【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种强化冷却回旋震荡制备大体积半固态浆料的方法和装置，属于半固态金属加工。
技术介绍
1、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。半固态加工是利用金属从液态向固态转变或从固态向液态转变(即液固共存)过程中所具有的特性进行成形的方法，这一新的成形方法综合了凝固加工和塑性加工的长处，即加工温度比液态低，充型平稳，对模具热冲击小；变形抗力比固态小，从而有利于成形较复杂的零件并减少功耗，提高生产效率。
2、 流变成形工艺由制备的半固态浆料进行流变成形加工，具有生产流程短、相对成本低、设备简单等特点，半固态浆料的制备是金属半固态技术的基础与关键。目前，能应用的制备低固相率的半固态浆料技术有多种，如giss、xrf、acsr等技术，但能应用的制备高固相率半固态浆料的技术却很少。加拿大铝业公司提出了一种在合金凝固过程中通过对合金热焓的控制直接制备出高固相分数半固态浆料的方法，即为旋转热焓平衡法（ seed）。seed法可以制备高固相半固态浆料，但是其存在以下问题：1. 单次制备半固态浆料时筒体无法有效散热耗费时间长，增加卷气的潜在危险同时增加了压铸前的时间，影响生产率。制备半固态浆料过程中过热熔体的降温换热过程主要由筒体完成，在换热过程中熔体的热量传递给筒体，筒体的温度越来越高，随着筒体与熔体的温度越来越接近，两者之间的换热越来越慢。查阅相关文献和专利可知，小体积熔体至少需要60
技术实现思路
1、 本专利技术所要解决的技术问题是：现有高固相半固态技术制备半固态浆料技术中对熔体的冷却只由筒体本身完成，其换热能力有限、制浆时筒体散热能力不足，无法使熔体快速降温，短时间内提供的过冷度不高、形核能力弱、制浆时间过长，同时增加卷气风险，制浆后筒体散热缓慢、无法连续制备，现有设备及配套繁冗、成本高昂、控制困难等问题，追根究底其本质是筒体本身无连续冷却散热的能力。 为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种介质强化冷却筒体的回旋震荡搅拌制备半固态浆料的方法和装置，将冷却介质通入内部设置有冷却通道的筒体内实现对筒体的强化冷却，形成冷却介质—筒体内壁—冷却介质的三层换热结构，合金熔体倒入筒体后，筒体在电机和偏心结构的作用下作公转回旋震荡运动，熔体在筒体的回旋搅拌和冷却介质的强化冷却换热的作用下，整个熔体的温度既能快速的均匀又能快速的降温，迅速的大量形核，可以快速的制备高固相半固态浆料，将半固态浆料转移至成形设备进行半固态成形，筒体可在冷却介质的作用下短时间内快速降至室温，进行下一次半固态浆料的制备，既降低了单次制浆时间，又保证了连续制浆时与熔体每一次换热前筒体的初始温度和整个半固态浆料制备工艺制备的稳定性，又可以避免普通坩埚无强化散热能力需要几十个轮流使用的繁冗配套，降低了成本，简化了自动化控制难度。
2、本专利技术提供了一种介质强化冷却回旋震荡搅拌制备半固态浆料的装置，其包括冷却介质出管1、冷却介质进管2、接头3、传动结构4、轴承座5、压紧气缸6、压紧机构7、 筒体8、电机9、 翻转气缸（10、11）、基座12、翻转平台13、摇板14、主偏心曲轴15、支撑偏心曲轴（16、17）；所述电机（9）固定于基座（12）上，电机的输出端与基座（12）连接，基座（12）上设有传动结构，传动结构由电机（9）驱动，传动结构连接电机与主偏心曲轴（15）,电机(9)的输出端通过皮带或齿轮与主偏心曲轴(15)连接，支撑偏心曲轴(16、17)在主偏心曲轴(15)作用下作为支撑偏心结构随动，基座（12）通过至少三个偏心曲轴（15、16、17）与其上方的摇板（14）连接，摇板(14)一侧通过翻转结构（18）连接翻转平台(13)，翻转结构（18）由翻转气缸与连杆构成，实现翻转平台(13)的-45°至90°的翻转动作；翻转平台(13)下设压紧结构（7），压紧结构(7)由旋转压紧气缸(6)驱动实现筒体(8)与翻转平台（13）的压紧与松开；筒体(8)上下有多个进出口，通过接头(3)分别连接冷却介质进管和出管(2)，使冷却介质流入流出筒体内部的冷却通道，形成过热熔体----筒体内壁----冷却介质的多层换热循环冷却结构。
3、所述设置有冷却通道的筒体（8）为复合结构，其冷却通道由内外钢管所形成的整体式的全中空的空隙组成；或者在全中空的空隙结构内置入螺旋形的挡板形成螺旋通道作为冷却通道；或者在全中空的空隙结构内置入冷却管缠绕在筒体内管上，冷却通道由冷却管缠绕而成；或者筒体（8）由单个粗钢管组成，其冷却通道由顶部到底部加工有多个贯通孔再做密封组合而成。
4、所述冷却内管、冷却介质出管、冷却介质出管内的介质为气体、水、油或其它冷却介质。
