一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺

摘要

本发明涉及铝合金铸造技术领域，提供了一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺，所述氮气供应设备输送氮气到搅拌设备，搅拌设备中的电机带动连杆、扇叶盘、转子旋转，实现转动搅拌，同时氮气通过扇叶盘的旋转吹入所述转子的空腔通过吹气孔实现吹气，将搅拌和吹气合一，可以实现快速制备铝合金半固态浆料，从而在铝合金铸件的压铸生产过程中能够实现快速制备铝合金半固态浆料，有效降低或消除高压铸件内部气孔、缩孔等缺陷的含量，解决铸件内部缺陷问题。

说明书

技术领域

本申请涉及铝合金铸造技术领域，具体涉及一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺。

背景技术

随着汽车行业对轻量化，绿色环保，节能减排的要求日趋严格，汽车铝铸件零件，尤其是高压铸件业务快速发展，产品覆盖种类日益增加，且还在以惊人速度迅速发展。目前常规液态高压铸造过程中由于不可避免的裹气现象、铝合金凝固收缩和微观枝晶间渗流补缩不及时等原因，在生产过程中常出现的内部气孔、宏观和微观缩孔等质量问题，已经成为高压铸造领域亟待解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下的技术方案：

第一方面，提供一种铝合金半固态浆料制备装置，包括氮气供应设备和搅拌设备，所述搅拌设备包括箱体、密封挡板、电机、连杆、扇叶盘、转子，所述箱体中设置密封挡板，所述密封挡板将所述箱体分为上箱体和下箱体，所述上箱体中设置连杆，所述连杆能够被所述电机带动旋转；所述下箱体中设置扇叶盘，所述扇叶盘包括上连接盘、扇叶、下连接盘，所述上连接盘和所述下连接盘之间固定设置至少两个扇叶，所述扇叶以相同的角度向同一个方向倾斜设置，所述上连接盘与所述连杆固定连接；所述转子为中空的圆柱形，上端开口，下端封闭，所述转子下段上沿四周均匀开设有多排吹气孔；所述转子与所述下连接盘固定连接，所述下连接盘中间开设有圆孔，所述圆孔与所述转子的空腔连通；所述下箱体上设置有进气孔，所述氮气供应设备与所述进气孔通过通气管连通。

在一些实施例中，还包括从动齿轮和电机齿轮，所述连杆固定在所述从动齿轮的中心，所述电机的输出轴固定在所述电机齿轮的中心，所述电机齿轮与所述从动齿轮垂直传动啮合。

在一些实施例中，所述氮气供应设备包括氮气罐，所述氮气罐通过通气管连通所述进气孔，所述通气管上设置有流量表和压力表；所述流量表用于显示通气管内气流量；所述压力表用于显示通气管内氮气压力。

在一些实施例中，还包括支架，用以安装所述搅拌设备。

在一些实施例中，还包括控制面板，所述控制面板电连接所述电机，用于控制所述电机的开关和转速。

第二方面，本申请实施例提供了一种铝合金铸件的压铸设备，包括保温炉、给汤机、压铸机、铸件模具；所述压铸机包括冲头和压室，所述给汤机包括料勺，所述料勺用于将铝液从保温炉运送至所述压铸机的压室；还包括上述任一实施例中所述的铝合金半固态浆料制备装置。

第三方面，本申请实施例提供了一种铝合金铸件的压铸工艺，应用于上述任一实施例中所述的一种铝合金铸件的压铸设备，包括如下步骤：料勺将铝合金液从保温炉中勺取后，运送至所述铝合金半固态浆料制备装置的转子下方；转子通过转动对铝合金液进行物理搅拌，同时氮气通过转子下段的吹气孔吹入铝液中进行气相诱变，制备铝合金半固态浆料；铝合金半固态浆料制备完成后，料勺继续行进，将铝合金半固态浆料倒入压室中。

