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制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置的制作方法

文檔序號:3380868閱讀:250來源:國知局
專利名稱:制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是有關(guān)于一種制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,且較特別的是,有關(guān)于一種制造包含細(xì)小且均勻球粒的固態(tài)及液態(tài)混合的半固態(tài)金屬泥漿的裝置。
背景技術(shù)
半固態(tài)金屬泥漿(Semi-solid metallic slurries)是以又稱為流變鑄造(rheocasting)/觸融成形(thixoforming)的觸融成形方式,以固態(tài)及液態(tài)混合的狀態(tài)所成形的半成品的一種金屬材料。半固態(tài)金屬泥漿包括以適當(dāng)比率在半固態(tài)溫度范圍內(nèi),在液態(tài)懸浮的固體球粒(spherical solidparticles),由于其觸變(thixotropic)特性,可因一小外力而變形,且由于其高度流動性(fluidity),所以可像液體一樣容易鑄造(cast)。流變鑄造是一種通過鑄造(casting)或鍛造(forging),以一預(yù)定粘度(viscosity),從金屬泥漿制造鋼壞(billets)或成品(final products)的處理程序。觸融成形是一種包括再熱鋼壞(reheating billets),從流變鑄造制造回半熔融(semi-molten)金屬泥漿,以及將金屬泥漿鑄造或鍛造,以制造成品的處理程序。
相較于如鑄造或鍛造的使用熔融金屬的一般成形方法,像這樣的流變鑄造/觸融成形具相當(dāng)優(yōu)點。因為用在流變鑄造/觸融成形中的半固態(tài)/半熔融金屬泥漿,具有較熔融金屬還低溫之下的流動性,因此可降低模鑄(die)鑄造溫度,借此可延長模鑄使用壽命。此外,當(dāng)經(jīng)由一個汽缸(cylinder),將半固態(tài)/半熔融金屬泥漿壓模(extruded)時,比較不會發(fā)生紊流(turbulence)的現(xiàn)象,所以在鑄造期間會結(jié)合較少空氣。因此,可避免在成品中產(chǎn)生空穴(air pockets)。此外,使用半固態(tài)/半熔融金屬泥漿亦可降低凝固(solidification)期間的收縮(shrinkage),因此可改善工作效率、機械特性、反腐蝕(anti-corrosion)、以及減少產(chǎn)品重量。因此,像這樣的半固態(tài)/半熔融金屬泥漿,可用來當(dāng)成一種制造汽車、飛機、電器、電子信息通訊儀器領(lǐng)域的新材料。
如上所述,半固態(tài)金屬泥漿會用在流變鑄造與觸融成形兩種方式。詳細(xì)地說,將熔融金屬以一預(yù)定方法凝固所得的半固態(tài)泥漿是用在流變鑄造,而通過再熱固態(tài)鋼壞所得的半熔融泥漿是用在觸融成形。在本發(fā)明的規(guī)格說明中,“半固態(tài)金屬泥漿”代表在金屬液態(tài)溫度與固態(tài)溫度之間的溫度范圍內(nèi)的固態(tài)與液態(tài)混合狀態(tài),經(jīng)由凝固熔融金屬,用流變鑄造所制成的金屬泥漿。
在公知的流變鑄造中,當(dāng)冷卻(cooling)時,會在低于液態(tài)溫度的溫度下攪拌熔融金屬,借以將樹枝狀(dendritic)的結(jié)構(gòu)打破形成適用于流變鑄造的球粒,例如使用機械攪拌、電磁攪拌、氣泡攪拌(gasbubbling)、低頻、高頻、或電磁波振動、電擊激發(fā)(electric shockagitation)、等等的方法。
