CN104907527A - 半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于半固态制浆技术领域，公开了一种半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法。半固态制浆设备，包括用于对汤勺中汤料进行搅拌的搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒和用于驱动所述搅拌棒旋转的旋转驱动装置，所述搅拌装置还包括用于驱动所述搅拌棒移动的位置调整装置，所述搅拌棒和旋转驱动装置连接于所述位置调整装置。半固态制浆***包括上述的半固态制浆设备。半固态制浆方法，采用上述的半固态制浆***。本发明所提供的半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法，其易于将常规压铸升级半固态生产***，生产可靠性高、成本低且占用空间较小，半固态制浆设备易联动，易于实现工业自动化生产，可靠性佳。

Description

半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法

技术领域

本发明属于半固态制浆技术领域，尤其涉及一种半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法。

背景技术

半固态桨料制备是材料半固态成形的关键，自从半固态成形技术发明以来，半固态制备一直是研究的热点，先后发明了机械搅拌、电磁搅拌、紊流法、应变诱发熔体激活法，喷射沉积法、电场法、液相线铸造法、循环等温法等几十种半固态桨料的制备方法，并依据这些技术原理研制相应设备，在不同的合金中取得了成功的应用，但是，能够用批量生产并达到商业化的壮半固态制桨设备却很少。

现国内常规压铸自动化生产单元应用非常广泛，在工业4.0及航天、汽车、3C产品轻量化生产主题下，提高铝、镁合金压铸件的质量、强度及力学性能，选择半固态压铸生产是一个必然趋势。

现有技术中，常规压铸自动化设备升级半固态自动化单元，改造成本高，而且制备半固态浆料的连续性差，制备效率低，不利于采用半固态压铸或挤压铸造成形方法工业化、规模化、连续化铸造产品，而且，半固态浆料质量仍然存在提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法，其制备半固态浆料的连续性佳，制备效率高，半固态浆料质量高。

本发明的技术方案是：一种半固态制浆设备，包括用于对汤勺中汤料进行搅拌的搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒和用于驱动所述搅拌棒旋转的旋转驱动装置，所述搅拌装置还包括用于驱动所述搅拌棒移动的位置调整装置，所述搅拌棒和旋转驱动装置连接于所述位置调整装置。

可选地，所述位置调整装置为两轴或三轴伺服联动结构。

可选地，所述位置调整装置包括水平轴运动组件和连接于所述水平轴运动组件的升降轴运动组件，所述旋转驱动装置连接于所述升降轴组件，所述搅拌棒连接于所述旋转驱动装置。

可选地，所述水平轴运动组件包括水平导轨和滑动连接于所述水平导轨的水平滑动件，所述水平轴运动组件还包括第一伺服电机和水平传动机构，所述水平传动机构连接于所述第一伺服电机与所述水平滑动件之间。

可选地，所述升降轴运动组件包括固定连接于所述水平滑动件的升降导轨和滑动连接于所述升降导轨的升降滑动件，所述升降轴运动组件还包括第二伺服电机和升降传动机构，所述升降传动机构连接于所述第二伺服电机与所述升降滑动件之间。

可选地，所述搅拌棒具有流体冷却通道。

本发明还提供了一种半固态制浆***，包括熔炉，还包括上述的半固态制浆设备，所述半固态制浆设备与所述熔炉相邻设置或固定连接于所述熔炉。

可选地，所述熔炉包括自熔炉中舀起汤料的汤勺，所述汤勺连接有用于驱动所述汤勺且由伺服电机驱动的汤勺驱动部件；所述熔炉具有操控面板，所述半固态制浆设备的操作组件集成于所述熔炉的操控面板。

可选地，所述半固态制浆设备具有接线急停安全回路、软件急停安全回路和区域急停安全回路。

本发明还提供了一种半固态制浆方法，采用上述的半固态制浆***，包括以下步骤：汤勺下降并从熔炉中舀起汤料后上升至搅拌位置，控制***向半固态制浆设备发出“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备收到“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒至汤勺内并对汤勺内的汤料进行搅拌，搅拌后，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒复位，所述汤勺向压铸机注汤后复位。

本发明所提供的半固态制浆设备、半固态制浆***和半固态制浆方法，其通过搅拌装置在压铸前对汤料进行搅拌，利于快速形成半固态浆料，形成非树枝晶状组织的半固态浆料，制件能进行T 6热处理，强度及力学性能可得到较好的改善，可以生产要求强度较高，气密性好的薄板等类型的铸件，易于将常规压铸升级半固态生产***，生产可靠性高、成本低且占用空间较小，半固态制浆设备易联动，易于实现工业自动化生产，可靠性佳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的半固态制浆***的立体示意图；

