技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種半固態(tài)漿料制漿頭。

背景技術(shù)：

半固態(tài)金屬成形技術(shù)是一種介于固態(tài)成形與液態(tài)成形之間的金屬成形技術(shù)，其具有液態(tài)成形流動(dòng)應(yīng)力低，成形速度快，可成形復(fù)雜形狀零部件的優(yōu)點(diǎn)，目前受到學(xué)術(shù)界、制造業(yè)等領(lǐng)域廣泛的關(guān)注和研究。而半固態(tài)金屬成形技術(shù)中，最關(guān)鍵的技術(shù)就在于如何制備性能優(yōu)異的半固態(tài)漿料。

目前，半固態(tài)漿料在制備的過程中普遍采用方法是，先采用機(jī)械攪拌棒進(jìn)行攪拌，然后再對(duì)攪拌棒進(jìn)行冷卻或者加入相同材料的固態(tài)材料。這樣的制漿方式存在攪拌棒磨損快、成本高、攪拌時(shí)間長(zhǎng)、冷卻時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，影響生產(chǎn)節(jié)拍與效率，處理后的金屬液存在溫度不均和晶體結(jié)構(gòu)不均勻等缺陷，嚴(yán)重影響生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種新型制漿方式的半固態(tài)漿料制漿頭。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種半固態(tài)漿料制漿頭，所述制漿頭包括用于插入待制備漿料中的制漿棒、設(shè)于所述制漿棒頂部的聯(lián)接座，所述聯(lián)接座與所述制漿棒之間形成封閉內(nèi)腔，所述制漿棒的至少下部棒體上密布地設(shè)置有具有透氣功能的微孔，所述聯(lián)接座上或所述制漿棒的上部還開設(shè)有與所述封閉內(nèi)腔相連通的介質(zhì)入口。

優(yōu)選地，所述制漿棒包括與所述聯(lián)接座相連接的連接桿部、位于所述連接桿部下方的制漿桿部，所述制漿桿部上密布地設(shè)置有所述的微孔。

進(jìn)一步地，所述制漿桿部由陶瓷、石墨、氮化硅、碳化硅材料或不銹鋼材料制成。

優(yōu)選地，所述制漿棒的下部還固定地設(shè)置有攪拌葉輪。

優(yōu)選地，所述制漿頭還包括固設(shè)于所述封閉內(nèi)腔中的導(dǎo)流管，所述導(dǎo)流管的上部與所述介質(zhì)入口相接且所述導(dǎo)流管向下伸入所述封閉內(nèi)腔的下部。

進(jìn)一步地，所述介質(zhì)入口開設(shè)在所述聯(lián)接座上，所述導(dǎo)流管的上部固定連接在所述聯(lián)接座上并與所述介質(zhì)入口相接。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)入口處設(shè)有用于選擇通入介質(zhì)的控制閥，所述制漿棒的上部或所述聯(lián)接座上還開設(shè)有與所述封閉內(nèi)腔相連通的介質(zhì)出口。

優(yōu)選地，所述制漿棒的上部與所述聯(lián)接座相對(duì)固定地設(shè)置，或者所述制漿棒可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地連接在所述聯(lián)接座上。

優(yōu)選地，所述制漿頭還包括冷卻環(huán)，所述冷卻環(huán)固定地套設(shè)在所述聯(lián)接座的外側(cè)或所述制漿棒的上部外側(cè)，所述冷卻環(huán)上開設(shè)有用于對(duì)所述制漿棒的外側(cè)周壁進(jìn)行吹氣冷卻的環(huán)狀吹氣孔。

進(jìn)一步地，所述冷卻環(huán)套設(shè)在所述制漿棒的上部外側(cè)并固定地位于所述聯(lián)接座的下方，所述環(huán)狀吹氣孔的出風(fēng)口朝向所述制漿棒的外側(cè)周壁。

