一种铜合金管件的半固态成型装置

技术领域

本发明属于金属铸造技术领域，具体说是涉及一种铜合金管件的半固态成型装置。

背景技术

传统的金属成形主要分为两类:一类是金属的液态成形，如铸造、液态模锻，另一类是金属的固态成形，如轧制、拉拔、冲压等。20世纪70年代产生了一种金属成形的新方法，即半固态加工成型技术，先将金属熔融，然后在熔融金属凝固的过程中，通过搅拌装置对其施以剧烈的搅拌作用，充分破碎树枝状的初生固相，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定球状初生固相的半固态浆料，即流变浆料，然后再将流变浆料通过注射装置注入金属模具，利用这种流变浆料直接进行成形加工的方法称之为半固态金属的流变成形。

公开号为CN114406231A的发明专利申请公开了一种镁铝合金颗粒半固态成型装置及其成型方法，镁铝合金颗粒半固态成型装置包括加热组件和注射组件，注射组件设置于加热组件的下方，注射组件包括封闭器和输送管，输送管的一端设置于加热组件的下方，封闭器设置于输送管的远离加热组件一端，封闭器包括出料壳和电磁锁，出料壳设置于输送管的远离加热组件一端，电磁锁设置于出料壳的一侧，更换模具时，电磁锁断电将出料壳与输送管隔开，停止注射合金，更换模具的过程中加热组件和输送管不需要停机，解决了现有的半固态成型设备在注射完成后需要停机更换磨具的问题。

然而上述现有的半固态成型装置，加热组件和注射组件分开设置，不仅操作繁琐复杂，而且占地面积较大，且采用螺杆在筒体中搅拌之后进行注射的方式，无法检查和控制浆料生成的进度和质量，成型效果不佳。为此本方案提出一种铜合金管件的半固态成型装置，以解决以上所提出的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜合金管件的半固态成型装置，解决了铜合金管件半固态成型操作复杂、成型效果较差的技术问题，通过升降筒在半固态浆料筒内往复运动，不仅使得半固态浆料的生成和注射更加简便快捷，而且使得半固态浆料的检查和质量控制更方便，从而提高了半固态成型的效果。

一种铜合金管件的半固态成型装置，包括机架、设置在所述机架底部的铸造模具，还包括底部与所述铸造模具中浇道口连通的半固态浆料筒、滑动穿设于所述半固态浆料筒内的升降筒、转动设置在所述升降筒内的浆料搅拌组件、与所述浆料搅拌组件连接的动力组件，所述半固态浆料筒的侧部设置有进料口，所述半固态浆料筒的底部设置有与所述铸造模具连通的出料口，所述升降筒的侧部设置有与所述进料口可分离连通的连通口，所述升降筒的侧部还设置有略高于所述进料口的通气口，所述升降筒的底部设置有与所述半固态浆料筒可分离连通的下料口，所述升降筒的上方设置有热电偶；

所述半固态浆料筒的外侧上部设置有与所述进料口连通的原料槽，所述半固态浆料筒的外侧下部设置有加热器。

所述浆料搅拌组件包括可升降地设置在所述升降筒内的搅拌轴、环形阵列设置在所述搅拌轴外侧的若干叶片、设置在所述叶片下方位置且与所述搅拌轴底端连接的隔离盘，所述隔离盘的底侧可分离地抵接于所述下料口的边缘，所述搅拌轴的顶端与所述动力组件连接，所述动力组件设置在所述机架上。

所述升降筒的内侧固定设置有导流圈，所述导流圈的纵截面内侧为锥形，所述搅拌轴穿过所述导流圈设置，所述叶片转动设置在所述导流圈的内侧，所述隔离盘的顶侧可分离的抵接于所述导流圈的底侧。

所述半固态浆料筒的内侧竖向设置有导向柱，所述升降筒的外侧设置有与所述导向柱对应的导向槽，所述导向槽滑动设置在所述导向柱外。

所述升降筒顶侧密封有顶盖，所述搅拌轴和所述热电偶的一端穿过所述顶盖设置，所述热电偶的另一端固定在所述机架上。

所述隔离盘的顶侧开设有环形的导流槽，所述导流槽朝向所述叶片的外边缘设置。

所述动力组件包括输出轴与所述搅拌轴连接的减速机，与所述减速机输入轴连接的电机、伸缩端与所述电机中壳体连接的电动缸一，所述电动缸一的固定端固定在所述机架的顶侧，所述机架上设置有控制器，所述电机、所述电动缸一、所述加热器、所述热电偶分别与所述控制器电连接。

所述浆料搅拌组件为耐高温陶瓷制成，所述搅拌轴与所述减速机的输出轴通过法兰连接，且所述搅拌轴与所述减速机的输出轴之间垫设有云母垫片。

所述机架的底部设置有机座，所述机座顶侧竖向固定设置有电动缸二，所述电动缸二的伸缩端固定设置有托盘，所述铸造模具设置在所述托盘上，所述铸造模具的两侧设置有夹持部，所述电动缸二与所述控制器电连接。

