CN103817309B - 半固态金属铸造设备及其工艺流程 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半固态金属铸造设备及其工艺流程。其工艺流程如下：1)把金属放入熔解炉中加热熔化成液态金属。2)把熔解炉中熔化的液态金属逐步流入保温炉中。3)调节电动浇铸阀门控制从保温炉流入搅拌冷却槽内液态金属的流量。4)通过红外线温度传感器测量各段搅拌冷却槽内液态金属的温度。5)给搅拌机和往复运动机构通电，齿轮减速电机的输出齿轮通过从动齿轮带动空心转轴转动，从而带动金属套筒和外面的带楞的耐高温陶瓷护套在流动的液态金属里转动。往复运动机构带动小车在轨道上做往复运动，从而带动陶瓷护套在搅拌冷却槽内的液态金属里边转动边在搅拌冷却槽的横向运动。用振动盘粘度计测量液态金属固化度。6)用活塞泵或者螺旋挤压泵把半固态金属压入模具中。
Description
技术领域：
本发明涉及一种半固态金属铸造设备及其工艺流程。
背景技术：
传统的金属铸造是把远高于金属熔点的液态金属，浇铸到沙模具里或者压铸到金属模具里；液态金属冷却结晶，首先出现晶核，然后在晶核周围出现树枝状晶枝，并伴随有冷缩。所以，这种铸造方法制造出的铸件变形比较严重，而且会出现裂缝。近二十年，西方发达国家研究出半固态金属铸造技术；也就是在液态金属冷却结晶过程中通过搅拌把晶核周围出现树枝状晶枝打断，形成微晶颗粒金属与液态金属混合在一起的半固态金属，微晶颗粒金属占50％～80％。然后把这些半固态金属压铸到金属模具里。搅拌液态金属的方法有：超声波搅拌法、旋转磁场搅拌法和活塞泵机械搅拌法。但这些搅拌方法对液态金属冷却结晶进行控制，也就是说无法对制冷量进行控制。
发明内容：
本发明半固态金属铸造设备，其结构如下：金属在熔解炉熔化后流到保温炉中，然后通过电动浇铸阀门流到搅拌冷却槽中、被搅拌机搅拌冷却，最后被压铸机压入模具中。搅拌冷却槽前高后低，搅拌冷却槽内有三台搅拌机搅拌冷却液态金属。搅拌冷却槽内装有数个热电偶温度传感器。半固态金属铸造设备中装有振动盘粘度计，振动盘粘度计的平板装在搅拌冷却槽内。搅拌冷却槽上方装有数个红外线温度传感器。搅拌机由带楞的耐高温陶瓷护套、金属套筒、空心转轴、从动齿轮、齿轮减速电机、输出齿轮、水管、电动调节水阀、轨道、小车、往复运动机构组成。金属套筒外面套有陶瓷护套。空心转轴下端固定在金属套筒底部，空心转轴的上部穿过金属套筒顶部中心孔。金属套筒顶部有许多排汽孔。金属套筒内的那一段空心转轴上有许多小孔。金属套筒外的那一段空心转轴通过轴承固定在小车上。轴承上面的空心转轴上装有从动齿轮，齿轮减速电机的输出齿轮与从动齿轮啮合，齿轮减速电机装在小车上。蒸馏水通过管道进入齿轮减速电机的外壳、冷却齿轮减速电机，然后通过电动调节水阀进入水管。水管固定在小车上，水管的下端通过有机硅橡胶密封圈与空心转轴上端活动连接。三条轨道横跨在搅拌冷却槽上方，往复运动机构使小车在横向轨道上做往复运动。往复运动机构可以是滑块运动往复运动机构，它由电动机通过摆轮和曲柄带动小车做滑块运动。往复运动机构可以是气动活塞或者液压活塞往复运动机构，液压活塞往复运动机构由液压泵、液压油箱、电磁换向阀、液压缸、活塞、推拉杆、复位弹簧组成。
本发明半固态金属铸造的工艺流程如下：1)把金属放入熔解炉中加热熔化成液态金属。2)把熔解炉中熔化的液态金属逐步流入保温炉中。3)调节电动浇铸阀门控制从保温炉流入搅拌冷却槽内液态金属的流量。4)通过数个热电偶温度传感器和数个红外线温度传感器测量各段搅拌冷却槽内液态金属的温度。5)给搅拌机和往复运动机构通电，齿轮减速电机的输出齿轮通过从动齿轮带动空心转轴转动，从而带动金属套筒和外面的带楞的耐高温陶瓷护套在流动的液态金属里转动。滑块往复运动机构的电动机带动摆轮转动，通过曲柄带动小车在轨道上做往复运动，从而带动小车上装有的搅拌机做往复运动；带楞的耐高温陶瓷护套(308)在搅拌冷却槽内的液态金属里边转动边做横向往复运动。或者液压往复运动机构的液压泵通电，液压泵从液压油箱里抽取液压油，然后通过通电打开的电磁换向阀常闭出口进入液压缸，使活塞通过推拉杆推动小车在轨道上向前移动，从而带动小车上装有的搅拌机向前移动使带楞的耐高温陶瓷护套在搅拌冷却槽内的液态金属里边转动边向前移动，在搅拌冷却槽内做横向移动，并压缩复位弹簧。