一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统和工艺技术方案

本发明专利技术一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统和工艺，该装置由舀料勺，冷却结晶搅拌器，熔体扰动装置，热电偶，压铸机，压室和模腔组成；具体步骤为舀料勺舀取合金熔体后倒入压铸机压室，开启压室外侧的熔体扰动装置使靠近压室内壁的熔体产生扰动，与此同时，冷却结晶搅拌器插入压室内的熔体对其搅拌冷却，使熔体大量形核的同时创造均匀温度场和成分场，从而在压室内直接制备出半固态浆料，将浆料打入模腔获得高品质铸件。本发明专利技术采用结晶搅拌和熔体扰动复合工艺在压室内直接制备半固态浆料，浆料制备与成形均在成形系统内完成，解决了浆料在舀料勺内制备后黏度大难以倒入压室及输送过程中晶粒枝晶化问题，该工艺可控性强，应用前景广阔。

A system and process for direct pulping and forming without semi-solid slurry transfer

【技术实现步骤摘要】
一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统和工艺
本专利技术属于半固态成形
，特别是涉及一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统和工艺。
技术介绍
半固态加工技术是20世纪70年代美国麻省理工学院M.C.Flemings等人专利技术的一种先进、节能、环保的金属成形工艺。半固态浆料的制备是半固态加工技术的基础与关键，半固态浆料的制备方法多样，如气泡搅拌法、分流汇合浇道法、低过热度浇注和弱机械搅拌法、双螺旋搅拌法、电磁搅拌法、超声波搅拌法、冷却斜槽法等。但上述方法一般都存在着工艺不稳定、浆料制备后由于黏度大难倒出、难以稳定制备出高品质半固态浆料的问题。为了实现半固态浆料的稳定制备和实现连续可靠的流变成形工业化生产，国内外研究人员、学者及有关工业界人士仍在不断努力探索，试图开发出新的半固态浆料制备工艺，以进一步推动半固态浆料的高效稳定制备。中国专利03141281.5提出了“用于流变铸造的模铸法和设备”工艺，其工艺流程为给处于套筒中的浆料制造区施加电磁场，将熔融金属制造出半固态金属浆料，并将柱塞向铸模移动而将金属浆料推入模腔，该工艺未利用熔体扰动和熔体冷却结晶搅拌复合工艺使压室内的合金熔体快速降温并大量形核而变为半固态浆料，制浆效率慢，熔体内部形核少，且由于温度均匀性差导致初生固相枝晶化生长。欧洲专利EP0745691A1提出了NewRheocasting(NRC)工艺，其工艺流程为：将低过热度的合金熔体倒入倾斜板内，使其在倾斜板流动冷却过程中形成含有大量初生固相的半固态浆料，浆料流入收集坩埚后，通过控制冷却强度使浆料中的初生固相以球形方式成长，再对半固态浆料进行温度调整，以获得尽可能均匀的温度场，最终获得半固态浆料。在NRC工艺中，未采用熔体扰动和熔体冷却结晶搅拌复合工艺使压室内的合金熔体快速变为半固态浆料，而且制浆区与成形区相分离、难以将浆料制备与成形一体化衔接。文献“薄壁铝合金滤波器散热壳体RSF半固态压铸工艺模拟”(张宇，王连登，许朋朋，特种铸造及有色合金，2016)提出一种RSF浆料快速制备方法，即通过控制熔体的焓熵来快速制取半固态浆料,以获得球状晶组织结构，但该方法对半固态浆料的制备存在着边部浆料受到的搅拌和扰动小，倒料时容易粘在舀料勺内壁的问题，未能实现在成形系统内直接制备半固态浆料与流变成形一体化。值得注意的是，以上半固态浆料制备方法各有各的特点，但也都存在自身不足，因此仍需开发新的适合于半固态浆料高效稳定制备的新工艺，以提高浆料制备效率，降低浆料制备成本，从而推动半固态成形技术的产业化升级。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有半固态浆料制备工艺不稳定、效率低、浆料黏度大易粘料和工业化推广难等问题，提供了一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统和工艺，即将合金熔体倒入成型设备压室后，利用压室外侧的熔体扰动装置抑制压室壁面附近的晶粒枝晶生长及通过压室倒料口插入熔体内部的冷却结晶搅拌器使熔体内部快速冷却并大量形核，由于冷却结晶搅拌和扰动产生的对流使熔体内部的温度场和成分场较为均匀，破坏了枝晶生长环境，从而快速制备出内部含有大量细小且分布均匀的近球状或球状初生固相的半固态浆料。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统，所述成形系统包括：舀料勺，用于将熔炼炉内的合金熔体转移到成型设备的压室内；熔体冷却结晶搅拌器，用于对所述成型设备的压室内合金熔体进行直接冷却搅拌；熔体扰动装置，用于对所述成型设备的靠近压室边缘的合金熔体进行扰动搅拌；热电偶，用于对压室内合金熔体温度变化进行监测；成型设备，用于对经过复合搅拌处理后的合金熔体进行流变成形，获得高品质流变成形件。进一步，所述舀料勺置于所述成型设备的压室的倒料口上方，所述热电偶和熔体冷却结晶搅拌器设置在所述压室的内部，所述熔体扰动装置设置在所述压室外侧壁的四周。进一步，所述的熔体扰动装置包括机械扰动装置、电磁扰动装置或超声扰动装置；所述熔体扰动装置的数量为至少一个。进一步，所述的熔体冷却结晶搅拌器包括机械搅拌装置或超声搅拌装置；所述熔体冷却结晶搅拌器的数量为至少一个；所述熔体冷却结晶搅拌器的结构为实心体或内部通入冷却介质的盲孔结构。进一步，所述成型设备为压铸机或挤压铸造机。本专利技术的另一目的是提供一种采用上述的一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的工艺，所述工艺具体包括以下步骤：S1)通过舀料勺从熔炼炉内舀取合金熔体后通过倒料口倒入压室内，合金熔体温度高于其液相线5℃～300℃；S2)对压室内的合金熔体采用间接搅拌和直接强冷搅拌；S3)当合金熔体的温度降到预设的半固态浆料温度，停止直接强冷搅拌和间接搅拌，通过冲头将制备好的半固态浆料打入成型设备模腔进行流变成形，获得高品质流变成形件。进一步，所述的合金熔体包括铝合金、镁合金、钢铁、高温合金、锡合金、锌合金、钛合金及其复合材料。进一步，所述S2)中直接强冷搅拌和间接搅拌时间为5-40s，合金熔体的降温速率为0.3～6℃/s。进一步，所述S2)间接搅拌为超声波搅拌时的功率为300～3000W；为电磁搅拌的电流为20～350A,频率为20～300Hz；为机械振动频率为20～1200Hz。进一步，所述的直接强冷搅拌为机械搅拌时的转速为100～2000r/min；为超声波搅拌的功率为200～3000W。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的系统，浆料制备在成形系统内完成，避免了半固态浆料单独制备后由于黏度大难倒出、浆料转移过程中晶粒长大和枝晶化的问题，半固态浆料制备过程稳定高效，工业化推广和应用前景好。2、熔体扰动避免了靠近压室内壁的合金熔体未受充分扰动而导致晶粒枝晶生长，熔体冷却结晶搅拌促使熔体内部快速降温和大量形核，同时压室内合金熔体的温度场和浓度场基本均匀一致，有利于制备出内部含有大量细小、圆整且分布均匀初生固相的半固态浆料。附图说明图1为本专利技术一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形工艺的流程图。图2为本专利技术中直接在成形系统内制备半固态浆料示意图。图3为本专利技术中机械搅拌与电磁扰动复合工艺在压铸机压室内直接制备半固态浆料示意图。图4为本专利技术中超声搅拌与电磁扰动复合工艺在压铸机压室内直接制备半固态浆料示意图。图5为本专利技术中机械搅拌与机械扰动复合工艺在挤压铸造机压室内直接制备半固态浆料示意图。图6为本专利技术中机械搅拌与超声扰动复合工艺在挤压铸造机压室内直接制备半固态浆料示意图。图中：1、舀料勺；2、熔炼炉；3、合金熔体；4、熔体搅拌器；5、熔体扰动装置；6、热电偶；7、半固态浆料；8、初生固相；9、压铸机；10、压室；11、倒料口；12、压铸件；13、挤压铸造机；14、模腔；15、冲头；16、冷却介质；17、机械搅拌器；18、电磁振动器；19、超声搅拌器；20、机械振动器；21、超声振动器。具体实施方式为使本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统，其特征在于，所述系统包括：/n舀料勺，用于将熔炼炉内的合金熔体转移到成型设备的压室内；/n熔体冷却结晶搅拌器，用于对所述成型设备的压室内合金熔体进行直接冷却搅拌；/n熔体扰动装置，用于对所述成型设备的靠近压室边缘的合金熔体进行扰动搅拌；/n热电偶，用于对压室内合金熔体温度变化进行监测；/n成型设备，用于对经过复合搅拌处理后的合金熔体进行流变成形，获得高品质流变成形件。/n

