權(quán)利要求書： 1.一種搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形設(shè)備，其特征在于由搖擺升降桿（1）、合金熔體（2）、固定攪拌桿（3）、支架（4）、澆勺（5）、攪拌室（6）、小澆口（7）、坩堝（8）、加熱元件（9）、壓鑄機及壓室（10）、半固態(tài)漿料（11）、壓射沖頭（12）、擠壓機及壓室（13）和擠壓沖頭（14）組成；所述搖擺升降桿（1）與攪拌室（6）外壁相接，所述固定攪拌桿（3）通過支架（4）與攪拌室（6）連接，坩堝（8）與加熱元件（9）結(jié)合；由搖擺升降桿（1），固定攪拌桿（3）、支架（4）、攪拌室（6）、小澆口（7）和攪拌動力裝置組成的搖擺攪拌裝置與壓鑄機及壓室（10）結(jié)合實現(xiàn)流變壓鑄；由搖擺升降桿（1），固定攪拌桿（3）、支架（4）、攪拌室（6）、小澆口（7）和攪拌動力裝置組成的搖擺攪拌裝置搖擺攪拌裝置與擠壓機及壓室（13）結(jié)合實現(xiàn)流變擠壓。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形設(shè)備，其特征在于：搖擺升降桿（1）使攪拌室來回往復(fù)搖擺使合金熔體流動；搖擺升降桿（1）對稱分布在攪拌室（6）的兩側(cè)，下端連接有搖擺動力裝置，方式包括圓周式、往復(fù)式或搖擺式；搖擺的頻率為10~120次/分鐘。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置，其特征在于：所述固定攪拌桿（3）由一定數(shù)量的等高柱體組成，所述柱體高度為100~1000mm，柱體底部距攪拌室（6）底部10~200mm；所述柱體橫截面的形狀為圓形、方形、三角形或橢圓；柱體的材質(zhì)為鋼、陶瓷、石墨或銅。

4.按照權(quán)利要求1或2所述的半固態(tài)漿料連續(xù)制備裝置其特征在于：所述攪拌室（6）的材質(zhì)為鋼、石墨、陶瓷或銅；攪拌室（6）截面形狀為半圓、半橢圓、矩形或三角形；攪拌室（6）的內(nèi)壁涂刷有陶瓷涂料，所述陶瓷涂料的厚度為0.1~2mm；或攪拌室（6）的內(nèi)壁裝有防腐蝕和防粘內(nèi)襯；攪拌室（6）和固定攪拌桿（3）的溫度低于該金屬熔體的固相線溫度。

說明書： 一種搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半固態(tài)金屬加工技術(shù)領(lǐng)域,特別提供了一種搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形的設(shè)備。

背景技術(shù)

自從20世紀(jì)70年代初期，美國麻省理工學(xué)院MCFlemings等研究人員創(chuàng)立了金屬半固態(tài)成形的概念，半固態(tài)金屬漿料的制備和成形技術(shù)作為一種新型的技術(shù)引起了世界各國的廣泛關(guān)注。據(jù)文獻(xiàn)“Behaviorofmetalalloysinthesemisolidstate”(MCFlemings,MetallTrans,1991,22A:957-981)、“一種懸掛錐筒式半固態(tài)金屬漿料制備及輸送裝置”（康永林，中國專利，200810114097.3，2008）和《金屬材料半固態(tài)加工理論與技術(shù)》（專著：康永林，毛衛(wèi)民，胡壯麒，科學(xué)出版社，2004）報道，獲得半固態(tài)金屬漿料的方法很多，如機械攪拌法、電磁攪拌法、應(yīng)變引起的熔體激活法、晶粒細(xì)化和重熔法、紊流效應(yīng)法、單螺旋攪拌法、雙螺旋攪拌法、低過熱度傾斜板澆鑄法、熔體混合法、氣泡攪拌法等。同樣，上述文獻(xiàn)也提出了許多半固態(tài)金屬漿料的流變成形方法，如傳統(tǒng)機械攪拌式流變成形、壓射室制備漿料式流變成形、單螺旋機械攪拌流變成形、雙螺旋機械攪拌式流變成形、低過熱度傾斜板澆注式流變成形、CRP（ContinuousRheoconversionprocess）式流變成形、SEED（SwirledEnthalpyEquilibationDevice）式流變成形等。但為了降低半固態(tài)金屬漿料的制備與成形成本，世界各國的學(xué)者、專家和工業(yè)界仍在不斷努力，試圖提出新的半固態(tài)金屬漿料或坯料的制備技術(shù)。

