一種強(qiáng)化冷卻攪拌制備半固態(tài)漿料方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]自從20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)麻省理工學(xué)院MC 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(guó)的廣泛關(guān)注。半固態(tài)加工是利用金屬?gòu)囊簯B(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(zhǎng)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。
[0003]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(zhǎng)，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(jiǎn)單等特點(diǎn)，近年來受到國(guó)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。
[0004]半固態(tài)漿料的制備是金屬半固態(tài)技術(shù)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。目前制備半固態(tài)漿料的方法有很多，可以分為攪拌法、超聲振動(dòng)法、通道或板澆注法、熔體分散混合法、應(yīng)變誘發(fā)熔體激活法等幾大類。這些方法基本都是依靠擾動(dòng)和降溫的基本原理來制備，它們都有自己的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。其中，機(jī)械攪拌法以其簡(jiǎn)單靈活、效率高、成本低廉，是制造企業(yè)最愿意接受的制備方法。隨著研發(fā)水平的逐漸提高，國(guó)內(nèi)外先后研發(fā)的成套的機(jī)械攪拌類裝置和工藝有:日本的單螺旋攪拌法(US: 5865240)，英國(guó)布魯內(nèi)爾大學(xué)的雙螺旋攪拌工藝(US:6745818)、北京科技大學(xué)開發(fā)的錐筒式攪拌裝置(專利:200810114097.3)等。他們的特點(diǎn)都是從進(jìn)料口澆入過熱合金熔體，在攪拌室內(nèi)降溫的同時(shí)受到單個(gè)或多個(gè)螺桿的攪拌或擠壓作用來制備半固態(tài)漿料，制備好后流入成形設(shè)備成形。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制備成本低，缺點(diǎn)是過冷熔體在攪拌器上冷凝掛料，多次制備后需要拆卸清理，而設(shè)備笨重拆卸不便，同時(shí)對(duì)操作者要求較高，很難進(jìn)行工業(yè)推廣。之后北京科技大學(xué)開發(fā)了強(qiáng)制對(duì)流攪拌設(shè)備及工藝(專利201120425807.1)，其裝置是通過在攪拌室內(nèi)加入石墨內(nèi)襯并使用大螺旋葉片作為攪拌器，設(shè)備結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，更加輕便緊湊，拆卸也相對(duì)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性相對(duì)更好。但是掛料問題也依然存在，需要定期進(jìn)行清理。此外這類依靠復(fù)雜攪拌器強(qiáng)烈攪拌的機(jī)械攪拌制備方法會(huì)使熔體卷入氣體，但卷入氣體是否能完全逸出也是一個(gè)潛在問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有攪拌技術(shù)和裝置存在的問題，本發(fā)明提供了一種強(qiáng)化冷卻攪拌制備半固態(tài)漿料的方法和裝置，采用降低復(fù)雜攪拌器的強(qiáng)烈攪拌作用，同時(shí)增加攪拌軸的冷卻作用，在簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)的同時(shí)增加其冷卻形核制備能力，增加設(shè)備和工藝穩(wěn)定性，解決現(xiàn)有技術(shù)中制備半固態(tài)漿料的裝置容易掛料、熔體中易卷入氣體、制備耗時(shí)長(zhǎng)及工藝不穩(wěn)定等的技術(shù)問題。
[0006]本發(fā)明是將內(nèi)部通水冷卻乳輥的原理引入旋轉(zhuǎn)攪拌軸中，與傳統(tǒng)攪拌制備半固態(tài)漿料技術(shù)有機(jī)集成而提出來的。在旋轉(zhuǎn)攪拌軸的內(nèi)部引入冷卻通道，結(jié)合旋轉(zhuǎn)接頭實(shí)現(xiàn)冷卻介質(zhì)從旋轉(zhuǎn)攪拌軸的單側(cè)進(jìn)出對(duì)攪拌軸進(jìn)行冷卻;通過內(nèi)部通有循環(huán)冷卻水的旋轉(zhuǎn)攪拌軸對(duì)過熱合金熔體進(jìn)行攪拌，一方面旋轉(zhuǎn)攪拌軸與熔體熱交換，使溫度和成分相對(duì)均勻并具有一定的過冷度，使熔體形核長(zhǎng)大，同時(shí)通過冷卻介質(zhì)將旋轉(zhuǎn)攪拌軸的熱量帶走，使攪拌軸能夠跟熔體持續(xù)熱交換，增大過冷度，增加形核率，從而制備出良好的半固態(tài)漿料。在此基礎(chǔ)上開發(fā)一種強(qiáng)化冷卻攪拌制備半固態(tài)漿料方法和裝置，將冷卻介質(zhì)在攪拌軸內(nèi)部循環(huán)冷卻與攪拌制備半固態(tài)漿料方法有機(jī)集成，既能夠單次制備大體積半固態(tài)漿料，又可以適合結(jié)合壓鑄、乳制、模鍛等常規(guī)設(shè)備進(jìn)行流變成形，批量持續(xù)不斷的制備半固態(tài)鑄錠。解決現(xiàn)有機(jī)械攪拌類設(shè)備依靠復(fù)雜攪拌器制備半固態(tài)漿料存在的卷氣及掛料清理問題，解決制備半固態(tài)漿料工藝不穩(wěn)定及制備大體積熔體時(shí)間長(zhǎng)、及與成形設(shè)備結(jié)合不易結(jié)合等問題。
