專利名稱：一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置和方法，屬于半固態(tài)金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自從20世紀(jì)70年代初期，美國麻省理工學(xué)院M C Flemings等研究人員創(chuàng)立了金屬半固態(tài)成形的概念，半固態(tài)金屬漿料的制備和成形技術(shù)作為一種新型的技術(shù)引起了世界各國的廣泛關(guān)注。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(即液固共存)過程中所具有的特性進(jìn)行成形的方法，這一新的成形方法綜合了凝固加工和塑性加工的長處，即加工溫度比液態(tài)低，充型平穩(wěn)，對(duì)模具熱沖擊小；變形抗力比固態(tài)小，從而有利于成形較復(fù)雜的零件并減少功耗，提高生產(chǎn)效率。 半固態(tài)成形技術(shù)主要包括觸變成形和流變成形。觸變成形工藝是將制備的半固態(tài)漿料先鑄造成坯料，經(jīng)二次加熱后，再進(jìn)行成形加工，其工藝的可控性強(qiáng)、過程穩(wěn)定且易操作，但工藝流程長，能耗大，成本較高。流變成形工藝由制備的半固態(tài)漿料進(jìn)行流變成形加工，具有生產(chǎn)流程短、相對(duì)成本低、設(shè)備簡單等特點(diǎn)，近年來受到國內(nèi)外普遍重視，發(fā)展迅速。不論是觸變成形還是流變成形，都包含有半固態(tài)制漿及半固態(tài)成形兩部分，其中，制漿是整個(gè)過程的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，如何穩(wěn)定、有效地制備出具有圓整、細(xì)小、均勻的非枝晶組織的半固態(tài)漿料成為半固態(tài)加工技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。優(yōu)質(zhì)半固態(tài)漿料的制備是半固態(tài)金屬加工技術(shù)的前提和關(guān)鍵，目前，已有多種半固態(tài)漿料制備裝置和方法，例如英國專利UK 9922696提出了雙螺旋機(jī)械攪拌流變成形工藝；歐洲專利 EP 0745691A1 提出了 New Rheocasting(NRC)技術(shù)；美國專利 US 6645323B2提出了 Semi-solid Rheocasting(SSR)流變成形工藝等。國內(nèi)對(duì)于半固態(tài)加工技術(shù)的研究工作開展較晚，但發(fā)展迅速。有色金屬研究總院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京科技大學(xué)、上海大學(xué)、南昌大學(xué)、華中科技大學(xué)等許多科研院所和高校，在半固態(tài)金屬成形理論、漿料流變行為、成形工藝等方面進(jìn)行了深入的研究，并開發(fā)出各具特色的半固態(tài)漿料制備裝置和方法，有代表性的有熔體分散混合制漿裝置(專利200620018003.9);不等徑彎道擠壓-剪切誘導(dǎo)等溫球晶化半固態(tài)坯復(fù)合制備法(專利:03132471. I);懸掛錐桶式半固態(tài)金屬漿料制備裝置(專利:200810114097. 3);低過熱度加弱電磁攪拌制漿技術(shù)(專利00109540. 74);波浪型傾斜版振動(dòng)制漿裝置(專利200710011510. 9);一種輕合金半固態(tài)漿料制備裝置(專利201120425807. I)等等。以上各種制備半固態(tài)合金漿料的裝置和方法各有自己的特點(diǎn)，但也都存在各自的不足，大多數(shù)還只是停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，仍需提出新的制漿裝置和技術(shù)，以便簡化工藝，降低成本，逐步推動(dòng)半固態(tài)金屬加工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，解決連續(xù)穩(wěn)定制備半固態(tài)漿料的問題。