由于上述技術(shù)方案的運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：采用本發(fā)明的半固態(tài)漿料制漿頭進(jìn)行制漿工作時(shí)，通過向制漿頭的封閉內(nèi)腔中持續(xù)通入如氮?dú)獾亩栊詺怏w，使得惰性氣體經(jīng)制漿棒上密布的微孔滲入漿料溶液中而與漿料溶液之間發(fā)生激烈碰撞反應(yīng)并迅速帶走熱量，對(duì)金屬溶液進(jìn)行急冷，從而達(dá)到出渣、除氣、細(xì)化和改變材料內(nèi)部的晶體組織以及換熱的效果，使得漿料內(nèi)部的溫度均勻及內(nèi)部晶體組織更均勻，所制備的漿料經(jīng)壓鑄后獲得的產(chǎn)品金相組織更均勻，同時(shí)還可顯著地縮短制漿時(shí)間，尤其適用于鋁合金、鎂合金、鋁—鎂合金溶液半固態(tài)制漿。

附圖說明

附圖1為本實(shí)施例的制漿頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為附圖1的制漿頭上攪拌葉輪的俯視圖；

附圖3為附圖1的制漿頭在冷卻環(huán)通入冷卻介質(zhì)后的示意圖；

附圖4為本實(shí)施例的制漿機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為制漿頭未制漿工作前鋁合金溶液的金相圖；

附圖6為采用本實(shí)施例的制漿頭進(jìn)行制漿后鋁合金溶液的金相圖；

其中：10、制漿頭；1、聯(lián)接座；11、介質(zhì)入口；12、介質(zhì)出口；2、制漿棒；21、連接桿部；22、制漿桿部；22a、葉輪安裝部；3、導(dǎo)流管；4、攪拌葉輪；41、葉片；5、冷卻環(huán)；51、環(huán)狀吹氣孔；52、吹氣介質(zhì)入口；6、溫度傳感器；20、機(jī)座；201、底座；202、立柱；203、橫梁、204、支座；205、調(diào)節(jié)座；206、第一手輪；207、第二手輪；30、支架；40、旋轉(zhuǎn)馬達(dá)（旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件）；50、氣控系統(tǒng)；60、盛湯容器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。

參見圖1、圖3所示的半固態(tài)漿料制漿用制漿頭10，包括用于插入待制備漿料中的制漿棒2、設(shè)于制漿棒2頂部的聯(lián)接座1，聯(lián)接座1與制漿棒2之間形成封閉內(nèi)腔。具體地，制漿棒2具有開口朝上的中空內(nèi)腔，聯(lián)接座1設(shè)于制漿棒2的頂部并封閉其開口而使得聯(lián)接座1與制漿棒2之間形成封閉內(nèi)腔。

制漿棒2的至少下部棒體上密布地設(shè)置有具有透氣功能的微孔，該微孔的孔徑為0.5μm—25μm之間，孔隙率在45%-55%，這樣可使得通入上述封閉內(nèi)腔中具有一定壓力的惰性氣體能夠經(jīng)該微孔溢出，這樣，當(dāng)制漿頭10插設(shè)在待制備漿料中進(jìn)行制漿工作時(shí)，向上述封閉內(nèi)腔中通入惰性氣體時(shí)，該惰性氣體可通過制漿棒2上的微孔均勻地滲入漿料溶液中而與之發(fā)生激烈的碰撞反應(yīng)并迅速帶走熱量，對(duì)金屬溶液進(jìn)行急冷，從而達(dá)到出渣、除氣、細(xì)化和改變材料內(nèi)部的晶體組織以及換熱的效果。

參見圖1、圖3所示，本實(shí)施例中，制漿棒2包括與聯(lián)接座1相連接的連接桿部21、位于連接桿部21下方的制漿桿部22，制漿桿部22上密布地設(shè)置有上述的微孔結(jié)構(gòu)。具體地，該制漿桿部22可采用陶瓷、石墨、氮化硅或碳化硅、不銹鋼等材料制成，采用上述材料制作制漿桿部22時(shí)，分子間的間隙便形成了密布的毛細(xì)微孔結(jié)構(gòu)而使得制漿桿部22具有透氣功能。

連接桿部21此處采用不透氣的材料制成，這樣可在制漿過程中減少通入的惰性氣體的損失。當(dāng)然，在某些設(shè)置方式中，也可以將整個(gè)制漿棒2制成整體均具有毛細(xì)微孔結(jié)構(gòu)的棒體。

