一種制備半固態(tài)漿料的裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及半固態(tài)壓鑄生產領域，尤其涉及一種制備半固態(tài)漿料的裝置及方法。
【背景技術】
[0002] 半固態(tài)金屬鑄造工藝技術經歷了 20余年的研究與發(fā)展，該技術是一種介于固態(tài) 成形與液態(tài)成形之間的金屬成形技術，具有液態(tài)成形流動應力低，成形速度快，可成形復雜 形狀零部件的優(yōu)點，因此受到廣泛關注。而半固態(tài)漿料的制備技術與方法，直接決定了半固 態(tài)鑄造產品的質量與成本，是半固態(tài)鑄造的關鍵。
[0003]目前，關于半固態(tài)漿料的制備工藝有很多，如機械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝固 法、應變激活工藝、粉末冶金法等，但是這些方法均存在一定問題，比如制備的半固態(tài)漿料 固液比難控制，球狀晶組織比例小，固體含量不穩(wěn)定，制備效率低等。
[0004] 針對漿料的冷卻介質一般為水或者為冷卻氣體，水冷卻是通過循環(huán)水將熱量帶 走，但是水資源浪費較大，且要求水通道的密封性好，通道流暢。氣體冷卻的方式為向合金 熔體中通入冷卻的惰性氣體，惰性氣體的引入使得成本較高。壓縮空氣則來源豐富，易于獲 取，還可以通過壓縮空氣的壓力與流量控制冷卻速度，使得冷卻更加經濟，便捷。
[0005] 機械攪拌法是制備半固態(tài)漿料常用的方法，通過劇烈地攪拌合金熔體，打碎熔體 樹枝晶，有利于球狀晶組織的形成，從而獲得半固態(tài)漿料，機械攪拌的一個弊端是容易卷 氣，影響漿料質量。目前，關于機械攪拌與壓縮空氣冷卻相結合的裝置與工藝，以及針對卷 氣控制的相關工藝還未見報道。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明旨在解決上面描述的問題。本發(fā)明的目的是提供一種制備半固態(tài)漿料的裝 置以及方法。
[0007] 根據本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供了一種制備半固態(tài)漿料的裝置，其特征在于， 所述制備半固態(tài)漿料的裝置包括壓鑄湯勺、機械攪拌桿、第一攪拌葉片、第二攪拌葉片、壓 縮空氣發(fā)生器、壓縮空氣流通管，其中，所述機械攪拌桿為中空結構，包括開口的第一端，閉 合的第二端；所述壓縮空氣流通管的第一端與所述壓縮空氣發(fā)生器相連，并且所述壓縮空 氣流通管的第二端插入所述機械攪拌桿內；所述第一攪拌葉片、所述第二攪拌葉片沿所述 機械攪拌桿的垂直方向上下設置，且所述第二攪拌葉片與所述機械攪拌桿的第二端的垂直 間距h2為10~15mm，所述第一攪拌葉片與所述第二攪拌葉片的垂直間距hi為25~30mm， 所述機械攪拌桿的第二端插入到所述壓鑄湯勺內。
[0008] 其中，所述第一攪拌葉片和所述第二攪拌葉片沿所述機械攪拌桿的直徑方向對稱 設置。
[0009] 并且，所述壓鑄湯勺的下部為半球形結構；
[0010] 其中，所述第一攪拌葉片的外輪廓在水平方向上與所述機械攪拌桿的中軸線的最 大距離與所述壓鑄湯勺的半徑之間的比例為1:1. 8 ;
[0011] 所述第二攪拌葉片的外輪廓在水平方向上與所述機械攪拌桿的中軸線的最大距 離與所述壓鑄湯勺的半徑之間的比例為1:2. 2。
[0012] 其中，所述壓縮空氣流通管的第二端與所述機械攪拌桿的第二端之間的距離為 20 ~40mm。
[0013] 并且，所述機械攪拌桿沿壓鑄湯勺的中軸線豎直插入，所述機械攪拌桿的第二端 與壓鑄湯勺底部的距離可沿所述中軸線調節(jié)。
[0014] 并且，所述制備半固態(tài)漿料的裝置還包括測溫熱電偶，所述熱電偶設置在壓鑄湯 勺內。
[0015] 其中，機械攪拌桿的內徑為25mm〇
[0016] 其中，第二攪拌葉片與機械攪拌桿的第二端的垂直間距h2,是指第二攪拌葉片在 垂直方向上的最低點到機械攪拌桿第二端所在水平面的垂直距離。第一攪拌葉片與第二攪 拌葉片的垂直間距hl，是指第一攪拌葉片和第二攪拌葉片在垂直方向上的距離的最小值。
[0017] 需要說明的是，第一攪拌葉片的外輪廓在水平方向上與機械攪拌桿的中軸線最大 距離為d，指代第一攪拌葉片上任意一點在水平方向上到機械攪拌桿中軸線的距離中的最 大值，該最大值一般為攪拌葉片外部輪廓上的某一點在水平方向上到機械攪拌桿中軸線的 距離，例如，第一攪拌葉片為長方形，則該距離d等于攪拌葉片的長度加上機械攪拌桿外徑 的二分之一。
