本發(fā)明涉及一種合金半固態(tài)旋壓增材制造裝置，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

金屬半固態(tài)成形技術(shù)在上世紀(jì)70年代由美國麻省理工學(xué)院學(xué)者提出之后，在國內(nèi)外學(xué)者的研究之下得到迅速發(fā)展。半固態(tài)加工是利用金屬從液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變或從固態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變（即固液共存）過程中所具有的特性進(jìn)行成形的方法。這一成形加工方法綜合了凝固加工和塑性加工的長處，即加工溫度低變形抗力小，可一次大變形量加工成形形狀復(fù)雜和性能質(zhì)量要求較高的零件。但半固態(tài)成形技術(shù)對工藝及其模具設(shè)計要求較高，當(dāng)零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時，成形件缺陷較多，工藝周期長。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種合金半固態(tài)旋壓增材制備裝置，該方法將制漿過程與成型過程連接起來，制造速度快，節(jié)省材料，成型件結(jié)構(gòu)致密，成本低，能夠大幅縮短制造時間，顯著提高制造效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種合金半固態(tài)旋壓增材制備裝置，該裝置將制漿過程與成型過程組合在一起，省去漿料轉(zhuǎn)移，克服半固態(tài)鑄造技術(shù)工藝繁瑣，費時較長的缺點，無需或者只需簡單模具，操作過程簡單方便；所述合金半固態(tài)旋壓增材制備裝置，包括控制器1、伺服電機2、同步齒形皮帶輪Ⅰ3、皮帶4、制漿裝置5、進(jìn)料口6、成形裝置8，其中制漿裝置5包括進(jìn)水口9、出水口10、傳動軸13、鍵14、同步齒形皮帶輪Ⅱ15、軸承Ⅰ16、冷卻水管17、軸承Ⅱ18、旋壓管20、承壓筒21、陶瓷加熱圈22、出料口轉(zhuǎn)換器23；控制器1與伺服電機2連接，伺服電機2與同步齒形皮帶輪Ⅰ3連接，同步齒形皮帶輪Ⅰ3通過皮帶4與同步齒形皮帶輪Ⅱ15連接，同步齒形皮帶輪Ⅱ15通過鍵14與傳動軸13連接；傳動軸13上依次設(shè)有軸承Ⅰ16、軸承Ⅱ18，傳動軸13與旋壓管20連接；旋壓管20位于承壓筒21的內(nèi)部，承壓筒21的外面設(shè)有陶瓷加熱圈22，在旋壓管20旋轉(zhuǎn)過程中對金屬液進(jìn)行保溫防止其在旋壓管20激冷作用下凝固，承壓筒21的筒底中心為出料口，出料口外卡有轉(zhuǎn)換器23，轉(zhuǎn)換器23的正下方設(shè)有成形裝置8；旋壓管20的外壁上半部分光滑，下半部分設(shè)有旋向向下的螺紋，進(jìn)料口6與承壓筒21的上端正對；傳動軸13與旋壓管20的內(nèi)部中空并設(shè)有冷卻水管17，冷卻水管17分別與進(jìn)水口9、出水口10連通，冷卻循環(huán)水由進(jìn)水口流入水管，由出水口流出；控制器1分別和陶瓷加熱圈22、成形裝置8、伺服電機2連接。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述伺服電機2、制漿裝置5、進(jìn)料口6均固定在支架7上。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述成形裝置8包括液壓工作臺、液壓柱、底座組成，液壓工作臺可實現(xiàn)前后、左右、上下三個方向自由度的運動，成形裝置8與控制器1連接；這些信號通過傳感器采集輸入控制器1連接進(jìn)行控制。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述旋壓管與承壓筒之間間隙距離不大于0.5cm。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述傳動軸13與旋壓管20通過銷釘19連接。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述冷卻水導(dǎo)流塊11通過橡膠水封12與傳動軸13連接，防止冷卻循環(huán)水流出。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述轉(zhuǎn)換器23可更換為不同截面的轉(zhuǎn)換器23；可以通過更換轉(zhuǎn)換器來改變出料口內(nèi)徑，還可以根據(jù)需要成形零件特點，選擇帶有不同出料結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換器。

