专利名称：一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于半固态金属加工技术领域，涉及一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置。
背景技术：
半固态成形技术是上世纪70年代由美国的Flemings教授发明并创立的，该技术由于具有近终形、节能环保、模具寿命长、铸件可热处理强化等独特的优点而获得了国内外的广泛关注和深入研究。而在此项技术中，半固态浆料的制备是关键环节之一。几十年来， 围绕半固态浆料的制备，国内外相继发明了多种制备技术，如电磁搅拌法；机械搅拌法；双螺旋搅拌法等多种制备方法。而在这些制备方法中，电磁搅拌法由于具有不污染合金、合金浆料纯净，控制参数易于调节，可以连续生产流变浆料或连续铸锭等优点，因此已经投入商业化生产且获得了较大范围的应用，成为目前生产半固态金属及合金浆料主要的制备方式，但是由于电磁感应趋肤效应的存在，合金浆料受到的搅拌力是不均勻的，导致最终制备的半固态浆料初生相组织偏大、晶粒形貌不圆整、分布不均勻，影响了电磁搅拌技术应用范围的扩展和竞争力的提高。因此，为了克服电磁搅拌法的这些缺点，国内外在电磁搅拌器的设计、搅拌方式等多方面展开了有益的尝试，也取得了许多有益的研究成果，但未取得技术上的重大突破。在电磁搅拌制备半固态合金浆料或坯料的设备和方法中，美国4434837号专利和 42^210都公开了一种制备半固态金属及合金浆料和坯料的电磁搅拌装置和方法，其主要原理是利用强烈的电磁搅拌打碎初生枝晶，抑制初生晶粒向枝晶状生长，从而制备出球状或粒状初生晶粒的半固态金属及合金浆料。但是在采用上述专利公开的电磁搅拌装置制备半固态浆料时，合金熔体受到的电磁搅拌力在径向上分布不均勻，靠近搅拌器的边部熔体剪切强度大而远离电磁搅拌器的合金熔体受到的剪切强度小。浆料质量也较差。中国专利200420112702. 0也提出了一种复合电磁搅拌法连续制备半固态金属浆料的装置，该装置的主要结构和原理是在中间包内施加电磁搅拌，使中间包过热的液体整体均勻降温到液相线温度，在导流管外均施加强烈电磁搅拌，金属液流可获得充分快速的冷却，使形核数量大幅增加，凝固组织明显细化。采用上述设备制备半固态金属浆料，可解决现有技术中由于单纯静置保温控制浇注金属液体接近液相线温度难操作性以及由此带来的金属液体过热度太低时流动性变差的技术难题，也可避免了由于现有技术中制浆室尺寸较大、金属液体搅拌不均勻导致冷却不均勻及凝固组织不均勻的问题。但是在采用该装置制备半固态金属浆料时，虽采用了强烈的复合电磁搅拌技术有助于半固态合金浆料的流动，但是浆料受到的搅拌力仍不均勻，剪切强度或剪切速率较小且不均勻，导致浆料组织的不均勻性仍然明显存在。在制备半固态浆料时，合金熔体受到的剪切强度或剪切速率的大小及分布是影响浆料制备质量的一个重要参数。采用电磁搅拌方法制备浆料时，由于趋肤效应的存在，使熔体内部受到的剪切强度或剪切速率是不同的。靠近电磁搅拌器的熔体受到的剪切速率大，而远离搅拌器的熔体受到的剪切强度小，而且距离电磁搅拌器越远，受到的剪切强度越小。 因此如何克服电磁搅拌器的这种缺点，增强合金熔体所受的剪切强度且其均勻分布就成为解决问题的关键。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种剪切速率高、搅拌充分、结构简单、成本低和控制方便的一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置。为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置，该装置包括制浆室，在该制浆室的外围由里到外依次安装有为冷却水箱和电磁搅拌器；制浆室上部设置中间包，制浆室的顶部与中间包的底部连通，以使中间包和制浆室共同形成制浆室腔；中间包外周设有对中间包内的合金熔体进行保温的加热器；在所述的制浆室的底部的中心设有出料口，该制浆室的中部设有搅拌杆，该搅拌杆的底部设有控制出料口的流量大小的塞头，该搅拌杆的上部连接控制该搅拌杆旋转的旋转传动机构及其电机；该搅拌杆的上部安装在控制该搅拌杆进行升降的液压装置的支撑臂上；所述的搅拌杆的中心线、电磁搅拌器的中心线与制浆室的中心线重合。