【技术特征摘要】
1.一种无需半固态浆料转移直接制浆与成形的系统，其特征在于，所述系统包括：
舀料勺，用于将熔炼炉内的合金熔体转移到成型设备的压室内；
熔体冷却结晶搅拌器，用于对所述成型设备的压室内合金熔体进行直接冷却搅拌；
熔体扰动装置，用于对所述成型设备的靠近压室边缘的合金熔体进行扰动搅拌；
热电偶，用于对压室内合金熔体温度变化进行监测；
成型设备，用于对经过复合搅拌处理后的合金熔体进行流变成形，获得高品质流变成形件。


2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述舀料勺置于所述成型设备的压室的倒料口上方，所述热电偶和熔体冷却结晶搅拌器设置在所述压室的内部，所述熔体扰动装置设置在所述压室外侧壁的四周。


3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的熔体扰动装置包括机械扰动装置、电磁扰动装置或超声扰动装置；所述熔体扰动装置的数量为至少一个。


4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的熔体冷却结晶搅拌器包括机械搅拌装置或超声搅拌装置；所述熔体冷却结晶搅拌器的数量为至少一个；所述熔体冷却结晶搅拌器的结构为实心体或内部通入冷却介质的盲孔结构。


5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成型设备为压铸机或挤压铸造机。


6....

【专利技术属性】
技术研发人员：祁明凡，李静媛，徐玉昭，乌拉别克·朱玛别克，康永林，陈雨来，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11