一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)漿料的連續(xù)快速制備裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半固態(tài)成形技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)漿料的連續(xù)快速制備裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]2010全世界汽車車輪的年需求量已達(dá)6億件，其中鋁車輪約占65%。鋁車輪制造最重要的環(huán)節(jié)是成形方式，目前主要的成形方式有低壓鑄造、重力鑄造、擠壓鑄造、差壓鑄造、鍛造等等，我國95%以上為重力鑄造與低壓鑄造。20世紀(jì)70年代初美國麻省理工學(xué)院的M.C.Flemings教授和D.B.Spencer博士首先提出的一種金屬成形的新方法，它是將金屬或合金在固相線與液相線溫度區(qū)間進(jìn)行加工制備并實(shí)現(xiàn)近終成形的新工藝，該方法被稱為半固態(tài)成形。由于該技術(shù)采用了非枝晶半固態(tài)漿料，打破了傳統(tǒng)的枝晶凝固模式，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):成形溫度低，減小了模具熱沖擊與熱疲勞強(qiáng)度，延長了模具壽命;成型溫度低使凝固過程材料收縮性減小，鑄件形成縮孔、疏松的傾向大大降低;組織細(xì)小均勻，力學(xué)性能大幅提高，材料強(qiáng)度高，可有效輕量化，品質(zhì)可媲美鍛造法，但成本低于鍛造法;大幅減少鑄件中的氣體含量;鑄造周期短，生產(chǎn)效率高;可成型的輪轂正面輪輻造型的復(fù)雜度近乎鑄造法。半固態(tài)成形生產(chǎn)速率快，適合大批量生產(chǎn)。目前國外已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用的半固態(tài)金屬主要是鋁、鎂合金，這些合金最成功的應(yīng)用主要集中于汽車領(lǐng)域，如半固態(tài)模鍛鋁合金制動(dòng)總栗體、掛架、氣缸頭、輪轂、壓縮機(jī)活塞等部件。在許多發(fā)達(dá)國家鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入到規(guī)模生產(chǎn)，該技術(shù)也被譽(yù)為21世紀(jì)最具發(fā)展前途的近終成形技術(shù)之一。
[0003]半固態(tài)成形工藝方法主要分為流變成形和觸變成形。流變成形是將半固態(tài)漿料直接進(jìn)行壓鑄或模鍛;觸變成形是將漿料首先制成坯料然后將坯料按照目標(biāo)零件需要進(jìn)行定量切割然后將定量切割的坯料進(jìn)行二次加熱后進(jìn)行壓鑄或模鍛。目前半固態(tài)汽車鋁車輪的研制在我國尚屬于空白，我公司自2009年開始進(jìn)行半固態(tài)汽車鋁合金車輪的研發(fā)，在研發(fā)過程中我公司發(fā)現(xiàn)雖然半固態(tài)成形的溫度較低、材料的凝固缺陷比液態(tài)的低壓鑄造相比較小，但對于流變成形來說，由于是從漿料制備到成形是一體化的過程，高質(zhì)量漿料的快速制備與迅速轉(zhuǎn)移是關(guān)鍵，在生產(chǎn)過程因漿料固液比例不當(dāng)，漿料中固體顆粒尺寸大，漿料中固體顆粒分布不均勻，溫度控制，漿料轉(zhuǎn)移時(shí)間控制等因素都會(huì)影響半固態(tài)鑄件的內(nèi)在品質(zhì)，因此如何保障半固態(tài)漿料的快速制備，控制漿料固液比例、漿料中固體顆粒尺寸大小、顆粒分布、溫度控制以及轉(zhuǎn)移時(shí)間是保障半固態(tài)鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有汽車鋁合金車輪半固態(tài)加工過程因不能夠快速制備與轉(zhuǎn)移而造成漿料固液比例不當(dāng)、漿料中固體顆粒尺寸大、漿料中固體顆粒分布不均勻等因素造成鑄件疏松、縮孔、冷疤、欠鑄、冷隔等不足，提供一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)漿料的連續(xù)快速制備裝置。