本实用新型的制备半固态合金流变浆料的装置，该装置主要由制浆室、中间包、冷却水箱，电机，搅拌杆，电磁搅拌器、支撑臂、液压升降装置、加热器、温控器组成。制浆室为一环状圆筒，其外围依次安装有冷却水箱和电磁搅拌器，制浆室上部设置中间包，中间包和制浆室共同组成制浆室腔，中间包外围设置加热器可对中间包内的合金熔体进行保温；制浆室中部设有搅拌杆，搅拌杆安装在液压装置的支撑臂上，搅拌杆依靠电机驱动旋转，搅拌杆通过液压装置进行升降。搅拌杆底部设置塞头依靠液压装置的升降控制半固态浆料的流出速度。搅拌杆、电磁搅拌器的中心线与制浆室的中心线重合。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，所述的制浆室为一环状圆筒；所述的中间包也为一环状圆筒；其中，中间包的环状圆筒直径大于制浆室的环状圆筒直径，中间包和制浆室所共同形成制浆室腔的纵剖面为T形。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，搅拌杆的旋转方向和电磁搅拌旋转磁场的旋转方向相反。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，搅拌杆通过电机驱动旋转，通过液压装置做升降运动。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，采用的电磁搅拌器是旋转磁场电磁搅拌器。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，为了防止对电磁场产生影响，制浆室和冷却水箱的的材质为奥氏体不锈钢、钛、钼、钴、铬、镍或铜等非磁金属材料；搅拌杆的材质为奥氏体不锈钢、钛、钼、钴、铬、镍或铜等非磁金属材料，或者石墨、陶瓷或刚玉等非金属材料；中间包的材质为耐火材料。在本实用新型的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置中，冷却水箱通入的冷却介质为室温冷却水、油等冷却介质。该装置集合了传统的电磁搅拌和机械搅拌的优点，使合金熔体在电磁搅拌力和机械力的共同作用下，实现强烈的搅拌，获得很高的剪切速率，从而打碎合金熔体凝固过程中产生的枝晶组织，获得细小均勻的球状初晶组织浆料。与现有技术相比，本实用新型的优点是(1)合金熔体受到的剪切速率高，合金熔体搅拌充分，温度场和成分场将更加均勻；(2)结构简单，成本低，控制方便；本实用新型既适合于铝基合金及其复合材料半固态浆料或坯料的制备，也适合于镁基合金、铜基合金、锌基合金、铁基合金和其他有色金属合金及其复合材料半固态浆料或坯料的制备。
图1是制备半固态合金流变浆料或坯料的装置示意图。
具体实施方式
图1是制备半固态合金流变浆料或坯料的装置示意图。该装置包括有制浆室5， 在制浆室5的外周由从里到外依次设置有冷却水箱4、电磁搅拌器3。制浆室上部设置中间包1，中间包1和制浆室5共同组成制浆室腔，并在浆室腔内设有温控器12，中间包1外周设有加热器13对中间包1内的合金熔体进行保温；所述的制浆室5的中部设有搅拌杆11。 搅拌杆11安装在支撑臂9上，其中，搅拌杆11可以通过轴承安装在支撑臂9上，从而使得搅拌杆11既可以相对于支撑臂9作旋转运动，又可以跟随支撑臂9作上下运动；电机10及其旋转传动机构(未图示)安装在支撑臂9上，搅拌杆11依靠电机10通过其旋转传动机构(未图示)的带动进行旋转，旋转传动机构可以为如伞齿轮或涡轮涡杆传动机构等旋转传动机构；搅拌杆11可通过液压装置8进行升降，其中，搅拌杆11安装在支撑臂9上，支撑臂9的另一端与液压装置8的传动机构连接，支撑臂9为一横杆呈水平状态，搅拌杆11和液压装置8分别与水平面呈垂直状态，液压装置8在工作时，其输出端呈上下升降，并通过液压装置8的传动机构带动支撑臂9 (整个横杆)呈上下运动；支撑臂9带动搅拌杆11呈上下升降，来调节搅拌杆11的底部的塞头6与出料口的开度，以控制出料口的流量的大小。 