[发明专利]一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法

说明书

一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法，包括熔化炉及其下方连接的电磁搅拌与超声振动复合室，电磁搅拌与超声振动复合室的出料口和转运设备配合，转运设备和压铸设备配合实现进料；本发明复合运用了超声振动和电磁搅拌两种方式进行浆料制备和浆料性能维持，提高并保证了金属液的质量，减少了金属液的损耗，提高了铸造件的整体性能，从而实现了半固态浆料制备、保存、转运到铸造的整个连续的工艺流程。

技术领域

本发明属于半固态金属加工及铸造成形技术领域，具体涉及一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法。

背景技术

金属半固态成形技术(Semi-solid Metal Processing)的工艺路线主要有两种：流变成形(Rheoforming)和触变成形(Thixoforming)。在早期触变成形是应用更广泛的半固态成形方法，但是由于金属坯料需二次加热，能耗较高，坯料表面氧化较严重，坯料损耗过多，并且生产路线加长，导致总的生产成本非常大，大大影响了生产效益。半固态流变成形是将浆料直接成形，故而具有材料利用率高，流程短,生产效率高等优点,且其适用的合金种类更多，但是同时流变成形的浆液的保存困难和输送过程所需条件苛刻,给其实际生产应用带来了一定的困难，因而使得流变成形技术是未来半固态加工工艺的重要研究方向。

到目前为止，在金属半固态浆料制备技术中，电磁搅拌制浆方法占据了主导地位，它属于无接触式搅拌法，参数控制灵活方便，不对熔体产生污染，但是由于趋肤效应，导致半固态浆料组织在制浆室径向上各处组织有差别，难以均匀，且对设备要求严格。

为了克服电磁搅拌法制浆存在趋肤效应的问题，张志峰等提出了环缝式电磁搅拌(A-EMS)法制备金属半固态浆料，核心思想是将电磁搅拌装置的中心部位加冷却器，其目的为改善电磁搅拌时金属熔体的冷却条件，加快冷却速率，克服电磁搅拌时中心部位电磁场较弱的位置。但是冷却器占据了电磁搅拌器中心很大的空间，使得每次制备的浆料量相对于传统电磁搅拌法非常有限，很大程度上影响了生产速度和效率。

超声振动作用于金属熔体时，不仅能细化晶粒、均化组织，还具有除气作用，能有效提高零件的力学性能；但是超声声压随距超声头端面的距离呈现急剧衰减的趋势。对金属熔体进行超声处理时，可将变幅杆插入液面以下直接作用于金属熔体，但变幅杆容易受到腐蚀，并对金属熔体产生污染。因此可以通过变幅杆紧密接触容器壁的方式处理容器内的金属熔体，既避免了腐蚀和污染，又保证声能的利用率。

中国专利(公开号为CN102062543B)公开了一种黑色金属半固态浆料制备的电磁搅拌与振动复合装置，其在半固态浆料送到模具进行流变成形的途中，缺乏密封运输以及浆料维持的措施，使得半固态浆料的组织不能得到很好的保障，影响后续加工零件的质量；并且其装置上的振动电机在竖直方向产生较大的激振力，首先可能会降低设备整体的使用寿命；其次激振力可能会降低搅拌室部分的电磁搅拌器的精度，影响电磁搅拌的效果。

目前关于流变成形半固态浆料制备技术，存在以下缺点：大多数制备装置采用搅拌、振动或简单复合，普遍存在搅拌头或变幅杆易腐蚀并污染熔体、声能的利用率低且振动效果不明显、趋肤效应使组织性能不均匀、装置空间大、制备浆料效率低等诸多问题；其次在流变成形浆料转运的过程中，缺少有效的浆料性能保障措施，如电磁搅拌、振动等，使得浆料组织容易产生形核减少、初生相粗大、形貌不圆整等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置与方法，复合运用超声振动和电磁搅拌两种方式进行浆料制备和浆料性能维持，提高和保证了半固态浆料的质量，减少了损耗，提高了零件的整体性能，从而实现了半固态浆料制备、保存、转运到铸造的整个连续的工艺流程。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种半固态流变成形浆料制备及定量转运的装置，包括熔化炉Ⅰ及其下方连接的电磁搅拌与超声振动复合室Ⅱ，电磁搅拌与超声振动复合室Ⅱ的出料口和转运设备Ⅲ配合，转运设备Ⅲ和压铸设备Ⅳ配合实现进料。