舉例而言,美國專利第3,948,650號揭露一種制造液態(tài)及固態(tài)混合物的方法與裝置。在該法中,當(dāng)冷卻并且等待凝固時,會猛烈地攪拌熔融金屬。在本專利中所揭露的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置使用一個攪拌器(stirrer),使具有預(yù)定粘度的固態(tài)及液態(tài)混合物產(chǎn)生流動,借以打破其樹枝狀結(jié)構(gòu),或是打破分散在固態(tài)及液態(tài)混合物中的樹枝狀結(jié)構(gòu)。在該法中,在冷卻期間所成形的樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)會被打破,并且當(dāng)成其球粒核心(nuclei)使用。然而,因為在冷卻初期會產(chǎn)生凝固潛伏熱量,所以該方法會引起低冷卻率、制造時間增加、混合槽溫度分配不均、以及結(jié)晶結(jié)構(gòu)不均勻的問題。在半固態(tài)金屬泥漿制造裝置中所施加的機械攪動,本來就會產(chǎn)生混合槽溫度分配不均的問題。此外,因為該裝置是在一腔室(chamber)中運作,所以很難連續(xù)執(zhí)行后續(xù)處理。
美國專利第4,465,118號揭露一種制造半固態(tài)合金泥漿的方法與裝置。該裝置包括一個繞線電磁場施加器(coiled electromagnetic fieldapplication unit)、一個冷卻集合管(cooling manifold)、以及一個朝內(nèi)部順序成形的鑄模(die)。其中,熔融金屬連續(xù)倒入容器,而且冷卻水會經(jīng)由冷卻集合管流入,借以冷卻鑄模外墻。當(dāng)制造半固態(tài)合金泥漿時,會經(jīng)由鑄模的上部開口注入熔融金屬,并且使用冷卻集合管將其冷卻,因此可在鑄模中產(chǎn)生一個凝固區(qū)(solidification zone)。當(dāng)通過電磁場施加單元施加磁場時,就會冷卻并且打破成形在凝固區(qū)中的樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)。最后,會從泥漿成形鑄塊(ingots),并且接下來經(jīng)由該裝置的下端拉出鑄塊。該方法與裝置的基本技術(shù)原理是施加振動(vibration),借以打破凝固后的樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)。然而,該方法會引起如使處理變得更加復(fù)雜與不均勻球粒的各種問題。在該制造裝置中,因為熔融金屬是連續(xù)供應(yīng)以成長鑄塊,所以很難控制金屬鑄塊的狀態(tài)與整個處理程序。此外,在施加電磁場之前,是使用冷水冷卻鑄模,所以鑄模的表面與核心區(qū)域之間會存在很大的溫度差異。
其它為熟習(xí)相關(guān)技藝者所熟知的流變鑄造/觸融成形方法將在以后說明。然而,所有方法都是根據(jù)在成形之后打破樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu),以產(chǎn)生球粒核心的技術(shù)原理。因此,會產(chǎn)生如上述說明的其它專利中所產(chǎn)生的問題。
美國專利第4,694,881號揭露一種制造觸變材料的方法。在該法中,會將一合金加熱至合金的所有金屬成分都處于液態(tài)的溫度,而且所產(chǎn)生的熔融金屬會被冷卻到介于其液態(tài)與固態(tài)溫度之間的溫度。接下來,熔融金屬會承受一剪力(shearing force),其力量足以打破在熔融金屬冷卻期間所成形的樹枝狀結(jié)構(gòu),借此生產(chǎn)觸變材料。
日本專利申請案早期公開第Hei.11-33692號揭露一種制造用于流變鑄造的金屬泥漿的方法。在該法中,熔融金屬會供應(yīng)至溫度大約為接近其液態(tài)溫度或高于其液態(tài)溫度攝氏50度的一容器。接下來,當(dāng)至少有部分熔融金屬達(dá)到較其液態(tài)溫度為低的溫度時,也就是至少有部分熔融金屬在低于其液態(tài)溫度的溫度下開始冷卻時,熔融金屬會承受一個如超音波振動的力量。最后,熔融金屬會緩慢冷卻成包含球粒的金屬泥漿。該方法同時使用一種如超音波振動的實際外力,借以打破在冷卻初期所長成的樹枝狀結(jié)構(gòu)。針對該點而言,如果鑄造溫度高于液態(tài)溫度,則很難成形球粒結(jié)構(gòu)以及快速冷卻熔融金屬。再者,該方法也會造成不均勻表面與核心結(jié)構(gòu)。
