专利名称：半固态金属坯料二次加热用立式装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于金属半固态加工技术领域，特别涉及一种半固态合金加工
用二次加热装置。
背景技术：
金属半固态加工技术是介于传统的固态加工技术(如轧制、挤压、锻造等) 和液态成形技术(如铸造等)之间的一种新型加工成形方法。其核心的技术特 征包括1)成形温度介于固液相线温度之间；2)晶粒形态不同于一般凝固组 织中的树枝状晶粒形态，而是表现为非树枝状的、近球形的晶粒形态。由于具 有以上特征，半固态加工技术具有铸造缺陷少、气孔率低、易于加工成形、模 具寿命高等优点。这些优点使得半固态加工技术与压铸、挤压铸造、重力铸造
等传统加工成形方法相比在成本、性能方面均具有相当的竞争优势。另外，半 固态加工技术在以铸代锻、变形合金的直接近净成形、改善难铸造合金的铸造 性能等方面也具有广泛的应用前景。
触变加工技术是最早获得工业应用的半固态加工技术，该方法可分为半固 态坯料制备、二次加热、触变加工三个工艺阶段。通常对半固态合金坯料的二 次加热工艺的要求是①经过二次加热的半固态合金坯料内外、上下温差应尽 可能均匀，以避免在后续触变成形过程中由于流动性的差异而导致固液相分离 等现象，同时也可避免二次加热后产生"象足"等缺陷，给合金坯料的夹持搬 运带来困难；②二次加热过程所用的时间应尽可能短，以最大程度地避免半固 态坯料在二次加热过程中产生表面氧化和初生Ot晶粒过分长大，给半固态触变 成形件的最终性能产生不利影响；③为后续的触变成形提供优异的微观组织基 础。 适合于坯料的大规模连续式生产。而在目前采用的加热方式中，电阻 加热和单工位感应加热很难满足上述需要，电阻加热是电流通过对其有阻碍的电阻时，对电阻做功，这些功转化成为了热能，而对待加热的金属坯料进行加热的。虽然 坯料加热均匀，但电阻加热的效率很慢，耗时长，加热效率低，晶粒在长时间的加 热状态太很容易长大，导致晶粒粗大。而单工位感应加热虽然加热效率高，加热时 间短，可避免晶粒粗化，但是单工位感应加热只是采用一个工位对金属坯料进行加 热，只有将加热到固定温度的金属坯料取走后，才能进行下一金属坯料的加热，加 热节奏慢，坯料生产效率低，不适合于金属坯料连续大规模的生产，很难投入商业 化生产。因此如何设计出一种能够满足上述二次加热工艺要求的装置成为触变 加工技术工业应用的重要研究方向。
中国专利03115916.8提及了一种铝合金半固态成形技术中的二次加热工 艺，该工艺分为快速加热和慢速加热阶段，其基本思想是通过快速加热和慢速 加热两阶段的加热将半固态铝合金坯料加热到预定成形温度。在快速加热阶 段，半固态铝合金坯料在较大的表面功率密度下进行快速加热到某一温度，然 后调整坯料所在工位和表面功率密度，使半固态合金坯料在较小的表面功率密 度下进行慢速加热，待坯料温度到达所需的半固态温度时，将坯料取出进行成 形。该工艺虽可以获得坯料的内外温差较小，温度场均匀的效果，满足升温速 度快、控温准确、温度分布均匀、氧化少，易于自动控制的要求。但是该专利 只是提供了一种铝合金半固态成形技术的二次加热工艺，对于采用的二次加热 装置没有特殊的要求和权利，而且采用两阶段的加热工艺，会使坯料内外的温 差仍然偏大，温度场的均匀性有待进一步提高。
文献"Introduction of SSM cast safety critical components for automotive applications(Eisen P， Proc of the 5th Int. Conf. on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, 1998， ix-xvi)，，中提及了一种半固态 铝合金二次加热触变成形设备，该设备由瑞士Buhler公司生产，感应线圈也 呈立式放置，设置了 14个工位，两个清理工位，3个投放坯料工位和9个加热 工位，可连续加热半固态的合金浆料，但是该设备结构较为复杂，且占地面积 较大，生产成本较高，坯料的加热成本高，不利于半固态加工技术的推广和大 规模的应用。发明内容
本实用新型的目的是提供一种半固态金属坯料二次加热用立式装置，该装
置能够保证被加热半固态坯料内外温差小、温度场分布均匀、控温准确和生产 节奏与后续加工成形相匹配。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案
一种半固态金属坯料二次加热用立式装置，由操作台及感应加热机构和坯 料运载机构组成；所述的操作台开有一组置料工位孔；所述的感应加热机构为 一组相互电联通的感应加热线圈，各自分立在操作台的置料工位孔之上，由感 应加热电源供电加热；所述的坯料运载机构包括一置于操作台中央的托架升降 机构，以托架升降机构的底杆为轴心连接一旋转机构，该旋转机构带有一组分支 托架，各托架的外端设托料台，托料台的数量及位置与操作台置料工位孔的数 量及位置相对应；至少在一个置料工位孔的上方不设感应加热线圈。
与一组感应加热线圈中最后加热的感应加热线圈配设一线圈升降机构，该 线圈升降机构为气动或液压、机械传动装置中的任一种。