图2是图1中A处局部放大示意图；

图3是本发明实施例提供的半固态制浆***的立体示意图；

图4是本发明实施例提供的半固态制浆设备中搅拌棒的平面示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

如图1～图4所示，本发明实施例提供的一种半固态制浆设备，包括用于对汤勺1中汤料进行搅拌的搅拌装置2，所述搅拌装置2包括搅拌棒21和用于驱动所述搅拌棒21旋转的旋转驱动装置，所述搅拌装置2还包括用于驱动所述搅拌棒21移动的位置调整装置，所述搅拌棒21和旋转驱动装置连接于所述位置调整装置。通过位置调整装置，可以驱动搅拌棒21移动至所需位置，搅拌装置2容易联动，易于实现工业自动化生产，可以在设定的时机将搅拌棒21移至汤勺1中，以使搅拌棒21可以对汤勺1内的汤料进行搅拌，上述半固态制浆设备可以安装于熔炉3的一侧，可以很方便地对现有熔炉3进行改进、升级，可将常规压铸设备升级半固态生产设备，且生产可靠性高、成本低，占用空间较小。通过在压铸前对汤料进行搅拌，利于快速形成半固态浆料，形成非树枝晶状组织的半固态浆料，制件能进行T6热处理，强度及力学性能可得到较好的改善，可以生产要求强度较高，气密性好的薄板等类型的铸件，生产效率高，制品尺寸精度高，表面质量好，可成形复杂件和薄壁件，模具热冲击小，使用寿命长，铸件缺陷少，加工余量小，成品率高，节能并利于改善环境。搅拌装置2可以通过支架固定于熔炉3的一侧，便于装备及对现有压铸机进行升级。

具体地，所述位置调整装置可以为单轴或两轴或三轴伺服联动结构等，也可以旋臂等结构，具体应用中，可以根据实际情况选用合适的位置调整装置。

本实施例中，位置调整装置为两轴伺服联动结构，所述位置调整装置包括水平轴运动组件22和连接于所述水平轴运动组件22的升降轴运动组件23，所述旋转驱动装置连接于所述升降轴组件，所述搅拌棒21连接于所述旋转驱动装置。通过两轴伺服联动结构，可以使搅拌棒21快速、准确地到达指定的方位。

具体地，所述水平轴运动组件22包括水平导轨221和滑动连接于所述水平导轨221的水平滑动件，所述水平轴运动组件22还包括第一伺服电机和水平传动机构，所述水平传动机构连接于所述第一伺服电机与所述水平滑动件之间。水平传动机构可以为齿轮齿条传动结构或丝杆传动结构，其精度高且可靠性佳。

具体地，所述升降轴运动组件23包括固定连接于所述水平滑动件的升降导轨231和滑动连接于所述升降导轨231的升降滑动件，所述升降轴运动组件23还包括第二伺服电机和升降传动机构，所述升降传动机构连接于所述第二伺服电机与所述升降滑动件之间。升降传动机构可以为齿轮齿条传动结构或丝杆传动结构，其精度高且可靠性佳。

具体应用中，水平轴运动组件22和升降轴运动组件23也可以采用其它合适的结构，位置调整装置也可以采用机械手等其它合适结构。

具体地，所述搅拌棒21具有流体冷却通道210，在搅拌过程中，可以通过供气组件向流体冷却通道210内通入空气、惰性气体等，以减少机械搅拌过程中，对搅拌棒21的磨损，可靠性佳。具体地，所述流体冷却通道210中伸入有用于通入冷却流体的管路211，这样，在搅拌过程前后及搅拌过程中，可以通过管路211向流体冷却通道210中不断通入冷却介质，使搅拌棒21的温度控制在合适范围内，可以减少搅拌棒21的磨蚀，以有效地提高搅拌棒21的耐用性，搅拌棒21的可靠性佳。

具体地，所述流体冷却通道210为自所述搅拌棒21上端向下轴向设置的盲孔，所述管路211的末端靠近于所述盲孔的底部，所述管路211与所述盲孔之间具有间隙，冷却介质可以从盲孔的底部向上流至搅拌棒21的上端，冷却效果佳。冷却介质可以为气体或液体等，本实施例中，选用惰性气体作为冷却介质，其可避免液体渗漏等意外，且无需回收。