当小车撞上前边的限位开关后，停电磁换向阀的电，压缩的复位弹簧释放能量推动活塞把液压缸里的液压油通过电磁换向阀的常开出口挤压到液压油箱里，与活塞连在一起的推拉杆拉动小车在轨道上向后移动，从而带动小车上装有的搅拌机向后移动使带楞的耐高温陶瓷护套在搅拌冷却槽内的液态金属里边转动边向后移动，在搅拌冷却槽内做横向移动，直到小车向后移动撞到后边的限位开关后，电磁换向阀重新通电，分别与三个搅拌机的的小车连在一起的三个液压活塞往复运动机构的电磁换向阀轮流通电和失动使三个小车做往复运动。降温段的搅拌机根据该段的热电偶温度传感器和红外线温度传感器测试的信号通过电动调节水阀来调节进入水管的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴中汽化和进入金属套筒中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套的温度、冷却了液态金属使液态金属的温度降低。结晶段的搅拌机根据该段振动盘粘度计的测试的信号通过电动调节水阀来调节进入水管的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴中汽化和进入金属套筒中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套的温度、冷却了液态金属使更多的液态金属凝固。根据液态金属的粘度与液态金属的结晶度的函数关系，粘度大结晶度就高，把凝固的金属结晶微粒在半固态金属中的所占比率控制在百分之五十至百分之八十之间。6)最后用压铸机把半固态金属压入模具中。
半固态金属铸造属于金属精密铸造，铸造出来的铸件只需稍微加工、甚至不需要加工就可以成产品。半固态金属铸造生产出来的铸件物理特性特别好，不易断裂，不易变形，机械强度高，可以用来生产铝合金轮毂。
附图说明：
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步具体详细的说明。
图1是本发明半固态金属铸造设备的结构原理图。
图2是本发明中搅拌机和液压活塞往复运动机构的剖视图。
图3是本发明中搅拌机的搅拌辊的水平剖视图。
具体实施方式：
图1、图2和图3所示，本发明半固态金属铸造设备结构如下：金属在熔解炉熔化后流到保温炉中，然后通过电动浇铸阀门1流到搅拌冷却槽2中、被搅拌机3搅拌冷却，最后被压铸机6压入模具7中。搅拌冷却槽2前高后低，搅拌冷却槽2内有三台搅拌机3搅拌冷却液态金属。搅拌冷却槽内2装有数个热电偶温度传感器。半固态金属铸造设备中装有振动盘粘度计，振动盘粘度计的平板装在搅拌冷却槽2内。搅拌冷却槽2上方装有数个红外线温度传感器。搅拌机3由带楞的耐高温陶瓷护套308、金属套筒307、空心转轴306、从动齿轮303、齿轮减速电机301、输出齿轮302、水管305、电动调节水阀304、轨道、小车4、往复运动机构组成。金属套筒307外面套有陶瓷护套308。空心转轴306下端固定在金属套筒307底部，空心转轴306的上部穿过金属套筒307顶部中心孔。金属套筒307顶部有许多排汽孔。金属套筒307内的那一段空心转轴306上有许多小孔。金属套筒307外的那一段空心转轴306通过轴承固定在小车4上。轴承上面的空心转轴306上装有从动齿轮，齿轮减速电机301的输出齿轮302与从动齿轮303啮合，齿轮减速电机301装在小车上。蒸馏水通过管道进入齿轮减速电机301的外壳、冷却齿轮减速电机301，然后通过电动调节水阀304进入水管305。水管305固定在小车4上，水管305的下端通过有机硅橡胶密封圈与空心转轴306上端活动连接。三条轨道横跨在搅拌冷却槽2上方，往复运动机构使小车4在横向轨道上做往复运动。往复运动机构可以是滑块运动往复运动机构，它由电动机通过摆轮和曲柄带动小车做滑块运动。往复运动机构可以是气动活塞或者液压活塞往复运动机构5，液压活塞往复运动机构5由液压泵、液压油箱、电磁换向阀、液压缸501、活塞502、推拉杆504、复位弹簧503组成。
