專利名稱：觸融壓鑄坯料制造設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一項(xiàng)觸融壓鑄坯料制造設(shè)備，詳細(xì)地說，涉及用一種微細(xì)而均勻的粒子結(jié)構(gòu)進(jìn)行觸融壓鑄的坯料制造設(shè)備。
背景技術(shù)：
本申請(qǐng)已經(jīng)申請(qǐng)過韓國(guó)專利，申請(qǐng)?zhí)枮?003-25996，該專利申請(qǐng)已在2003年4月23日于韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局登記注冊(cè)，這里全文披露，以資參考。
觸融壓鑄是與流變鑄造緊密相關(guān)的一種鑄造方法，因此也可以說成流變鑄造/觸融壓鑄。流變鑄造是指用一個(gè)預(yù)定粘度的半固態(tài)金屬生料通過鑄造或鍛造過程制造坯料或最終產(chǎn)品的過程。觸融壓鑄是指將由流變鑄造制造的坯料重新加熱到半熔融生料，并對(duì)其進(jìn)行鑄造或鍛造，獲得最終產(chǎn)品的過程。在半固態(tài)狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)，半固態(tài)金屬生料由懸浮在液態(tài)中的適當(dāng)比例的球狀固體粒子組成。由于它具有觸變性，因此用一個(gè)很小的力就能夠使其變形。并且由于它們具有較高的流動(dòng)性，因此很容易鑄造，就像液體一樣。
這種流變鑄造和觸融壓鑄比采用熔融金屬實(shí)施的普通模鑄如鑄造或鍛造過程具有更高的優(yōu)勢(shì)。例如，流變鑄造或觸融壓鑄中所用的半固態(tài)或半熔融生料，與熔融金屬相比，在較低的溫度下就具有流動(dòng)性，因此流變鑄造和觸融壓鑄中的模鑄溫度可以降低，從而確保模具更長(zhǎng)的使用壽命。此外，當(dāng)通過一個(gè)缸體擠壓半固態(tài)或半熔融金屬生料時(shí)，發(fā)生紊流的可能性更低，因此在鑄造過程中滲入的空氣更少，從而可以防止在最終產(chǎn)品中形成氣窩。此外，采用半固態(tài)或半熔融生料可以減少固化過程中的收縮，提高工作效率，并可以生產(chǎn)出力學(xué)性能更高、防腐性能更好、重量更輕的產(chǎn)品。因此，這樣的半固態(tài)或半熔融金屬生料可以用作汽車、航天航空領(lǐng)域及電氣、電子信息通訊設(shè)備中的新材料。
如上所述，流變鑄造制造的坯料用在觸融壓鑄中。在通常的流變鑄造中，需要在比金屬熔化溫度更低的溫度下對(duì)金屬生料進(jìn)行攪動(dòng)，以加快冷卻速度，破壞樹枝狀結(jié)構(gòu)，形成適于進(jìn)行流變鑄造的球狀粒子，例如采用機(jī)械式攪動(dòng)、電磁攪動(dòng)、氣泵、低頻和高頻或電磁波振動(dòng)、電氣沖擊振動(dòng)等。
下面舉一個(gè)例子，美國(guó)專利3,948,650介紹了一種制造液-固混合物的方法和設(shè)備。在這種方法中，熔化后的金屬在冷卻固化過程中受到強(qiáng)力攪動(dòng)。這個(gè)專利中介紹的一種半熔融金屬生料制造設(shè)備使用一個(gè)攪拌機(jī)來產(chǎn)生具有預(yù)定粘度的固-液混合物流，來破壞樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)，或分散液-固混合物中的被破壞的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)。在這種方法中，在冷卻過程中形成的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)被破壞，并用來作為球狀粒子的核心。但是由于在早期冷卻階段固化產(chǎn)生的潛熱，這種方法將導(dǎo)致冷卻速度慢、制造時(shí)間長(zhǎng)、混合容器中的溫度分布不一致、晶體結(jié)構(gòu)不均勻等問題。半固態(tài)金屬生料制造設(shè)備中采用的機(jī)械攪動(dòng)也同樣會(huì)導(dǎo)致混合容器中溫度分布不均勻。另外，因?yàn)樵O(shè)備工作在一個(gè)腔體中，很難連續(xù)進(jìn)行后續(xù)過程。
美國(guó)專利4,465,118介紹了一種制造半固態(tài)合金生料的方法和設(shè)備。該設(shè)備包括一個(gè)線圈電磁場(chǎng)單元、一個(gè)冷卻管，還有一套模具，這些組件依次向里。熔化后的金屬不斷注入到容器中，冷卻水流經(jīng)冷卻管，對(duì)模具外壁進(jìn)行冷卻。在制造半固態(tài)合金生料過程中，通過模具頂部的開口將熔化后的金屬注射到模具中，并通過冷卻管進(jìn)行冷卻，從而在模具里面形成一個(gè)固化區(qū)。當(dāng)電磁場(chǎng)單元施加電磁場(chǎng)時(shí)，冷卻就能夠破壞在固化帶中形成的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)。最后，生料形成鑄塊，然后從設(shè)備的下端拉出來。這種方法和設(shè)備的基本技術(shù)想法是在固化后通過振動(dòng)破壞樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)。但是這種方法存在很多問題，如過程復(fù)雜，粒子結(jié)構(gòu)不均勻。在制造設(shè)備中，因?yàn)橐B續(xù)注入熔化后的金屬來形成鑄塊，很難控制金屬鑄件的狀態(tài)和整個(gè)過程。另外，在施加電磁場(chǎng)前，模具被冷卻水冷卻，這樣在模具的外部和內(nèi)部區(qū)域存在很大的溫差。
