一种液冷式铝合金半固态制浆工艺的制作方法

1.本发明涉及铝合金半固态浆料制备技术领域，具体涉及的是一种液冷式铝合金半固态制浆工艺。


背景技术：

2.铝合金半固态成型技术包括流变成型和触变成型两大类，触变成型所用的半固态金属坯料具有较高的固相分数，在输送和加热时较为方便，易于实现自动化操作，因此，早期的半固态成型技术的工业应用主要集中在触变成型工艺上；随着触变成型技术的应用和推广，其设备成本高、加工余料不能快速回收、二次重熔造成坯料表面氧化、生产周期长、能耗高制约了触变成型技术的发展；因此，流变成型技术近年来成为铝合金半固态成型领域的研究热点；流变成型技术是在合金由液态冷却至预定半固态的温度区间来控制浆料的质量，因此，采用适当的工艺手段在短时间内制备出高质量的半固态浆料，以及半固态浆料和流变成型之间的快速衔接成为流变成型技术的关键。
3.铝合金半固态浆料的制备工艺分为两种，一种是熔体经过外加作用场搅拌，另一种是熔体不需要外加作用场搅拌；前种方法是在合金凝固过程中运用外场施加强烈搅拌，搅拌引起的对流抑制了枝晶的生长，在搅拌剪切速率较高且冷却速率较低的情况下，枝晶最终演变为球状或近球状，例如机械搅拌法、电磁搅拌法、超声波振动法；传统的搅拌方式是通过搅拌轴在铝合金熔液中高速转动，使初生固相的形核与生长方式发生一定改变或使充分打破形成的枝晶。但是这样的制浆效率较低。
4.另外一种工艺是通过控制温度、合金元素、形核等内部因素来制得半固态浆料，例如低过热度浇注法、化学晶粒细化法、控制形核法、应变诱导熔体活化法；然而，该方法的缺点是需要对温度、成分等外部条件进行精确的控制。
5.有鉴于此，本技术人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。


