CN103862003B - 一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，熔炼炉位于喂料口的侧上方，喂料口安装在三螺杆搅拌振动器的侧上方，三螺杆搅拌振动器通过行星齿轮箱和动力装置连接，三螺杆搅拌振动器的下方安装有冷却装置，当通过喂料口将熔炼炉中熔融的金属或合金浆料倒入三螺杆搅拌振动器后，控制三螺杆搅拌振动器对金属或合金熔融浆料进行搅拌与振动，将经过适当搅拌与振动的半固态浆料经冷却装置冷却，从而制备出晶粒小、球化程度高的金属或合金半固态坯料，本发明结构简单，设计合理，性能安全可靠，能够制备出非枝晶细小等轴球状或近球状微观组织的半固态坯料。
Description
技术领域
本发明属于金属半固态加工技术领域，特别涉及到一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置。
背景技术
半固态加工是20世纪70年代美国麻省理工学院的Flemings教授提出的一种金属成形方法。所谓半固态加工，就是将金属加热到固相线和液相线之间的温度，保温一定时间，以获得球形或者近球形的晶粒，然后再对其进行成形的工艺技术。球形或者近球形的半固态浆料，具有流动性好、成形力低及成形后的零件性能好等优点，因此该工艺受到越来越多的重视。
金属半固态成型包括流变成形和触变成形两种工艺路线，其中，流变成型时将半固态浆料直接在压力作用下进行成形；触变成形是将半固态浆料铸造成锭坯，根据产品尺寸需要进行下料，经二次加热后，在半固态温度下进行压力加工成形。金属半固态流变成形具有流程短、材料利用率高、成本低等优点，但其工艺过程较复杂，难度大，而触变成形涉及到的半固态坯料的二次加热、输送比较方便，因此在实际工业生产中主要采用触变成形的方法。
在半固态触变成形过程中，如何获得晶粒均匀、球形度高的半固态金属坯料，成为半固态加工工艺的重点问题。目前半固态金属材料的制备方法主要包括机械搅拌法、电磁搅拌法、单辊剪切冷却法、倾斜式冷却剪切法、喷射沉积法、超声波振动法、应变诱导体活化法等，尽管各种制备方法都有各自的优势，但同时也存在相应的局限性，制备方法单一，且制备出的半固态坯料质量可靠性和稳定性都不能满足大规模工业化应用的需求。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，结构简单、设计合理，能够制备出金属及合金的半固态坯料，提高了制备金属及合金半固态坯料的效率和质量，减少了制备时间。
为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，包括熔炼炉1、喂料口2、动力装置3、行星齿轮箱4、三螺杆搅拌振动器5及冷却装置6，熔炼炉1位于喂料口2的侧上方，喂料口2与熔炼炉1相连通，喂料口2安装在三螺杆搅拌振动器5的侧上方，喂料口2与三螺杆搅拌振动器5的内腔相连通，金属或合金熔融浆料在三螺杆搅拌振动器5的内腔中；三螺杆搅拌振动器5的上方依次安装有行星齿轮箱4和动力装置3，三螺杆搅拌振动器5通过行星齿轮箱4和动力装置3连接，三螺杆搅拌振动器5的下方安装有冷却装置6，三螺杆搅拌振动器5的内腔底部和冷却装置6的进料口相连通；
所述的动力装置3包括安装在行星齿轮箱4上部的支座4-1上的第一电机3-1、第二电机3-2、第三电机3-3以及第四电机3-4，且第一电机3-1、第二电机3-2、第三电机3-3以及第四电机3-4均为交流永磁同步伺服电机；
所述的行星齿轮箱4包括通过第一联轴器4-2与第一电机3-1连接的齿轮轴4-5，位于行星齿轮箱体4-4内部的第一空心齿轮4-6、第二空心齿轮4-7以及第三空心齿轮4-8分别与齿轮轴4-5啮合构成行星传动齿轮组，并分别将动力传递给与其固连的第一驱动件4-9、第二驱动件4-10以及第三驱动件4-11；
