[发明专利]铝合金半固态触变成形中的坯料加热装置

说明书

技术领域

本发明涉及到一种加热装置，尤其是一种铝合金半固态触变成形中的坯料加热装置。

背景技术

铝合金的半固态加工成型是近年来备受关注的一种新型加工技术，它是将含有球状初生固相均匀分散在液相中的半固态浆料直接加工成型的方法，相比传统液态压铸或者挤压铸造，半固态成型充型平稳，能够避免卷气，所得到的铸件内部组织致密，可显著改善缺陷问题，凝固收缩小而能实现近终成形，而且半固态成型产品可进一步热处理强化。在工业中比较容易得到广泛应用的一条工艺路线是半固态触变成形，它是将坯料或预变形态合金加热达到半固态温度，然后进行成形。因此在触变成形中，二次加热是一个至关重要的环节，使具有非枝晶组织结构的合金重新处于液固相线温度区间，以便进行半固态加工成形。其目的主要是快速、精确地获得触变成形工艺所需的固相体积分数，非枝晶组织逐渐长大并球化，使坯料具有良好的触变和流变性能，以提供理想的触变成形坯料。对于铸造铝合金的电磁感应二次加热较易实现，但对于变形铝合金，其半固态温度区间较窄，因此对加热过程中的控温要求很严，一般要求加热时半固态坯料的内部温差小于或等于±1～3℃，以保证铝合金在感应加热达到半固态状态时的温度均匀性。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金半固态触变成形中的坯料加热装置。

本发明采用的技术方案为：一种铝合金半固态触变成形中的坯料加热装置，包括感应加热炉炉体、坩埚、坩埚底座、感应加热线圈、石英外套保温层、压力接触式热电偶、透明石英玻璃炉盖、顶出装置、控制器，其中坩埚、坩埚底座、感应加热线圈、石英外套保温层均设置于感应加热炉炉体内，所述坩埚为圆柱体形，垂直设置于感应加热炉炉体中心，坩埚内设有用于放置坯料的空间，坩埚外依次设有石英外套保温层和感应加热线圈，坩埚底座设置于感应加热炉炉体底部，用于支撑坩埚，坩埚侧壁设有热电偶检测孔，接触式热电偶可穿过热电偶检测孔接触坯料，透明石英玻璃炉盖设置于感应加热炉炉体顶部，所述顶出装置用于推动透明石英玻璃炉盖的启合、坩埚的升降以及接触式热电偶的移动，控制器用于接受压力接触式热电偶探测到的温度并控制感应加热线圈和顶出装置的运行。

优选的，所述控制器具备恒功率模式与PID调节模式，压力接触式热电偶探测温度在室温至500℃之间控制感应加热线圈采用恒功率模式加热，500℃以上切换至PID闭环控制加热。

优选的，所述顶出装置包括顶部气缸、小气缸和底部气缸，所述顶部气缸用于推动透明石英玻璃炉盖的启合，小气缸用于控制接触式热电偶的移动，底部气缸用于控制坩埚的升降。

优选的，还包括炉盖支架，所述炉盖支架与感应加热炉炉体成30度夹角，炉盖支架一端固定在感应加热炉炉体上，另一端为自由端，炉盖支架上设有滑槽轨道，所述透明石英玻璃炉盖设置于炉盖支架上靠近感应加热炉炉体的一端，可沿滑槽轨道移动，炉盖支架的自由端设置有顶部气缸，顶部气缸驱动透明石英玻璃炉盖在炉盖支架上移动。

优选的，还包括隔热层，所述隔热层设置于感应加热线圈与感应加热炉炉体之间。

优选的，所述坩埚侧壁与感应加热线圈之间的间距为8-20mm，被加热坯料直径比坩埚直径小4-6mm。

优选的，还包括定位杆，所述定位杆垂直立于坩埚底座上，所述坩埚上设有对应的通孔以容定位杆穿过。

优选的，所述压力接触式热电偶数量为3个，一侧通过热电偶检测孔接触坯料，另一侧由弹簧压紧，由小气缸控制移动。

优选的，所述感应加热线圈通电电流频率范围在：500-1500Hz。

优选的，所述坩埚采用无磁不锈钢制成，坩埚壁厚3-5mm。

本发明的有益效果为：

①加热容器为一端有底的圆柱体坩埚，竖直设于炉体中间进行加热，首先保证了感应加热磁场穿过坩埚后在坯料周围的均匀性，进而保证加热的均匀性；再者，能够保障即使坯料过热后部分融化，出现流动熔体也不会流出，防止污染炉体和烧损线圈。

②双级加热模式实现对坯料在半固态温度以下时快速升温，缩短加热时间，在半固态温度区间时，PID闭环控制逐步降低加热功率，慢速升温最后达到稳定值，这也相当于延长坯料内部传热时间，缩小表面与心部温差。同时，线圈通电电流频率范围控制在1500Hz以下，这也有助于减小电磁感应电流的集肤效应带来的坯料径向加热不均匀性。