所示，联接座1上还固定地连接有导气管4，导气管4沿上下方向延伸，该导气管4的上部与第二介质入口12的下部相接，且该导气管4向下伸入换热腔6的下部，这样可使得通入的压缩空气均匀有效地在换热腔6中分布，以提高换热效率。

参见图2所示，该制浆头20还包括一温度传感器19，以用于检测环境腔5内环境温度，从而方便根据该环境腔5内的环境温度控制换热腔6内的换热介质通入状态。

参见图2所示，该制浆头20还包括冷却环8，该冷却环8相对固定地设置在外胆2的顶部或联接座1上，此处，该冷却环8固定地套设在环形卡扣件7上。该冷却环8上开设有用于对外胆3的外侧周部进行吹气冷却的环状出气孔81，冷却环8上还开设有与该环状出气孔81相连通的进气口，该进气口位于环状出气孔81的上部，且其上设有入口接头82，以向该环状出气孔81通入冷却用气体，这样在制浆头20结束制浆工作后，向环状出气孔81通入的冷却用气体可使得外胆3快速地实现降温，同时还可以使得粘附在外胆3外壁面上的浆料吹落以对外胆3的外胆壁进行清理。

该制浆机还包括用于向环境腔5中供入低温惰性气体的第一气源装置(图中未示出)、用于向换热腔6中供入换热气体的第二气源装置(图中未示出)，以及用于控制第一气源装置及第二气源装置工作状态的气控系统40，惰性气体优选地采用氮气、氩气。本实施例中，气控系统40还与温度传感器19相电连接或信号连接，当温度传感器19检测到环境腔5中的温度超过预设温度时，气控系统40通过控制第二气源装置的工作状态而向换热腔6中供入换热用低温压缩空气以加速换热，并使得环境腔5中的环境温度控制在设定的范围内，以保证经环境腔5进入浆料中的惰性气体的温度保持在设定的范围内。

参见图1所示，本实施例的制浆机上，支架30可升降地设置在机座10上，制浆机上还设有用于驱使支架30沿竖直方向升降的升降驱动机构，这样，可方便地将制浆头20插入盛汤容器50中进行制浆以及在制浆结束后从盛汤容器50中提起。具体地，机座10包括底座101、自底座101向上竖起的立柱102、安装在立柱102上部沿水平方向延伸的横梁103，横梁103的端部上还固定地设有支座104，支架30上下升降地设置在支座104上，气控系统40固定地设置在横梁103上。

在本实施例中，支座104上设有沿上下方向延伸以提供支架30以上下滑动导向的导轨(图中未示出)，升降驱动机构采用的为设于支座104与支架30之间的丝杠—螺母驱动机构，这样可实现制浆头20的精准升降。具体可将螺母固定在支架30上，螺杆可绕自身轴心线旋转地设于支座104上，采用电机驱使螺杆旋转便可使得螺母沿螺杆直线运动，从而使得支架30相对支座104上下升降。具体设置时，可将支架30设置为具有水平板部与竖直板部而呈L型的结构，制浆头20的联接座1固定在水平板部的底部，其竖直板部与支座104之间相对滑动连接。当然，上述的升降驱动机构也可以采用气缸、齿轮齿条等结构。

以下以铝合金半固态铸造的制浆为例来说明本实施例的具体制浆方法及制浆过程：

参见图1所示，盛汤容器50盛取半固态的铝合金浆料后移动至制浆头20的下方，制浆机启动且气控系统40先工作而使得环境腔5中充盈具有一定压力的低温惰性气体—氮气或氩气，然后再驱使支架30沿支座104下降而使得制浆头20的下部插设在盛汤容器50的半固态铝合金浆料中。在制浆的过程中，第一气源装置持续地向环境腔5中通入低温惰性气体—氮气或氩气；第二气源装置向换热腔6中通入低温压缩空气以对环境腔5中进行换热，以将铝合金溶液传入的热量迅速带走，从而使得环境腔5中的环境温度保持在设定范围内，也使得制浆头20内外部的温度始终处于一个稳定的范围内。

通入环境腔5中的低温惰性气体—氮气或氩气经外胆3胆体上的微孔而均匀地渗入浆料中，而使得浆料中产生若干个微型气泡而与铝合金溶液发生碰撞反应并迅速带走热量，对金属溶液进行急冷，从而使得盛汤容器50内浆料的内部晶体结构发生从树枝状晶体组织(枝晶组织)到颗粒状球形晶体组织(非枝晶组织)的变化，如图10、图11所示，进而提高材料组织的机械强度和延伸率等综合机械性能，最终达到所需制浆的目的。

在制浆完成后，支架30上升而使得制浆头20从浆料中提起，此过程中向冷却环8通入冷却用气体而使得制浆头20快速降温。盛汤容器50内制备完成的浆料则被送至压铸机进行压铸处理。