在一些实施例中，转子以转速2-3转/S搅拌，同时通入流量45-50L/min的氮气，持续时间5S。

在一些实施例中，所述铝合金半固态浆料为固相微观形态为颗粒状且固相组分在10±1vt %的低固相混合铝合金浆料。

在一些实施例中，还包括步骤：所述保温炉中的铝合金液温度控制在625±5℃，制备的所述铝合金半固态浆料为固相微观形态为颗粒状且固相组分在10±1vt %的低固相混合铝合金浆料；保证所述铸件模具的模具型腔表面温度200℃-240℃；从铝液倒入压室到铝液到达铸件模具内浇口之前为慢压射阶段，慢压射速度为0.3-0.4m/s，铝液进入内浇口之后切换为高速压射阶段，高速压射速度为4.8-5m/s，直至压力升高到保压压力1160±5bar，保压10s；保压结束后，所述压铸机留模冷却7-8s。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供了一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺，所述氮气供应设备输送氮气到搅拌设备，搅拌设备中的电机带动连杆、扇叶盘、转子旋转，实现转动搅拌，同时氮气通过扇叶盘的旋转吹入所述转子的空腔通过吹气孔实现吹气，将搅拌和吹气合一，可以实现快速制备铝合金半固态浆料，从而在铝合金铸件的压铸生产过程中：（1）由于铝液中含有固相成分，其粘度高，不易产生紊流裹气，从而大大减少气孔产生的风险；（2）含固相组分的铝合金浆料的凝固收缩率远小于纯铝液的收缩率，减少了缩孔产生的可能；（3）经过物理搅拌和气相诱变后，铝液中的固相成分是以悬浮的球状颗粒状态存在的，这种微观形态在凝固过程中可以提供更多的形核位置，细化晶粒，减少枝晶骨架闭合生长后微观孔洞的产生频率，降低了因枝晶间渗流补缩不及时而造成微观缩孔的风险 。本申请的一种铝合金半固态浆料制备装置、压铸设备及压铸工艺能够实现快速制备铝合金半固态浆料，有效降低或消除高压铸件内部气孔、宏观缩孔及微观缩孔等缺陷的含量，解决铸件内部缺陷问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一种铝合金半固态浆料制备装置的结构示意图。

图2是本申请一种铝合金半固态浆料制备装置的搅拌设备局部结构示意图。

图3是本申请一种铝合金铸件的压铸工艺流程示意图。

其中：1-支架、2-箱体、3-密封挡板、4-上箱体、5-下箱体、6-电机、7-从动齿轮、8-电机齿轮、9-连杆、10-扇叶盘、11-上连接盘、12-扇叶、13-下连接盘、14-转子、15-吹气孔、16-控制面板、17-进气孔、18-氮气罐、19-流量表、20-压力表、21-通气管、22-密封罩、23-保温炉、24-料勺、25-冲头、26-压室。

具体实施方式

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明已经发现高压铸件中内部缺陷的来源主要包括：（1）由于高压铸件造型复杂而压射速度较高，浇注过程产生紊流后，铝合金中会裹入气体，形成气孔；（2）铝合金在凝固过程中会产生收缩，收缩率约为0.6%，这样在凝固过程中，铸件厚大的部位会因此产生缩孔；（3）液态铝合金在凝固过程中，凝固前沿枝晶骨架间闭合生长后，枝晶间会形成微观尺寸级的孔洞，在温度梯度和冷却速度较大的铸件部位枝晶渗流补缩不能及时发挥作用，就会形成微观缩孔。为了降低或消除了铝合金高压铸造产品内部的气孔、宏观缩孔和微观缩孔缺陷产生的风险，保证了产品质量，同时提高了生产效率，本申请一个实施例中提供了一种铝合金半固态浆料制备装置，包括氮气供应设备和搅拌设备，所述搅拌设备包括箱体、密封挡板、电机、连杆、扇叶盘、转子，所述箱体中设置密封挡板，所述密封挡板将所述箱体分为上箱体和下箱体，所述上箱体中设置连杆，所述连杆能够被所述电机带动旋转；所述下箱体中设置扇叶盘，所述扇叶盘包括上连接盘、扇叶、下连接盘，所述上连接盘和所述下连接盘之间固定设置至少两个扇叶，所述扇叶以相同的角度向同一个方向倾斜设置，所述上连接盘与所述连杆固定连接；所述转子为中空的圆柱形，上端开口，下端封闭，所述转子下段上沿四周均匀开设有多排吹气孔；所述转子与所述下连接盘固定连接，所述下连接盘中间开设有圆孔，所述圆孔与所述转子的空腔连通；所述下箱体上设置有进气孔，所述氮气供应设备与所述进气孔通过通气管连通。本实施例中所述氮气供应设备输送氮气到搅拌设备，搅拌设备中的电机带动连杆、扇叶盘、转子旋转，实现转动搅拌，同时氮气通过扇叶盘的旋转吹入所述转子的空腔通过吹气孔实现吹气，将搅拌和吹气合一，可以实现快速制备铝合金半固态浆料，为高压铸造提供低固相的铝合金半固态浆料（例如固相含量仅在10±1%的低固相铝合金），从而能够有效降低或消除高压铸件内部气孔及缩孔等缺陷的含量，解决铸件内部缺陷问题。