文獻(xiàn)“semi-solidprocessingofengineeringalloysbyatwin-screwrheomoldingprocess.”(SJi,ZFanandMJBevis,MaterSci&Eng,2001,299A:210-217)提出：雙螺旋機械攪拌流變射鑄的設(shè)備主要包括液態(tài)鎂合金供料機構(gòu)、雙螺旋機械攪拌機構(gòu)、壓射機構(gòu)和中央控制機構(gòu)。在雙螺旋機械攪拌流變射鑄的設(shè)備中，一般不含有用于半固態(tài)漿料制備的搖擺攪拌裝置，只需將過熱合金熔體平穩(wěn)導(dǎo)入雙螺旋機械攪拌桶中即可。供料機構(gòu)能夠保證向雙螺旋機械攪拌機構(gòu)提供溫度合適和數(shù)量合適的液態(tài)鎂合金；液態(tài)鎂合金一旦進入攪拌系統(tǒng)，一般被雙螺旋攪拌桶強烈的剪切，一邊被快速冷卻到預(yù)期的固相分?jǐn)?shù)；當(dāng)半固態(tài)鎂合金漿料到達(dá)輸送閥時，初生固相已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙铑w粒，并均勻分布在低熔點的液相中；當(dāng)輸送閥打開時，半固態(tài)鎂合金漿料進入壓室，被壓入模具型腔，并在模具中完全凝固，最終形成機械零件。但這種雙螺旋機械攪拌流變射鑄設(shè)備僅適合于鎂合金的半固態(tài)流變成形。

中國專利200810114097.3提出了一種懸掛錐桶式半固態(tài)金屬漿料制備裝置，利用澆勺或供料裝置把液態(tài)金屬澆入到制漿裝置，合金液在通過內(nèi)外錐桶之間的縫隙時受到強烈的剪切攪拌作用，最終制備出組織細(xì)小圓整的半固態(tài)漿料；在該半固態(tài)漿料設(shè)備中，一般不含有用于半固態(tài)漿料制備的搖擺攪拌裝置，只需將過熱金屬液體澆入錐筒內(nèi)即可。

歐洲專利EP0745691A1提出了NewRheocasting技術(shù)，簡稱NRC。在NRC技術(shù)匯總，首先降低澆注金屬液的過熱度，將金屬液教主到一個傾斜平板（或傾斜圓管、或傾斜半圓管）上，金屬熔體流入手機坩堝，再經(jīng)過適當(dāng)?shù)乩鋮s凝固，這是的半固態(tài)金屬熔體中的金屬漿料進行溫度調(diào)整，以獲得盡可能均勻的溫度場或固相分?jǐn)?shù)，最終獲得半固態(tài)金屬漿料，再將該半固態(tài)金屬獎勵進行流變壓鑄或鍛造，就可成形各種另在。在NewRheocasting工藝的設(shè)備中，一般不含有用于半固態(tài)漿料制備的搖擺攪拌裝置，只需將過熱金屬熔體平穩(wěn)地澆倒傾斜平板（傾斜圓管、或傾斜半圓管）上即可。

中國專利200710176136.8提出了一種半固態(tài)金屬漿料的制備和流變成形的設(shè)備，將過熱熔體澆入由傾斜管和垂直管組成的斜直復(fù)合管通道來澆注金屬液，促進該金屬液的冷卻和形核，制備半固態(tài)金屬漿料與流變成形。在該技術(shù)的設(shè)備中，一般不含有用于半固態(tài)漿料制備的搖擺攪拌裝置，只需將過熱金屬熔體澆入到斜直澆道即可。

此外還有熔體分散混合制漿裝置（專利：200620018003.9）；不等徑彎道擠壓-剪切誘導(dǎo)等溫球晶化半固態(tài)坯復(fù)合制備法（專利：03132471.1）；剪切低溫澆注式半固態(tài)漿料制備裝置（專利：200810107252.9）；低過熱度加弱電磁攪拌制漿技術(shù)（專利：00109540.74）；波浪型傾斜版振動制漿裝置（專利：200710011510.9）；一種輕合金半固態(tài)漿料制備裝置（專利201120425807.1）等等。在以上技術(shù)的設(shè)備中，都沒有特別設(shè)置用于制備鎂鋁等輕合金半固態(tài)漿料的搖擺攪拌裝置，即不利用搖擺攪拌裝置來達(dá)到冷卻和攪拌合金熔體促進形核。