在搅拌杆11的底部设置有塞头6，制备好的半固态浆料可通过搅拌杆11的升降对塞头6进行调节来调整流量的大小。冷却水箱设置进水孔7和出水孔2，冷却介质从冷却水箱的进水孔7进入对制浆室5中的合金熔体进行冷却，然后从出水孔2流出。本实用新型制备半固态合金流变浆料或坯料的装置的主要实施方式为在本实施例中，制浆室5、冷却水箱4和搅拌杆11均采用奥氏体不锈钢制作而成。 中间包1采用硅酸铝耐火材料制作而成，电磁搅拌器3采用旋转磁场电磁搅拌器。在制备半固态合金浆料时，先启动液压装置8将搅拌杆11置于最低位置使塞头6处于闭合位置， 然后将一定量温度为650°C的A356铝合金熔体浇入制浆室5和中间包1，开启电机10，搅拌杆11开始旋转，旋转速度为600r/min。同时开启电磁搅拌器3，输入功率为3Kw，频率为 20Hz，产生的旋转磁场方向与搅拌杆11的旋转方向相反。冷却水箱4内通入的室温冷却水的流量为10升/min。当温控器12检测到制浆室5内熔体温度下降到600°C时，就得到了半固态A356铝合金浆料，然后开启液压装置8，将搅拌杆11升起，塞头6开启，半固态A356铝合金浆料从塞头6流出进行收集移入压铸机、锻造机或挤压机中直接成形，或者冷却下来得到半固态A356铝合金坯料作为后续触变成形的原料。 为实施本实用新型的装置既适合于铝基合金的半固态浆料的制备，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及其复合材料的半固态浆料的制备。
权利要求1.一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置，其特征在于该装置包括制浆室，在该制浆室的外围由里到外依次安装有为冷却水箱和电磁搅拌器；制浆室上部设置中间包， 制浆室的顶部与中间包的底部连通，以使中间包和制浆室共同形成制浆室腔；中间包外周设有对中间包内的合金熔体进行保温的加热器；在所述的制浆室的底部的中心设有出料口，该制浆室的中部设有搅拌杆，该搅拌杆的底部设有控制出料口的流量大小的塞头，该搅拌杆的上部连接控制该搅拌杆旋转的旋转传动机构及其电机；该搅拌杆的上部安装在控制该搅拌杆进行升降的液压装置的支撑臂上；所述的搅拌杆的中心线、电磁搅拌器的中心线与制浆室的中心线重合。
2.按照权利要求1所述的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置，其特征在于所述的制浆室为一环状圆筒；所述的中间包也为一环状圆筒；其中，中间包的环状圆筒直径大于制浆室的环状圆筒直径，中间包和制浆室所共同形成制浆室腔的纵剖面为T形。
3.按照权利要求1或2所述的制备半固态合金流变浆料或坯料的装置，其特征在于 所述的搅拌杆旋转方向与电磁搅拌器产生的旋转磁场的方向相反。
专利摘要一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置，主要由制浆室、中间包、冷却水箱，电机，搅拌杆，电磁搅拌器、支撑臂、液压升降装置组成。制浆室外围依次安装有为冷却水箱和电磁搅拌器，制浆室上部设置中间包，中间包和制浆室共同组成制浆室腔，中间包外周设有加热器；制浆室中部设有搅拌杆，搅拌杆安装在液压装置的支撑臂上，搅拌杆依靠电机驱动旋转，搅拌杆通过液压装置进行升降。搅拌杆底部设置塞头依靠液压装置的升降控制半固态浆料的流出速度。搅拌杆、电磁搅拌器的中心线与制浆室的中心线重合，搅拌杆旋转方向与电磁搅拌器产生的旋转磁场的方向相反。其优点在于合金熔体受到的剪切速率高，合金熔体搅拌充分，温度场和成分场将更加均匀；设备结构简单，紧凑，投资成本少，控制方便。
文档编号B01F3/12GK202116631SQ20112020360
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者张志峰, 徐骏, 白月龙, 石力开, 郭宏 申请人:北京有色金属研究总院