图1、图2和图3所示，本发明半固态金属铸造的工艺流程如下：1)把金属放入熔解炉中加热熔化成液态金属。2)把熔解炉中熔化的液态金属逐步流入保温炉中。3)调节电动浇铸阀门1控制从保温炉流入搅拌冷却槽2内液态金属的流量。4)通过数个接触式温度传感器和数个红外线温度传感器测量各段搅拌冷却槽2内液态金属的温度。5)给搅拌机3和往复运动机构通电，齿轮减速电机301的输出齿轮302通过从动齿轮303带动空心转轴转动，从而带动金属套筒307和外面的带楞的耐高温陶瓷护套308在流动的液态金属里转动。滑块往复运动机构的电动机带动摆轮转动，通过曲柄带动小车4在轨道上做往复运动，从而带动小车4上装有的搅拌机3做往复运动；带楞的耐高温陶瓷护套308在搅拌冷却槽2内的液态金属里边转动边做横向往复运动。或者液压往复运动机构5的液压泵通电，液压泵从液压油箱里抽取液压油，然后通过通电打开的电磁换向阀常闭出口进入液压缸501，使活塞502通过推拉杆推动小车4在轨道上向前移动，从而带动小车4上装有的搅拌机向前移动使带楞的耐高温陶瓷护套308在搅拌冷却槽2内的液态金属里边转动边向前移动，在搅拌冷却槽2内做横向移动，并压缩复位弹簧503。当小车4撞上前边的限位开关后，停电磁换向阀的电，压缩的复位弹簧释503放能量推动活塞502把液压缸501里的液压油通过电磁换向阀的常开出口挤压到液压油箱里，与活塞502连在一起的推拉杆504拉动小车4在轨道上向后移动，从而带动小车4上装有的搅拌机3向后移动使带楞的耐高温陶瓷护套308在搅拌冷却槽2内的液态金属里边转动边向后移动，在搅拌冷却槽2内做横向移动；直到小车2向后移动撞到后边的限位开关后，电磁换向阀重新通电，分别与三个搅拌机3的的小车4连在一起的三个液压活塞往复运动机构5的电磁换向阀轮流通电和失动使三个小车2做往复运动。降温段的搅拌机3根据该段的热电偶温度传感器和红外线温度传感器测试的信号通过电动调节水阀304来调节进入水管305的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴306中汽化和进入金属套筒307中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套308的温度、冷却了液态金属使液态金属的温度降低。结晶段的搅拌机3根据该段振动盘粘度计的测试的信号通过电动调节水阀304来调节进入水管305的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴306中汽化和进入金属套筒307中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套308的温度、冷却了液态金属使更多的液态金属凝固。根据液态金属的粘度与液态金属的结晶度的函数关系，粘度大结晶度就高。把凝固的金属结晶微粒在半固态金属中的所占比率控制在百分之五十至百分之八十之间；6)最后用压铸机6把半固态金属压入模具7中。
Claims (4)
1.一种半固态金属铸造设备，其特征在于：金属在熔解炉熔化后流到保温炉中，然后通过电动浇铸阀门(1)流到搅拌冷却槽(2)中、被搅拌机(3)搅拌冷却，最后被压铸机(6)压入模具(7)中；搅拌冷却槽(2)前高后低，搅拌冷却槽(2)内有三台搅拌机(3)搅拌冷却液态金属，搅拌冷却槽(2)内装有数个热电偶温度传感器，半固态金属铸造设备中装有振动盘粘度计，振动盘粘度计的平板装在搅拌冷却槽(2)内，搅拌冷却槽(2)上方装有数个红外线温度传感器，搅拌机(3)由带楞的耐高温陶瓷护套(308)、金属套筒(307)、空心转轴(306)、从动齿轮(303)、齿轮减速电机(301)、输出齿轮(302)、水管(305)、电动调节水阀(304)、轨道、小车(4)、往复运动机构组成，金属套筒(307)外面套有陶瓷护套(308)，空心转轴(306)下端固定在金属套筒(307)底部，空心转轴(306)的上部穿过金属套筒(307)顶部中心孔，金属套筒(307)顶部有许多排汽孔，金属套筒(307)内的那一段空心转轴(306)上有许多小孔，金属套筒(307)外的那一段空心转轴(306)通过轴承固定在小车(4)上，轴承上面的空心转轴(306)上装有从动齿轮(303)，齿轮减速电机(301)的输出齿轮(302)与从动齿轮(303)啮合，齿轮减速电机(301)装在小车(4)上，蒸馏水通过管道进入齿轮减速电机(301)的外壳、冷却齿轮减速电机(301)，然后通过电动调节水阀(304)进入水管(305)，水管(305)固定在小车(4)上，水管(305)的下端通过有机硅橡胶密封圈与空心转轴(306)上端活动连接，三条轨道横跨在搅拌冷却槽(2)上方，往复运动机构使小车(4)在横向轨道上做往复运动。