具体地，所述盲孔的底部靠近于所述搅拌棒21的下端，冷却效果佳。

具体地，所述管路211连接有控制阀，以在合适的时机通入冷却气体，控制阀可以由程序自动或手动控制。

具体地，所述搅拌棒21一侧设置有用于检测所述搅拌棒21表面温度的温度传感器件，以实时检测搅拌棒21的表面温度，并根据搅拌棒21的表面温度控制控制阀的开启。

具体地，所述温度传感器件和控制阀连接于可使控制阀保持开启直至所述温度传感器件检测的温度低于设定值的控制模块。设定值可以为90至100摄氏度等数值。具体应用中，搅拌棒21在横移后下降过程中，控制阀(吹气阀)打开，向搅拌棒21内吹惰性气体，搅拌棒21下降到位后，进行半固态制浆，制浆过程中，搅拌棒21内一直有气体通过。制浆完成后，搅拌棒21退回冷却位，气体仍对搅拌棒21继续冷却，直到搅拌棒21外表面温度达到90℃—100℃或以下，才停止对搅拌棒21供气，再回待机位。

具体地，所述管路211连接有气流产生装置，气流产生装置可为气泵等。

具体地，所述搅拌棒21的下端可拆卸式连接有搅拌块212，一方面可以提高搅拌效果，另一方面可以在搅拌块212被磨蚀后更换搅拌块212，应用成本更低。

具体地，所述搅拌块212可以螺纹连接于所述搅拌棒21的下端，以便于搅拌块212的拆装。

具体地，所述搅拌棒21可以采用石墨或经热处理的模具钢等材料制成，其硬度可达180HRC。

具体应用中，也可以在搅拌棒21的表面涂设耐热涂层等。

本发明实施例还提供了一种半固态制浆***，包括压铸设备、将合金材料加热形成汤料的熔炉3，还包括上述的半固态制浆设备，所述半固态制浆设备与所述熔炉3相邻设置或固定连接于所述熔炉3。上述半固态制浆设备可以安装于熔炉3的一侧，可以很方便地对现有熔炉3进行改进、升级，可将常规压铸设备升级半固态生产设备，且生产可靠性高、成本低，占用空间较小。通过在压铸前对汤料进行搅拌，利于快速形成半固态浆料，形成非树枝晶状组织的半固态浆料，制件能进行T6热处理，强度及力学性能可得到较好的改善，可以生产要求强度较高，气密性好的薄板等类型的铸件，生产效率高，制品尺寸精度高，表面质量好，可成形复杂件和薄壁件，模具热冲击小，使用寿命长，铸件缺陷少，加工余量小，成品率高，节能并利于改善环境。

具体地，所述熔炉3包括自熔炉3中舀起汤料的汤勺1，所述汤勺1连接有用于驱动所述汤勺1且由伺服电机驱动的汤勺1驱动部件；所述熔炉3具有操控面板，所述半固态制浆设备的操作组件集成于所述熔炉3的操控面板。

具体地，所述半固态制浆设备具有接线急停安全回路(线路异常时设备可以紧急停机)、软件急停安全回路(工作状态异常时设备可以紧急停机)和区域急停安全回路(异物进入指定区域时设备可以紧急停机)，设备安全可靠性佳。

半固态制浆***，在常规压铸生产中，增加一台半固态制浆设备并与压铸设备联动，就可实现半固态自动化生产，基于采用外加机械搅拌方法，在原有常规给汤机构5，搅拌棒21在汤勺1中搅拌、冷却、制桨形成半固态桨料，制桨完成，由给汤机构5输送至压铸机4入料筒、倒汤，然后压射形成半固态产品。单元中具有双模功能，在控制面板，简单选择，可实现常规压铸与半固态压铸生产单元自由切换

本发明还提供了一种半固态制浆方法，采用上述的半固态制浆***，包括以下步骤：汤勺1下降并从熔炉3中舀起汤料后上升至搅拌位置，控制***向半固态制浆设备发出“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备收到“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒21至汤勺1内并对汤勺1内的汤料进行搅拌，搅拌后，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒21复位，所述汤勺1向压铸机4注汤后复位。