承壓筒底21垂直方向斜度為30°，呈漏斗形，筒底中心為出料口。

旋壓管20外壁光滑部分給金屬液激冷作用使其強制形核，獲得細(xì)小顆粒狀初生相均勻分布的半固態(tài)漿料。旋壓管20外壁螺紋部分為旋向向下的螺紋，在旋轉(zhuǎn)時給漿料向下的旋壓動力及出料口轉(zhuǎn)換器23給漿料橫向擠壓力，兩種力疊加能夠提高堆積漿料的致密性，降低孔隙率。

旋壓管20材料為不銹鋼或與金屬熔體有較好潤濕性的材料。

伺服電機2、成形裝置8、陶瓷加熱圈22由控制器1控制。

本發(fā)明所述裝置的工作過程：伺服電機2由控制器1控制轉(zhuǎn)速，同步齒形皮帶輪3與伺服電機2轉(zhuǎn)速相同；金屬液由進(jìn)料口6倒入制漿裝置5，旋壓管20的光滑部分給金屬液一個激冷作用使其強制形核，獲得由細(xì)小顆粒狀初生相均勻分布的半固態(tài)漿料，制備成功的半固態(tài)漿料通過旋壓管20螺紋向下旋壓將漿料擠至出料口，出料口通過更換不同截面的出料口轉(zhuǎn)換器23圓形、方形等，改變出料口結(jié)構(gòu)，控制擠出漿料的截面大小與形狀，半固態(tài)漿料并由出料口擠出后在成形裝置8進(jìn)行增材制造；成形裝置8由液壓工作臺、液壓柱、底座組成，液壓工作臺可實現(xiàn)前后、左右、上下三個方向的自由度運動，這些信號通過傳感器采集輸入計算機進(jìn)行控制，此控制過程為常規(guī)控制過程。

本發(fā)明的優(yōu)勢：

（1）本發(fā)明的裝置將半固態(tài)漿料的制備與零件成型組合起來，可制備結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，彌補了鑄造成型的不足，裝置結(jié)構(gòu)簡單、效率高。

（2）本發(fā)明不需模具，或只需簡易模具。

（3）旋壓管與出料口分別給漿料一定的縱向與橫向壓力，促使?jié){料在堆積過程中更加致密，降低孔隙率。

（4）可以根據(jù)需要成形零件特點，選擇不同出料口轉(zhuǎn)換器，改變出料口結(jié)構(gòu)，控制所出漿料截面大小及形狀。

本發(fā)明的部分特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中予以闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)或流程來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的半固態(tài)旋壓增材制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的半固態(tài)漿料制備系統(tǒng)的剖面圖。

圖3是本發(fā)明的一種出料口轉(zhuǎn)換器的主視圖。

圖4是本發(fā)明的一種出料口轉(zhuǎn)換器的俯視圖。

圖中：1-控制器，2-伺服電機，3-同步齒形皮帶輪Ⅰ，4-皮帶，5-制漿裝置，6-進(jìn)料口，7-支架，8-成形裝置，9-進(jìn)水口，10-出水口，11-冷卻水導(dǎo)流塊，12-橡膠水封，13-傳動軸，14-鍵，15-同步齒形皮帶輪Ⅱ，16-軸承Ⅰ，17-水管，18-軸承Ⅱ，19-銷釘，20--旋壓管，21-承壓筒，22-陶瓷加熱圈，23-出料口轉(zhuǎn)換器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。

實施例1

本實施例所述合金半固態(tài)旋壓增材制備裝置，包括控制器1、伺服電機2、同步齒形皮帶輪Ⅰ3、皮帶4、制漿裝置5、進(jìn)料口6、成形裝置8，其中制漿裝置5包括進(jìn)水口9、出水口10、傳動軸13、鍵14、同步齒形皮帶輪Ⅱ15、軸承Ⅰ16、冷卻水管17、軸承Ⅱ18、旋壓管20、承壓筒21、陶瓷加熱圈22、出料口轉(zhuǎn)換器23；控制器1與伺服電機2連接，伺服電機2與同步齒形皮帶輪Ⅰ3連接，同步齒形皮帶輪Ⅰ3通過皮帶4與同步齒形皮帶輪Ⅱ15連接，同步齒形皮帶輪Ⅱ15通過鍵14與傳動軸13連接；傳動軸13上依次設(shè)有軸承Ⅰ16、軸承Ⅱ18，傳動軸13與旋壓管20連接；旋壓管20位于承壓筒21的內(nèi)部，承壓筒21的外面設(shè)有陶瓷加熱圈22，在旋壓管20旋轉(zhuǎn)過程中對金屬液進(jìn)行保溫防止其在旋壓管20激冷作用下凝固，承壓筒21的筒底中心為出料口，出料口外卡有轉(zhuǎn)換器23，轉(zhuǎn)換器23的正下方設(shè)有成形裝置8；旋壓管20的外壁上半部分光滑，下半部分設(shè)有旋向向下的螺紋，進(jìn)料口6與承壓筒21的上端正對；傳動軸13與旋壓管20的內(nèi)部中空并設(shè)有冷卻水管17，冷卻水管17分別與進(jìn)水口9、出水口10連通，冷卻循環(huán)水由進(jìn)水口流入水管，由出水口流出；控制器1分別和陶瓷加熱圈22、成形裝置8、伺服電機2連接，伺服電機2、制漿裝置5、進(jìn)料口6均固定在支架7上。

