CN106807919A - 一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置，所述的专用装置包括坩埚1、升液管2、密封平台3、联接底座4、多通道轻合金引晶5、密封筒6、模具固定平台7、金属型模具8。本发明装置利用合金熔体在多通道轻合金引晶内高速剪切、连续冷却过程中产生大量非均质晶核，该初生固相与金属型模具发生强烈的对流、冲击碰撞，逐渐被破碎、球化或直接生长为球形，从而获得半固态浆料，并低压一步直接成型半固态轻合金铸件。本发明的优点在于：（1）该装置集轻金属制浆、成型于一体，不需要额外附加的制浆装置，结构简单紧凑，占地小，成本低；（2）连续工作稳定、装置可控且精度高、在低压条件下即可成型高质量半固态金属制件。

Description

一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置
技术领域
本发明属于半固态金属加工技术领域，特别是涉及一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置。
背景技术
自从20 世纪70 年代初期，美国麻省理工学院M C Flemings 等研究人员创立了金属半固态成形的概念，半固态金属浆料的制备和成形技术作为一种新型的技术引起了世界各国的广泛关注。目前国内外已经发明了多种半固态制浆及成型装置，但是对于采用低压铸造方法一步制备轻合金半固态浆料并直接流变成型金属制件的装置国内外未见报道。在西方国家，对于半固态制浆机器成型装置的研究较为成熟，主要有美国专利US6645323B2，即麻省理工学院自主开发的SSRTM（Semi-solid rheocasting）流变成形技术，其所使用的制浆装置为机械搅拌装置，所用的流变成型设备为半固态专用的挤压铸造机；加拿大Alcan铝业公司自主设计开发的SEED（Swirled enthalpy equilibration device）流变成形技术，该技术采用的半固态制浆装置为一个偏心旋转的机构，所用的流变成型设备为普通的压铸机；日本UBE公司开发的NRC（New rheocasting process）流变成形技术，并申请了欧洲专利EP0745691A1。该技术采用的金属半固态制浆装置为一个倾斜的坩埚或平板，所采用的流变成型设备为普通的压铸机；南非科学与工业研究委员会开发的CSIR（council for scientific and industrial research）流变成形技术，所采用的轻金属半固态制浆装置为带有电磁搅拌和冷却气体的升降机构，采用的流变成型设备为普通的压铸机；瑞典延雪平大学(Jonkoping University)开发的RSF( rapid slurry forming)流变成形技，其发明设计的轻金属半固态制浆装置为机械搅拌装置，所使用的搅拌杆为插有金属块的合金钢杆，半固态流变成型设备为自主开发设计的压铸机和挤压机；英国专利UK 9922696 提出了双螺旋机械搅拌流变成形工艺，所使用的制浆装置为双螺旋机械搅拌设备，采用的成型设备为普通压铸机。
我国对于半固态制浆及其流变成型装置的开发研究起步较晚，其中有色金属研究总院、哈尔滨工业大学、北京科技大学、上海大学、南昌大学、华中科技大学等许多科研院所和高校，在半固态金属成形理论、浆料流变行为、成形工艺等方面进行了深入的研究，并开发出各具特色的半固态浆料制备装置和方法，代表性的有：低过热度高效激冷制备半固态金属浆料的方法及装置（专利号：201310061805.2），一种轻合金半固态浆料制备装置（专利号：201110339603.0），一种制备半固态合金流变浆料或坯料的装置（专利号：20112020360 1.4），波浪型倾斜版振动制浆装置(专利号:200710011510.9),半固态浆料洁净制备装置（专利号：201410031466.8），一种摇摆搅拌装置制备半固态浆料和流变成形设备（专利号：201310298037.2）等等。
以上各种制备半固态合金浆料的装置及成型设备各有自己的特点，但也都存在各自的不足，大多数还只是停留在实验室研究阶段，仍需提出新的制浆、半固态成型装置和技术，以便简化工艺，降低成本，逐步推动半固态金属加工技术的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于（1）克服现有半固态制浆工艺需要单独专门的装置进行轻金属半固态浆料的制备，而且目前现有的半固态浆料制浆装置存在结构复杂，可控性差，连续制备半固态浆料可靠性差等不足之处，提供一种集在线制备轻合金半固态浆料制备、一步成型半固态金属制件的装置；（2）克服现有的轻合金半固态浆料需要采用专门的挤压或压铸设备在高压条件下成型的高成本、工艺单一的弊端，提供一种普通低压成型半固态轻合金制件的装置。该装置利用高速剪切激冷原理，合金熔体在多通道轻合金引晶内高速剪切、连续冷却过程中产生大量非均质晶核，该初生固相由于气体压力的作用与金属型模具发生强烈的对流、冲击碰撞，逐渐被破碎、球化或直接生长为球形，从而获得半固态浆料，该半固态浆料在气体压力作用下一步直接成型半固态轻合金铸件，实现从半国态浆料制备到低压流变成形的一体化过程。
本发明的技术方案是：首先熔炼、精炼、除气、除杂，获得高于液相线15～35℃的轻合金金属液，然后将预热至300℃左右的升液管放置在开设有凹形圆槽的密封平台3上；再将联接底座4与密封平台3紧密配合，之后将模具固定平台7采用沉头螺杆与联接底座4固定联接；完成该操作后将装有轻合金引晶5的密封筒6从模具固定平台7的中心孔穿过并下落至具有定位凹形圆槽的联接底座上；最后将预热至180～200℃的金属型模具采用斜定位销固定在模具上，并采用螺栓进行锁紧。所有装置安装完后，开始进行合金熔体低压浇注，在熔体充型的过程中完成轻合金半固态浆料的制备，制备的半固态浆料在气体压力作用下成型凝固，实现从半国态浆料制备到低压流变成形的一体化过程。
一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置，包括密封平台3和联接底座4，所述的联接底座4放置在密封平台3上方并与其紧密配合，其特征在于：
所述的联接底座4内腔有凹形弧槽与密封平台的锥形凸台相配合，不仅保证了装置的密封性，而且巧妙地将联接底座4的底部与升液管2的底端面紧密贴合。
进一步的，所述的轻合金引晶5可以采用砂型或金属型重力铸造成型，成型的轻合金引晶5不需要额外的机械加工，只要进行喷砂处理即可使用，制作简单、方便；轻合金引晶5及其通道大小、高度均可以依据流变低压成形的铸件重量而定，可以灵活设计、调整；使用完之后的轻合金引晶5可以进行回炉回收，节约成本和资源。
进一步的，所述的密封筒6一端与联接底座4相连，另一端直接定位在金属型模具8内，保证了合金熔体及后期形成的半固态浆料不会从两侧飞出，操作安全可行，而且在一定程度上对轻合金熔体具有较强激冷作用，促进合金熔体的过热快速移除。
进一步的，所述的模具固定平台7通过沉头螺杆与联接底座4相连，其中沉头螺杆高度可调；模具固定平台4中间开设有圆形孔洞，方便密封筒6的定位，而且模具固定平台4两端设有楔形导向块，方便金属型模具8的定位。
进一步的，所述的金属型模具8采用对半分型，模具顶端设有0.5mm厚的排气槽，保证了半固态浆料充型过程气体的排放；金属模具8采用紧固螺栓和螺母进行锁紧，采用四个斜定位销与固定平台进行固定，简单方便、有效地防止模具倾倒，操作简便、安全。
进一步的，所用的低压铸造设备要求轻金属熔体的升液速度达到60～80mm/s,金属模具8的预热温度在180～200℃，轻金属引晶5的预热温度在70～90℃。
本发明实现了轻合金半固态浆料的在线快速制备及一步低压成型，连续工作稳定性高，是一种先进的半固态金属加工装置，其优点在于：
1. 制备轻合金半固态浆料时，不需要对半固态浆料的温度进行实时监控，精确控制，只需要控制坩埚中合金熔体的温度，可控性高，而且稳定性好。
2. 整套装置集轻金属半固态制浆、成型于一体，该装置结构紧凑、体积小重量轻，易于清理；另外不需要单独的半固态制浆装置，而且制备的半固态浆料直接在低压压力作用下在金属模具中成型，省却了浆料输送过程，减少了浆料产生氧化、夹杂的可能。
3.轻合金半固态制件成型之后，轻合金引晶直接与铸件浇注***一起切除，清理方便，而且切除的引晶与浇注***可以进行回炉回收，绿色环保，降低生产成本。
4.整套装置的制作无需特殊的加工制作，制作方便，尤其是对于轻合金引晶的制作直接采用砂型或金属型重力浇注成型即可，不需要额外的其他机械加工处理。
5.该装置浇注完轻合金半固态铸件之后，直接将铸件及轻合金引晶从装置中拔出，对装置稍作清理，换置新的轻合金引晶即可进行下一次半固态轻金属的制作，装置长时间连续工作的可靠性高。
附图说明
图1是制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法装置各组件结构示意图。
图2是制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法装置***结构示意图。
图3是制造半固态轻合金铸件的低压铸造一步法装置***A-A剖面结构示意。