日本專利申請案早期公開第Hei.10-128516號揭露一種觸變金屬的鑄造方法。該方法包括將熔融金屬加載容器,并且使用一個浸入于熔融金屬中的振動棒(vibrating bar)振動熔融金屬,借以將其振動力直接傳送至熔融金屬。在成形一個包含核心,處于低于其液態(tài)溫度的溫度范圍內(nèi)的溫度的半固態(tài)與半液態(tài)熔融合金之后,熔融合金會冷卻至在其溫度下具有預(yù)定液態(tài)成分的溫度,并且接下來保持30秒到60分鐘不動,讓核心成長,借此產(chǎn)生觸變金屬。然而,該方法提供大約為100微米(mm)的相當(dāng)大球粒,并且需要較長處理時間,而且無法成形在較預(yù)定尺寸為大的容器中。
美國專利第6,432,160號揭露一種制造觸變金屬泥漿的方法。該方法包括同時控制冷卻與熔融金屬攪拌,以成形觸變金屬泥漿。詳細(xì)地說,在將熔融金屬加載混合容器之后,配置于混合容器附近的一個固定裝置(stator assembly)會開始動作,以產(chǎn)生一個足夠快速攪拌容器中的熔融金屬的一個磁勢力(magnetomotive force)。接下來,使用一個配置于混合容器附近,用來精確控制混合容器與熔融金屬溫度的熱鑄坑(thermal jacket)裝置,快速冷卻熔融金屬。在冷卻期間,熔融金屬會以當(dāng)熔融金屬的固態(tài)成分很低時,以高攪動率攪動,而在當(dāng)固態(tài)成分增加時,提供較大磁勢力的方式連續(xù)攪動。
大部分上述的制造半固態(tài)金屬泥漿的公知方法與裝置,在冷卻處理期間都是用剪力來打破樹枝狀結(jié)構(gòu),使其成為球粒結(jié)構(gòu)。因為如振動的外力是在至少有部分熔融金屬在低于其液態(tài)溫度的溫度下開始冷卻時才施加,而且因為初始凝固層的成形,所以會產(chǎn)生潛伏熱量。因此,上述的方法與裝置具有如降低冷卻率與增加制造時間的許多缺點。此外,因為在容器內(nèi)墻與中心之間具不均勻溫度,所以很難成形精細(xì)且均勻的金屬球粒。因此,如果不適當(dāng)控制加載容器的熔融金屬溫度,該結(jié)構(gòu)性的金屬球粒的不均勻現(xiàn)象會更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明提供一種用來制造包含精細(xì)且均勻球粒的半固態(tài)金屬泥漿的裝置,該裝置可改善能源效率與機械特性、降低成本、方便鑄造、并且縮短制造時間。
本發(fā)明更加提供一種在短時間之內(nèi)制造高品質(zhì)半固態(tài)金屬泥漿的裝置,該裝置可輕易且方便地應(yīng)用于后續(xù)處理程序。
本發(fā)明更加提供一種用來以方便方式制造與卸出(discharging)高品質(zhì)半固態(tài)金屬泥漿的裝置。
根據(jù)本發(fā)明一方面,本發(fā)明提供一種制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置。該裝置包括至少一個套筒(sleeve),該套筒具有兩端,而且熔融金屬經(jīng)由其一端,以液態(tài)方式加載套筒;一個攪拌器(stirring unit),將一電磁場施加至套筒中的熔融金屬;以及一個閘板(shutter),將套筒的另一端關(guān)閉,以成形一個套筒基座(base),并且開啟套筒基座,借以在制造泥漿之后,將其從套筒卸出。
根據(jù)本發(fā)明特定實施例,閘板可為固定于套筒另一端的一個制動器(stopper)。閘板亦可為插入套筒另一端,并且可上下移動的一個柱塞(plunger)。該裝置可更加包括一個插入套筒一端,用來壓制在套筒中的金屬泥漿的一個壓制器(Pressing unit)。在該裝置中,在套筒中的熔融金屬被冷卻直到熔融金屬具有0.1-0.7的固態(tài)成分為止。在本例中,該裝置可更加包括一個溫度控制組件,用來控制冷卻期間的熔融金屬溫度。