參見圖1、圖3所示，聯(lián)接座1上或者制漿棒2的上部還開設(shè)有與上述封閉內(nèi)腔相連通的介質(zhì)入口11與介質(zhì)出口12，此處，介質(zhì)入口11與介質(zhì)出口12均開設(shè)在聯(lián)接座1上。

介質(zhì)入口11處通過電磁控制閥連接有惰性氣體源與冷卻介質(zhì)源，通過電磁控制閥的工作狀態(tài)切換而可選擇地向制漿頭10的封閉內(nèi)腔中通入惰性氣體或者冷卻介質(zhì)；介質(zhì)出口12可打開或關(guān)閉。該制漿頭10在制漿工作時(shí)，介質(zhì)出口12關(guān)閉而介質(zhì)出口11與惰性氣體源相連通以持續(xù)地向封閉內(nèi)腔中供入惰性氣體；當(dāng)制漿頭10制漿結(jié)束后，介質(zhì)出口12開啟而介質(zhì)入口11與冷卻介質(zhì)源相連通以向封閉內(nèi)腔中供入冷卻介質(zhì)，以快速地對(duì)封閉內(nèi)腔進(jìn)行換熱，使得制漿頭10快速冷卻，該冷卻介質(zhì)源優(yōu)選地采用壓縮空氣。

參見圖1、圖3所示，該制漿頭10還包括固設(shè)于封閉內(nèi)腔中的導(dǎo)流管3，該導(dǎo)流管3的上部固定連接在聯(lián)接座1上并與介質(zhì)入口11相連接，該導(dǎo)流管3向下伸入封閉內(nèi)腔的下部，這樣，當(dāng)向介質(zhì)入口11通入惰性氣體或其他介質(zhì)時(shí)，通入的介質(zhì)可經(jīng)導(dǎo)流管3流入制漿棒2的下部從而使得通入的介質(zhì)快速地在封閉內(nèi)腔中均勻分布。

該制漿頭10在插入待制備漿料中進(jìn)行制漿操作時(shí)可同時(shí)進(jìn)行攪拌操作，從而使得待制備漿料溶液內(nèi)部的溫度及晶體組織分布更均勻。參見圖1、圖3所示，該制漿頭10還包括固定地設(shè)置在制漿棒2下部的攪拌葉輪4，該攪拌葉輪4的外側(cè)周部上均勻間隔地設(shè)有多個(gè)葉片41，如圖2所示。制漿棒2的制漿桿部22的下部還設(shè)有環(huán)狀的葉輪安裝部22a以用于安裝該攪拌葉輪4。

該制漿頭10還包括冷卻環(huán)5，該冷卻環(huán)5固定地套設(shè)在聯(lián)接座1的外側(cè)或制漿棒2的上部外側(cè)，冷卻環(huán)5上開設(shè)有用于對(duì)制漿棒2的外側(cè)周壁進(jìn)行吹氣冷卻的環(huán)狀吹氣孔51、與環(huán)狀吹氣孔51相連通的吹氣介質(zhì)入口52，在本實(shí)施例中，參見圖1、圖3所示，該冷卻環(huán)5套設(shè)在制漿棒2的上部外側(cè)并固定地位于聯(lián)接座1的下方，環(huán)狀吹氣孔51的出風(fēng)口朝向制漿棒2的外側(cè)周壁。這樣，在制漿頭10完成制漿工作后，該可通過向環(huán)狀吹氣孔51中通入高壓力冷氣，以對(duì)制漿棒2的外側(cè)周壁進(jìn)行清理以及快速冷卻。

該制漿頭10上還設(shè)有用于對(duì)封閉內(nèi)腔中環(huán)境溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度傳感器6， 以使得制漿頭10的封閉內(nèi)腔中的環(huán)境溫度控制在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。

參見圖4所示的制漿機(jī)，其包括機(jī)座20、設(shè)于機(jī)座20上的支架30，制漿頭10安裝在支架30上進(jìn)行制漿使用。該制漿頭10可以相對(duì)固定地設(shè)置在支架30上，也可以相對(duì)擺動(dòng)或者繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于支架30上，以在制漿的過程中同時(shí)進(jìn)行攪拌操作。