Claims (8)

1.一种制造半固态轻合金铸件低压铸造一步法的专用装置，包括密封平台3和联接底座4，所述的联接底座4放置在密封平台3上方并与其紧密配合，其特征在于：所述的联接底座4内腔有凹形弧槽与密封平台的锥形凸台相配合，不仅保证了装置的密封性，而且巧妙地将联接底座4的底部与升液管2的底端面紧密贴合。
2.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：（1）轻合金引晶5可以采用砂型或金属型重力铸造成型，成型的轻合金引晶5不需要额外的机械加工，只要进行喷砂处理即可使用，制作简单、方便；（2）轻合金引晶5及其通道大小、高度均可以依据流变低压成形的铸件重量而定，可以灵活设计、调整；（3）使用完之后的轻合金引晶5可以进行回炉回收，节约成本和资源。
3.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：密封筒6一端与联接底座4相连，另一端直接定位在金属型模具8内，保证了合金熔体及后期形成的半固态浆料不会从两侧飞出，操作安全可行，而且在一定程度上对轻合金熔体具有较强激冷作用，促进合金熔体的过热快速移除。
4.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：模具固定平台7通过沉头螺杆与联接底座4相连，其中沉头螺杆高度可调；模具固定平台4中间开设有圆形孔洞，方便密封筒6的定位，而且模具固定平台4两端设有楔形导向块，方便金属型模具8的定位。
5.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：金属型模具8采用对半分型，模具顶端设有0.5mm厚的排气槽，保证了半固态浆料充型过程气体的排放；金属模具8采用紧固螺栓和螺母进行锁紧，采用四个斜定位销与固定平台进行固定，简单方便、有效地防止模具倾倒，操作简便、安全。
6.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：所用的低压铸造设备要求轻金属熔体的升液速度达到60～80mm/s,金属模具8的预热温度在180～200℃，轻金属引晶5的预热温度在70～90℃。
7.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：制备轻合金半固态浆料时，不需要对半固态浆料的温度进行精确控制，只需要控制坩埚中合金熔体的温度，可控性高，而且稳定性好。
8.根据权利要求1所述的制造半固态轻合金低压铸造一步法的专用装置，其特征在于：该套装置集轻金属半固态制浆、成型于一体，不需要单独的半固态制浆装置，采用普通的低压铸造设备在低压条件下即可成型半固态轻金属制件，成本低、占地小。
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