5、所述的电机（9）通过偏心结构带动摇板（14）和翻转平台（13）回旋公转，其公转回旋速度由plc控制为5-300r/min之间，优选地，公转回旋速度为60-180r/min；根据制备浆料的体积大小，其公转回旋搅拌处理时间为15s-60s,优选地，处理时间为15s-30s，或依据熔体温度降至液相线以下0-40℃时结束回旋搅拌。
6、所述摇板(14)一侧通过翻转结构（18）连接翻转平台(13)，翻转结构（18）由两个垂直翻转气缸与限位连杆构成，其中一个垂直翻转气缸实现翻转平台的水平（0°）与垂直（90°）的动作，另外一个垂直翻转气缸与限位连杆实现（0°）与倾斜（-45°）的动作，倾斜的角度可以通过调整限位连杆在0~（-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，合金熔体倒入通有冷却介质的筒体内，筒体在电机和偏心结构的作用下作公转回旋震荡运动，同时冷却介质循环流入流出筒体内的冷却通道对筒体进行强化冷却，形成冷却介质—筒体内壁—冷却介质的三层换热结构，筒体能够快速散热，使熔体在回旋震荡和强化冷却的作用下快速制备高固相半固态浆料，实现单次半固态浆料的快速制备并在制备完后对筒体快速降温，保证连续制备与熔体换热前筒体温度和半固态浆料制备工艺的稳定性；每次制备好的半固态浆料转移至压铸机或模锻机或挤压机进行零件成形。
2.如权利要求1所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，包括冷却介质出管、冷却介质进管、接头、传动结构、轴承座、压紧气缸、压紧机构、 筒体、电机、 翻转气缸、基座、翻转平台、摇板、主偏心曲轴、支撑偏心曲轴；利用压紧气缸将筒体压紧在翻转平台上，将过热合金熔体倒入筒体内，翻转平台倾转保持水平；之后在电机和偏心结构的作用下开始做回旋公转运动，筒体内的过热熔体受到回旋震荡搅拌的作用；同时筒体内部有密封冷却通道，通入冷却介质形成过热熔体----筒体内壁---
3.如权利要求1所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，所述筒体内设有冷却通道，冷却通道由两个高度相同直径不同的钢管顶部和底部焊死形成的整体式的全中空结构组成，或在全中空结构内置入螺旋形的挡板形成螺旋通道结构，或者是单个钢管从顶部到底部加工多个贯通孔再做密封组合而成，或在筒体内壁管外部缠绕铝合金冷却管，外部再焊接筒体外壁管组合而成。
4.一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的装置，其特征在于，包括冷却介质出管1、冷却介质进管2、接头3、传动结构4、轴承座5、压紧气缸6、压紧机构7、 筒体8、电机9、翻转结构、基座12、翻转平台13、摇板14、偏心结构；筒体(8)上设有多个进出口，通过接头(3)分别连接冷却介质进管和出管(1、2)，使冷却介质流入筒体内部的冷却通道，形成过热熔体----筒体内壁----冷却介质的多层换热冷却结构；电机（9）固定在基座(12)上，基座(12)通过偏心结构与其上方的摇板(14)连接，摇板(14)一侧通过翻转结构连接翻转平台(13)，翻转平台(13)设有压紧结构，压紧结构由旋转压紧气缸(6)驱动实现筒体(8)在翻转平台（13）上的压紧与松开；制备半固态浆料时，摇板(14)在电机（9）通过传动结构（4）带动偏心结构的作用下进行回旋震荡运动，与摇板（14）连接的翻转平台(13)及压紧在其上的筒体(8)和内部的过热熔体都随摇板(14) 进行回旋震荡运动，过热熔体与筒体进行快速换热降温和搅拌作用进入半固态温度区间制备半固态浆料并通过机械手臂进行后续转移；内部通有冷却介质保证了制备半固态浆料后筒体迅速降至室温以便下次半固态浆料制备时筒体温度和连续制浆温度的稳定性。
5.如权利要求4所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述偏心结构包括至少包括主偏心曲轴15、支撑偏心曲轴（16、17），电机(9)的输出端通过传动结构（皮带或齿轮）与主偏心曲轴(15)连接，支撑偏心曲轴(16、17)在主偏心曲轴(15)作用下作为支撑偏心结构随动；回旋震荡运动的速度由PLC控制电机旋转实现，其公转回旋的速度为5-300r/min之间，其公转回旋处理的时间为10s-40s或根据熔体温度将至液相线以下0-40℃时结束。
6. 如权利要求4所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述翻转结构由翻转气缸（10、11）与连杆构成，其中，翻转气缸10固定于摇板(14)下可以实现翻转平台(13) 0至90°的翻转，翻转气缸11固定于翻转平台(13)下可以实现翻转平台(13)的-45°至0°的翻转动作，从而共同实现翻转平台(13)的-45°至90°的翻转。
7.如权利要求4所述的强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的装置，其特征在于，所述筒体(8)内设有冷却通道，所述冷却通道由两个高度相同直径不同的钢管顶部和底部...