以铝合金牌号为375-T6的机箱产品为例，采用本实施例的制浆头及制浆方法来进行半固态成型与采用常规的压铸成型，所获得的产品性能参数对比如下表所示：

可见，本实施例采用的半固态压铸成型具有以下优点：

(1)便于成型，且成型速度快；

(2)成型时浆料不飞溅，提高了致密性，且减少了空气掺杂；

(3)不存在宏观偏析，提高了材料的综合机械性能；

(4)金属溶液保温温度低，节约了能源；

(5)在成型过程中可方便地加入增加相；

(6)便于实现高度自动化、提高生产率；

(7)改善环境、操作安全；

(8)显著地提高了成形件的质量与可靠性；

(9)半固态压铸件可以热处理(T5、T6)；

(10)半固态成型应力显著降低，大大减少对成形模具的热冲击，提高模具寿命；

(11)成形精度高，大幅度减少零件毛胚的加工量，减少成本。

综上，采用本实施例的制浆机进行制浆工作时，通过向制浆头20上外胆3的胆腔中通入如氮气的惰性气体，使得惰性气体通过外胆3胆体上密布的微孔渗入浆料中而与浆料之间发生激烈的碰撞反应并迅速带走热量，对金属溶液进行急冷，从而达到出渣、除气、细化和改变材料内部的晶体组织以及换热的效果，使得浆料内部的温度均匀及内部晶体组织更均匀，所制备的浆料经压铸后获得的产品金相组织更均匀。同时，由于制浆过程中制浆头20不需要进行搅拌操作，制浆头20与浆料之间相对静止而没有摩擦，因而减小了制浆头20的磨损，大大地降低了因制浆头20的损耗成本。该制浆机在制浆时可实现自动化控制，其具有过程短、速度快、周边配套设备少、能耗低等多重优点。

实施例2

参见图5所示的制浆机与图6所示的制浆头，其与实施例1的设计构思基本一致，主要在结构上存在如下的区别：

参见图5所示，该制浆机的机座10包括底座101、自底座101向上竖起的立柱102、通过调节座105安装在立柱102上部且沿水平方向延伸的横梁103，横梁103的端部上还固定地设有支座104，支架30上下升降地设置在支座104上，制浆头20固定地安装在支架30上。

其中，立柱102包括可沿上下方向相对滑动设置而可实现高度调节的下柱体102a与上柱体102b，横梁103可沿自身长度方向相对滑动且可绕立柱102的轴心线旋转地与调节座105连接，横梁103上设有用于调整横梁103相对立柱102水平位置的第一手轮106，立柱102的顶部设有用于调整立柱102高度的第二手轮107，立柱102上还设有用于调整横梁103相对立柱102旋转角度的第三手轮(图中未示出)。通过立柱102的高度调节、横梁103的水平位置调节及旋转角度调节，可使得制浆头20的位置与盛汤容器50的位置予以良好对应。

参见图6所示，该制浆头20上，第一入口接头13处通过电磁阀与惰性气体源及冷却介质源相连接，从而能够在制浆头20进行制浆工作时向环境腔5内供入惰性气体，而在制浆头20结束制浆工作后向环境腔5中供入冷却介质，以使得制浆结束后制浆头20能快速实现冷却。

该制浆头20上还开设有第一介质出口15，其上设有第一出口接头17，在制浆工作时该第一介质出口15关闭，以使得通入环境腔5内的惰性气体经外胆3上的微孔进入浆料中。该制浆头20上第二介质出口16上还设有第二出口接头18，可将通入换热腔6内冷却介质在经换热后流出予以回收循环使用。

该制浆头20上，外胆3为上大下小而具有一定锥度的筒状结构，冷却环8套设在外胆3的顶部并位于环状卡扣件7的下方，这样在向环状出气孔81通入高压冷却气体时能够在外胆3的外侧胆壁上形成均匀的气流而使得外胆3的外侧胆壁快速降温。

实施例3

参见图7所示的制浆机，其机座10的结构设置与实施例2的制浆机中机座10的结构相同，此处不再赘述。其与实施例2的主要区别在于，制浆头20上联接座1通过轴心线沿竖直方向延伸的转轴(图中未示出)可旋转地连接在支座30上，支座30上还设有用于驱使联接座1绕上述转轴的轴心线旋转的旋转马达60。

参见图8、图9所示，本实施例中，制浆头20上，外胆3的下部胆体上还固定地套设有搅拌叶轮9，该搅拌叶轮9上具有沿周向均匀间隔分布的多个叶片，以在制浆的过程中形成对浆料的搅拌。

这样，该制浆机在制浆头20插入浆料中进行制浆的过程中，在通入惰性气体的同时制浆头20还实施剧烈的搅拌操作，进一步剪切和打碎浆料的所有树枝晶体组织结构，从而形成球形初生晶粒的组织结构，这样能够进一步使得惰性气体在浆料中均匀混合，使得浆料溶液中的球形晶体组织结构和温度更加均匀，能够迅速降低浆料温度使制浆时间能大幅缩短，制备得到的浆料的性能更为理想。

当然，在实施例3的基础上，还可以将制浆头20相对摆动地设置在支架30上，使得制浆头20在外胆3内通入惰性气体进行制浆的同时对浆料进行搅拌操作。

综上，本实用新型的半固态制浆用制浆机，其在制浆过程中通过持续地向制浆头20上外胆3的胆腔中通入如氮气的惰性气体，使得惰性气体通过外胆3胆体上密布的微孔而渗入浆料中而进行制浆，所述制备的浆料内部温度均匀且晶体组织结构均匀，所制备的浆料经压铸后获得的产品金相组织更均匀。该制浆机在制浆时可实现自动化控制，其具有过程短、速度快、周边配套设备少、能耗低等多重优点，尤其适用于铝合金、镁合金、铝—镁合金溶液半固态制浆。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。