圖1是當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的裝置制造半固態(tài)金屬泥漿時的溫度與時間關(guān)系圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一實施例的一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是用在根據(jù)本發(fā)明的一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的套筒范例的截面圖。
圖4是從圖2的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置卸出半固態(tài)金屬泥漿的示意圖。
圖5是一個相較于圖2所示的裝置,根據(jù)本發(fā)明另一實施例,更加包括一壓制器的一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是從圖6的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置卸出半固態(tài)金屬泥漿的示意圖。
圖8是一個相較于圖6所示的裝置,根據(jù)本發(fā)明另一實施例,更加包括一壓制器的一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
1攪拌器2套筒3閘板4加載器5壓制器11線圈12框架13空間14基座板15支撐組件20溫度控制組件21冷卻水管22水罩23電加熱線圈31制動器32柱塞51柱塞具體實施方式
以下參考所附繪圖,詳細(xì)說明本發(fā)明較佳實施例。
首先,參考圖1說明根據(jù)本發(fā)明的一種制造半固態(tài)金屬泥漿的方法。
不像前述的公知技藝,使用本發(fā)明裝置的制造半固態(tài)金屬泥漿的方法,包括在將熔融金屬完全加載套筒之前,通過施加一電磁場,攪拌熔融金屬。換言之,電磁攪拌是在將熔融金屬加載套筒之前、與其同時、或在加載期間所執(zhí)行,借以避免樹枝狀結(jié)構(gòu)成形。攪拌處理亦可不用電磁場,而用超音波取代執(zhí)行。
首先,在將電磁場施加至被攪拌器所環(huán)繞的至少一套筒之后,熔融金屬會開始加載套筒。而且所施加的電磁場強度要強到可攪拌熔融金屬。
如圖1所示,熔融金屬會在溫度Tp時加載套筒。如上所述,亦可在將熔融金屬加載套筒之前,將電磁場施加至套筒。雖然如此,但本發(fā)明并不受限于此,本發(fā)明亦可在剛將熔融金屬加載套筒時執(zhí)行電磁攪拌。
因為在將熔融金屬完全加載套筒之前先執(zhí)行電磁攪拌,所以在凝固初期,不會在接近低溫套筒的內(nèi)墻部分產(chǎn)生樹枝狀結(jié)構(gòu),而且因為整個熔融金屬的溫度會急速下降至低于其液態(tài)溫度的溫度,所以在整個套筒上會同時產(chǎn)生大量的小核(micronuclei)。
在將熔融金屬加載套筒之前,或同一時間,施加電磁場至套筒,可在套筒中心與內(nèi)墻區(qū)產(chǎn)生積極攪拌,并且快速地將熱量傳送至整個套筒。因此,可避免在冷卻初期,于套筒內(nèi)墻附近成形凝固層。另外,積極攪拌熔融金屬亦可加強在高溫熔融金屬與低溫套筒內(nèi)墻之間的熱對流(heat convection)。借此可快速冷卻熔融金屬。因為電磁攪拌的關(guān)系,所以包含在熔融金屬中的球粒會在將熔融金屬加載套筒時分散開,并且當(dāng)成核心散布于整個套筒,所以在冷卻期間只會產(chǎn)生微小溫度差異。然而,在公知技藝中,當(dāng)熔融金屬一接觸低溫的套筒內(nèi)墻時,熔融金屬溫度會馬上急速下降,所以在冷卻初期,會在接近套筒內(nèi)墻部分所成形的凝固層中長成樹枝狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
當(dāng)說明凝固潛伏熱量時,就會更加清楚本發(fā)明原理。在冷卻初期,在接近套筒內(nèi)墻部分的熔融金屬不會凝固,而且不會產(chǎn)生凝固潛伏熱量。因此,冷卻所需的熔融金屬的散熱量,會只等于熔融金屬的特定熱量,大約只為凝固潛伏熱量的1/400。因此,不會成形如當(dāng)使用公知方法時,在冷卻初期常在套筒內(nèi)墻附近產(chǎn)生的樹枝狀結(jié)構(gòu),而且可均勻冷卻套筒中的整個熔融金屬。從開始加載熔融金屬算起,大約只需1到10秒。因此,在套筒中的整個熔融金屬會均勻產(chǎn)生并且分配大量的小核。小核的密度增加會縮短小核之間的距離,而且會成形球粒,而不會成形樹枝狀粒。