在本實(shí)施例中，參見圖4所示，制漿頭10可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在支架30上，該制漿機(jī)還包括用于驅(qū)使制漿頭10繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件，此處，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件采用的為設(shè)置在支架30上的變頻馬達(dá)40，其可根據(jù)需要來控制制漿頭10按照預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行旋轉(zhuǎn)攪拌。在其他某些實(shí)施例中，還可以將制漿棒2的上部與聯(lián)接座1之間進(jìn)行動(dòng)密封連接，而后采用旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)件直接驅(qū)使制漿棒2旋轉(zhuǎn)，也可以實(shí)現(xiàn)如上述的攪拌操作。

參見圖4所示，本實(shí)施例的機(jī)座20包括底座201、自底座201向上豎起且可進(jìn)行高度調(diào)節(jié)的立柱202、通過調(diào)節(jié)座205位置可調(diào)地設(shè)于立柱202上部且沿水平方向延伸的橫梁203、固設(shè)于橫梁203一端的支座204，機(jī)座20上還設(shè)有用于調(diào)整立柱202高度的第一手輪206、用于調(diào)整橫梁203水平位置的第二手輪207，以及用于調(diào)整橫梁203相對(duì)立柱202旋轉(zhuǎn)角度的第三手輪（圖中未示出）。

支架30可沿豎直方向升降地設(shè)于支座204上，支架30與支座204之間設(shè)有升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。具體地，支座204上設(shè)有沿上下方向延伸以提供支架30以上下滑動(dòng)導(dǎo)向的導(dǎo)軌（圖中未示出），升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用的為設(shè)于支座204與支架30之間的絲杠—螺母驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣可實(shí)現(xiàn)制漿頭10的精準(zhǔn)升降。具體可將螺母固定在支架30上，螺桿可繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)地設(shè)于支座204上，采用電機(jī)驅(qū)使螺桿旋轉(zhuǎn)便可使得螺母沿螺桿直線運(yùn)動(dòng)，從而使得支架30相對(duì)支座204上下升降。具體設(shè)置時(shí)，可將支架30設(shè)置為具有水平板部與豎直板部而呈L型的結(jié)構(gòu)，制漿頭10的聯(lián)接座1安裝在水平板部的底部，其豎直板部與支座204之間相對(duì)滑動(dòng)連接。當(dāng)然，上述的升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以采用氣缸、齒輪齒條等結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中，該制漿機(jī)還包括用于向介質(zhì)入口11供入低溫惰性氣體的第一氣源裝置、用于向介質(zhì)入口11供入換熱用低溫壓縮空氣的第二氣源裝置，惰性氣體優(yōu)選地采用氮?dú)?、氬氣。機(jī)座20上還設(shè)有氣控系統(tǒng)50以控制介質(zhì)入口11、介質(zhì)出口12的開閉狀態(tài)、供氣狀態(tài)，以及吹氣介質(zhì)入口52的供氣狀態(tài)等。

以下以鋁合金半固態(tài)鑄造的制漿為例來說明本實(shí)施例的具體工作過程：

參見圖4所示，盛湯容器60盛取鋁合金漿料后移動(dòng)至制漿頭10的下方，制漿機(jī)啟動(dòng)且氣控系統(tǒng)50先工作而使得制漿頭10的封閉內(nèi)腔內(nèi)充盈具有一定壓力的氮?dú)?，然后再?qū)使支架30沿支座204下降以使得制漿頭10的下部插設(shè)在盛湯容器60的鋁合金溶液中。在制漿的過程中，第一氣源裝置持續(xù)地向封閉內(nèi)腔內(nèi)通入低溫氮?dú)猓瑫r(shí)變頻馬達(dá)40驅(qū)使制漿頭10繞自身軸心線旋轉(zhuǎn)以對(duì)鋁合金溶液進(jìn)行攪拌。這樣通入封閉內(nèi)腔中的氮?dú)饨?jīng)制漿棒2棒體上的微孔可均勻地滲入漿料溶液中，而使得漿料中產(chǎn)生若干個(gè)微型氣泡而與鋁合金溶液發(fā)生激烈碰撞反應(yīng)并迅速帶走熱量，對(duì)金屬溶液進(jìn)行急冷，從而使得盛湯容器60內(nèi)漿料溶液的內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生從樹枝狀晶體組織（枝晶組織）到顆粒狀球形晶體組織（非枝晶組織）的變化，如圖5、圖6所示，進(jìn)而提高材料組織的機(jī)械強(qiáng)度和延伸率等綜合機(jī)械性能，最終達(dá)到所需制漿的目的。同時(shí)，在制漿過程中制漿棒2實(shí)施的劇烈攪拌操作，還能夠進(jìn)一步剪切和打碎漿料的所有樹枝晶體組織結(jié)構(gòu)，從而形成球形初生晶粒的組織結(jié)構(gòu)，這樣能夠進(jìn)一步使得惰性氣體在漿料中均勻混合，使得漿料溶液中的球形晶體組織結(jié)構(gòu)和溫度更加均勻，能夠迅速降低漿料溫度使制漿時(shí)間能大幅縮短，制備得到的漿料的性能更為理想。