后面還將介紹已知的其它類型的流變鑄造或觸融壓鑄。但是所有的方法都是基于在成形后破壞樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)，來形成球狀粒子的核心。因此存在象上述專利中存在的各種問題。
美國(guó)專利4,694,881介紹了一種制造觸變材料的方法。在這種方法中，將某種合金加熱到一定溫度，在這個(gè)溫度下，合金中所有的金屬成分都呈液態(tài)，生成的熔融金屬冷卻到它們液化和固化溫度之間的某個(gè)溫度。然后，熔化后的金屬受到一個(gè)足夠大的剪切力的作用，在熔融金屬冷卻過程中形成的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)被破壞，從而制成觸變材料。
日本專利申請(qǐng)公告目錄Hei.11-33692揭示了一種制造流變鑄造金屬生料的方法。在這種方法中，熔化后的金屬以接近其液化溫度或高于其液化溫度50℃度的溫度注入到容器中。然后，當(dāng)至少一部分熔融金屬的溫度降低到低于其液化溫度的某個(gè)溫度時(shí)，即，至少一部分熔融金屬開始冷卻到低于其液化溫度時(shí)，給熔融金屬施加一個(gè)力，例如，超聲振動(dòng)。最后熔融金屬慢慢地冷卻成含有球形粒子的金屬生料。這種方法也是使用一種物理力，如超聲振動(dòng)，來破壞在固化早期生成的樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)。在這一點(diǎn)上，如果鑄造溫度高于金屬的液化溫度，就很難形成球形粒子結(jié)構(gòu)，并快速冷卻熔融金屬。而且，這種方法將導(dǎo)致表面和核心結(jié)構(gòu)的不均勻。
日本專利申請(qǐng)公告目錄Hei10-128516介紹了一種觸變金屬材料的鑄造方法。按照這種方法，熔化后的金屬注入到容器中，并用一根浸入到熔融金屬中的振動(dòng)棒進(jìn)行振動(dòng)，直接將其振動(dòng)力傳遞給熔融金屬。在一個(gè)低于其液化溫度的溫度范圍內(nèi)形成含有核的半固態(tài)熔融合金后，熔融金屬冷卻到某一溫度，在這個(gè)溫度下，熔融金屬具有預(yù)定的液體含量，然后擱置30秒到60分鐘，以便其核成長(zhǎng)，這樣就得到觸變金屬。但是這種方法得到的粒子較大，大約有100μm，并且要耗費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，操作不能在比預(yù)定尺寸大的容器中進(jìn)行。
美國(guó)專利6,432,160揭示了一種制作觸變金屬生料的方法。這種方法同時(shí)控制熔融金屬的冷卻和攪動(dòng)過程，來生成觸變金屬生料。詳細(xì)地說就是在注入到攪拌容器后，安裝在攪拌容器四周的一個(gè)定子組件開始工作，產(chǎn)生一個(gè)足夠大的磁動(dòng)勢(shì)，快速地?cái)噭?dòng)容器中的熔融金屬。然后，通過一個(gè)裝置在攪拌容器四周的熱套筒對(duì)熔融金屬進(jìn)行快速冷卻，以對(duì)攪拌容器和熔融金屬進(jìn)行精確的溫度控制。在冷卻過程中，不停地以下述方式攪動(dòng)熔融金屬，當(dāng)熔融金屬的固體含量較低時(shí)，以較快的速度進(jìn)行攪拌，當(dāng)固體含量增加后，以較大的磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行攪拌。
上述普通流變鑄造和觸融壓鑄方法和設(shè)備中大多數(shù)都是在冷卻過程中使用剪切力來破壞樹枝狀結(jié)構(gòu)，生成球狀結(jié)構(gòu)。因?yàn)橄笳駝?dòng)這樣的力都是至少有一部分熔融金屬冷卻到其液化溫度以下以后施加的，都會(huì)因?yàn)樾纬稍缙诠袒瘜佣a(chǎn)生潛熱，因此存在很多缺點(diǎn)，如降低冷卻速度、延長(zhǎng)制造時(shí)間。另外，由于容器內(nèi)壁和中心的溫度不一致，很難形成微細(xì)的、均勻的球狀金屬結(jié)構(gòu)。而且如果不對(duì)注入到容器中的熔融金屬的溫度進(jìn)行控制，這種金屬粒子的結(jié)構(gòu)非均勻性將更加突出。