本发明的有益效果有如下几点：

（1）通过升降筒滑动设置在半固态浆料筒的内部，具有如下几点技术效果：

一是升降筒的连通口与进料口连通时，实现铜合金原料的进料，当升降筒上升时，通过半固态浆料筒内壁对连通口封堵，使得在进行铜合金原料加热熔融时避免了氧化，进料快捷方便，铜合金熔融效果更好；

二是铜合金熔融完成后进行冷却时，通过升降筒继续向上滑动时，使得连通口和通气口与大气连通，熔融铜合金的冷却效果更好，且热电偶与冷却过程中的铜合金接触，铜合金温度监测更方便，以便于半固态浆料的质量控制；

三是升降筒内设置有导流圈，当浆料搅拌组件的搅拌轴旋转运动时，通过叶片与导流圈的配合，一方面完成了半固态浆料的生成，同时也完成了对半固态浆料筒的填充，半固态浆料的制作以及输送更加方便快捷，通过调节搅拌轴的转速，使得半固态浆料的质量控制更加方便。

（2）通过设置浆料搅拌组件，具有如下几点技术效果：

一是搅拌轴上阵列设置有若干叶片，当叶片转动时，可对冷却的熔融铜合金进行快速搅拌，生成半固态浆料，且通过叶片带动熔融铜合金产生对导流圈向上的推力，使得导流圈与隔离盘分离，半固态浆料通过导流圈之后进入半固态浆料筒，半固态浆料的生成以及输送效率更高；

二是隔离盘顶侧与导流圈抵接时，可对熔融铜合金进行封堵，隔离盘与下料口抵接时，可带动升降筒将半固态浆料筒内的半固态浆料注射入金属模具，具有多功能效果；

三是隔离盘的顶侧开设有环形的导流槽，通过导流槽、叶片和导流圈的配合产生湍流，使得熔融铜合金搅拌效率更高，同时半固态浆料的生成质量更好。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明半固态浆料筒的外部结构示意图；

图3是本发明升降筒的外部结构示意图；

图4是本发明浆料搅拌组件的结构示意图；

图5是本发明进料状态的升降筒内部结构示意图；

图6是本发明铜合金原料熔融状态的升降筒内部结构示意图；

图7是本发明熔融铜合金冷却时的升降筒内部结构示意图；

图8是本发明半固态浆料生成时的升降筒内部结构示意图；

图9是本发明半固态浆料注射时升降筒内部结构示意图；

图10是本发明铸造模具的结构示意图。

其中，图中：1、机架；11、机座；12、电动缸二；13、托盘；2、半固态浆料筒；21、进料口；22、出料口；23、导向柱；3、升降筒；31、连通口；32、下料口；33、导流圈；34、导向槽；35、通气口；36、顶盖；4、浆料搅拌组件；41、搅拌轴；42、叶片；43、隔离盘；431、导流槽；44、热电偶；45、云母垫片；5、原料槽；6、加热器；7、动力组件；71、电动缸一；72、电机；73、减速机；8、控制器；9、铸造模具；91、浇道口；92、夹持部。

具体实施方式

为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1-图10，一种铜合金管件的半固态成型装置，包括机架1、设置在机架1底部的铸造模具9，还包括底部与铸造模具9中浇道口91连通的半固态浆料筒2、滑动穿设于半固态浆料筒2内的升降筒3、转动设置在升降筒3内的浆料搅拌组件4、与浆料搅拌组件4连接的动力组件7，半固态浆料筒2的侧部设置有进料口21，参见图5，半固态浆料筒2的底部设置有与铸造模具9连通的出料口22，升降筒3的侧部设置有与进料口21可分离连通的连通口31，升降筒3的侧部还设置有略高于进料口21的通气口35，升降筒3的底部设置有与半固态浆料筒2可分离连通的下料口32，升降筒3的上方设置有热电偶44；

半固态浆料筒2的外侧上部设置有与进料口21连通的原料槽5，半固态浆料筒2的外侧下部设置有加热器6，加热器6为电磁加热器，具有热效率高、预热时间短，加热速度快的特点。

浆料搅拌组件4包括可升降地设置在升降筒3内的搅拌轴41、环形阵列设置在搅拌轴41外侧的若干叶片42、设置在叶片42下方位置且与搅拌轴41底端连接的隔离盘43，隔离盘43的底侧可分离地抵接于下料口32的边缘，搅拌轴41的顶端与动力组件7连接，动力组件7设置在机架1上。

升降筒3的内侧固定设置有导流圈33，导流圈33的纵截面内侧为锥形，搅拌轴41穿过导流圈33设置，叶片42转动设置在导流圈33的内侧，隔离盘43的顶侧可分离的抵接于导流圈33的底侧。