本實施例所述成形裝置8包括液壓工作臺、液壓柱、底座組成，液壓工作臺可實現(xiàn)前后、左右、上下三個方向自由度的運動，成形裝置8與控制器1連接；這些信號通過傳感器采集輸入控制器1，控制器1將信息反饋給工作臺，在漿料制備之前，先用三維造型軟件建立成形件三維模型，然后將三維模型分層處理以得到多個二維切片，漿料制備成功之后在計算機控制下進(jìn)行立體成形，如圖1所示。

本實施例所述冷卻水導(dǎo)流塊11通過橡膠水封12與傳動軸13連接，防止冷卻循環(huán)水流出；在制漿裝置工作時，冷卻水系統(tǒng)不隨旋壓管旋轉(zhuǎn)，在開動伺服電機工作時先通入冷卻水，然后將金屬液倒入進(jìn)料口，金屬液在旋壓管的旋轉(zhuǎn)引力與螺紋向下旋力的共同作用下沿旋壓管螺紋流動；金屬液在旋壓管激冷作用下快速、大量形核，同時在陶瓷加熱圈保溫作用下使其溫度一直處于固液相之間，使半固態(tài)漿料不至因溫度過低凝固。半固態(tài)漿料在旋壓管向下旋壓力作用下擠至出料口，出料口加置自制出料口轉(zhuǎn)換器，改變出料口結(jié)構(gòu)，控制所出漿料截面大小及形狀，如圖2所示。

本實施例所述旋壓管與承壓筒之間間隙距離為0.3cm。

本實施例所述裝置用于制備半固態(tài)A356合金深腔殼體，包括如下步驟：

（1）用proe軟件對深腔殼體進(jìn)行三維實體造型，將建好的三維模型用分層軟件切片，轉(zhuǎn)化為平面輪廓信息，對成形過程進(jìn)行編程，輸入控制器1；

（2）將采用中頻爐熔煉制備的A356合金低過熱度熔體混合均勻；

（3）將上述低過熱度熔體正對旋壓管以恒定速度澆注，熔體順著旋壓管向下流動，旋壓管的光滑部分給金屬液一個激冷作用使其強制形核，獲得由細(xì)小顆粒狀初生相均勻分布的半固態(tài)漿料；

（4）上述漿料在旋壓管螺紋向下的旋向壓力作用下擠出至裝有扁平形轉(zhuǎn)換器的出料口，受到橫向的約束力，排除漿料中可能存在的氣體；

（4）制備成功的半固態(tài)漿料呈長條狀流至基板上，在計算機控制下，沿x軸、y軸、z軸根據(jù)模型形狀分層成型，對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件用一些簡易模具對其邊界進(jìn)行約束，直到整體構(gòu)造結(jié)束。