為了解決這些問題，本發(fā)明人申請(qǐng)了韓國(guó)專利203-13516，標(biāo)題為“觸融壓鑄坯料的制造方法和設(shè)備”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種制造觸融壓鑄坯料的設(shè)備，制造的坯料具有球形粒子，結(jié)構(gòu)微細(xì)、均勻，能耗低、力學(xué)性能高、成本低、鑄造方便、制造時(shí)間更短等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明還提供了一種在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)生產(chǎn)多個(gè)高質(zhì)量的觸融壓鑄坯料的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的理念，提供了一臺(tái)用來制造觸融壓鑄坯料的設(shè)備。該設(shè)備由以下部分組成第一套筒；接收熔融金屬的第二套筒，第二套筒的一端以預(yù)定的角度用鉸鏈連接到第一套筒的一端；攪動(dòng)單元給第二套筒的內(nèi)部施加一個(gè)電磁力；第二個(gè)柱塞插入到第二套筒的另一端，構(gòu)成第二套筒的底，以接收熔融金屬，并給預(yù)備好的生料加壓。第一個(gè)柱塞插入到第一個(gè)套筒的另一端，第一個(gè)柱塞以如下方式工作，當(dāng)?shù)诙€(gè)柱塞將生料推向第一個(gè)柱塞時(shí)，第一個(gè)柱塞固定在第一個(gè)套筒中，而當(dāng)形成了一個(gè)預(yù)定尺寸的坯料時(shí)，第一個(gè)柱塞從坯料上退回。
根據(jù)本發(fā)明特定的具體應(yīng)用，第一個(gè)套筒可以包括一個(gè)排放口，用來卸載形成的坯料。
裝置另外還可以包括一個(gè)安裝在第一個(gè)套筒四周的冷卻單元。
攪動(dòng)單元可以在往第二個(gè)套筒注入熔融金屬前給第二個(gè)套筒施加電磁場(chǎng)。攪動(dòng)單元也可以在往第二套筒注入熔融金屬的同時(shí)或者在注入熔融金屬期間給第二套筒施加電磁場(chǎng)。
攪動(dòng)單元可以一直給第二套筒施加電磁場(chǎng)，到第二套筒中的熔融金屬的固體含量為0.001～0.7時(shí)為止，固體含量為0.001～0.4時(shí)比較好，最好是固體含量為0.001～0.1。
套筒中的熔融金屬其冷卻過程可以一直繼續(xù)，直至第二套筒中的熔融金屬其固體含量為0.1～0.7時(shí)為止。
該設(shè)備還可以另外配置一個(gè)溫度控制元件。這個(gè)溫度控制元件安裝在第二套筒四周，用來冷卻第二套筒中的熔融金屬。這個(gè)溫度控制元件至少由一個(gè)冷卻器和一個(gè)加熱器組成，安裝在第二套筒的四周。溫度控制元件可以按照每秒0.2～5℃的速度對(duì)熔融金屬進(jìn)行冷卻，最好是以0.2～2.0℃的速度進(jìn)行冷卻。


參考附圖詳細(xì)描述其示范性的實(shí)際應(yīng)用，當(dāng)前發(fā)明的上述以及其他特征和優(yōu)點(diǎn)就會(huì)更加明顯，其中圖1為按照本發(fā)明制造觸融壓鑄坯料施加到設(shè)備上的溫度曲線。
圖2描述了本發(fā)明具體實(shí)例的制造觸融壓鑄的設(shè)備的圖例。
圖3為按照本發(fā)明用于坯料制造設(shè)備中的第二套筒截面圖范例。
圖4為使用圖2所示設(shè)備制造的坯料圖例。
圖5為使用圖2所示設(shè)備制造的觸融壓鑄坯料的卸料圖示。
圖6為按照本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)例制作觸融壓鑄坯料的設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
按照本發(fā)明制作的坯料是按照流變鑄造制造的，用來進(jìn)行觸融壓鑄。在這方面，本發(fā)明的坯料制造設(shè)備按照流變鑄造工藝制造坯料。所以首先參照?qǐng)D1來描述按照本發(fā)明的設(shè)備進(jìn)行的流變鑄造過程。
不同于上述傳統(tǒng)的技術(shù)，按照本發(fā)明的流變鑄造，熔化的金屬注入到一個(gè)套筒，形成生料，然后給生料施加壓力，生成預(yù)定大小的坯料。在這種情況下，熔融金屬在全部注入到套筒之前在電磁場(chǎng)的作用下攪動(dòng)。換句話說，電磁攪動(dòng)在先于金屬生料注入到套筒之前，或者在注入金屬生料的同時(shí)，或在注入金屬生料的中間進(jìn)行，以防止樹枝狀晶體結(jié)構(gòu)的形成。也可以用超聲波代替電磁場(chǎng)進(jìn)行攪動(dòng)。
詳細(xì)地說，就是在電磁場(chǎng)作用在攪動(dòng)單元包圍的套筒預(yù)定部分之后，在將熔融金屬注入到套筒。在這種情況下，施加足夠強(qiáng)度的電磁場(chǎng)來攪動(dòng)熔融金屬。
如圖1所示，熔融金屬以溫度Tp注入到套筒。如上所述，可以在往套筒中注入熔融金屬之前給套筒施加電磁場(chǎng)。但是，本發(fā)明并不局限于此，也可以在注入金屬生料的同時(shí)或者在注入期間施加電磁場(chǎng)。