即使當(dāng)電磁場是在將熔融金屬加載套筒期間所施加,也能達(dá)成相同效果。換言之,即使當(dāng)電磁攪拌是在將熔融金屬加載套筒期間開始執(zhí)行,也很難在接近套筒內(nèi)墻的部分成形凝固層。
較偏好可限制熔融金屬的加載溫度Tp,將其設(shè)定在從其液態(tài)溫度到高于其液態(tài)溫度攝氏100度(熔化過熱(melt superheat)=攝氏0~100度)的范圍之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明,因為包含熔融金屬的整個套筒是均勻冷卻,所以無需將熔融金屬冷卻到接近其液態(tài)溫度。因此,可在高于其液態(tài)溫度攝氏100度的溫度下,將熔融金屬加載套筒。
另一方面,在公知方法中,是在將熔融金屬完全加載套筒之后,以及有部分熔融金屬達(dá)到低于其液態(tài)溫度的溫度時,才會將電磁場施加至套筒。因此,在冷卻初期,因為在接近套筒內(nèi)墻的部分所成形的凝固層,所以會產(chǎn)生潛伏熱量。因為凝固潛伏熱量大約為大于熔融金屬特定熱量的400倍,所以需要相當(dāng)時間才能將整個熔融金屬溫度下降到低于其液態(tài)溫度的溫度。因此,在該些公知方法中,一般而言,是在將熔融金屬冷卻至接近其液態(tài)溫度的溫度,或是高于其液態(tài)溫度攝氏50度的溫度后,才會將熔融金屬加載套筒。
根據(jù)本發(fā)明,可在至少有部分在套筒中的熔融金屬達(dá)到低于其液態(tài)溫度T1的溫度之后,也就是如圖1所示,在完成如大約為0.001的固態(tài)成分的晶核形成(nucleation)之后的任一時間點,停止電磁攪拌。舉例而言,可在如模鑄鑄造或熱鍛造(hot forging)的接下來的塑模(molding)處理之前,在整個熔融金屬冷卻處理期間,將電磁場施加至套筒中的熔融金屬。這是因為一旦小核均勻分配在整個套筒后,即使是在從小核成長結(jié)晶球粒期間,金屬泥漿的特性也不會被電磁攪拌所影響。因此,可繼續(xù)保持電磁攪拌,直到熔融金屬的固體成分達(dá)到至少0.001-0.7為止。然而,以能源效率觀點而言,電磁攪拌應(yīng)持續(xù)執(zhí)行,直到熔融金屬的固體成分達(dá)到較偏好為0.001-0.4的范圍,或是最偏好為0.001-0.1的范圍為止。
在完成電磁攪拌之后,金屬泥漿會從套筒卸出,以便執(zhí)行如模鑄鑄造、熱鍛造、以及鋼壞成形(billet formation)的后續(xù)處理。
在為了于整個套筒均勻成形晶核形成,而在將熔融金屬完全加載套筒之前,施加電磁場后,套筒會被冷卻以加速小核成長。冷卻處理亦可與將熔融金屬加載套筒同時執(zhí)行。
如上所述,可在整個冷卻處理期間,持續(xù)施加電磁場。換言之,當(dāng)電磁場施加至套筒時,亦可執(zhí)行冷卻。因此,可產(chǎn)生可立即用在接下來的陳成形處理中的半固態(tài)金屬泥漿。
冷卻處理亦可持續(xù)保持,直到在接下來的成形處理之前,較偏好可持續(xù)保持冷卻處理,直到熔融金屬的固態(tài)成份達(dá)到0.1-0.7,也就是達(dá)到圖1的時間t2為止。根據(jù)想要的小核分配與想要的球粒尺寸,可以攝氏0.2-5.0度/秒的速度冷卻熔融金屬,而且較偏好以攝氏0.2-2.0度/秒的速度冷卻熔融金屬。
包含預(yù)定固體量的半固態(tài)金屬泥漿是經(jīng)由上述處理所制造,而且可通過快速冷卻成形鋼壞,經(jīng)由觸融成形、模鑄鑄造、鍛造、或壓制,以形成最后成品。
根據(jù)本發(fā)明上述說明,可在相關(guān)短的時間之內(nèi),從將熔融金屬加載生產(chǎn)金屬泥漿的套筒,成形0.1-0.7的固態(tài)成份,只要30到60秒,即可制造半固態(tài)金屬泥漿。另外,所制造出的金屬泥漿可塑模(molded),以成形具有均勻且高密度的球狀結(jié)晶結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。
上述制造半固態(tài)金屬泥漿的方法可使用如圖2與圖3所示,根據(jù)本發(fā)明一實施例的裝置執(zhí)行。