在制漿完成后，支架30上升而使得制漿頭10從漿料中提起，然后向冷卻環(huán)5通入冷卻用氣體使得制漿頭10的外壁快速降溫，同時(shí)介質(zhì)出口12打開并向介質(zhì)入口11通入壓縮空氣，以對(duì)制漿頭10的封閉內(nèi)腔進(jìn)行快速換熱，這樣可使得制漿頭10整體快速降溫冷卻。盛湯容器60內(nèi)的漿料則被送至壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄處理。

以鋁合金牌號(hào)為375-T6的機(jī)箱產(chǎn)品為例，采用本實(shí)施例的制漿頭與制漿方法來進(jìn)行半固態(tài)成型，獲取產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度≥260MPa，屈服強(qiáng)度≥214MPa，同時(shí)其延伸率能夠達(dá)到8.2%以上，以及模具壽命為100000模次，成型過程中金屬溶液保溫用電能耗僅為11 KW/h，成型后的產(chǎn)品加工時(shí)切削加工量也僅為0.13kg左右。

而采用常規(guī)的壓鑄成型方式，獲取的產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度僅能達(dá)到189 MPa，屈服強(qiáng)度為148MPa，延伸率為2.6%，模具壽命也僅為60000模次，成型過程中金屬溶液保溫用電能耗僅為22KW/h，成型后的產(chǎn)品加工時(shí)切削加工量達(dá)到0.48kg以上。

可見，本實(shí)施例采用的半固態(tài)壓鑄成型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）便于成型，且成型速度快；

（2）成型時(shí)漿料不飛濺，提高了致密性，且減少了空氣摻雜；

（3）不存在宏觀偏析，提高了材料的綜合機(jī)械性能；

（4）金屬溶液保溫溫度低，節(jié)約了能源；

（5）在成型過程中可方便地加入增加相；

（6）便于實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化、提高生產(chǎn)率；

（7）改善環(huán)境、操作安全；

（8）顯著地提高了成形件的質(zhì)量與可靠性；

（9）半固態(tài)壓鑄件可以熱處理（T5、T6）；

（10）半固態(tài)成型應(yīng)力顯著降低，大大減少對(duì)成形模具的熱沖擊，提高模具壽命；

（11）成形精度高，大幅度減少零件毛胚的加工量，減少成本。

綜上，本發(fā)明的半固態(tài)漿料制漿頭，其在制漿工作時(shí)，通過向制漿頭10的封閉內(nèi)腔中持續(xù)通入如氮?dú)獾亩栊詺怏w，使得惰性氣體經(jīng)制漿棒2上密布的微孔滲入漿料溶液中而與漿料溶液之間發(fā)生激烈碰撞反應(yīng)與熱交換，從而可達(dá)到出渣、除氣、細(xì)化材料內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)及換熱的效果，使得漿料內(nèi)部的溫度均勻及內(nèi)部晶體組織更均勻，所制備的漿料經(jīng)壓鑄后獲得的產(chǎn)品金相組織更均勻。

該制漿頭10結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，其安裝在制漿機(jī)上進(jìn)行制漿使用時(shí)，制漿過程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，具有過程短、速度快、周邊配套設(shè)備少、能耗低等多重優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于鋁合金、鎂合金、鋁—鎂合金溶液半固態(tài)制漿。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。