由于電磁攪動(dòng)過程先于往套筒中注入金屬生料進(jìn)行，在固化的早期熔融金屬在低溫套筒的內(nèi)壁上不會(huì)生長(zhǎng)樹枝狀結(jié)構(gòu)。這就是，因?yàn)槿廴诮饘俦豢焖倮鋮s到一個(gè)低于其液化溫度的溫度，因而在整個(gè)套筒中同時(shí)生成大量的微核。
先于往套筒中注入金屬生料或者與此同時(shí)給套筒施加電磁場(chǎng)，可使套筒中心和內(nèi)壁區(qū)域的熔融金屬有效攪動(dòng)，并快速將熱量傳遞給整個(gè)套筒。因此可以防止在冷卻的早期在套筒的內(nèi)壁附近形成固化層。另外，這種熔融金屬的有效攪動(dòng)可在高溫的熔融金屬和低溫的套筒內(nèi)壁之間產(chǎn)生平滑的熱傳遞對(duì)流。所以熔融金屬能夠快速冷卻。由于電磁攪動(dòng)，熔融金屬中所含的粒子四處散射，將熔融金屬帶入到套筒里面，作為內(nèi)核散播到整個(gè)套筒，這樣在冷卻過程中只會(huì)出現(xiàn)很小的溫差。但是在傳統(tǒng)的技術(shù)中，當(dāng)熔融金屬與低溫的容器內(nèi)壁接觸時(shí)，在容器的內(nèi)壁附近將形成固化層。從固化成生成樹枝狀晶體。
如果與固化的潛熱聯(lián)系在一起進(jìn)行說明，本發(fā)明的原理將顯得非常清晰。熔融金屬在冷卻的早期并不在套筒內(nèi)壁附近固化，也不產(chǎn)生固化潛熱。因此只有熔融金屬的比熱才需要冷卻，這個(gè)熱量大約等于固化潛熱的1/400。所以，不會(huì)出現(xiàn)象傳統(tǒng)方法那樣在冷卻初期經(jīng)常在套筒內(nèi)壁生成的樹枝狀結(jié)構(gòu)。套筒中所有的熔融金屬能夠在從注入熔融金屬起1～10秒內(nèi)均勻地冷卻。最終生成無數(shù)的內(nèi)核，并且這些內(nèi)核均勻地散播套筒中的整個(gè)熔融金屬中。提高內(nèi)核的密度，可減小內(nèi)核之間的距離，并形成球狀粒子，而不是生成樹枝狀結(jié)構(gòu)。
在往套筒中注入熔融金屬期間施加電磁場(chǎng)也可以獲得同樣的效果。換句話說，即使在往套筒中注入熔融金屬的中間開始電磁攪動(dòng)，也很難在靠近套筒內(nèi)壁的地方形成固化層。
最好將熔融金屬的注入溫度Tp限制在一個(gè)高于其液化溫度100℃的溫度范圍內(nèi)(熔化過熱＝0～100℃)。按照本發(fā)明，因?yàn)檠b有生料的整個(gè)套筒是均勻冷卻的，所以不需要將熔化溶液冷卻到其液化溫度附近。所以可以以高于其液化溫度100℃的溫度將熔融金屬注入到套筒中。
相反，在傳統(tǒng)的方法中，卻在將熔融金屬全部注入到容器中以后，當(dāng)部分熔融金屬的溫度降低到其液化溫度之下后才給容器施加電磁場(chǎng)。相應(yīng)地，在冷卻初期，由于在容器內(nèi)壁附近會(huì)形成固化層，因而將產(chǎn)生潛熱。因?yàn)楣袒瘜拥臐摕岽蠹s為熔融金屬比熱的400倍，需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能將整個(gè)熔融金屬的溫度降低到其液化溫度。所以，在這樣的傳統(tǒng)方法中，熔融金屬通常在熔化后冷卻到其液化溫度或高于其液化溫度50℃的溫度才注入到容器中。
按照本發(fā)明，在套筒中至少一部分熔融金屬的溫度低于其液化溫度Tl后，可以在任何時(shí)候停止電磁攪動(dòng)，即預(yù)定數(shù)量的固體部分例如大約為0.001如圖1成核后就可以停止攪動(dòng)過程。也就是，可以在熔融金屬的整個(gè)冷卻過程中施加一個(gè)電磁場(chǎng)。這是因?yàn)橐坏﹥?nèi)核均勻地分布在整個(gè)套筒中，即使是在從內(nèi)核生成晶體粒子的生長(zhǎng)過程中，金屬生料的性質(zhì)也不受電磁攪動(dòng)的影響。所以電磁攪動(dòng)可以進(jìn)行到熔融金屬中的固體部分為0.001～0.7為止。但是從節(jié)約能源的角度看，電磁攪動(dòng)進(jìn)行到熔融金屬中的固體含量為0.001～0.4時(shí)較好，最好是進(jìn)行到熔融金屬中固體含量為0.001～0.1為止。
當(dāng)熔融金屬注入到套筒中，形成均勻的內(nèi)核后，套筒被冷卻，以促進(jìn)內(nèi)核的生長(zhǎng)。這個(gè)冷卻過程可以在與往套筒中注入熔融金屬的同時(shí)進(jìn)行。如上所述，在冷卻過程中，可以一直施加電磁場(chǎng)。
冷卻過程可以一直進(jìn)行到后續(xù)過程之前，即坯料成形過程，最好執(zhí)行到熔融金屬中固體含量為0.1～0.7，即到圖1中的時(shí)間t2。熔融金屬可以以每秒鐘0.2～5.0℃的速度冷卻。根據(jù)要求的內(nèi)核分布和粒子尺寸而定，冷卻速度也可以為0.2～2.0℃/秒。
使用上述過程，很容易制作含有預(yù)定固體含量的半固態(tài)金屬生料。制作的半固態(tài)金屬生料直接受壓，冷卻，形成觸融壓鑄坯料。