半固态浆料筒2的内侧竖向设置有导向柱23，升降筒3的外侧设置有与导向柱23对应的导向槽34，导向槽34滑动设置在导向柱23外。

升降筒3顶侧密封有顶盖36，搅拌轴41和热电偶44的一端穿过顶盖36设置，热电偶44的另一端固定在机架1上。

隔离盘43的顶侧开设有环形的导流槽431，导流槽431朝向叶片42的外边缘设置。

动力组件7包括输出轴与搅拌轴41连接的减速机73，与减速机73输入轴连接的电机72、伸缩端与电机72中壳体连接的电动缸一71，电动缸一71的固定端固定在机架1的顶侧，机架1上设置有控制器8，电机72、电动缸一71、加热器6、热电偶44分别与控制器8电连接。

浆料搅拌组件4为耐高温氧化铝陶瓷制成，氧化铝陶瓷有较好的机械强度、耐磨性和耐高温性能，其烧结温度高达1650—1990℃，故通过氧化铝陶瓷制成的叶片42可在熔融铜合金中保持稳定性和强度，且氧化铝陶瓷叶轮已在实际生产中应用，搅拌轴41和隔离盘43均为耐高温氧化铝陶瓷制成，搅拌轴41与减速机73的输出轴通过法兰连接，且搅拌轴41与减速机73的输出轴之间垫设有云母垫片45，通过云母垫片45的设置对减速机73的输出轴起到了隔热缓冲的效果，减轻了搅拌轴41高温对减速机73的高温影响。

机架1的底部设置有机座11，机座11顶侧竖向固定设置有电动缸二12，电动缸二12的伸缩端固定设置有托盘13，铸造模具9设置在托盘13上，铸造模具9的两侧设置有夹持部92，电动缸二12与控制器8电连接。

本发明的具体工作过程：

参见图1，使用时，先将铸造模具9放置在托盘13上，启动电动缸二12，通过托盘13上升使得铸造模具9的浇道口91与半固态浆料筒2的下料口32密封贴合，此时半固态成型装置处于准备状态，启动加热器6对半固态浆料筒2进行预热；

将铜合金原料坯料装入原料槽5内，依次经过进料口21、连通口31后，进入升降筒3内，启动电动缸一71，电动缸一71依次通过电机72和减速机73的输出轴带动搅拌轴41上升，参见图2、图6，由于搅拌轴41底端的隔离盘43与导流圈33抵接，开始带动升降筒3沿着半固态浆料筒2向上运动，连通口31与进料口21分离，连通口31被半固态浆料筒2密封，并被加热器6进行进一步加热熔融，由通气口35略高于连通口31，此时通气口35可微微敞开，以避免升降筒3内部压力过大；

参见图2、图7，待铜合金原料完全熔融后，搅拌轴41继续上升，并通过隔离盘43带动升降筒3继续上升，直到升降筒3的连通口31和通气口35均与大气连通，通过控制器8停止加热器6，此时熔融铜合金进入冷却状态，热电偶44插入熔融铜合金内，连通口31和通气口35所产生的对流保证了熔融铜合金的冷却速度符合要求，通过热电偶44监测冷却状态的铜合金温度，以确定是否达到半固态浆料生成的温度；

参见图2、图8，当热电偶44测得冷却状态的铜合金达到要求后，电机72通过减速机73带动搅拌轴41快速旋转运动，搅拌轴41带动叶片42转动，叶片42转动时对冷却时的熔融铜合金进行快速搅拌，叶片为螺旋状，通过叶片42带动熔融铜合金循环流动，当熔融铜合金上升时产生对导流圈33向上的推力，使得导流圈33带着升降筒3向上轻微滑动并与隔离盘43分离，为了保证分离效果，可适当通过电动缸一71将浆料搅拌组件4的隔离盘43向下推动，以推动隔离盘43与导流圈33分离并产生一定间隙，此时半固态浆料便通过导流圈33与隔离盘43之间的间隙喷出由下料口32进入半固态浆料筒2内，半固态浆料的生成以及输送效率更高，电机72为变频电机，通过调节电机72转速，来实现在铜合金总量一定的情况下控制半固态浆料生成质量以及半固态浆料通过量的目的，浆料搅拌组件4具有多功能的效果，且使得半固态浆料的生成质量更好。

参见图2、图9，当半固态浆料生成落入半固态浆料筒2内后，搅拌轴41停止转动，电动缸一71通过搅拌轴41带动隔离盘43向下运动并与下料口32抵接，通过隔离盘43封堵住下料口32，隔离盘43继续向下运动，并对半固态浆料筒2内的半固态浆料进行及挤压，受到挤压的半固态浆料通过出料口22以及铸造模具9的浇道口91快速注射进铸造模具9内，半固态浆料进入铸造模具9内完成铜合金管件的成型，在进行注射时，也可以根据半固态浆料的状态启动和调整加热器6的功率，使得半固态浆料的注射更顺畅。

铜合金管件成型后，通过电动缸二12带动托盘13下降，托盘13带动铸造模具9下降并与半固态浆料筒2分离，通过夹持部92将铸造模具9分离，取出铸造完成的铜合金管件，最后将铸造模具9复位，开始下一个铜合金管件的铸造。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。