該裝置利用旋轉(zhuǎn)葉片的把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，再利用斜擋板把漿料引流回下部的旋轉(zhuǎn)葉片，再次把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，循環(huán)一次到多次，并在攪拌軸底部設(shè)置攪拌葉片，對(duì)匯集的漿料進(jìn)行攪拌，制備好的漿料可以與壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備進(jìn)行流變成形，也可以連續(xù)不斷的制備半固態(tài)鑄錠。一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，主要由I出料口、2石墨堵塞、3石墨內(nèi)襯、4不銹鋼筒、5加熱元件、6冷卻元件、7攪拌軸、8保溫層、9軸承、10軸承座、11齒輪、12放料手柄、13進(jìn)料口、14斜擋板、15旋轉(zhuǎn)葉片、16攪拌葉片等組成(見附圖I)。其中不銹鋼筒和石墨內(nèi)襯構(gòu)成了合金熔體攪拌室。攪拌室外纏有加熱元件和冷卻元件,再外面有保溫層，配合溫控裝置(圖中未標(biāo))可以實(shí)現(xiàn)攪拌室在連續(xù)制備過程中的溫度。攪拌室的底部有出料口，頂部有進(jìn)料口。攪拌室內(nèi)壁上裝有一個(gè)或多個(gè)斜擋板，擋板與內(nèi)壁的角度范圍0、0°，擋板上開有縫隙，保證設(shè)備拆卸時(shí)旋轉(zhuǎn)葉片的通過。攪拌室中間有攪拌軸，通過軸承固定在軸承座上，攪拌軸上采用兩對(duì)以上交叉分布的對(duì)稱旋轉(zhuǎn)葉片，并在底部采用攪拌葉片，攪拌葉片的形狀為平板型、錨型、馬蹄型、槳葉、渦輪葉片等多種形狀。攪拌軸由調(diào)速電機(jī)(圖中 未標(biāo))通過傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍10(T800rad/min，轉(zhuǎn)速越高，剪切強(qiáng)度越大。攪拌軸內(nèi)部有芯桿(圖中未標(biāo))，連接放料手柄和石墨堵塞，通過旋轉(zhuǎn)放料手柄，控制石墨堵塞與石墨內(nèi)襯之間的縫隙，實(shí)現(xiàn)漿料流出速度的控制。出料口一般靠近成形設(shè)備，便于制漿過程完成后直接成行為機(jī)械零件。石墨堵塞通過芯桿、彈簧與放料手柄組合成放料系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)放料手柄，放料手柄上的斜槽帶動(dòng)芯桿和石墨堵塞提升，實(shí)現(xiàn)放料；放開放料手柄，彈簧壓迫芯桿，石墨堵塞下降堵住出料口，或通過固定放料把手的旋轉(zhuǎn)位置，固定堵塞與內(nèi)壁間的縫隙，實(shí)現(xiàn)半固態(tài)漿料持續(xù)不斷的流出。本發(fā)明裝置利用旋轉(zhuǎn)葉片的把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，再利用斜擋板把漿料引流回下部的旋轉(zhuǎn)葉片，再次把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，循環(huán)一次到多次，并在攪拌軸底部設(shè)置攪拌葉片，對(duì)匯集的漿料進(jìn)行攪拌。漿料多次受筒壁和擋板的激冷作用，熔體大量形核，并發(fā)生晶粒游離，攪拌葉片對(duì)漿料進(jìn)行攪拌，使熔體在對(duì)流過程中內(nèi)部溫度場分布均勻，沒有明顯的過冷梯度，破壞了枝晶生成的環(huán)境，從而獲得液相基體中均勻分布著一定比例的球狀初生固相的半固態(tài)漿料。制備好的漿料可以與壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備進(jìn)行流變成形，也可以連續(xù)不斷的制備半固態(tài)鑄錠。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了半固態(tài)漿料的快速制備，是一種先進(jìn)的半固態(tài)金屬加工裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于I、該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，拆卸方便。通過使用不同的支架可將半固態(tài)漿料出口盡量靠近成形設(shè)備，省去漿料輸送過程，從而實(shí)現(xiàn)從半固態(tài)漿料制備到流變成形的一體化工藝過程。應(yīng)用前景廣泛，包括鋁合金、鎂合金等有色合金。2、在半固態(tài)漿料制備過程中，攪拌室筒壁和擋板對(duì)熔體有很好的冷卻作用，并在流動(dòng)的過程中溫度場、成分場逐步均勻，底部的攪拌葉片能夠使?jié){料產(chǎn)生對(duì)流，漿料中的溫度場、成分場分布均勻，破壞了枝晶生成的環(huán)境，制備的半固態(tài)漿料晶粒尺寸相近，球形度好，且分布均勻。3、攪拌室的溫度、剪切強(qiáng)度、漿料流出速度均可做到精確控制，便于不同種類、不同性能要求的半固態(tài)金屬漿料的制備；