所述的三螺杆搅拌振动器5包括搅拌振动筒5-9，搅拌振动筒5-9内分布有加热器5-10和冷却器5-11，搅拌振动坩埚5-8位于搅拌振动筒5-9内侧，耐高温盖板5-13位于搅拌振动筒5-9上部，第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3位于三螺杆搅拌振动筒5-9中央，且第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3结构完全相同，第一螺杆搅拌振动装置5-1包括通过第二联轴器4-3与第二电机3-2连接的第一偏心轴5-4，第一偏心轴5-4通过第一轴承5-5以及第二轴承5-6固定在第一空心搅拌轴5-7内部，第一空心搅拌轴5-7固连在第一驱动件4-9上；第二螺杆搅拌振动装置5-2包括通过第三联轴器4-12与第三电机3-3连接的第二偏心轴5-16，第二偏心轴5-16通过第三轴承5-15以及第四轴承5-17固定在第二空心搅拌轴5-14内部，第二空心搅拌轴5-14固连在第二驱动件4-10上；第三螺杆搅拌振动装置5-3包括通过第四联轴器4-13与第四电机3-4连接的第三偏心轴5-20，第三偏心轴5-20通过第五轴承5-19以及第六轴承5-21固定在第三空心搅拌轴5-18内部，第三空心搅拌轴5-18固连在第三驱动件4-11上；
所述的冷却装置6包括安装在三螺杆搅拌振动器5下部的结晶器6-1以及引锭装置6-3。
所述的第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3，在静止状态时，三个螺旋搅拌装置并非完全啮合，当开始工作时，三个螺旋搅拌装置在螺旋搅拌和机械振动双重作用下进一步啮合，形成带有振动作用的三个啮合区，且在工作过程中，通过优化控制螺旋搅拌频率、螺旋搅拌时间、振动频率以及振动时间来制备晶粒小、球化程度高的金属或合金半固态坯料。
相对于现有技术，本发明将三螺旋搅拌法和机械振动法制备半固态坯料集成于一体，具有如下优点：结构简单，设计合理，性能安全可靠，能够制备出非枝晶细小等轴球状或近球状微观组织的半固态坯料。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的动力装置分布图。
图3是本发明的联轴器分布图。
图4是本发明的行星齿轮箱结构放大视图。
图5是本发明的行星齿轮箱局部剖视图。
图6是本发明的第二螺杆搅拌振动装置剖视图。
图7是本发明的第三螺杆搅拌振动装置剖视图。
图8是本发明的三螺杆搅拌振动轴静止空间分布图。
图9是本发明的三螺杆搅拌振动轴运动空间分布图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1，一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，包括熔炼炉1、喂料口2、动力装置3、行星齿轮箱4、三螺杆搅拌振动器5及冷却装置6，熔炼炉1位于喂料口2的侧上方，喂料口2与熔炼炉1相连通，喂料口2安装在三螺杆搅拌振动器5的侧上方，喂料口2与三螺杆搅拌振动器5的内腔相连通，金属或合金熔融浆料在三螺杆搅拌振动器5的内腔中；三螺杆搅拌振动器5的上方依次安装有行星齿轮箱4和动力装置3，三螺杆搅拌振动器5通过行星齿轮箱4和动力装置3连接，三螺杆搅拌振动器5的下方安装有冷却装置6，三螺杆搅拌振动器5的内腔底部和冷却装置6的进料口相连通；
参照图2，所述的动力装置3包括安装在行星齿轮箱4上部的支座4-1上的第一电机3-1、第二电机3-2、第三电机3-3以及第四电机3-4，且第一电机3-1、第二电机3-2、第三电机3-3以及第四电机3-4均为交流永磁同步伺服电机。
参照图3、图4、图5，所述的行星齿轮箱4包括通过第一联轴器4-2与第一电机3-1连接的齿轮轴4-5，位于行星齿轮箱体4-4内部的第一空心齿轮4-6、第二空心齿轮4-7以及第三空心齿轮4-8分别与齿轮轴4-5啮合构成行星传动齿轮组，并将动力传递给与其固连的第一驱动件4-9、第二驱动件4-10以及第三驱动件4-11。