以上各種制備半固態(tài)合金漿料的裝置和方法各有自己的特點，但也都存在各自的不足，大多數(shù)還只是停留在實驗室研究階段，仍需提出新的制漿裝置和技術(shù)，以便簡化工藝，降低成本，逐步推動半固態(tài)金屬加工技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種半固態(tài)漿料的制備與流變成形的設(shè)備。該裝置利用冷卻和攪拌的原理，合金熔體由于搖擺升降桿的作用，在攪拌室內(nèi)產(chǎn)生流動，并受到固定攪拌桿的攪拌作用促進合金熔體形核，半固態(tài)漿料制備好后從澆口流出。此設(shè)備與壓鑄機、擠壓機或鍛造機等成形設(shè)備很容易實現(xiàn)流變成形。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形設(shè)備，由搖擺升降桿、合金熔體、固定攪拌桿、支架、澆勺、攪拌室、小澆口、坩堝、加熱元件、壓鑄機及壓室、半固態(tài)漿料、壓射沖頭、擠壓機及壓室和擠壓沖頭組成；所述搖擺升降桿與攪拌室外壁相接，所述固定攪拌桿通過支架與攪拌室連接，坩堝與加熱元件結(jié)合；由搖擺升降桿，固定攪拌桿、支架、攪拌室、小澆口和攪拌動力裝置組成的搖擺攪拌裝置與壓鑄機及壓室結(jié)合實現(xiàn)流變壓鑄；由搖擺升降桿，固定攪拌桿、支架、攪拌室、小澆口和攪拌動力裝置組成的搖擺攪拌裝置搖擺攪拌裝置與擠壓機及壓室結(jié)合實現(xiàn)流變擠壓。

半固態(tài)漿料搖擺攪拌裝置可以直接跟壓鑄機及壓室10進行結(jié)合實現(xiàn)流變壓鑄，制備好的半固態(tài)漿料11進入壓鑄機及壓室10后，壓射沖頭12根據(jù)工藝參數(shù)將半固態(tài)漿料11壓入型腔進行充型，得到半固態(tài)產(chǎn)品零件；同時也可以將制備坩堝8與壓鑄機及壓室10結(jié)合，將制備坩堝8內(nèi)的半固態(tài)漿料11倒入壓鑄機壓室10后，壓射沖頭12將半固態(tài)漿料11壓入型腔充型。

半固態(tài)漿料搖擺攪拌裝置可以直接跟擠壓機及壓室13結(jié)合實現(xiàn)流變擠壓成形，制備好的半固態(tài)漿料11進入擠壓機及壓室13后，擠壓沖頭14根據(jù)工藝參數(shù)將半固態(tài)漿料11壓入型腔進行充型，得到半固態(tài)擠壓零件；同時也可以將制備坩堝8與擠壓機及壓室13結(jié)合，將制備坩堝8內(nèi)的半固態(tài)漿料11倒入擠壓機壓室13后，擠壓沖頭14將半固態(tài)漿料11壓入型腔充型。

搖擺攪拌裝置的結(jié)構(gòu)見圖1和圖2，搖擺升降桿1對稱分布在攪拌室6的兩側(cè)，下端連接有搖擺動力裝置，方式包括但不限于圓周式、往復(fù)式、搖擺式等。對稱分布的搖擺升降桿1使攪拌室6來回往復(fù)搖擺使合金熔體流動。搖擺的頻率為10~120次/分鐘。固定攪拌桿3固定在攪拌室6的內(nèi)部，攪拌桿由一定數(shù)量的等高柱體組成，柱體高100~1000mm柱體底部距攪拌室6底部10~200mm。柱體橫截面的形狀包括并不限于圓形、方形、三角形、橢圓。柱體的材質(zhì)包括并不限于鋼、陶瓷、石墨、銅。攪拌室6的材質(zhì)包括并不限于鋼、石墨、陶瓷、銅；攪拌室6內(nèi)部形狀包括并不限于半圓、半橢圓、矩形、三角形；攪拌室6的內(nèi)壁涂刷陶瓷涂料，涂料的厚度為0.1~2mm；或攪拌室6的內(nèi)壁裝有防腐蝕和防粘內(nèi)襯；金屬熔體2的溫度范圍為金屬液相線溫度-50°~200°；攪拌室6和固定攪拌桿3的溫度低于該金屬熔體的固相線溫度。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：將過熱度為-50℃~200℃的金屬液澆入攪拌室，該過熱金屬受到器壁和攪拌桿的冷卻作用，同時又在搖擺的作用下，熔體在攪拌室內(nèi)產(chǎn)生流動和攪拌，促進合金熔體形核，制備半固態(tài)漿料，漿料制備好后從小澆口流出，此設(shè)備與壓鑄機、擠壓機或鍛造機等成形設(shè)備很容易實現(xiàn)流變成形。