【技术特征摘要】
1.一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，合金熔体倒入通有冷却介质的筒体内，筒体在电机和偏心结构的作用下作公转回旋震荡运动，同时冷却介质循环流入流出筒体内的冷却通道对筒体进行强化冷却，形成冷却介质—筒体内壁—冷却介质的三层换热结构，筒体能够快速散热，使熔体在回旋震荡和强化冷却的作用下快速制备高固相半固态浆料，实现单次半固态浆料的快速制备并在制备完后对筒体快速降温，保证连续制备与熔体换热前筒体温度和半固态浆料制备工艺的稳定性；每次制备好的半固态浆料转移至压铸机或模锻机或挤压机进行零件成形。
2.如权利要求1所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，包括冷却介质出管、冷却介质进管、接头、传动结构、轴承座、压紧气缸、压紧机构、 筒体、电机、 翻转气缸、基座、翻转平台、摇板、主偏心曲轴、支撑偏心曲轴；利用压紧气缸将筒体压紧在翻转平台上，将过热合金熔体倒入筒体内，翻转平台倾转保持水平；之后在电机和偏心结构的作用下开始做回旋公转运动，筒体内的过热熔体受到回旋震荡搅拌的作用；同时筒体内部有密封冷却通道，通入冷却介质形成过热熔体----筒体内壁----冷却介质的多层冷却结构，对筒内的熔体进行强化冷却，使过热熔体的降温速度加快，更快的达到液相线以下大量形核，在回旋震荡和强化冷却的双重作用下，在筒体内快速制备好半固态浆料；回旋运动结束之后翻转平台倾转，利用机械手臂或气缸结构夹紧筒体，同时压紧气缸松开，将半固态浆料转移并取出倒入压铸机料室内进行半固态压铸、或倒入挤压机料室内进行半固态挤压铸造，或倒入模锻机下模具内合模进行半固态模锻；同时筒体在内部冷却介质强化冷却的作用下迅速冷却至室温，保证过热熔体倒入筒体换热时的单次换热稳定及整个工艺的稳定性，并进行下一次半固态浆料的制备，实现半固态浆料的连续制备。
3.如权利要求1所述的一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的方法，其特征在于，所述筒体内设有冷却通道，冷却通道由两个高度相同直径不同的钢管顶部和底部焊死形成的整体式的全中空结构组成，或在全中空结构内置入螺旋形的挡板形成螺旋通道结构，或者是单个钢管从顶部到底部加工多个贯通孔再做密封组合而成，或在筒体内壁管外部缠绕铝合金冷却管，外部再焊接筒体外壁管组合而成。
4.一种强化冷却回旋震荡制备半固态浆料的装置，其特征在于，包括冷却介质出管1、冷却介质进管2、接头3、传动结构4、轴承座5、压紧气缸6、压紧机构7、 筒体8、电机9、翻转结构、基座12、翻转平台13、摇板14、偏心结构；筒体(8)上设有多个进出口，通过接头(3)分别连接冷却介质进管和出管(1、2)，使冷却介质流入筒体内部的冷却通道，形成过热熔体----筒体内壁----冷却介质的多层换热冷却结构；电机（9）固定在基座(12)上，基座(12)通过偏心...
【专利技术属性】
技术研发人员：周冰，陈可平，
申请(专利权)人：苏州爱思尔提科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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