[实用新型]一种超声波辅助的斜槽法半固态流变成形装置

说明书

技术领域

本实用新型属于半固态金属加工领域，尤其是在半固态金属流变成形方面。

背景技术

自上世纪70年代半固态金属加工技术被提出以来，因为其在加工过程中具有很好的流动性，容易凝固后形成的组织致密性高，均匀性好，可以加工成形状复杂零件等诸多优点而得到了广泛的关注和研究。

近20年时间随着半固态加工研究开发不断深入，半固态成形技术在汽车工业和3C产业等方面进入了商业化应用阶段。规模较大的有法国PECHINEY公司所生产的不同直径的铝合金、镁合金半固态棒坯料以及美国ALUMAX公司和意大利STAMPAL公司生产的半固态零件。

目前半固态加工的成形工艺路线主要有两种：一种是金属从液态冷却到半固态温度，然后对所得到的半固态浆料直接成形，一般将其称之为流变成形；另一种是先把半固态浆料完全凝固得到坯料，在重新加热到半固态温度成形，这种方式被称为触变成形。

相对于触变成形工艺，半固态流变成形因为其是将浆料直接成形，所以具有节省能源，流程短，生产成本低，生产效率高，设备简单，适用半固态加工的合金范围大等优点。但是同时流变成形的浆液的保存困难和输送过程所需条件苛刻，给其实际生产应用带来了一定的困难，也使得流变成形技术是未来半固态加工工艺的重要研究方向。

冷却斜槽法是一种由日本UBE株式会社发明的半固态流变成形工艺，其基本工艺过程是将熔炼好的温度高于液相线温度的金属溶液倾倒在有冷却设备的斜板上，高温金属溶液在遇到冷板后温度迅速降低，出现成核形成晶粒，并在液相溶液的冲刷下卷入其中，从而形成半固态浆料。这种成形工艺可以集半固态浆料制备输运与一体，方法简单，成本较低，但是其工艺过程较难控制，并存在晶粒成核密度低，半固态浆料混合不够均匀等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种超声波辅助的斜槽法半固态流变成形装置，以解决斜槽法制备半固态浆料过程中的晶粒成核密度底在浆料中混合不均匀的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种斜槽法半固态流变成形装置，包括冷却斜槽，其特征在于：在所述冷却斜槽的下端设置有一振动装置。

所述的振动装置包括超声波换能器和与所述超声波换能器信号输入端连接的超声波发生器，所述冷却斜槽的下端连接在所述超声波换能器的输出端。

所述的超声波换能器为多个，且均匀的设置在所述冷却斜槽的下端。

所述冷却水通道布置在斜槽底板内部，有冷却水出口和冷却水入口从斜槽底板引出。

所述超声波发生器与多个超声波换能器相连接，给超声波换能器提供能量，振动频率在20～50kHZ之间可调，超声波输出功率在100～1000W之间可调。

本实用新型采用振动辅助半固态浆料制备，其目的在于在将熔炼好的金属溶液倒入斜槽的同时，利用振动的方法促使冷却成核的晶粒脱离斜槽底面，并通过振动使得半固态浆料混合均匀。

本实用新型的优势在于通过超声波振动加强斜槽法半固态流变成形制浆的晶粒密度，细化晶粒，使得半固态浆料混合均匀。

附图说明

图1 是本实用新型装置结构示意图。

其中：1、中间包，2、冷却水入口，3、超声波换能器，4、超声波发生器，5、冷却水出口，6、模具，7，冷却斜槽。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的描述。

如图1所示，一种斜槽法半固态流变成形装置，包括中间包1、冷却水入口2、超声波换能器3、超声波发生器4、冷却水出口5、模具6以及冷却斜槽7。

在冷却斜槽7底板内部加工有冷却水通道，冷却水通道的两端分别为冷却水入口2和冷却水出口5。超声波换能器3为多个，且均布在冷却斜槽7的底板下端。超声波发生器4与多个超声波换能器3相连接，给超声波换能器3提供能量，振动频率在20～50kHZ之间可调，超声波输出功率在100～1000W之间可调。

本实用新型成形装置的实施方法是：首先将超声波发生器4开启，超声频率调整到20kHZ，输出功率为200w，并将冷却水通入冷却水入口2。将中间包1内熔炼完成的镁合金或铝合金溶液在液相线附近保温一段时间后，倾倒入到冷却斜槽7顶部，使金属溶液在自身重力作用下向下流动并与冷却斜槽7底板接触后冷却。冷却斜槽7底部的溶液在温度降到固相线温度以下时，会发生凝固形成晶粒并逐渐长大，这时因为超声波换能器3的超声振动作用，冷却斜槽7底板上未来得及长大的晶粒在振动剪切力的作用下从底板脱离进入金属溶液内，形成半固态浆料。在超声振动下，半固态浆料也会产生振动使得液相和固相充分混合。当半固态浆料到达斜槽底部时，固相率达到60%以上，直接倾倒入金属成形模具6中，完成半固态流变成形。