請參考圖2所示,根據(jù)本發(fā)明一實施例的一個半固態(tài)金屬泥漿制造裝置包括至少一個套筒2,該套筒具有兩端,而且熔融金屬經(jīng)由其一端,以液態(tài)方式加載套筒;一個攪拌器1,將一電磁場施加至熔融金屬;以及至少一個閘板3,將套筒2的另一端關(guān)閉,以成形一個套筒2的基座(base),并且開啟套筒2的基座,以將制成的泥漿卸出。
攪拌器1是安裝在凹下的基座板(base plate)14上方?;?4是由一個位于地面上方預(yù)定高度的支撐組件(support member)15所支撐。用來施加電磁場的一個線圈(coil)11是安裝在基座板14上,并且由一個具有內(nèi)部空間(inner space)13的框架(frame)12所支撐。線圈11電性連接至一個控制器(未繪示),并且提供一個朝向空間13的預(yù)定強度的電磁場,借以用電磁方式攪動包含于置于空間13中的套筒2的熔融金屬。雖然圖2中未繪示,攪動單元1可為一個超音波攪拌器。
如圖2所示,套筒亦可安置于攪拌器1之內(nèi),也就是置于空間13之內(nèi)。套筒2亦可固定于基座板14上與框架12接觸。套筒12可用金屬材料或絕緣材料制成。然而,較偏好使用由具有較將加載的熔融金屬的熔化點還高的熔化點的材料制成。套筒2的下端是由閘板3關(guān)閉或開啟,而且套筒2的上端為開啟以接收熔融金屬。換言之,套筒2可為一種在其底部具有閘板3的容器。然而,對于套筒2結(jié)構(gòu)并無特別限制,只要其底部可由閘板3關(guān)閉或開啟即可。雖然圖2中未繪示,一個熱電偶(thermocouple)亦可安裝于套筒中,并且連接至一控制器,借以提供溫度信息。
如圖3所示,根據(jù)本發(fā)明的裝置可更加包括一個安裝于套筒2附近的溫度控制組件20。該溫度控制組件20是由一個冷卻器(cooler)和/或一個加熱器(heater)所組成。在圖3的實施例中,一個水罩(waterjacket)被當(dāng)成冷卻器使用,而一個電加熱線圈(electric heating coil)23則被當(dāng)成加熱器使用。水罩22是安裝在套筒2附近,并且包含一個冷卻水管(cooling water pipe)21。電加熱線圈23是安裝在水罩22附近。冷卻水管21可安裝在套筒2中,而且除了電加熱線圈23之外的其它加熱裝置,亦可用來當(dāng)成加熱器使用。溫度控制組件20的結(jié)構(gòu)并無特別限制,只要其可調(diào)整熔融金屬或泥漿的溫度即可。包含在套筒2中的熔融金屬可用溫度控制組件20,以適當(dāng)速率冷卻。由此可知,像這樣的套筒2可應(yīng)用于根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的所有接下來的實施例。用來冷卻包含在套筒2中的熔融金屬的裝置并未受限于該溫度控制組件20,而且在套筒2中的熔融金屬亦可以自然方式冷卻。
成形套筒2基座的閘板3可為任何可開啟或關(guān)閉套筒2底部的結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的實施例中,閘板3可用如圖2所示的一個制動器31制成。如圖2與圖4所示,制動器31可由一個驅(qū)動裝置(未繪示)推動,使其關(guān)閉或開啟套筒2底部。制動器31可由與套筒2相同的材料制成。此外,制動器31亦可由鉸煉門(hinge door)制成。
另外,雖然圖中未繪示,閘板3亦可向下開啟,以將泥漿從泥漿制造裝置中卸出。換言之,當(dāng)卸出所制成的泥漿時,閘板3會以向下的方向與套筒2分離,借以卸下泥漿。
加載器(loading unit)4是一種將熔融金屬加載套筒2的裝置。一個電性連接至控制器的一般鑄勺(general ladle),可被用來當(dāng)成加載器4。另外,一個制取熔融金屬的熔爐(furnace)可直接連接至套筒2。此外,任何可用來將熔融金屬加載套筒2的裝置,皆可用來當(dāng)成加載器4使用。