4、該裝置在底部裝有石墨內(nèi)襯，攪拌過程中不會(huì)出現(xiàn)粘料的問題；若出現(xiàn)，因?yàn)楸狙b置攪拌桶內(nèi)工作溫度一般在合金液相線以下1(T60°C，很快就可以將攪拌室溫度提高到液相線以上，積料就會(huì)融化、流出，保證了本發(fā)明裝置長時(shí)間連續(xù)工作的可靠性。


圖I為復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為攪拌軸的部分結(jié)構(gòu)特征；圖3為攪拌桶的剖面示意具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及實(shí)施效果做進(jìn)一步的說明實(shí)例I :(I)試驗(yàn)用ZL104鋁合金的液相線溫度為610°C，將合金在坩堝電阻爐內(nèi)熔化，待合金溫度達(dá)到720°C左右時(shí)，用鐘罩將烘干后的六氯乙烷壓入熔體低部(加入量為合金液總重量的O. 5%)，并輕輕擺動(dòng)，進(jìn)行合金熔體的除氣、除渣精煉處理，最后將合金熔體溫度降至630°C保溫。(2)設(shè)定本發(fā)明裝置攪拌室溫度為580°C，開啟調(diào)速電機(jī)使攪拌螺旋桿轉(zhuǎn)速為400rad/min,石墨堵塞閉合，堵住出料口，各參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，將上一步驟熔煉好的合金液通過進(jìn)料口澆入到本發(fā)明裝置的攪拌室內(nèi)，澆入合金量約為5公斤，合金熔體先被旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到筒壁上，沿筒壁向下流動(dòng)，在擋板的作用下，再一次被旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到筒壁上，循環(huán)兩次后，漿料進(jìn)入下部的錐形攪拌室，在攪拌葉片的作用下進(jìn)行對(duì)流。在擋板和筒壁的充分冷卻下，熔體的溫度降到液相線以下，并在攪拌葉片的剪切攪拌作用下，初生晶核數(shù)量增加并生長為球形，此時(shí)，合金熔體溫度處于半固態(tài)區(qū)間，其液相基體中均勻分布著一定比例的球狀初生固相。實(shí)例2 (I)試驗(yàn)用7075鋁合金的液相線溫度為640°C，將鋁合金錠料放入到預(yù)熱溫度為4000C的坩堝電阻爐內(nèi)，待合金液溫度達(dá)到720°C后精煉，用鐘罩將烘干后的六氯乙烷壓入熔體低部(加入量為合金液總重量的O. 5%)，并輕輕擺動(dòng)，進(jìn)行合金熔體的除氣、除渣精煉處理，最后將合金熔體溫度降至660°C保溫。(2)設(shè)定本發(fā)明裝置攪拌室溫度為610°C，開啟調(diào)速電機(jī)使攪拌螺旋桿轉(zhuǎn)速為600rad/min，旋轉(zhuǎn)放料把手，提升石墨堵塞并固定在一定位置，保證漿料緩緩流出。各參數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，將上一步驟熔煉好的合金液通過進(jìn)料口持續(xù)澆入到本發(fā)明裝置的攪拌室內(nèi)，澆入合金量每次約3公斤，共四次。合金熔體先被旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到筒壁上，沿筒壁向下流動(dòng)，在擋板的作用下，再一次被旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到筒壁上，循環(huán)兩次后，漿料進(jìn)入下部的錐形攪拌室，在攪拌葉片的作用下進(jìn)行對(duì)流。制備好的半固態(tài)漿料從石墨堵塞與筒壁之間的縫隙緩緩流出，進(jìn)入漿料收集坩堝內(nèi)。當(dāng)澆入合金量較多時(shí)，攪拌室溫度上升，溫控箱檢測到筒體溫度高于設(shè)定溫度，通氣管通氣，溫度下降到設(shè)定溫度，通氣停止。