所述感应加热机构分成快速加热、慢速加热及均热三段式加热感应加热线
圈组，各段为1 8个感应加热线圈。
上述的各感应加热线圈间以相互串联或并联、串联与并联混合的方式连接。 所述感应加热电源可选择可控硅电源、IGBT电源，电流频率为200 1500Hz。 所述感应加热机构均热段的最后一个感应加热线圈为可升降式。 本实用新型是一种多工位感应加热装置，选用感应加热方式，采用一套电
源来实现半固态坯料的多工位加热。加热线圈采用三段式加热方式，这种加热
方式可使坯料的加热和温度场的分布更加均匀合理。 本实用新型的优点是
1、 与电阻加热方式比较，本实用新型具有加热效率高、避免晶粒粗大等 特点；与单工位感应加热设备比较，本实用新型又具有加热效率高、加热温度 均匀、坯料生产效率高、适合于金属坯料连续大规模的生产等特点，
2、 与两阶段加热方式相比，本实用新型采用的三段式加热可使坯料内外的温度差更小，坯料温度场的分布更加均匀，这对后续的成形极为有利。
3、本实用新型采用一套电源来实现半固态坯料的多工位加热，结构紧凑， 成本低，具有操作安全、运行稳定等优点。
图1是半固态金属坯料二次加热用立式装置一实施例结构示意图(主视)。 图2是图1所示实施例的结构示意图(俯视)。 图3是图l所示实施例的结构示意图(仰视)。 图4是图l所示实施例的操作台结构示意图。
具体实施方式
本实用新型半固态金属坯料二次加热用立式装置，由操作台及感应加热机 构和坯料运载机构组成。
图1所示的是本实用新型半固态金属坯料二次加热用立式装置一实施例结 构示意图。
参见图1及图4，所述的操作台1上开有一组(图示实施例为6个)置料 工位孔101 106。
所述的感应加热机构为一组相互电联通的感应加热线圈，各感应加热线圈 间以相互串联或并联、串联与并联混合的方式连接，本技术方案中将一组感应 加热线圈分成快速加热、慢速加热及均热三段式，各段为1 8个感应加热线 圈；所述的快速加热段每个线圈的匝数为3 30匝；慢速加热段每个线圈的胆 数为1 30匝；均热保温段每个线圈的匝数为1 30匝。各感应加热线圈的内 径为坯料直径的1. 1 1.5倍，感应加热线圈的高度为坯料高度的L5 4倍。
参见图1及图2:本实施例中，所述的感应加热机构由相互电联通的感应 加热线圈20广205串联组成，感应加热线圈可以是方形、扁形铜管等绕制而成， 呈立式放置，内可通冷却水。密绕的感应线圈201和202为快速加热段感应加 热线圈；较为密绕的感应线圈203为慢速加热段感应加热线圈；疏绕的感应线 圈204和205为均热段感应加热线圈，各自分立在操作台的置料工位孔101~105 之上，由感应加热电源供电加热。由图示可看出，快速加热段第1线圈201前设置加料工位(工位孔106位置)，该工位不设加热线圈；设105为取料工位， 位于取料工位孔105之上的均热段最后一个感应加热线圈205设计为可升降式， 参见图2，线圈提升支架6的一端安装在线圈提升结构7的上端并与线圈升降 机构7固定在一起，线圈提升支架6的另一端与感应加热线圈5固定在一起并 可经线圈升降机构7驱动升起保持1 10秒，待坯料夹走后线圈5下降回归至 原位。在每个感应加热线圈内置有保温内衬14。
到达预定加热时间后，感应加热线圈205升起，人工或机械手(线圈提升 支架6)将已加热好的半固态坯料转移至后续加工成型设备，到达预定时间， 线圈升降机构7驱动带动感应加热线圈205下降至原位。所述线圈升降机构7 为气动或液压、机械传动装置中的任一种。
感应加热电源可选择可控硅电源或IGBT电源或其他电源，电源频率选用 200 1500Hz。
参见图1及图3，所述的坯料运载机构包括一置于操作台中央的托架升降 机构ll，以托架升降机构的底杆为轴心连接一旋转机构12，该旋转机构带有一组 分支托架9，各托架的外端设托料台8，托料台沿圆周方向均匀分布，其数量 及位置与操作台置料工位孔的数量及位置相对应；托料台8带有坯料保温托， 保温托选用硅酸铝耐火材料制备。所述的托架升降机构11可通过气动或液压、机 械装置中的任何一种方式实现升降动作，以便于坯料的转移。托架旋转机构9和托 架升降机构11的主要功能是将改变坯料在加热线圈中的位置，在坯料的加热 过程中，坯料经历快速加热一慢速加热一均热保温三个加热段，为了实现坯料 在此三个阶段的加热方式的转换，设置托架升降机构11先将坯料快速丛全部 线圈中下降并移出，然后通过托架旋转机构12推动托架9进行旋转，待旋转 到位后托架升降机构11又快速升起将坯料升到感应加热线圈中进行加热。托 架9通过托架旋转机构12进行旋转，保温托8置于托架上方且与感应加热线 圈对应成圆周均匀分布保证半固态坯料在加热线圈中上下移动。半固态坯料由 当前加热线圈进入下一加热线圈的时间为5 20秒。
下面举一具体实施例来说明本实用新型的工作原理及过程-本例中，半固态加热的坯料为-70X 100mm，加热电源采用可控硅加热电源， 电源加热频率为1000Hz，电源加热的名义功率为40Kw。
二次加热装置加热线圈采用14X16mm扁铜管绕制，线圈内径105mm，线圈 高度均为360mm，参见图1至图4，共设5个工位， 一个加料工位，201、 202 工位的感应加热线圈为20匝(快速加热段)，203工位的感应加热线圈为16 匝(慢速加热段)，204、 205工位的感应加热线圈为12匝(均温段)。