[0007]—種強(qiáng)化冷卻攪拌制備半固態(tài)漿料方法，其特征在于:將過熱的合金熔體(7)置于坩禍或澆勺(6)中，通過升降裝置將內(nèi)部通有循環(huán)冷卻介質(zhì)的旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)下降到合金熔體內(nèi)(7 )，通過攪拌帶動(dòng)合金熔體(7 )對(duì)流熱交換，循環(huán)冷卻介質(zhì)不停的冷卻旋轉(zhuǎn)攪拌軸
(4)，在攪拌一定時(shí)間或攪拌到一定熔體溫度后制備出半固態(tài)漿料;升高旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)，將含有半固態(tài)漿料的坩禍或澆勺(6)靠近成形設(shè)備，并將半固態(tài)漿料倒入型腔或料室進(jìn)行成形;取出制備好的成型件并將坩禍或澆勺(6)移回原位置并盛取過熱合金熔體(7)進(jìn)行下次半固態(tài)漿料制備。
[0008]一種強(qiáng)化冷卻攪拌裝置，其特征在于:強(qiáng)化冷卻攪拌裝置由旋轉(zhuǎn)接頭(I)、傳動(dòng)齒輪(2)、軸承(3)、旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)、冷卻內(nèi)管(5)、坩禍(6)、合金熔體(7)、晶粒(8)、冷卻介質(zhì)進(jìn)管(9)、冷卻介質(zhì)出管(10)等組成;旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)與軸承(3)相連，軸承(3)與軸承座兩聯(lián);旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)與傳動(dòng)齒輪(2)相連，傳動(dòng)齒輪(2)與齒輪或電機(jī)(未畫出)相連;旋轉(zhuǎn)接頭(I)與冷卻介質(zhì)進(jìn)管(9)、冷卻介質(zhì)出管(10)、旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)和冷卻內(nèi)管(5)固定相連，冷卻內(nèi)管(5)置于旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)內(nèi)部，之間存在一定空隙;冷卻介質(zhì)從冷卻介質(zhì)進(jìn)管(9)流入旋轉(zhuǎn)接頭(I)，經(jīng)過冷卻內(nèi)管(5)流入旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)內(nèi)部，并通過冷卻內(nèi)管(5)與旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)間空隙進(jìn)入旋轉(zhuǎn)接頭(I)，最終從冷卻介質(zhì)出管(10)流出。
[0009]所述的旋轉(zhuǎn)接頭(I)可以為復(fù)合內(nèi)管固定式和復(fù)合內(nèi)管旋轉(zhuǎn)式，通過旋轉(zhuǎn)接頭(I)向旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)內(nèi)通入冷卻介質(zhì)對(duì)其進(jìn)行冷卻，冷卻介質(zhì)從攪拌軸同側(cè)流出，冷卻介質(zhì)可以是壓縮氣體、水、油、氮?dú)獾取?br>[0010]所述的旋轉(zhuǎn)攪拌軸(4)可以是單根攪拌桿，下部沒有攪拌葉片或槳葉等攪拌器;也可以存在攪拌葉片或槳葉或其他形式復(fù)雜攪拌器。螺旋攪拌軸(4)和坩禍或澆包(6)表面涂有耐火涂層或涂料，防止氧化、反應(yīng)及粘料。
[0011]所述的強(qiáng)化冷卻攪拌裝置安裝有閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，并可與成形設(shè)備控制系統(tǒng)結(jié)合聯(lián)動(dòng)控制升降、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)等操作，實(shí)現(xiàn)智能化或自動(dòng)化制備成形。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1.強(qiáng)化冷卻攪拌制備方法不存在復(fù)雜攪拌設(shè)備的掛料清理問題，減輕潛在卷氣問題，引入旋轉(zhuǎn)攪拌軸內(nèi)部冷卻循環(huán)通道，增大旋轉(zhuǎn)攪拌軸的換熱效率并使溫度保持在相對(duì)低位，有助于提尚多次制備半固態(tài)楽■料效率和單次制備半固態(tài)楽.料