具体应用中，半固态制浆方法可参考如下：半固态压铸单元原点归位，各体设备回各自原点，给汤机构5(汤勺1)下降从熔炉3中舀起汤料，给汤机构5(汤勺1)舀完汤料上升至搅拌位置，并发出信号“允许搅拌”；半固态制浆设备收到“允许搅拌”信号，搅拌棒21中芯通气阀打开，同时前行至搅拌位置开始搅拌与浆料冷却，实现快速制浆，待搅拌制浆完成后，搅拌机构上升至待机位，同时，给汤机构5收到“制浆完成信号”，给汤机构5开始前进至压铸机4压室，完成注汤，待注汤完成，发信号给压铸机4压射，给汤机构5退回待机位，待下一循环；压铸机4完成压射、取产品、喷雾后回待机位回下一个循环。

这样，可以在设定的时机将搅拌棒21移至汤勺1中，以使搅拌棒21可以对汤勺1内的汤料进行搅拌，上述半固态制浆设备可以安装于熔炉3的一侧，可以很方便地对现有熔炉3进行改进、升级，可将常规压铸设备升级半固态生产设备，且生产可靠性高、成本低，占用空间较小。通过在压铸前对汤料进行搅拌，利于快速形成半固态浆料，形成非树枝晶状组织的半固态浆料，制件能进行T6热处理，强度及力学性能可得到较好的改善，可以生产要求强度较高，气密性好的薄板等类型的铸件，相当普通压铸而言：产品性能好，生产效率高，制品尺寸精度高，表面质量好，可成形复杂件和薄壁件，与传统的液态成形技术相比，模具热冲击小，使用寿命长，铸件缺陷少，加工余量小，成品率高，节能并利于改善环境。不需采用复杂结构，就可将常规压铸升级半固态生产单元。生产可靠、成本低，占用空间较小，易联动，易实现工业自动化生产，可靠性佳。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种半固态制浆设备，其特征在于，包括用于对汤勺中汤料进行搅拌的搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌棒和用于驱动所述搅拌棒旋转的旋转驱动装置，所述搅拌装置还包括用于驱动所述搅拌棒移动的位置调整装置，所述搅拌棒和旋转驱动装置连接于所述位置调整装置。

2.如权利要求1所述的半固态制浆设备，其特征在于，所述位置调整装置为两轴或三轴伺服联动结构。

3.如权利要求1所述的半固态制浆设备，其特征在于，所述位置调整装置包括水平轴运动组件和连接于所述水平轴运动组件的升降轴运动组件，所述旋转驱动装置连接于所述升降轴组件，所述搅拌棒连接于所述旋转驱动装置。

4.如权利要求3所述的半固态制浆设备，其特征在于，所述水平轴运动组件包括水平导轨和滑动连接于所述水平导轨的水平滑动件，所述水平轴运动组件还包括第一伺服电机和水平传动机构，所述水平传动机构连接于所述第一伺服电机与所述水平滑动件之间。

5.如权利要求4所述的半固态制浆设备，其特征在于，所述升降轴运动组件包括固定连接于所述水平滑动件的升降导轨和滑动连接于所述升降导轨的升降滑动件，所述升降轴运动组件还包括第二伺服电机和升降传动机构，所述升降传动机构连接于所述第二伺服电机与所述升降滑动件之间。

6.如权利要求1至5中任一项所述的半固态制浆设备，其特征在于，所述搅拌棒具有流体冷却通道。

7.一种半固态制浆***，包括熔炉，还包括如权利要求1至6中任一项所述的半固态制浆设备，所述半固态制浆设备与所述熔炉相邻设置或固定连接于所述熔炉。

8.如权利要求7所述的半固态制浆***，其特征在于，所述熔炉包括自熔炉中舀起汤料的汤勺，所述汤勺连接有用于驱动所述汤勺且由伺服电机驱动的汤勺驱动部件；所述熔炉具有操控面板，所述半固态制浆设备的操作组件集成于所述熔炉的操控面板。

9.如权利要求7所述的半固态制浆***，其特征在于，所述半固态制浆设备具有接线急停安全回路、软件急停安全回路和区域急停安全回路。

10.一种半固态制浆方法，其特征在于，采用如权利要求6至9中任一项所述的半固态制浆***，包括以下步骤：汤勺下降并从熔炉中舀起汤料后上升至搅拌位置，控制***向半固态制浆设备发出“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备收到“允许搅拌”信号，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒至汤勺内并对汤勺内的汤料进行搅拌，搅拌后，所述半固态制浆设备中的位置调整装置驱动搅拌棒复位，所述汤勺向压铸机注汤后复位。