[0018] 根據本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供了一種利用上述制備半固態(tài)漿料的裝置生 產半固態(tài)漿料的方法，包括以下步驟：
[0019] IS將熔融的合金放置于壓鑄湯勺中；
[0020] 2S調節(jié)機械攪拌桿位置，使機械攪拌桿第二端深入到距離壓鑄湯勺底部10~ 15mm處，轉動機械攪拌桿；
[0021] 3S以第一預定速度轉動機械攪拌桿，使得所述機械攪拌桿攪動第一預定時間，以 使得所述壓鑄湯勺內各部位熔融合金的球狀晶組織均勻一致；
[0022] 同時，以第一預定壓力向壓縮空氣流通管道通入壓縮空氣以降低所述壓鑄湯勺內 熔融合金的溫度至610攝氏度~620攝氏度，進而制得半固態(tài)漿料。
[0023] 其中，所述步驟3S中，所述第一預定速度為100~400轉每分鐘，第一預定時間為 20秒~30秒。具體地，所述步驟3中，第一預定速度為200~400轉每分鐘。
[0024] 并且，在上述生產半固態(tài)漿料的方法中，第一預定壓力為0. 2~0. 6MPa，時間為 20~30秒，使得降溫幅度達到40~65攝氏度。
[0025] 其中，熔融合金為熔融鋁合金，并且，所述熔融鋁合金的溫度范圍為655~685攝 氏度。
[0026] 根據本發(fā)明提供的制備半固態(tài)漿料的裝置，是一種結合機械攪拌和壓縮空氣冷卻 的裝置，包括壓鑄湯勺、機械攪拌桿、第一攪拌葉片、第二攪拌葉片、壓縮空氣發(fā)生器、壓縮 空氣流通管，其中，機械攪拌桿為中空結構，包括開口的第一端，閉合的第二端；壓縮空氣流 通管的第一端與壓縮空氣發(fā)生器相連，并且壓縮空氣流通管的第二端插入機械攪拌桿內； 第一攪拌葉片、第二攪拌葉片沿所述機械攪拌桿的垂直方向上下設置，且第二攪拌葉片與 機械攪拌桿的第二端的垂直間距h2為10~15_，第一攪拌葉片與第二攪拌葉片的垂直間 距hi為25~30mm，機械攪拌桿的第二端插入到壓鑄湯勺內。
[0027] 該裝置采用上述結構后，與現有技術相比，具有以下優(yōu)點：本發(fā)明含有一套機械攪 拌裝置，機械攪拌桿的外側設置有兩片攪拌葉片，第一攪拌葉片與第二攪拌葉片相對設置， 并且在高度上，第二攪拌葉片與所述機械攪拌桿的第二端的垂直間距h2為10~15mm，第一 攪拌葉片與所述第二攪拌葉片的垂直間距hi為25~30mm，上下錯開設置的攪拌葉片使得 機械攪拌桿轉動時產生兩層攪拌層，而且，該距離的設計，使得攪拌作用集中在壓鑄湯勺中 部及底部，既能夠將熔融合金的樹枝晶充分打碎，又能增大對流強度，促使過冷的合金熔體 內部溫度場和濃度場的分布更加均勻一致。
[0028] 并且，第一攪拌葉片和第二攪拌葉片沿所述機械攪拌桿的直徑方向對稱設置，攪 拌葉片的結合作用使得攪拌更充分。
[0029] 并且，機械攪拌為中空結構，內部可插入壓縮空氣流通管，壓縮空氣流通管一端伸 入機械攪拌桿內部，另一端與壓縮空氣發(fā)生器相連，該設計保證了機械攪拌桿在轉動的同 時，還能夠與熔融合金進行熱交換，使得機械作用與溫度交換作用均以機械攪拌桿為中心 向外傳遞，使得半固態(tài)漿料的的球狀晶組織均勻一致。
[0030] 并且，壓鑄湯勺的下部為半球形結構，第一攪拌葉片的外輪廓在水平方向上與機 械攪拌桿的中軸線的最大距離與壓鑄湯勺的半徑之間的比例為1:1.8;第二攪拌葉片的 外輪廓在水平方向上與機械攪拌桿中軸線的最大距離與壓鑄湯勺的半徑之間的比例為 1:2. 2。在該裝置中，第二攪拌葉片的長度比第一攪拌葉片稍長，這是因為由于重力作用壓 鑄湯勺底部更易沉積半固態(tài)漿料，故增大第二攪拌葉片的尺寸以增強攪拌作用。
[0031 ] 半球形結構以及上述比例的設計，使得機械攪拌桿在轉動時，攪拌效率更高，且漿 料與壓縮空氣的熱焓交換效率更高。
[0032] 并且，可以通過壓縮空氣發(fā)生器調節(jié)壓縮空氣的壓力，進一步控制漿料的冷卻速 度，并且壓縮空氣作為冷卻介質并沒有直接通入漿料中，而是流通到機械攪拌桿內，再從機 械攪拌桿第一端的開口處流出，避免了雜質的引入，另一方面也降低了壓縮空氣發(fā)生器處 理空氣的標準。整個過程能耗較小，更加環(huán)保經濟。
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