[发明专利]一种大尺寸轻合金半固态坯料制备装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轻合金半固态坯料制备装置及方法。

背景技术

半固态触变成形技术是20世纪70年代由美国麻省理工学院M.C.Flemings和D.B.Spencer发明的一项金属精密成形技术。半固态触变成形技术是一种继承了铸、锻工艺的综合优点的精密、近净成形技术。与传统的液态压铸相比，半固态触变成形技术具有成形温度低(液-固相温区)、模具寿命长、制件精度高、组织均匀及其力学性能高等优点；与固态锻造相比，它的显著优点是可用较小的力、较低的成本一次成形形状复杂、力学性能接近于锻件的结构零件。半固态触变成形技术中主要技术路线为：坯料制备，二次加热(重熔)和触变成形。其中如何制备半固态坯料是半固态触变成形技术最关键的一步。因为其决定和影响着整个成形过程，对成形产品的微观组织形貌和力学性能非常重要。所以发展一种高效、低成本的半固态坯料制备方法对半固态触变成形技术非常重要。目前半固态触变成形技术领域内制备半固态坯料的主要方法包括电磁搅拌、机械搅拌和应变诱导-熔化激活方法(Strain Induced Melting Activated-SIMA)。电磁搅拌虽然具有自动化程度高、不易污染浆料等优点，但是由于电磁在金属表面产生的集肤效应而使其在制备大尺寸半固态坯料方面受到限制。一般采用该方法制备直径小于150mm的半固态坯料。传统的机械搅拌方法虽然能够制备尺寸较大的坯料，但是由于搅拌螺旋或搅拌杆数量的限制(一般为1-2个)，制坯速度慢。SIMA法也很难制备大尺寸半固态坯料。因为大尺寸坯料塑性变形力大，变形困难。随着半固态触变成形技术的应用领域不断拓宽，大尺寸半固态坯料的需求越来越大。成形一些大体积的结构件需要制备大尺寸半固态坯料。

发明内容

本发明为了解决采用现有技术制备大尺寸轻合金半固态坯料速度慢的问题，进而提供了一种大尺寸轻合金半固态坯料制备装置及方法。

本发明为解决上述问题而采用的技术方案是：

所述装置包括2N搅拌螺旋桨，搅拌螺旋桨包括桨叶轴、小螺旋叶片和多个大叶片，所述装置还包括搅拌腔、第一加热装置、挡板机构、移动工作台、设备框架、框架支架、分半式盖板、保护气体输送管、电炉、输料管、螺旋泵、第二电机、N个第一电机、N个第一齿轮轴、N个第一锥齿轮、N个第二锥齿轮、N个第二齿轮轴、N个第二直齿轮、2N个第一直齿轮、2N个搅拌螺旋桨、2N个圆管、多个第一热电偶和多个第二热电偶，挡板机构包括第一液压缸、移动挡板和两个导滑板；搅拌螺旋桨上方设有两个大叶片，搅拌螺旋桨的下方设有小螺旋叶片，搅拌腔为上端开口且中空的圆柱形腔体，每个圆管的外侧闭上沿径向设有一个第一热电偶，第一加热装置包裹在搅拌腔的外侧壁上，移动挡板为长方形板，移动挡板的上端面沿长度方向设有两个平行的楔形槽，导滑板为长方形板，导滑板的一个侧面沿长度方向设有楔形滑块，每个楔形滑块对应设置在相应楔形槽内，第一液压缸的伸出端与移动挡板的一端固定，分半式盖板设置在搅拌腔内腔的顶部，搅拌腔的底部密封固定有2N个圆管，且搅拌腔分别与圆管连通，2N个圆管竖直设置，设备框架内设有支撑横板，设备框架的外侧固定有框架支架，电炉顶部设有第二电机，电炉内设有第一热电偶和螺旋泵，螺旋泵与第二电机的输出轴转动连接，

设备框架的顶部设有N个第一电机，第一锥齿轮固装在第一电机的输出轴上，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合，第二锥齿轮和第二直齿轮均固装在第二齿轮轴上，第二直齿轮的两侧分别与一个第一直齿轮啮合，每个搅拌螺旋桨穿过分半式盖板与相应的第一直齿轮转动连接，两个第二热电偶穿过分半式盖板设置在搅拌腔内，2N个搅拌螺旋桨穿过搅拌腔分别对应设置在2N个圆管内，搅拌腔的底部固定在支撑横板上，支撑横板底部设有挡板机构，两个导滑板相对固定在支撑横板下端面，移动挡板上端面紧靠2N个圆管底端设置，第一液压缸固定在支撑横板下端面上，移动工作台设置在挡板机构的正下方，电炉设置在框架支架上，输料管的一端设置在电炉内，输料管的另一端穿过分半式盖板伸入到搅拌腔内。

一种大尺寸轻合金半固态坯料制备方法，所述方法时按下述步骤实现的：

步骤一：将轻合金铸态坯料放入电炉内，利用电炉将轻合金铸态坯料熔化成液态并达到660℃-705℃，利用第一加热装置将搅拌腔预热至585℃-625℃，第一加热装置的加热功率选取20kW，同时利用第二加热装置将浆料收集装置预热至580℃-620℃，第二加热装置的加热功率为5kw-8kw；