参照图1、图6、图7，所述的三螺杆搅拌振动器5包括搅拌振动筒5-9，搅拌振动筒5-9内分布有加热器5-10和冷却器5-11，搅拌振动坩埚5-8位于搅拌振动筒5-9内侧，耐高温盖板5-13位于搅拌振动筒5-9上部，第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3位于三螺杆搅拌振动筒5-9中央，且第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3结构完全相同，第一螺杆搅拌振动装置5-1包括通过第二联轴器4-3与第二电机3-2连接的第一偏心轴5-4，第一偏心轴5-4通过第一轴承5-5以及第二轴承5-6固定在第一空心搅拌轴5-7内部，第一空心搅拌轴5-7固连在第一驱动件4-9上；第二螺杆搅拌振动装置5-2包括通过第三联轴器4-12与第三电机3-3连接的第二偏心轴5-16，第二偏心轴5-16通过第三轴承5-15以及第四轴承5-17固定在第二空心搅拌轴5-14内部，第二空心搅拌轴5-14固连在第二驱动件4-10上；第三螺杆搅拌振动装置5-3包括通过第四联轴器4-13与第四电机3-4连接的第三偏心轴5-20，第三偏心轴5-20通过第五轴承5-19以及第六轴承5-21固定在第三空心搅拌轴5-18内部，第三空心搅拌轴5-18固连在第三驱动件4-11上；
所述的冷却装置6包括安装在三螺杆搅拌振动器5下部的结晶器6-1以及引锭装置6-3。
参照图8、图9，所述的第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3，在静止状态时，三个螺旋搅拌装置并非完全啮合，当开始工作时，三个螺旋搅拌装置在螺旋搅拌和机械振动双重作用下进一步啮合，形成带有振动作用的三个啮合区，且在工作过程中，通过优化控制螺旋搅拌频率、螺旋搅拌时间、振动频率以及振动时间来制备晶粒小、球化程度高的金属或合金半固态坯料。
本发明的工作原理为：
本发明的总体工作原理为：将熔炼炉1中熔融的金属或合金浆料通过喂料口2倒入三螺杆搅拌振动器5，分别控制第一电机3-1、第二电机3-2、第三电机3-3以及第四电机3-4转动，进而驱动三螺杆螺旋搅拌振动器5对金属或合金熔融浆料进行搅拌与振动，待搅拌与振动一段时间后，逐步下降引锭装置6-1，则制备的金属或合金的半固态浆料5-12将在结晶器6-1的作用下逐渐变成半固态坯料6-2。
单螺杆搅拌振动装置对金属或合金熔融浆料进行搅拌与振动的原理为：以第一螺杆搅拌振动装置5-1为例进行说明，一方面，通过控制第一电机3-1转动，第一电机3-1通过第一联轴器4-2将动力传递给齿轮轴4-5，齿轮轴4-5再将动力传递给与其啮合的第一空心齿轮4-6，再由第一空心齿轮4-6将动力传递给与其固连的第一驱动件4-9，最后第一驱动件4-9将动力传递给空心搅拌轴5-7进而完成对金属或合金的半固态浆料5-12的螺旋搅拌；另一方面，通过控制第二电机3-2转动，第二电机3-2通过第二联轴器4-3将动力传递给穿过第一空心齿轮4-6的偏心轴5-4，偏心轴5-4旋转产生的偏心力通过第一轴承5-5以及第二轴承5-6传递给空心搅拌轴5-7进而完成对金属或合金的半固态浆料5-12的机械振动。
三螺杆搅拌振动装置对金属或合金熔融浆料进行搅拌与振动的原理为：在静止状态时，第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3只是部分啮合，在工作过程中，第一螺杆搅拌振动装置5-1、第二螺杆搅拌振动装置5-2以及第三螺杆搅拌振动装置5-3在螺旋搅拌和机械振动的双重作用下会进一步啮合，形成带有振动作用的三个啮合区，使得搅拌、振动效果更为有效，从而制备出晶粒更小、球化程度更高的金属或合金半固态坯料。
Claims (2)