[0005]實(shí)現(xiàn)以上方法的技術(shù)方案是:一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)漿料的連續(xù)快速制備裝置，該裝置由連續(xù)熔化精煉凈化爐、漿料快速攪拌設(shè)備、漿料轉(zhuǎn)移坩禍與智能助力手臂組成，材料連續(xù)熔化精煉凈化爐由熔化室、保溫室、精煉凈化室、精煉凈化裝置、取料室組成；漿料快速攪拌設(shè)備由控制柜、導(dǎo)線、壓縮空氣導(dǎo)管、涂料導(dǎo)管、涂料儲(chǔ)存罐、支撐架、上下移動(dòng)控制板、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)二、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)三、涂料噴頭、刮渣板、石墨管、電磁攪拌器一、電磁攪拌器二組成;材料連續(xù)精煉凈化爐、漿料快速攪拌設(shè)備與壓鑄機(jī)(或模鍛機(jī))分布在以智能助力手臂為中心的圓周圍，該設(shè)計(jì)便于漿料的制備、快速攪拌、快速轉(zhuǎn)移。在生產(chǎn)過程由投料裝置將原材料A356.2加入熔化室，材料熔化后鋁液流入保溫室，經(jīng)保溫的鋁液流入精煉凈化室，精煉凈化合格的鋁液連續(xù)流入取料室;熔化室、保溫室、精煉凈化室與取料室通過窗口相通并依次流入下一區(qū)域。在保溫室內(nèi)每隔3.0?4.0小時(shí)依據(jù)漿料使用量加入2.0?3.0kg精煉打渣劑攪拌后保溫10?15分鐘進(jìn)行扒渣處理，保溫室內(nèi)的鋁液溫控控制在730?755°C。精煉凈化裝置裝配在精煉凈化室的側(cè)壁上，經(jīng)保溫室流入精煉凈化室的鋁液經(jīng)過精煉凈化裝置的連續(xù)凈化處理再流入取料室。熔化室、保溫室、精煉凈化室與取料室均設(shè)置加熱與溫控裝置控制各區(qū)域溫度符合工藝要求。在精煉凈化室內(nèi)采用氮?dú)庑D(zhuǎn)噴吹方式進(jìn)行連續(xù)式除氣、除渣，鋁液溫度控制在710?730°C，轉(zhuǎn)子速度在650?800轉(zhuǎn)/分鐘，氮?dú)饬髁?.5?1.5米3/小時(shí)，鋁液的表面加入1.0?1.5kg覆蓋劑并每隔2小時(shí)扒渣一次。依據(jù)漿料的使用量在鋁液精煉凈化室內(nèi)采取間隔式加入棒狀鋁鈦硼晶粒細(xì)化劑與鋁鍶稀土變質(zhì)劑，加入方式采用壓入浸熔法，所使用合金型號(hào)規(guī)格為AlTi5B1與AlSnoRE1，加入量為使鋁液含鈦量控制在0.10 %?0.16 %，含鍶量在0.008 %?0.02 %。通過連續(xù)熔化精煉凈化爐處理過的鋁液潔凈度高，含氣、含渣量低、密度在2.60g/cm3以上，化學(xué)成分均勻，a枝晶細(xì)小且均勻分布，共晶硅呈細(xì)小顆粒狀均勻分布在a枝晶的晶界，變質(zhì)細(xì)化持久不易衰退；由于熔體含有一定量的AlTi5B1與AlSnoRE1，中間合金，在熔體內(nèi)形成大量的彌散分布的高熔點(diǎn)結(jié)晶核心，以上方法為高品質(zhì)半固態(tài)漿料的制備奠定基礎(chǔ)。精煉凈化后的鋁液流入取料室其溫度控制在該材料液相線上30?40°C。漿料快速攪拌裝置的電控柜通過導(dǎo)線與壓縮空氣導(dǎo)管、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)二、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)三、涂料導(dǎo)管相連接并控制其工作;驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一與涂料噴頭組裝在一起，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)二與刮渣板組裝在一起，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)三通過皮帶可控制石墨管旋轉(zhuǎn)；涂料噴頭與刮渣板安裝在上下移動(dòng)控制板上，通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一與驅(qū)動(dòng)馬達(dá)二可上下移動(dòng);上下移動(dòng)控制板與石墨管裝配在支撐架上;涂料導(dǎo)管插入涂料儲(chǔ)存罐的底部，涂料導(dǎo)管與涂料噴頭相連接，壓縮空氣導(dǎo)管通過三通與涂料導(dǎo)管相連接。