根據(jù)上述過程，能夠在短時(shí)間內(nèi)制作出半固態(tài)金屬生料。這就是說，從往套筒中注入熔融金屬之時(shí)起僅在30～60秒鐘內(nèi)就可以制作出一個(gè)固體含量為0.1～0.7的半固態(tài)金屬生料。生成的金屬生料可以用來制作具有均勻、密集球形晶體結(jié)構(gòu)的坯料。
基于上述流變鑄造過程，按照本發(fā)明圖2所示的具體實(shí)例的設(shè)備就可以制作出觸融壓鑄用的坯料。
參見圖2，按照本發(fā)明的具體實(shí)例的坯料制造設(shè)備由第一套筒21和第二套筒22、給第二套筒22里面施加電磁場(chǎng)的攪動(dòng)單元1、第一柱塞31和第二柱塞32組成。
線圈11產(chǎn)生電磁場(chǎng)，安裝在攪動(dòng)單元1中，并圍繞由攪動(dòng)單元1確定界限的空間12。線圈11可以用一個(gè)單獨(dú)的架子支撐(圖中未顯示)。線圈11用來給第二套筒22施加一個(gè)預(yù)定強(qiáng)度的電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)的強(qiáng)度與空間12相適應(yīng)。另外，線圈11與一個(gè)控制器(圖中未顯示)相連，以電磁力按受控方式攪動(dòng)第二套筒22里面的熔融金屬。對(duì)線圈11沒有特別的限制，只要線圈11能夠用于傳統(tǒng)的電磁攪動(dòng)過程即可。也可以使用超聲波攪動(dòng)器。
如圖2所示，線圈11可以安裝在第二套筒22四周，與第二套筒22外部接觸，而不離開空間12。通過線圈11，熔融金屬M(fèi)在注入到第二套筒22中時(shí)能夠被徹底攪動(dòng)。當(dāng)?shù)诙淄?2移動(dòng)時(shí)，攪動(dòng)單元1可以隨著第二套筒22一起移動(dòng)，如圖2和圖4所示。
施加電磁場(chǎng)，即通過攪動(dòng)單元1進(jìn)行電磁攪動(dòng)，可以一直持續(xù)到預(yù)備的半固態(tài)金屬生料受壓為止。但是從節(jié)省能源的角度看，電磁場(chǎng)可以持續(xù)施加到制作好生料為止，即，到生料中的固體含量為0.001～0.7為止。持續(xù)施加電磁場(chǎng)到生料中的固體含量為0.001～0.4時(shí)比較好，最好是到生料中固體含量為0.001～0.1為止。與這些固體含量對(duì)應(yīng)的持續(xù)時(shí)間可以根據(jù)試驗(yàn)得到。
再參見圖2，第一套筒21和第二套筒相對(duì)端用鉸鏈連接。第二套筒22可以轉(zhuǎn)動(dòng)θ角，但與第一套筒21之間的角度最好不要超過90度。第一套筒和第二套筒21、22可以用金屬材料制成，也可以用絕緣材料支撐。但最好使用熔點(diǎn)溫度高于要注入到里面的熔融金屬M(fèi)的熔點(diǎn)溫度的材料。這兩個(gè)套筒可以以這樣一種狀態(tài)相互連接，使每個(gè)套筒的兩端都打開。第一套筒21與地面平行安裝，第二套筒22以第一套筒21成預(yù)定角度安裝。
在這樣一種設(shè)備結(jié)構(gòu)下，第二套筒22是接收熔融金屬并通過電磁攪動(dòng)使生料成型的地方。另一方面，第一套筒21是使用成形的生料制成坯料的地方。也就是，第二套筒22作為用熔融金屬制作半固態(tài)生料的生料制作容器，而套筒21的作用為充當(dāng)用所制造的生料制造坯料的成形模具。
為此，第一柱塞31和第二柱塞32相應(yīng)地分別插入到第一套筒21和第二套筒22中。如圖2所示，第二柱塞32插入到第二套筒22的一端，用來封閉第二套筒22的端口，這樣第二套筒22就可以容納熔融金屬M(fèi)。就象后面所描述的那樣，第一柱塞31插入到第一套筒21的一端，并且當(dāng)?shù)诙淄?2向第一柱塞31推擠生料制成坯料時(shí)，固定在第一套筒21中。
沒有必要打開第一套筒和第二套筒21、22的兩端。對(duì)套筒的結(jié)構(gòu)沒有什么特殊的要求，只要第一和第二柱塞31、32插入到相應(yīng)套筒的預(yù)定端頭即可。盡管在圖2中沒有顯示，可以在每個(gè)套筒上安裝一個(gè)熱電偶。熱電偶連接到控制器，向控制器提供溫度信息。另外，第一套筒21上可以有一個(gè)排卸口23，用來排卸做成的坯料。
本發(fā)明的設(shè)備還可以配置一個(gè)冷卻單元41，這個(gè)冷卻單元安裝在第一套筒21四周，如圖2所示。冷卻單元41可以是一個(gè)含有冷卻水管42的水冷卻套43。但不局限于使用水冷卻套，任何能夠冷卻第一套筒21上預(yù)定部分的冷卻單元都可以使用。冷卻單元41用來冷卻由第二套筒22壓制的生料，以成型坯料。