在具有上述結(jié)構(gòu)的根據(jù)本發(fā)明閂鎖的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置中,如圖2所示,在將制動器31固定至套筒2底部之后,會由攪拌器1以固定強度,將具有預(yù)定頻率的一電磁場施加至套筒2。接下來,在個別電熔爐(electric furnace)中熔化的金屬M,會經(jīng)由加載器4,加載在電磁場籠罩下的套筒2。取代在將熔融金屬M加載套筒2之前施加電磁場,如上所述,亦可在將熔融金屬M加載套筒2期間或同時施加電磁場。
在將熔融金屬加載套筒2之后,在套筒2中的熔融金屬會持續(xù)以固定速率冷卻,直到所產(chǎn)生的半固態(tài)金屬泥漿S的固態(tài)成份達(dá)到0.1-0.7的范圍為止。如上所述,冷卻速率較偏好為攝氏0.2-5.0度/秒,而且較偏好為攝氏0.2-2.0度/秒。可由溫度控制組件20執(zhí)行冷卻,或可不用任何冷卻裝置,或用其它冷卻裝置執(zhí)行冷卻。此外,更好方式是不用藉助溫度控制組件20,而以自然冷卻方式冷卻包含在套筒2中的熔融金屬。
此刻,持續(xù)施加電磁場,直到冷卻完成為止,也就是所制成的半固態(tài)金屬泥漿的固體成分達(dá)到至少為0.001-0.7的范圍為止。以能源效率觀點而言,在將熔融金屬加載套筒2之后,持續(xù)施加電磁場,較偏好直到其固體成分達(dá)到至少0.001-0.4,以及更偏好達(dá)到0.001-0.1的范圍為止。達(dá)成該些固體成分所需的時間,可由實驗事先決定。如上所述,更好方式是在施加電磁場至套筒2時執(zhí)行冷卻。
在制成泥漿S之后,制動器31會移動,以開啟套筒2底部,以使得泥漿S可因為地心引力(gravity)的關(guān)系,從套筒2底部卸出。一個外部傳送單元(未繪示)可安裝在接近套筒2底部的部分,借以將泥漿S傳送至一個塑模裝置(molding apparatus),做為接下來的流變鑄造之用。雖然圖中未繪示,在另一種方式中,一個配備冷卻器的套筒可安裝于套筒底部2,以立即地將卸出的泥漿S塑模成鋼壞。一個用來做為模鑄-鑄造(die-casting)的鑄造模鑄(casting die)或其它成形裝置,可更加安裝于套筒2底部,借以將卸出的泥漿S處理成產(chǎn)品。
除了圖2與圖4所示,其中所制成的泥漿S是因地心引力的關(guān)系,從套筒2卸出的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的實施例之外,亦可用如圖5所示的一個壓制器(pressing unit)5所提供的力量將泥漿S卸出。
在如圖5所示,根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的實施例中,連接到一個驅(qū)動單元(未繪示)的壓制器5,是插入套筒2上部。任何可將套筒2內(nèi)容,如熔融金屬或泥漿,向下推動的壓制裝置,都可用來當(dāng)成壓制器5。柱塞(plunger)51即為壓制裝置的其中一范例。當(dāng)將熔融金屬加載套筒2,以及在將熔融金屬加載套筒2之后,插入套筒2上部時,柱塞51會與套筒2分離。在制成半固態(tài)金屬泥漿,而且致動器31從套筒2底部脫離之后,柱塞51會推動半固態(tài)金屬泥漿,將其從套筒2卸出。
圖6到圖8繪示根據(jù)本發(fā)明的其它半固態(tài)金屬泥漿制造裝置的實施例。其中,一個柱塞32插入套筒2下部,當(dāng)成一個閘板3使用。較特別的是在將熔融金屬M加載套筒2之后,通過操作一個分離的驅(qū)動單元(未繪示),將柱塞32插入套筒2下部。如第7圖所示,在制成泥漿S之后,柱塞32會向下移動與套筒2分離,借以將泥漿S從套筒2卸出。在本發(fā)明另一實施例中,例如機械臂裝置(roboticapparatus)的一傳送單元(未繪示),可用來穩(wěn)定地傳送由柱塞32所支撐的卸出泥漿S,做為后續(xù)處理之用。
另外,如圖5所示的柱塞51的壓制器5,可如圖8所示,插入到套筒2上部,將套筒2中的泥漿S向下壓制。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明的任何一種半固態(tài)金屬泥漿制造裝置,都可連續(xù)制造大量的半固態(tài)金屬泥漿,并且當(dāng)提供至后續(xù)處理時亦可提供更多便利,借此提升整個處理效率。另外,亦可經(jīng)由套筒底部,輕易地將制成泥漿從裝置卸出。
