[发明专利]一种悬挂锥桶式半固态金属浆料制备及输送装置

说明书

技术领域

本发明属于半固态金属加工技术领域，提供了一种悬挂锥桶式半固态金属浆料制备及输送装置。

背景技术

半固态金属加工技术，是将正在凝固的金属或合金进行强力的剪切搅拌，或控制固-液态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固液混合浆料(固相组分甚至可达60％)，采用这种既非完全液态，又非完全固态的金属浆料制备及成形的方法，就称为半固态金属加工技术。该技术打破了传统的枝晶凝固模式，金属浆料中既含有一定体积比率的球状初生固相，又含有一定比率的液相，因此，半固态金属成形具有其独特明显的优势：

与传统液态成形工艺，如与普通铸造相比，半固态金属加工具有以下特点：①充形平稳，无湍流和喷溅。铸件内部气孔、偏析等缺陷少；②制品具有非枝晶结构，组织致密，力学性能高，能接近或达到锻压件的性能；④由于金属坯料部分凝固，因而凝固收缩小，成形零件尺寸精度高，能实现近终成形；⑤成形温度低，半固态合金成形时，已经释放了部分结晶潜热，因而减轻了对模具的热冲击，使模具寿命大幅度提高；⑥凝固时间短，能缩短产品的生产周期，有利于提高生产效率。

前些年北京科技大学康永林等学者利用液态金属通过旋转的斜锥形内外桶之间的缝隙形成剧烈剪切应力场作用的原理，发明了一种有独特结构的转筒式半固态金属浆料制备成形机，可用来对镁、铝等低熔点合金进行半固态浆料制备与成形。但该装置在长期使用过程中发现有如下问题：①装置内外桶温差较大，温度控制精度较低；②出料口与挤压缸连接处由于温度梯度较大，往往容易堵塞，造成整个设备不能正常工作，且清理和维护难度较大、周期较长；③装置噪声大，生产效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服装置内外桶温差较大、温度控制精度低，出料口与挤压缸连接处容易堵塞、清理和维护难度较大、周期较长，装置噪声大，生产效率不高等缺陷的半固态金属浆料制备及输送装置。

一种悬挂锥桶式半固态金属浆料制备及输送装置，主要由调速电机1、升降机构2、通气管3、连接装置4、压铸机压射室5、通气口6、传动锥齿轮7、心轴8、联轴器9、通气管10、浇勺11、内锥桶12、外锥桶13、加热及冷却元件14、法兰盘15等构成。调速电机1可进行无极调速，转速范围：0～900rad/min；内锥桶12的转速通过调速电机1带动传动锥齿轮7来实现；内锥桶12与外锥桶13之间的缝隙可以调整升降机构2来实现，调整范围：3mm～6mm；加热及冷却元件14装在外锥桶13外壁，通过温度控制装置(图中未标出)的控制来保证外锥桶13保持恒定的温度；在外锥桶13内壁刻有一定角度旋转的螺旋沟槽(角度范围：α＝30～60°)，内锥桶12外壁相互配合有相同角度旋转的螺旋凸纹；内外锥桶设计有一定的锥度(锥度范围β＝0～45°)，不仅能够方便的调节内外锥桶间隙，而且提高了它的使用效率及寿命；连接装置4与法兰盘15和压室5相连，且外壁装有加热元件。设备整体结构呈垂直布置，通过保温盖浇注口将液态金属注入内、外锥桶之间缝隙，进行半固态金属浆料的制备，然后将制备的浆料由底部法兰盘通过连接装置输送到压铸机压室，完成压铸成形。

本发明利用高速剪切变形原理，通过调整内外锥桶间隙和内锥桶转速，使液态金属在凝固过程中发生剧烈的剪切变形，可制备出组织均匀细小的半固态浆料。本装置克服普通流变法生产半固态浆料的保存和输送难度较大的限制，利用传统磨盘转动时形成的强烈剪切应力场的原理，靠刻有凸纹及沟槽的内外锥桶的相对转动使液态金属产生较大的剪切速率，使液态金属在凝固过程中形成细小而均匀圆整的半固态金属浆料，并同时将制备的半固态金属浆料通过连接装置输送到压铸机压射室，然后压铸成形，最终实现了从半固态浆料制备到流变压铸成形一体化过程。

与原来装置相比，该设备在整体结构上做了如下较大的变化：

1、内锥桶通过升降机构悬挂在外锥桶内部，可根据实验要求调节升降机构，方便的提升或降低内锥桶高度；

2、内锥桶中间及保温盖上设置有导气通道，半固态浆料制备过程中，保护气体从通气管3和通气口6分别进入浆料剪切装置，从而形成较好的气体保护氛围，有效的防止合金浆料在制备过程中的氧化燃烧；

3、加热及冷却元件在外锥桶壁的合理布置，并且通过较高精度的温度控制装置调节，从而使得半固态浆料制备过程中，合金熔体保持恒定的温度；

4、设计了从半固态浆料制备装置底部法兰盘到压铸机压室的合理连接装置，保证制备的半固态浆料能够在保持温度不变的情况下瞬间通过连接装置进入压射室进行压铸成形。