本發(fā)明的設(shè)備還可以在配置一個(gè)溫度控制元件44。這個(gè)溫度控制元件安裝在第二套筒22的四周，如圖3所示。溫度控制元件44有一個(gè)冷卻器和一個(gè)加熱器組成，安裝在第二套筒22的四周。在圖3所示的具體實(shí)例中，包含有冷卻水管45的水冷卻套46用作冷卻器，而電熱線圈47用作加熱器。冷卻水管45可以以埋在第二套筒22中這樣一種方式安裝。任何能夠冷卻套筒22中的熔融金屬M(fèi)的冷卻器都可以使用。還有除電熱線圈47之外，還可以使用其他任何加熱單元。對(duì)于溫度控制元件44的結(jié)構(gòu)沒有任何特殊限制，只要溫度控制元件44能夠調(diào)整熔融金屬或生料的溫度即可。使用溫度控制單元44可以以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s第二套筒22中的熔融金屬。
如圖3所示，溫度控制元件44可以安裝在整個(gè)第二套筒22四周，或者在裝有熔融金屬M(fèi)的區(qū)域四周。
溫度控制元件44可以冷卻第二套筒22中的熔融金屬M(fèi)，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到0.1～0.7為止。在這種情況下，可以以每秒鐘0.2～5.0℃的速度進(jìn)行冷卻，但最好是以每秒鐘0.2～2.0℃的速度進(jìn)行冷卻。如上所述，冷卻可以在電磁攪動(dòng)之后進(jìn)行，也可以與電磁攪動(dòng)無關(guān)，即在電磁攪動(dòng)過程中進(jìn)行冷卻。另外，還可以在注入金屬生料的同時(shí)進(jìn)行冷卻。除冷卻空置元件44外，還可以使用其它任何冷卻單元進(jìn)行冷卻。也就是說，第二套筒22中的熔融金屬可以同時(shí)冷卻，不需要借助于溫度控制元件44。
當(dāng)與汽缸單元(圖中未顯示)連接時(shí)，第一和第二柱塞31、32相應(yīng)地在第一套筒和第二套筒21、22中上下移動(dòng)，就象活塞一樣。汽缸單元?jiǎng)t與控制器相連接。在進(jìn)行電磁攪動(dòng)和冷卻時(shí)，即對(duì)生料進(jìn)行成形處理時(shí)，第二套筒22用作預(yù)定形狀的容器。當(dāng)生料完全成型后，第二套筒22與第一套筒21耦合時(shí)，第二柱塞32將生料推向第一柱塞31。第一柱塞31以下面這樣一種方式工作，當(dāng)?shù)诙?2推擠生料時(shí)，第一柱塞31固定在第一套筒21中，形成預(yù)定尺寸的坯料，當(dāng)坯料成型后，第一柱塞31從坯料上抽回，通過排卸口23卸載坯料。
下面，按照本發(fā)明具體實(shí)例，描述含有上述結(jié)構(gòu)的坯料制造設(shè)備的操作。
再參見圖2，第二套筒22按照預(yù)定的角度用鉸鏈連接到第一套筒21，最好兩者成90度。第二套筒22的下部分用第二柱塞32封閉，使第二套筒22可作為容器使用，容納熔融金屬。攪動(dòng)單元1中的線圈11個(gè)第二套筒22以預(yù)定的強(qiáng)度施加一個(gè)預(yù)定頻率的電磁場(chǎng)。線圈11可以在250V，60Hz的條件下施加一個(gè)強(qiáng)度為500高斯的電磁場(chǎng)，但并不局限于此。任何能夠用作流變鑄造電磁攪動(dòng)的電磁場(chǎng)都可使用。
用澆注單元5，如長(zhǎng)柄勺，將在一個(gè)單獨(dú)的熔爐中熔化的金屬M(fèi)注入到此電磁場(chǎng)下的第二套筒22。在這種情況下，熔爐和第二套筒可以直接相互連接在一起，以便直接將熔融金屬注入到第二套筒。熔融金屬可以以高于其液化溫度100℃的溫度注入到第二套筒22。第二套筒22可以連接一個(gè)單獨(dú)的氣管(圖中未畫出)，輸入如氮?dú)夂蜌鍤庵惖臍怏w，以防止熔融金屬氧化。
當(dāng)熔融金屬在電磁攪動(dòng)下注入到第二套筒22中的時(shí)候，微細(xì)的晶體粒子散布到整個(gè)第二套筒22中，并在那兒迅速成長(zhǎng)。因而防止了樹枝狀結(jié)構(gòu)的形成。
如上所述，電磁場(chǎng)可以在注入熔融金屬的同時(shí)或者在注入期間施加。
電磁場(chǎng)可以持續(xù)施加到生料被壓制成坯料為止，即生料的固體含量達(dá)到0.001～0.7，達(dá)到0.001～0.4較好，最好時(shí)達(dá)到0.001～0.1。達(dá)到上述這些固體含量所需要的時(shí)間可以根據(jù)試驗(yàn)獲得。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定的時(shí)間施加電磁場(chǎng)。
完成后，或者在施加電磁場(chǎng)期間，第二套筒22中間的熔融金屬以預(yù)定的速度冷卻，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到O.1～O.7為止。在這種情況下，如上所述，可以以每秒鐘O.2～5.O℃的速度進(jìn)行冷卻，最好以每秒鐘O.2～2.0℃的速度冷卻。達(dá)到固體含量O.1～O.7所需的時(shí)間(t2)可以按照前面進(jìn)行的試驗(yàn)確定。
半固態(tài)金屬生料制作完之后，第二套筒22與固定的第一套筒2l以這樣的方式連接，使第二套筒22移動(dòng)到一個(gè)預(yù)定角度，如圖4所示。