根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置是與各種做為流變鑄造的金屬與合金兼容,例如鋁(aluminum)、鎂(magnesium)、鋅(zinc)、銅(copper)、鐵(iron)、與其合金。由根據(jù)本發(fā)明的裝置所制成的半固態(tài)金屬泥漿,包含平均直徑為10-60微米的均勻分配的球體微粒(spherical microparticles)。
如上所述,包含均勻微小球粒且具改良機械特性的金屬泥漿,可由根據(jù)本發(fā)明的裝置制造。根據(jù)本發(fā)明,可在短時間內(nèi),經(jīng)由在熔融金屬液態(tài)溫度之上的溫度啟動電磁攪拌,成形均勻球粒,借此可在套筒中產(chǎn)生更多小核。
當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置時,可簡化整個泥漿制程,并且可大量縮短電磁攪拌與塑模(鑄造)時間,借此可減少用于攪拌的能源與成本。根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置方便執(zhí)行后續(xù)處理,并且增加模鑄產(chǎn)品良率(yield)。
根據(jù)本發(fā)明的半固態(tài)金屬泥漿制造裝置,可使用一種簡單結(jié)構(gòu)將制成泥漿卸出,因此可快速且方便地制造大量半固態(tài)金屬泥漿。
權(quán)利要求
1.一種用來制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,該裝置包括至少一各具有兩端的套筒,處于液態(tài)狀態(tài)的個一熔融金屬會經(jīng)由其中一端,加載該套筒;一攪拌器,其將一電磁場施加至在該套筒中的該熔融金屬;以及一閘板,其關(guān)閉該套筒的該另一端,以成形該套筒的一基座,并且開啟該套筒的該基座,以將一制成的泥漿,從該套筒中卸出。
2.如權(quán)利要求1所述的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,該閘板是固定于該套筒的該另一端的一制動器。
3.如權(quán)利要求1所述的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,該閘板是插入到該套筒的該另一端,并且可上下移動的一柱塞。
4.如權(quán)利要求1所述的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,更加包括一壓制器,插入至該套筒的該一端,其將在該套筒的該泥漿向下壓制。
5.如權(quán)利要求1到4其中任一所述的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,在該套筒中的該熔融金屬會持續(xù)冷卻,直到該熔融金屬具有0.1-0.7的一固態(tài)成分為止。
6.如權(quán)利要求5所述的制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,其特征是,更加包括一溫度控制組件,用來控制在冷卻期間的該熔融金屬的溫度。
全文摘要
本發(fā)明提供制造半固態(tài)金屬泥漿的裝置,特別是一種可用來制造包含細(xì)小且均勻球粒,可快速且方便地應(yīng)用于后續(xù)處理的高品質(zhì)半固態(tài)金屬泥漿的裝置,借以改善能源效率與機械特性、降低成本、方便鑄造、縮短制造時間,以及容易卸出。該裝置包括至少一個各具有兩端的套筒,處于液態(tài)狀態(tài)的熔融金屬會經(jīng)由其中一端加載套筒;一個攪拌器,用來將一電磁場施加至套筒中的熔融金屬;以及一個閘板,用來關(guān)閉套筒的另一端,以成形一個套筒基座,并且開啟套筒基座,以將制成泥漿從套筒中卸出。
文檔編號B22D27/02GK1575886SQ20031012156
公開日2005年2月9日 申請日期2003年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者洪俊杓 申請人:洪俊杓, 株式會社韓國納諾卡
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