2.根据权利要求1所述半固态金属铸造设备，其特征在于：所述往复运动机构是滑块运动往复运动机构，它由电动机通过摆轮和曲柄带动小车做滑块运动。
3.根据权利要求1所述半固态金属铸造设备，其特征在于：所述往复运动机构是气动活塞往复运动机构或者液压活塞往复运动机构(5)，液压活塞往复运动机构(5)由液压泵、液压油箱、电磁换向阀、液压缸(501)、活塞(502)、推拉杆(504)、复位弹簧(503)组成。
4.半固态金属铸造的工艺流程，其特征在于：1)把金属放入熔解炉中加热熔化成液态金属，2)把熔解炉中熔化的液态金属逐步流入保温炉中，3)调节电动浇铸阀门(1)控制从保温炉流入搅拌冷却槽(2)内液态金属的流量，4)通过数个热电偶温度传感器和数个红外线温度传感器测量各段搅拌冷却槽(2)内液态金属的温度，5)给搅拌机(3)和往复运动机构通电，齿轮减速电机(301)的输出齿轮(302)通过从动齿轮(303)带动空心转轴(306)转动，从而带动金属套筒(307)和外面的带楞的耐高温陶瓷护套(308)在流动的液态金属里转动；滑块往复运动机构的电动机带动摆轮转动，通过曲柄带动小车(4)在轨道上做往复运动，从而带动小车(4)上装有的搅拌机(3)做往复运动；带楞的耐高温陶瓷护套(308)在搅拌冷却槽(2)内的液态金属里边转动边做横向往复运动；或者液压往复运动机构(5)的液压泵通电，液压泵从液压油箱里抽取液压油，然后通过通电打开的电磁换向阀常闭出口进入液压缸(501)，使活塞(502)通过推拉杆(504)推动小车(4)在轨道上向前移动，从而带动小车(4)上装有的搅拌机(3)向前移动使带楞的耐高温陶瓷护套(308)在搅拌冷却槽(2)内的液态金属里边转动边向前移动，在搅拌冷却槽(2)内做横向移动，并压缩复位弹簧(503)；当小车(4)撞上前边的限位开关后，停电磁换向阀的电，压缩的复位弹簧(503)释放能量推动活塞(502)把液压缸(501)里的液压油通过电磁换向阀的常开出口挤压到液压油箱里，与活塞(502)连在一起的推拉杆(504)拉动小车(4)在轨道上向后移动，从而带动小车(4)上装有的搅拌机(3)向后移动使带楞的耐高温陶瓷护套在搅拌冷却槽(2)内的液态金属里边转动边向后移动，在搅拌冷却槽(2)内做横向移动，直到小车(4)向后移动撞到后边的限位开关后，电磁换向阀重新通电，分别与三个搅拌机(3)的小车(4)连在一起的三个液压活塞往复运动机构(5)的电磁换向阀轮流通电和失动使三个小车做往复运动；降温段的搅拌机(3)根据该段的热电偶温度传感器和红外线温度传感器测试的信号通过电动调节水阀(304)来调节进入水管(305)的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴(306)中汽化和进入金属套筒(307)中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套(308)的温度、冷却了液态金属使液态金属的温度降低；结晶段的搅拌机(3)根据该段振动盘粘度计的测试的信号通过电动调节水阀(304)来调节进入水管(305)的蒸馏水的水量，蒸馏水在空心转轴(306)中汽化和进入金属套筒(307)中升温吸收大量的热量，降低了陶瓷护套(308)的温度、冷却了液态金属使更多的液态金属凝固，根据液态金属的粘度与液态金属的结晶度的函数关系，粘度大结晶度就高，把凝固的金属结晶微粒在半固态金属中的所占比率控制在百分之五十至百分之八十之间；6)最后用压铸机(6)把半固态金属压入模具(7)中。
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