第二柱塞32將生料推向固定的第一柱塞3l，形成預(yù)定尺寸的坯料B。在這種情況下，通過安裝在第一套筒2l四周的冷卻單元41，受壓生料能夠快速地冷卻。
可以理解，操作順序是可以改變的。也就是，可以在第二套筒22與第一套筒21耦合后，再進(jìn)行冷卻。
當(dāng)坯料B成形后，在第二柱塞32上施加一個(gè)很大的力，將第一柱塞3l和坯料B移動(dòng)到出口23，如圖5所示。移動(dòng)后的坯料B通過排卸口23卸載。排卸口23可以與坯料B具有同樣的大小。但是，最好使用一個(gè)尺寸大于坯料B尺寸的排卸口，以便卸載各種不同尺寸的坯料。第一柱塞3l的移動(dòng)可以通過第二柱塞32的壓力或者通過一個(gè)與第一柱塞3 l相連的單獨(dú)的氣缸設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。
坯料B卸載后，第一和第二柱塞31、32返回到其原始位置。然后，第二套筒22移回到預(yù)定的角度位置，作為接收熔融金屬的容器，這樣就可以重復(fù)上述過程，如圖2所示。所以粒子結(jié)構(gòu)微細(xì)且均勻的坯料就可通過排卸口23連續(xù)地排出。
同時(shí)，在圖6所示的一臺(tái)建立在本發(fā)明基礎(chǔ)之上的另一個(gè)具體應(yīng)用的坯料制造設(shè)備中，與上述具體應(yīng)用不同，連續(xù)制造出多個(gè)坯料，然后同時(shí)排卸出來。在這個(gè)具體實(shí)例中，與圖2～圖5所示的具體實(shí)例不同，不需要有帶有排卸坯料的出口的第一套筒21。
按照?qǐng)D6所示坯料制造設(shè)備的具體應(yīng)用，當(dāng)?shù)谝粔K坯料B1以圖2～圖4所示方法成形后，在第二柱塞32上施加一個(gè)指向第一柱塞31的力，移動(dòng)第一柱塞31和第一塊坯料B1。在這種情況下，第一柱塞和第一塊坯料B1的移動(dòng)可由第二柱塞32的壓力或上面所述的單獨(dú)的方法來實(shí)現(xiàn)。
第一柱塞31和第一塊坯料B1移動(dòng)足夠遠(yuǎn)的距離，以便利用第一塊坯料B1和第二柱塞32制造成形第二塊坯料B2。
如上所述，當(dāng)?shù)谝粔K坯料成形后，第二柱塞32從第一塊坯料B1抽回，然后第二套筒22移回到一個(gè)預(yù)定角度位置，作為容器接納熔融金屬。然后在第二套筒22中形成另一個(gè)半固態(tài)金屬生料，第二套筒22再次移動(dòng)到預(yù)定角度位置，與第一套筒21耦合。
接著，當(dāng)?shù)诙?2受到第一塊坯料B1方向的壓力時(shí)，第二塊坯料B2就在第一塊坯料B1和第二柱塞32之間形成。在這種情況下，第一柱塞31最好是固定在第一套筒21上。
第二塊坯料B2形成后，重復(fù)上述過程，連續(xù)制造第三和第四塊坯料等多個(gè)坯料。
使用圖6所示的建立再本發(fā)明基礎(chǔ)之上的具體應(yīng)用生產(chǎn)的坯料制造設(shè)備，能夠連續(xù)制造出多個(gè)高質(zhì)量的坯料。在制造出的坯料中，相鄰坯料可能會(huì)由于熔化而粘接在一起。但是因?yàn)檎辰Y(jié)力非常小，站接在一起的坯料能夠輕易地分開。制造的坯料在第一柱塞31從第一套筒21上拆下后卸載下來，或者通過第一套筒21上的一個(gè)單獨(dú)的出口(圖中未顯示)卸載。
本發(fā)明制造坯料的設(shè)備可以廣泛地用于各種金屬和合金的流變鑄造/觸融壓鑄，例如鋁、鎂、鋅、銅、鐵以及它們組成的合金。
通過上述描述，可以清楚地看出，本發(fā)明的觸融壓鑄坯料的設(shè)備具有以下效果首先，可以制造出具有均勻的、微細(xì)的球形粒子結(jié)構(gòu)的合金；第二，在高于熔融金屬液化溫度的溫度上通過電磁攪動(dòng)，可以在短時(shí)間內(nèi)獲得球形粒子結(jié)構(gòu)，從而在容器內(nèi)壁生成更多的內(nèi)核；第三，制造的合金能其力學(xué)性能更高；第四，大大縮短了電磁攪動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，從而節(jié)約了攪動(dòng)能源；第五，簡(jiǎn)化了整個(gè)過程，縮短了鑄造周期，提高了生產(chǎn)率；第六，能夠連續(xù)制造多個(gè)坯料，因此可大量生產(chǎn)坯料；第七，可簡(jiǎn)化制造高質(zhì)量坯料的過程。