涂料噴頭裝配在上下移動(dòng)控制板的左側(cè)，刮渣板裝配在上下移動(dòng)控制板的右側(cè)。石墨管為上端開口、下端密封的中央掏孔的柱狀管，在石墨管內(nèi)部安裝電磁攪拌器一，電磁攪拌器一固定于支撐架的頂端，懸空在石墨管的內(nèi)部，在攪拌過程對漿料的中心部位進(jìn)行電磁攪拌;在漿料轉(zhuǎn)移坩禍外安裝電磁攪拌器二，對漿料轉(zhuǎn)移坩禍的外圍施加電磁場進(jìn)行攪拌，電磁攪拌器一與電磁攪拌器二的頻率在10?20赫茲，攪拌功率在12?20千瓦;該過程能夠保證了漿料轉(zhuǎn)移坩禍內(nèi)漿料的均勻形核。每次攪拌前對石墨管進(jìn)行噴涂以減緩攪拌過程腐蝕，每次攪拌后刮渣板對石墨管所粘附的鋁膜進(jìn)行清理，避免下次攪拌過程氧化鋁薄膜以及夾雜物進(jìn)入漿料影響漿料的潔凈度。漿料轉(zhuǎn)移坩禍安裝在智能助力手臂上，將智能助力手臂的動(dòng)作程序輸入電腦，漿料轉(zhuǎn)移坩禍在取料室內(nèi)先撇開液面氧化薄膜，再由計(jì)算機(jī)程序控制依據(jù)所做輪型大小取一定量的鋁液，然后將漿料轉(zhuǎn)移坩禍轉(zhuǎn)移至漿料快速攪拌裝置的石墨管下方，將石墨管插入漿料轉(zhuǎn)移坩禍中央?yún)^(qū)域的漿料內(nèi)，石墨管距石墨坩禍底部25?50mm，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)三進(jìn)行機(jī)械攪拌；同時(shí)開啟電磁攪拌器，攪拌時(shí)間控制在15?25秒，攪拌后的漿料溫度在該材料液相線上20?30°C，漿料固體顆粒相的比率在40?50%，將攪拌合格的漿料快速轉(zhuǎn)移壓鑄機(jī)(或模鍛機(jī))進(jìn)行生產(chǎn)。該技術(shù)方案可以實(shí)現(xiàn)半固態(tài)漿料連續(xù)快速連續(xù)、快速制備、轉(zhuǎn)移，漿料質(zhì)量穩(wěn)定，對實(shí)現(xiàn)汽車鋁合金車輪半固態(tài)生產(chǎn)具有重要意義。
【附圖說明】
[0006]圖1、為本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)構(gòu)示意圖。
[0007]圖2、為本發(fā)明連續(xù)熔化精煉凈化爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖3、為本發(fā)明漿料攪拌裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]具體的實(shí)施方式
[0010]如圖1、圖2與圖3所示，一種汽車鋁合金車輪半固態(tài)漿料的連續(xù)快速制備裝置，包括材料連續(xù)熔化精煉凈化爐、漿料快速攪拌設(shè)備、漿料轉(zhuǎn)移坩禍、智能助力手臂，材料連續(xù)熔化精煉凈化爐由熔化室1、保溫室2、精煉凈化裝置3、精煉凈化室4與取料室5組成;漿料快速攪拌設(shè)備由控制柜6、導(dǎo)線7、壓縮空氣導(dǎo)管8、涂料導(dǎo)管9、涂料儲(chǔ)存罐10、支撐架11、上下移動(dòng)控制板12、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一(13)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)二(I4)、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)三(15)、涂料噴頭16、刮渣板17、電磁攪拌器一 18、石墨管(19)、電磁攪拌器二 (20)組成;材料連續(xù)精煉凈化爐、漿料快速攪拌設(shè)備與壓鑄機(jī)(或模鍛機(jī))23分布在以智能助力手臂22為中心的圓周圍。在生產(chǎn)過程由投料裝置將原材料A356.2加入熔化室I，材料熔化后鋁液流入保溫室2，經(jīng)保溫的鋁液流入精煉凈化室4，精煉凈化合格的鋁液連續(xù)流入取料室5;熔化室1、保溫室2、精煉凈化室4與取料室5均設(shè)置加熱與溫控裝置，控制各階段溫度使之符合工藝要求;熔化室1、保溫室2、精煉凈化室4與取料室5通過窗口相通并依次流入下一區(qū)域。在保溫室2內(nèi)每隔3.5小時(shí)依據(jù)漿料使用量的需要加入2.5kg精煉打渣劑攪拌后保溫12分鐘進(jìn)