将105位置作为起始位置，托架升降机构ll升起，将半固态A356铝合金 坯料A356放入托料台8的保温托上，然后启动托架升降机构将托架9下降到 位，托架旋转机构12启动将托架旋转60° ，托架9旋转到位后启动托架升降 机构11将托架9上升到位，此时坯料进入感应线圈201中开始快速加热，在 此期间将另一切好的半固态坯料置于另一保温托上，当坯料加热约80秒后， 启动托架升降机构11将托架9下降到位，启动托架旋转机构12驱动将托架9 旋转60°到位后，启动托架升降机构11将托架9上升到位，此时坯料进入感 应线圈202中进行快速加热，同样线圈201中的坯料也开始快速加热，在此期 间同样将另一切好的半固态坯料置于工位孔106位置中的保温托上，通过上述 同样步骤直到第一块加热的半固态A366铝合金坯料在感应加热线圈205中均 热保温到575。C时，启动线圈升降机构7，感应加热线圈205上升，将坯料移 入压铸机的压射室进行压铸成形，然后启动线圈升降机构7将感应加热线圈 205下降到位，这样就完成了坯料的整个加热过程，以此动作循环，可实现半 固态坯料的连续加热。
本实用新型半固态金属坯料二次加热用立式装置既适合于铝基合金材料 半固态坯料的加热，也适合于镁基合金、锌基合金、铜基合金、镍基合金、钴 基合金和铁基合金和其他合金材料及其复合材料半固态坯料的加热。
上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说 明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请 专利范围。
权利要求1、一种半固态金属坯料二次加热用立式装置，由操作台及感应加热机构和坯料运载机构组成；其特征在于所述的操作台开有一组置料工位孔；所述的感应加热机构为一组相互电联通的感应加热线圈，各自分立在操作台的置料工位孔之上，由感应加热电源供电加热；所述的坯料运载机构包括一置于操作台中央的托架升降机构，以托架升降机构的底杆为轴心连接一旋转机构，该旋转机构带有一组分支托架，各托架的外端设托料台，托料台的数量及位置与操作台置料工位孔的数量及位置相对应；至少在一个置料工位孔的上方不设感应加热线圈。
2、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于与一组感应加热线圈中最后加热的感应加热线圈配设一线圈升降机构， 该线圈升降机构为气动或液压、机械传动装置中的任一种。
3、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于所述感应加热机构分成快速加热、慢速加热及均热三段式加热感应加热 线圈组，各段为1 8个感应加热线圈。
4、 根据权利要求3所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于所述的快速加热段每个线圈的匝数为3 30匝；慢速加热段每个线圈的匝数为1 30匝；均热保温段每个线圈的匝数为1 30距。
5、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于感应加热线圈的内径为坯料直径的1.1 1.5倍，感应加热线圈的高度 为坯料高度的1.5 4倍。
6、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于各感应加热线圈间以相互串联或并联、串联与并联混合的方式连接。
7、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于在每个感应加热线圈内置有保温内衬。
8、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征 在于所述感应加热电源可选择可控硅电源、IGBT电源，电源频率为200 1500Hz。
9、 根据权利要求1所述的半固态金属坯料二次加热用立式装置，其特征在于 所述的托架升降机构为气动或液压、机械传动装置中的任一种。
专利摘要一种半固态金属坯料二次加热用立式装置，由操作台及感应加热机构和坯料运载机构组成；操作台开有一组置料工位孔；感应加热机构为一组相互电联通的感应加热线圈，各分立在操作台的置料工位孔之上，由感应加热电源供电加热；坯料运载机构包括一托架升降机构，以托架升降机构的底杆为轴心连接一旋转机构，该旋转机构带有一组分支托架，各托架的外端设托料台，托料台的数量及位置与操作台置料工位孔的数量及位置相对应；至少在一个置料工位孔的上方不设感应加热线圈。与一组感应加热线圈中最后加热的感应加热线圈配设一线圈升降机构。该装置能够保证被加热半固态坯料内外温差小、温度场分布均匀、控温准确和生产节奏与后续加工成形相匹配。
文档编号F27B17/00GK201225820SQ20082010886
公开日2009年4月22日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者张志峰, 骏 徐, 石力开 申请人:北京有色金属研究总院