在本申请的另一个实施例中，提供了一种铝合金铸件的压铸设备，包括保温炉、给汤机、压铸机、铸件模具；所述压铸机包括冲头和压室，所述给汤机包括料勺，所述料勺用于将铝液从保温炉运送至所述压铸机的压室；还包括上述任一实施例中所述的铝合金半固态浆料制备装置。

在本申请的另一实施例中，提供了一种铝合金铸件的压铸工艺，应用于上述任一实施例中所述的一种铝合金铸件的压铸设备，包括如下步骤：料勺将铝合金液从保温炉中勺取后，运送至所述铝合金半固态浆料制备装置的转子下方；转子通过转动对铝合金液进行物理搅拌，同时氮气通过转子下段的吹气孔吹入铝液中进行气相诱变，制备铝合金半固态浆料；铝合金半固态浆料制备完成后，料勺继续行进，将铝合金半固态浆料倒入压室中。

本申请实施例在铝合金铸件的压铸生产过程中能够有效降低或消除高压铸件内部气孔、宏观缩孔和微观缩孔等缺陷的含量，解决铸件内部缺陷问题：（1）由于铝液中含有固相成分，其粘度高，不易产生紊流裹气，从而大大减少气孔产生的风险；（2）含10vt%固相组分的铝合金浆料的凝固收缩率远小于纯铝液的收缩率，减少了缩孔产生的可能；（3）经过物理搅拌和气相诱变后，铝液中的固相成分是以悬浮的球状颗粒状态存在的，这种微观形态在凝固过程中可以提供更多的形核位置，细化晶粒，减少枝晶骨架闭合生长后微观孔洞的产生频率，降低微观缩孔风险。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

实施例1中公开了一种铝合金半固态浆料制备装置，如图1-2中所示，包括支架1、氮气供应设备和搅拌设备，所述支架1用以安装所述搅拌设备。所述搅拌设备包括箱体2、密封挡板3、电机6、从动齿轮7、电机齿轮8、连杆9、扇叶盘10、转子14、控制面板16。所述箱体2中设置密封挡板3，所述密封挡板3将所述箱,2分为上箱体4和下箱体5。所述上箱体4中设置连杆9，如图2中所示，连杆9上部可转动的固定在所述箱体2顶面上（例如通过轴承），连杆9下部可转动的固定在所述密封挡板3上。所述连杆9固定在所述从动齿轮7的中心，所述电机6的输出轴固定在所述电机齿轮8的中心，所述电机齿轮8与所述从动齿轮7垂直传动啮合，从而所述连杆9能够被所述电机6带动旋转。所述控制面板16电连接所述电机6，用于控制所述电机6的开关和转速。

所述下箱体5中设置扇叶盘10，所述扇叶盘10包括上连接盘11、扇叶12、下连接盘13，所述上连接盘11和所述下连接盘13之间固定设置至少两个扇叶12，所述扇叶12以相同的角度向同一个方向倾斜设置，所述扇叶可以为镰刀型、梯形、折缘形等等。所述上连接盘11与所述连杆9固定连接。

所述转子14为中空的圆柱形，上端开口，下端封闭，所述转子14下段上沿四周均匀开设有多排吹气孔15。所述转子14与所述下连接盘13固定连接，所述下连接盘13中间开设有圆孔，所述圆孔与所述转子14的空腔连通。在所述转子14的上端还套设有漏斗形的密封罩22，所述密封罩22固定在所述箱体2的底部，所述密封罩22用于密封所述转子14的连接处，保证氮气从所述转子14的空腔中经吹气孔15吹出。