本設(shè)備取消了復(fù)雜的電磁攪拌或機械攪拌裝置，也取消了復(fù)雜的低過熱度澆注，也大大降低了液相線澆注的難度，大大減少了制備能耗，同樣可獲得優(yōu)良的半固態(tài)金屬漿料，明顯降低了半固態(tài)金屬漿料的制備成本。設(shè)備構(gòu)造簡單、投資少、鑄件、擠壓件或鍛件的生產(chǎn)成本低，非常適合半固態(tài)金屬的流變成形及坯料的生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為搖擺攪拌裝置制備輕合金半固態(tài)漿料示意圖。

圖2為搖擺攪拌裝置側(cè)面圖。

圖3為搖擺攪拌裝置與壓鑄機結(jié)合示意圖。

圖4為搖擺攪拌裝置與擠壓機結(jié)合示意圖。

圖中：1搖擺升降桿、2合金熔體、3固定攪拌桿、4支架、5澆勺、6攪拌室、7小澆口、8坩堝、9加熱元件、10壓鑄機及壓室、11半固態(tài)漿料、12壓射沖頭、13擠壓機及壓室、14擠壓沖頭。

具體實施方式

下面結(jié)合實例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及實施效果做進一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明一種搖擺攪拌裝置制備半固態(tài)漿料和流變成形設(shè)備，該設(shè)備由搖擺升降桿1、固定攪拌桿3、支架4、澆勺5、攪拌室6和小澆口7組成的攪拌裝置、坩堝8、加熱元件9、壓鑄機及壓室10和壓射沖頭12組成流變壓鑄成形設(shè)備和擠壓機及壓室13和擠壓沖頭14組成的流變擠壓成型設(shè)備；

其中，搖擺連接桿1對稱分布在所述攪拌室6的兩側(cè)，所述搖擺連接桿1的上端與所述攪拌室6的外壁固接，所述搖擺連接桿1的下端與所述搖擺動力裝置固接，所述搖擺動力裝置15通過所述搖擺連接桿1驅(qū)動所述攪拌室6做圓周式、往復(fù)式或搖擺式運動，所述固定攪拌桿3設(shè)置在所述攪拌室6的中心位置，通過所述支架4與所述攪拌室6固接，所述攪拌室6一側(cè)的側(cè)邊上設(shè)有小澆口7。

實例1：

（1）試驗用ZL101A鋁合金的液相線為615℃，將合金在坩堝電阻爐內(nèi)熔化，待合金溫度達(dá)到720℃左右時，用鐘罩將烘干后的六氯乙烷壓入熔體低部（加入量為合金液總重量的0.5%），并輕輕擺動，進行合金熔體的除氣、除渣精煉處理，最后將合金熔體溫度降至630℃保溫。

（2）設(shè)定本發(fā)明裝置搖擺攪拌裝置的攪拌室和攪拌桿溫度為200℃，搖擺的頻率為30次/分鐘，將上一步驟熔煉好的合金熔體用澆勺5澆入搖擺攪拌裝置的攪拌室6內(nèi)，在搖擺動力裝置的驅(qū)動下，攪拌室6受到兩側(cè)搖擺升降桿1的作用下產(chǎn)生搖擺，攪拌室6的搖擺帶動攪拌室內(nèi)的合金熔體產(chǎn)生運動，同時通過支架4固定的固定攪拌桿3對熔體產(chǎn)生攪拌作用，該過熱熔體受到器壁和固定攪拌桿3的冷卻作用，同時又在搖擺的作用下，熔體在攪拌室內(nèi)產(chǎn)生流動和攪拌，促進合金熔體形核，漿料制備好后從小澆口7流入坩堝8內(nèi)，漿料的溫度處于半固態(tài)區(qū)間，其液相集體中均勻分布著一定比例的球狀初生固相。

實例2：

（1）試驗用A356鋁合金的液相線溫度為615℃，將鋁合金錠料放入到預(yù)熱溫度為400℃的坩堝電阻爐內(nèi)，待合金液溫度達(dá)到700℃后精煉，用鐘罩將烘干后的六氯乙烷壓入熔體低部（加入量為合金液總重量的0.5%），并輕輕擺動，進行合金熔體的除氣、除渣精煉處理，最后將合金熔體溫度降至640℃保溫。

（2）設(shè)定本發(fā)明裝置搖擺攪拌裝置的攪拌室和攪拌桿溫度為250℃，搖擺的頻率為60次/分鐘，將上一步驟熔煉好的合金熔體2澆入搖擺攪拌裝置的攪拌室6內(nèi)，在該過熱金屬受到器壁和固定攪拌桿3的冷卻作用，同時又在搖擺的作用下，熔體在攪拌室6內(nèi)產(chǎn)生流動和攪拌，促進合金熔體2形核，半固態(tài)漿料制備好后從小澆口7直接流入壓鑄機及壓室10，通過壓射沖頭12進行流變壓鑄成形。