盡管當(dāng)前發(fā)明在上面特別針對(duì)其示范性的具體應(yīng)用而顯示并描述，但那些在該領(lǐng)域具有常規(guī)技巧的人都會(huì)明白，在不脫離當(dāng)前發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種變化，所以保護(hù)范圍以“權(quán)利要求書”為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.制造觸融壓鑄坯料的設(shè)備，該設(shè)備組成部分包括一個(gè)第一套筒；一個(gè)容納熔融金屬的第二套筒，第二套筒的一端通過鉸鏈以一個(gè)預(yù)定角度與第一套筒的一端相連；一個(gè)給第二套筒里面部分施加電磁場(chǎng)的攪動(dòng)單元；一個(gè)插入到第二套筒另一端的第二柱塞，構(gòu)成第二套筒的底，以容納熔融金屬，并對(duì)預(yù)備好的生料加壓，以及一個(gè)插入到第一套筒另一端的第一柱塞，第一柱塞以這樣一種方式工作當(dāng)?shù)诙麑⑸贤葡虻谝恢麜r(shí)，第一柱塞固定在第一套筒中，而當(dāng)形成預(yù)定尺寸的坯料后，第一柱塞從坯料抽回。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，第一套筒上配置有一個(gè)排卸成形好的坯料的卸載口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，還可以另外配置一個(gè)冷卻單元。冷卻單元安裝在第一套筒的四周。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，在往第二套筒中注入熔融金屬之前，攪動(dòng)單元對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，在往第二套筒中注入熔融金屬的同時(shí)，攪動(dòng)單元對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，在往第二套筒中注入熔融金屬期間，攪動(dòng)單元對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，攪動(dòng)單元一直對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到0.001～0.7為止。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的設(shè)備，其特征在于，攪動(dòng)單元一直對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到0.001～0.4為止。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的設(shè)備，其特征在于，攪動(dòng)單元一直對(duì)第二單元施加電磁場(chǎng)，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到0.001～0.1為止。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的設(shè)備，其特征在于，一直對(duì)第二單元中的熔融金屬進(jìn)行冷卻，直到熔融金屬中的固體含量達(dá)到0.001～0.7為止。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的設(shè)備，其特征在于，另外配置一個(gè)溫度控制元件。溫度控制元件安裝在第二套筒的四周，對(duì)第二套筒中的熔融金屬進(jìn)行冷卻。
12.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的設(shè)備，其特征在于，溫度控制元件至少由一個(gè)冷卻器和一個(gè)加熱器組成。冷卻器和加熱器安裝在第二套筒的四周。
13.根據(jù)權(quán)利要求11中所述的設(shè)備，其特征在于，溫度控制元件以每秒鐘0.2～5.0℃的速度對(duì)第二套筒中的熔融金屬進(jìn)行冷卻。
14.根據(jù)權(quán)利要求13中所述的設(shè)備，其特征在于，溫度控制元件以每秒鐘0.2～2.0℃的速度對(duì)第二套筒中的熔融金屬進(jìn)行冷卻。
全文摘要
本發(fā)明提供了一臺(tái)連續(xù)制造多塊帶微細(xì)、均勻高質(zhì)量球形粒子坯料的設(shè)備，它節(jié)約了能源，提高了力學(xué)性能，降低了成本，方便了鑄造過程，縮短了制造時(shí)間。設(shè)備包括一個(gè)第一套筒；一個(gè)接收熔融金屬的第二套筒，第二套筒的一端用鉸鏈以預(yù)定角度連接到第一套筒；給第二套筒的里面部分施加電磁場(chǎng)的攪動(dòng)單元；一個(gè)插入到第二套筒的另一端的第二柱塞，形成第二套筒的底，以容納熔融金屬并給與預(yù)備好的生料加壓；一個(gè)插入到第一套筒另一端的第一柱塞，第一柱塞以這樣一種方式工作，當(dāng)?shù)诙麑⑸贤葡虻谝恢麜r(shí)，第一柱塞固定在第一套筒中，當(dāng)形成預(yù)定尺寸的坯料后，第一柱塞從坯料上抽回。
文檔編號(hào)B22D7/00GK1539574SQ0313714
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者洪俊杓 申請(qǐng)人:洪俊杓