實施例2

本實施例所述合金半固態(tài)旋壓增材制備裝置，包括控制器1、伺服電機2、同步齒形皮帶輪Ⅰ3、皮帶4、制漿裝置5、進(jìn)料口6、成形裝置8，其中制漿裝置5包括進(jìn)水口9、出水口10、傳動軸13、鍵14、同步齒形皮帶輪Ⅱ15、軸承Ⅰ16、冷卻水管17、軸承Ⅱ18、旋壓管20、承壓筒21、陶瓷加熱圈22、出料口轉(zhuǎn)換器23；控制器1與伺服電機2連接，伺服電機2與同步齒形皮帶輪Ⅰ3連接，同步齒形皮帶輪Ⅰ3通過皮帶4與同步齒形皮帶輪Ⅱ15連接，同步齒形皮帶輪Ⅱ15通過鍵14與傳動軸13連接；傳動軸13上依次設(shè)有軸承Ⅰ16、軸承Ⅱ18，傳動軸13與旋壓管20連接；旋壓管20位于承壓筒21的內(nèi)部，承壓筒21的外面設(shè)有陶瓷加熱圈22，在旋壓管20旋轉(zhuǎn)過程中對金屬液進(jìn)行保溫防止其在旋壓管20激冷作用下凝固，承壓筒21的筒底中心為出料口，出料口外卡有轉(zhuǎn)換器23，轉(zhuǎn)換器23的正下方設(shè)有成形裝置8；旋壓管20的外壁上半部分光滑，下半部分設(shè)有旋向向下的螺紋，進(jìn)料口6與承壓筒21的上端正對；傳動軸13與旋壓管20的內(nèi)部中空并設(shè)有冷卻水管17，冷卻水管17分別與進(jìn)水口9、出水口10連通，冷卻循環(huán)水由進(jìn)水口流入水管，由出水口流出；控制器1分別和陶瓷加熱圈22、成形裝置8、伺服電機2連接，伺服電機2、制漿裝置5、進(jìn)料口6均固定在支架7上。

本實施例所述成形裝置8包括液壓工作臺、液壓柱、底座組成，液壓工作臺可實現(xiàn)前后、左右、上下三個方向自由度的運動，成形裝置8與控制器1連接；這些信號通過傳感器采集輸入控制器1，控制器1將信息反饋給工作臺，在漿料制備之前，先用三維造型軟件建立成形件三維模型，然后將三維模型分層處理以得到多個二維切片，漿料制備成功之后在計算機控制下進(jìn)行立體成形，如圖1所示。

本實施例所述冷卻水導(dǎo)流塊11通過橡膠水封12與傳動軸13連接，防止冷卻循環(huán)水流出；在制漿裝置工作時，冷卻水系統(tǒng)不隨旋壓管旋轉(zhuǎn)，在開動伺服電機工作時先通入冷卻水，然后將金屬液倒入進(jìn)料口，金屬液在旋壓管的旋轉(zhuǎn)引力與螺紋向下旋力的共同作用下沿旋壓管螺紋流動；金屬液在旋壓管激冷作用下快速、大量形核，同時在陶瓷加熱圈保溫作用下使其溫度一直處于固液相之間，使半固態(tài)漿料不至因溫度過低凝固。半固態(tài)漿料在旋壓管向下旋壓力作用下擠至出料口，出料口加置自制出料口轉(zhuǎn)換器，改變出料口結(jié)構(gòu)，控制所出漿料截面大小及形狀，如圖2所示。

本實施例所述旋壓管與承壓筒之間間隙距離為0.4cm。

本實施例所述傳動軸13與旋壓管20通過銷釘19連接。

本實施例所述承壓筒底21呈漏斗形（承壓筒底21垂直方向斜度為30°），筒底中心為出料口。

本實施例所述裝置用于制備過共晶Al-25%Si合金缸套，包括如下步驟：

（1）用proe軟件對缸套進(jìn)行三維實體造型，將建好的三維模型用分層軟件切片，轉(zhuǎn)化為平面輪廓信息，對成型過程進(jìn)行編程，輸入控制器1；

（2）將采用中頻爐熔煉制備的過共晶Al-25Si合金低過熱度熔體混合均勻；

（3）將上述低過熱度熔體正對旋壓管以恒定速度澆注，熔體順著旋壓管螺紋向下流動，旋壓管的光滑部分給金屬液一個激冷作用使其強制形核，獲得由細(xì)小顆粒狀初生相均勻分布的半固態(tài)漿料；

（4）上述漿料在旋壓管螺紋向下的旋向壓力作用下擠出至裝有方形轉(zhuǎn)換器的出料口時，受到橫向的約束力，排除漿料中可能存在的氣體；

（5）制備成功的半固態(tài)漿料呈方塊狀流至基板上，在計算機控制下，沿x軸、y軸、z軸根據(jù)模型形狀分層成型，對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件用一些簡易模具對其邊界進(jìn)行約束，直到整體構(gòu)造結(jié)束。