所述下箱体5上设置有进气孔17，所述氮气供应设备与所述进气孔17通过通气管21连通。所述氮气供应设备包括氮气罐18，所述氮气罐18通过通气管21连通所述进气孔17，所述通气管21上设置有流量表19和压力表20。所述流量18表用于显示通气管内气流量。所述压力表20用于显示通气管内氮气压力。

本实施例1中所述氮气供应设备输送氮气到搅拌设备，搅拌设备中的电机带动连杆、扇叶盘、转子旋转，实现转动搅拌，同时氮气通过扇叶盘的旋转吹入所述转子的空腔通过吹气孔实现吹气，将搅拌和吹气合一，可以实现快速制备铝合金半固态浆料，为高压铸造提供低固相的铝合金半固态浆料（例如固相含量仅在10±1%的低固相铝合金），从而能够有效降低或消除高压铸件内部气孔及缩孔等缺陷的含量，解决铸件内部缺陷问题。

实施例2：

实施例2中提供了一种铝合金铸件的压铸设备，包括保温炉23、给汤机、压铸机、铸件模具，还包括如实施例1中所述的铝合金半固态浆料制备装置。其中所述压铸机包括冲头25和压室26。所述给汤机包括料勺24，所述料勺24用于将铝液从保温炉23运送至所述压铸机的压室26。

本实施例2中所述的一种铝合金铸件的压铸设备的一种铝合金铸件的压铸工艺，包括如下步骤，如图3中所示：将保温炉中铝合金液温设定并控制至625±5℃,料勺将铝合金液从保温炉中勺取后，运送至所述铝合金半固态浆料制备装置的转子下方；转子通过转动对铝合金液进行物理搅拌，同时氮气通过转子下段的吹气孔吹入铝液中进行气相诱变，通过物理搅拌和气体诱变制备铝合金半固态浆料（在本步骤的一个实施例中转子以转速2-3转/S搅拌，同时通入流量45-50L/min的氮气，持续时间5S，制备出的所述铝合金半固态浆料为固相微观形态为颗粒状且固相组分在10vt %的低固相混合铝合金浆料）；制备的所述铝合金半固态浆料为颗粒状且固相组分在10±1vt %的低固相混合铝合金浆料；铝合金半固态浆料制备完成后，料勺继续行进，将铝合金半固态浆料倒入压室中；保证所述铸件模具的模具型腔表面温度200℃-240℃；从铝液倒入压室到铝液到达铸件模具内浇口之前为慢压射阶段，慢压射速度为0.3-0.4m/s，铝液进入内浇口之后切换为高速压射阶段，高速压射速度为4.8-5m/s，直至压力升高到保压压力1160±5bar，保压10s；保压结束后，所述压铸机留模冷却7-8s。

本实施例2中铸造过程中设置慢压射阶段和高速压射阶段，以缩短填充时间，减少混合料热量损失，同时固液混合浆料不易产生紊流裹气，充型平稳。由于低固相压铸浇注温度远低于常规液态压铸，铝合金冷凝序缩短，且凝固体积收缩率大大降低，避免了缩孔的出现。故将压铸机的留模冷却时间减至7-8s，以提高铸件生产效率。本实施例2中提供的一种铝合金铸件的压铸设备和压铸工艺，降低或消除了铝合金高压铸造产品内部的气孔和缩孔缺陷产生的风险，保证了产品质量，同时提高了生产效率。具体表现为：

（1）固液混合铝料填充平稳，无紊流裹气产生，杜绝气孔的产生；

（2）相比于液态压铸660-670℃的浇注料温，本方法料温仅625±5℃，降低了体积收缩率，避免缩孔出现的同时，消除了枝晶搭接产生的内应力，减少铸件热裂倾向；

（3）打破了铝合金初生相枝晶形貌，得到的颗粒状微观固相组分提供了更多的形核位置，且有利于晶间的渗流补缩；

（4）缩减冷凝序时间，进而减少铸造节拍用时，提升铸件生产效果。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。