1.一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，包括熔炼炉（1）、喂料口（2）、动力装置（3）、行星齿轮箱（4）、三螺杆搅拌振动器（5）及冷却装置（6），其特征在于：熔炼炉（1）位于喂料口（2）的侧上方，喂料口（2）与熔炼炉（1）相连通，喂料口（2）安装在三螺杆搅拌振动器（5）的侧上方，喂料口（2）与三螺杆搅拌振动器（5）的内腔相连通，金属或合金熔融浆料在三螺杆搅拌振动器（5）的内腔中；三螺杆搅拌振动器（5）的上方依次安装有行星齿轮箱（4）和动力装置（3），三螺杆搅拌振动器（5）通过行星齿轮箱（4）和动力装置（3）连接，三螺杆搅拌振动器（5）的下方安装有冷却装置（6），三螺杆搅拌振动器（5）的内腔底部和冷却装置（6）的进料口相连通；
所述的动力装置（3）包括安装在行星齿轮箱（4）上部的支座（4-1）上的第一电机（3-1）、第二电机（3-2）、第三电机（3-3）以及第四电机（3-4），且第一电机（3-1）、第二电机（3-2）、第三电机（3-3）以及第四电机（3-4）均为交流永磁同步伺服电机；
所述的行星齿轮箱（4）包括通过第一联轴器（4-2）与第一电机（3-1）连接的齿轮轴（4-5），位于行星齿轮箱体（4-4）内部的第一空心齿轮（4-6）、第二空心齿轮（4-7）以及第三空心齿轮（4-8）分别与齿轮轴（4-5）啮合构成行星传动齿轮组，并分别将动力传递给与其固连的第一驱动件（4-9）、第二驱动件（4-10）以及第三驱动件（4-11）；
所述的三螺杆搅拌振动器（5）包括搅拌振动筒（5-9），搅拌振动筒（5-9）内分布有加热器（5-10）和冷却器（5-11），搅拌振动坩埚（5-8）位于搅拌振动筒（5-9）内侧，耐高温盖板（5-13）位于搅拌振动筒（5-9）上部，第一螺杆搅拌振动装置（5-1）、第二螺杆搅拌振动装置（5-2）以及第三螺杆搅拌振动装置（5-3）位于三螺杆搅拌振动筒（5-9）中央，且第一螺杆搅拌 振动装置（5-1）、第二螺杆搅拌振动装置（5-2）以及第三螺杆搅拌振动装置（5-3）结构完全相同，第一螺杆搅拌振动装置（5-1）包括通过第二联轴器（4-3）与第二电机（3-2）连接的第一偏心轴（5-4），第一偏心轴（5-4）通过第一轴承（5-5）以及第二轴承（5-6）固定在第一空心搅拌轴（5-7）内部，第一空心搅拌轴（5-7）固连在第一驱动件（4-9）上；第二螺杆搅拌振动装置（5-2）包括通过第三联轴器（4-12）与第三电机（3-3）连接的第二偏心轴（5-16），第二偏心轴（5-16）通过第三轴承（5-15）以及第四轴承（5-17）固定在第二空心搅拌轴（5-14）内部，第二空心搅拌轴（5-14）固连在第二驱动件（4-10）上；第三螺杆搅拌振动装置（5-3）包括通过第四联轴器（4-13）与第四电机（3-4）连接的第三偏心轴（5-20），第三偏心轴（5-20）通过第五轴承（5-19）以及第六轴承（5-21）固定在第三空心搅拌轴（5-18）内部，第三空心搅拌轴（5-18）固连在第三驱动件（4-11）上；
所述的冷却装置（6）包括安装在三螺杆搅拌振动器（5）下部的结晶器（6-1）以及引锭装置（6-3）。
2.根据权利要求1所述的一种用于半固态坯料制备的三螺杆搅拌振动装置，其特征在于：所述的第一螺杆搅拌振动装置（5-1）、第二螺杆搅拌振动装置（5-2）以及第三螺杆搅拌振动装置（5-3），在静止状态时，三个螺旋搅拌装置并非完全啮合，当开始工作时，三个螺旋搅拌装置在螺旋搅拌和机械振动双重作用下进一步啮合，形成带有振动作用的三个啮合区，且在工作过程中，通过优化控制螺旋搅拌频率、螺旋搅拌时间、振动频率以及振动时间来制备晶粒小、球化程度高的金属或合金半固态坯料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150708 Termination date: 20190225 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |