一种制备金属半固态材料的装置和方法与流程

本发明涉及半固态金属材料加工领域，特别是一种制备金属半固态材料的装置和方法。

背景技术：

半固态金属加工是近年来金属加工技术研究的热点。半固态技术有一系列特点，如成形的零件精度高、质量好，能与净近成形或净终成形接轨。和普通的加工方法相比，半固态成形应用范围更广泛，凡具有固液两相区的合金均可实现半固态成形。而且可适用于多种成形工艺，如铸造、挤压、锻压和焊接。半固态充形平稳，无湍流和喷溅，加工温度低，凝固收缩小，因而铸件尺寸精度高，成形件尺寸与成品零件几乎相同，极大地减少了机械加工量，可以做到少或无切屑加工。且凝固时间短，有利于提高生产率。作为21世纪最有前途的轻合金近净成型技术，金属半固态加工技术可分为流变成流变成形与触变成形。但触变成形的成本高，成型复杂零件的工艺难度和控制生产过程的技术难度目前均高于流变成形。现常用的流变成形半固态制浆技术存在枝晶多，气孔多的缺点。

技术实现要素：

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种制备金属半固态材料的装置和方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制备金属半固态材料的装置，包括固定装置、转移装置、机械搅拌装置和倾倒装置，固定装置用于安装转移装置、机械搅拌装置和倾倒装置；转移装置用于存放移动金属熔体；机械搅拌装置用于搅拌金属熔体；倾倒装置用于倾倒金属熔体。

本发明中，所述固定装置包括不锈钢底座支架、不锈钢底座顶板与底座底板互相焊接形成一体。

本发明中，所述转移装置包括第一燕尾滑道、第二燕尾滑道、储料槽、料槽固定座、气缸固定板、第三气缸，储料槽由料槽固定座固定在第一燕尾滑道、第二燕尾滑道上，第三气缸通过气缸固定板固定在不锈钢底座顶板底侧，第三气缸活塞杆连接料槽固定座。

本发明中，所述机械搅拌装置包括固定在不锈钢底座顶板上的第一气缸和第二气缸，第一气缸和第二气缸共同连接到上端的电机固定座，电机固定座上安装第一伺服电机，第一伺服电机转动轴连接旋转底板，旋转底板底侧中部设有温度传感器，旋转底板一侧连接第二伺服电机定架，第二伺服电机定架连接第二伺服电机，第二伺服电机底部转动轴连接平衡体。

本发明中，所述倾倒装置包括卸料平台、限位筋、倾转伸缩杆，卸料平台设置在不锈钢底座顶板侧面，限位筋位于卸料平台背离不锈钢底座顶板一侧，倾转伸缩杆控制卸料平台倾倒。

本发明中还公开了一种制备金属半固态材料的方法，包括下述步骤：

步骤1：熔炼金属并倒入储料槽；

步骤2：启动第三气缸使储料槽平稳地移动至机械搅拌装置下方；

步骤3：启动第一气缸和第二气缸使得平衡体与温度传感器沿气缸驱动杆向下移动，使得温度传感器和平衡体内置于金属熔体中进行半固态处理；

步骤4：启动第一气缸和第二气缸将平衡体与温度传感器移出储料槽；

步骤5：储料槽移动至倾倒装置上，启动倾转伸缩杆，使得金属半固态材料从储料槽中倾倒而出，半固态浆料制备完成。

本发明中，步骤3的半固态处理具体为同时开启第一伺服电机和第二伺服电机，使平衡体自转并且围绕第一伺服电机的轴公转。

有益效果：本发明利用机械破碎原理利用平衡体将金属熔体的晶核破碎，并且促进异质形核，细化晶粒，并利用转动的平衡体的机械搅动已经温度场的扰动使得金属熔体中晶粒均匀分布，得到纯净、晶粒细小并且分布均匀的金属半固态材料。

本发明所述的制备装置制备出的金属半固态材料当量直径小，形状因子大，晶粒分布均匀，气孔及夹杂少。

同时，本装置结构简单，自动化程度高，易于操作，适用于多种金属半固态材料的制备。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1为本发明正面结构示意图。

图2为本发明机械搅拌装置示意图。

图3为本发明倾倒过程示意图。

图4为本发明平衡体清洗过程示意图。

图5是实施例金相图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细说明。

实施例：

本实施例提供了一种制备金属半固态材料的装置，包括固定装置、转移装置、机械搅拌装置和倾倒装置，固定装置用于安装转移装置、机械搅拌装置和倾倒装置；转移装置用于存放移动金属熔体；机械搅拌装置用于搅拌金属熔体；倾倒装置用于倾倒金属熔体。

如图1、图2、图3、图4，固定装置包括不锈钢底座支架1、不锈钢底座顶板2与底座底板18互相焊接形成一体。

转移装置包括第一燕尾滑道5、第二燕尾滑道6、储料槽14、料槽固定座15、气缸固定板16、第三气缸17，储料槽14由料槽固定座15固定在第一燕尾滑道5、第二燕尾滑道6上，第三气缸17通过气缸固定板16固定在不锈钢底座顶板2底侧，第三气缸17活塞杆连接料槽固定座15。

机械搅拌装置包括固定在不锈钢底座顶板2上的第一气缸7和第二气缸13，第一气缸7和第二气缸13共同连接到上端的电机固定座9，电机固定座9上安装第一伺服电机10，第一伺服电机10转动轴连接旋转底板24，旋转底板24底侧中部设有温度传感器22，旋转底板24一侧连接第二伺服电机定架25，第二伺服电机定架25连接第二伺服电机26，第二伺服电机26底部转动轴连接平衡体8。

倾倒装置包括卸料平台3、限位筋4、倾转伸缩杆29，卸料平台3设置在不锈钢底座顶板2侧面，限位筋4位于卸料平台3背离不锈钢底座顶板2一侧，倾转伸缩杆29控制卸料平台3倾倒。

一种制备金属半固态材料的方法，包括下述步骤：

步骤1：熔炼金属并倒入储料槽；

步骤2：启动第三气缸使储料槽平稳地移动至机械搅拌装置下方；

步骤3：启动第一气缸和第二气缸使得平衡体与温度传感器沿气缸驱动杆向下移动，使得温度传感器和平衡体内置于金属熔体中进行半固态处理；

步骤4：启动第一气缸和第二气缸将平衡体与温度传感器移出储料槽；

步骤5：储料槽移动至倾倒装置上，启动倾转伸缩杆，使得金属半固态材料从储料槽中倾倒而出，半固态浆料制备完成。

步骤3的半固态处理具体为同时开启第一伺服电机10和第二伺服电机26，使平衡体8自转并且围绕第一伺服电机10的轴公转。

平衡体与熔体之间的质量比可调节，多为3:1，4:1和5:1；浇注温度可以调节，一般为液相线温度以上3-15℃；平衡体可以自转和公转；并且平衡体的转动速度可调节，一般转动速度在0-2500r/min。

具体的：机械搅拌装置是由第一气缸7、平衡体8、电机固定座9、第一伺服电机10、电机固定孔11、第一平衡滑块12、第二气缸3、电机安装孔19、第二平衡滑块20、滑块调节螺栓21、温度传感器22、第一气缸驱动杆23、旋转底板24、第二伺服电机定架25、第二伺服电机6、转轴27、第二气缸驱动杆8组成。

使用时，选用合适的质量的平衡体安装到转轴27上，待储料槽14转移至搅拌装置下方后，在指定浇注温度下，启动第一气缸和第二气缸，使得平衡体与温度传感器沿气缸驱动杆向下移动，使得温度传感器和平衡体内置于金属熔体中，此时，按照指定转速参数启动伺服电机，待到平衡温度或者指定温度时启动第一气缸和第二气缸，移出平衡体与温度传感器。

实现对不同浇注温度下以及不同平衡体转速下对金属熔体进行机械搅拌，得到金属半固态材料同时利用温度记录仪记录温度传感器传导的金属熔体的温度变化过程。

倾倒装置是由卸料平台3、限位筋4、倾转伸缩杆29组成。使用时，储料槽被限定在卸料平台上，启动倾转伸缩杆，使得金属半固态材料从储料槽中倾倒而出，随后平衡体移出储料槽，使用清洗刷清洗平衡体。实现把金属半固态材料平稳倾倒入指定模具中。

如图5，本实施例制备出的合金成分为al-10cu，平衡体与熔体质量比为5:1，平衡体转速为2000r/min时的半固态材料金相照片。制得的半固态浆料微观组织形貌得到明显改善，由粗大的树枝晶转变成了近球晶，并且组织中晶粒经过装置处理后得到明显细化，当量直径为99.60μm，形状因子为0.668。

本发明提供了一种制备金属半固态材料的装置和方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。