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，其特征在于出料口(I)、石墨堵塞(2)、石墨內(nèi)襯(3)、不銹鋼筒(4)、加熱元件(5)、冷卻元件(6)、攪拌軸(7)、保溫層(8)、軸承(9)、軸承座(10)、齒輪(11)、放料手柄(12)、進(jìn)料口(13)、斜擋板(14)、旋轉(zhuǎn)葉片(15)、攪拌葉片(16)組成；其中不銹鋼筒和石墨內(nèi)襯構(gòu)成了合金熔體攪拌室，攪拌室外纏有加熱元件和冷卻元件，再外面有保溫層，配合溫控裝置能實(shí)現(xiàn)攪拌室在連續(xù)制備過程中的溫度；攪拌室的底部有出料口，頂部有進(jìn)料口 ；攪拌室中間有攪拌軸，通過軸承固定在軸承座上，攪拌軸上采用兩對(duì)以上交叉分布的對(duì)稱旋轉(zhuǎn)葉片，并在底部采用攪拌葉片；攪拌軸內(nèi)部有芯桿，連接放料手柄和石墨堵塞，通過旋轉(zhuǎn)放料手柄，控制石墨堵塞與石墨內(nèi)襯之間的縫隙，實(shí)現(xiàn)漿料流出速度的控制；該裝置利用旋轉(zhuǎn)葉片的把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，再利用斜擋板把漿料引流回下部的旋轉(zhuǎn)葉片，再次把漿料拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，循環(huán)一次到多次，并在攪拌軸底部設(shè)置攪拌葉片，對(duì)匯集的漿料進(jìn)行攪拌，制備好的漿料既能與壓鑄、軋制、模鍛常規(guī)設(shè)備進(jìn)行流變成形，也能連續(xù)不斷的制備半固態(tài)鑄錠。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，其特征在于攪拌室內(nèi)壁上裝有一個(gè)或多個(gè)斜擋板，斜擋板與內(nèi)壁的角度范圍0、0°，擋板上開有縫隙，保證設(shè)備拆卸時(shí)旋轉(zhuǎn)葉片的通過。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，其特征在于攪拌軸底部攪拌葉片的形狀包括平板、錨型、馬蹄型、槳葉、渦輪葉片五種形狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，其特征在于石墨堵塞通過芯桿、彈簧與放料手柄組合成放料系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)放料手柄，放料手柄上的斜槽帶動(dòng)芯桿和石墨堵塞提升，實(shí)現(xiàn)放料；放開放料手柄，彈簧壓迫芯桿，石墨堵塞下降堵住出料口，或通過固定放料把手的旋轉(zhuǎn)位置，固定堵塞與內(nèi)壁間的縫隙，實(shí)現(xiàn)半固態(tài)漿料持續(xù)不斷的流出。
全文摘要
一種復(fù)合攪拌半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，屬于半固態(tài)金屬加工技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由1出料口、2石墨堵塞、3石墨內(nèi)襯、4不銹鋼筒、5加熱元件、6冷卻元件、7攪拌軸、8保溫層、9軸承、10軸承座、11齒輪、12放料手柄、13進(jìn)料口、14斜擋板、15旋轉(zhuǎn)葉片、16攪拌葉片等組成。合金熔體進(jìn)入設(shè)備后，被高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，熔體沿內(nèi)壁向下流動(dòng)，遇到斜擋板后沿?fù)醢逑蛳铝鲃?dòng)，之后又被旋轉(zhuǎn)葉片拋甩到攪拌室內(nèi)壁上，此過程循環(huán)兩次后，熔體沿下部的石墨內(nèi)襯壁向下流動(dòng)，并在攪拌桶底部由攪拌葉片帶動(dòng)進(jìn)行對(duì)流，在這個(gè)過程中熔體中產(chǎn)生大量晶核，并直接生長為球形，制備出半固態(tài)漿料。通過調(diào)整石墨堵塞與石墨內(nèi)襯的縫隙控制漿料流出速度，半固態(tài)漿料可以與壓鑄、軋制、模鍛等常規(guī)設(shè)備進(jìn)行流變成形，也可以連續(xù)不斷的制備半固態(tài)鑄錠。
文檔編號(hào)F27D27/00GK102861902SQ20121033265
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月10日
發(fā)明者康永林, 周冰, 朱國明, 郜俊震 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)