技术实现要素：

6.本发明的主要目的在于提供一种液冷式铝合金半固态制浆工艺，其具有制浆效率高的特点。
7.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
8.一种液冷式铝合金半固态制浆工艺，其中，包括以下步骤：
9.①
机械手带动容器从铝液槽中舀起熔融的铝液，并将容器移动至搅拌装置下方，搅拌装置下部浸入至所述容器的铝液中；
10.②
搅拌装置包括搅拌轴，搅拌轴能够绕着竖直轴线进行转动；所述搅拌轴内部设置有入流管和回流管，所述入流管与回流管下部相连通；搅拌轴转动的同时，入流管与回流管内流经有冷却液；
11.③
搅拌设定的时间后，搅拌轴停止转动；机械臂带动容器下降以将搅拌装置与所述容器脱离。
12.进一步，所述搅拌轴上端连接有用于提供冷却液的供液装置，所述供液装置包括外壳、存储箱、输送泵、供电电瓶和配平调节机构；所述外壳与所述搅拌轴的上端固定连接；所述存储箱设置在外壳内腔顶部，所述存储箱内装有冷却液，所述输送泵设置在所述存储箱下部，所述存储箱与所述输送泵的入口相连接；所述输送泵的出口通过管道与所述搅拌轴的入流管连接；所述搅拌轴的回流管通过管道与所述存储箱连接；所述供电电瓶设置在外壳内壁上，所述供电电瓶通过导线向输送泵供电；所述配平调节机构设置在所述外壳内腔底部，所述配平调节机构包括固定座、调节丝杆和配重块，所述固定座与所述外壳内壁固定连接，所述调节丝杆与所述固定座转动连接，所述配重块上形成有螺纹孔，所述调节丝杆与所述螺纹孔螺纹连接，所述配重块与所述外壳的内腔底面滑动连接；所述调节丝杆的长度方向垂直于搅拌轴的转动轴线并穿过搅拌轴的转动轴线；所述调节丝杆的一端位于外壳之外，所述调节丝杆位于外壳之外的一端上固定设置有调节手轮。
13.进一步，所述存储箱内设置有制冷片，所述制冷片与所述供电电瓶通过导线连接。
14.进一步，所述外壳内设置有第一电瓶和第二电瓶，所述第一电瓶的质量和储电量大于第二电瓶，所述存储箱内设置第一制冷片和第二制冷片，所述第一电瓶通过导线与所述输送泵和第一制冷片连接；所述第二电瓶通过导线与所述第二制冷片连接；所述第一电瓶和第二电瓶分别位于外壳内腔的两侧并相对与搅拌轴的转动轴线间隔180度；所述配平调节机构位于第二电瓶的下方。
15.进一步，步骤
①
前还包括调平操作，旋转所述搅拌轴和起动输送泵，根据搅拌轴的抖动情况转动调节手轮调节配重块的位置，直至搅拌轴平稳旋转；使用一段时间后，定期清理搅拌轴上残留的铝液并重新进行调平操作。
16.进一步，所述搅拌轴上设置有用于支撑搅拌轴的支撑环，所述搅拌轴与所述支撑环转动连接，所述搅拌轴上还设置有用于驱动搅拌轴转动的动力机构。
17.进一步，所述搅拌轴上形成有沿径向延伸的搅拌杆。
18.进一步，步骤
③
中搅拌轴停止转动后，输送泵仍工作一段时间。
19.进一步，搅拌装置还包括辅助搅拌机构，所述辅助搅拌机构包括方形固定架、不锈钢薄壁筒、第一滑动限位杆、第二滑动限位杆、第三滑动限位杆、四条驱动杆和驱动机构；所述不锈钢薄壁筒自由状态截面呈圆形，不锈钢薄壁筒上分布有若干个通孔，第一滑动限位杆、第二滑动限位杆、第三滑动限位杆分别连接在所述不锈钢薄壁筒外壁上，所述第二滑动限位杆与所述第一滑动限位杆和所述第三滑动限位杆均呈90度夹角，所述第一滑动限位杆和所述第三滑动限位杆位于同一直线位置上；所述不锈钢薄壁筒的外壁上还设置有台阶座，所述台阶座位于第二滑动限位杆对侧的不锈钢薄壁筒的外壁上；所述台阶座、第一滑动限位杆、第二滑动限位杆和第三滑动限位杆位于同一水平面上，相邻的限位杆与限位杆或者限位杆与台阶座之间铰接有驱动杆，四条所述驱动杆围成闭合环形结构；所述第一滑动限位杆、第二滑动限位杆和第三滑动限位杆滑动设置在所述方形固定架的三条边上；所述驱动杆上连接有用于改变相邻两个驱动杆角度的驱动机构；所述不锈钢薄壁筒在第一圆形状态、第一椭圆状态、第二圆形状态和第二椭圆状态之间循环变化，第一椭圆状态的椭圆长度沿着第二滑动限位杆方向，第二椭圆状态的椭圆长轴方向沿着第一滑动限位杆方向。
20.进一步，所述台阶座、第一滑动限位杆、第二滑动限位杆和第三滑动限位杆上均形成有向下延伸的辅助张拉杆，所述辅助张拉杆贴合在所述不锈钢薄壁筒的外壁上。
21.进一步，其中相邻的两个驱动杆上固定设置有摆杆，所述摆杆远离驱动杆的一端设置有枢接孔，两个尾部相互连接的电动推杆的活动杆分别与两个所述摆杆的枢接孔铰接；两个电动推杆同时伸出或者同时缩回以改变两个摆杆之间的角度。
22.进一步，所述驱动机构包括安装底座、转盘、滑块、滑轨、连杆和传动杆，所述安装底座与所述方形固定架固定连接；所述转盘转动连接在安装底座上，所述滑轨固定设置在所述安装底座上，所述滑轨的长度方向沿着所述第二滑动限位杆的滑动方向，所述滑块滑动设置在所述转盘边缘转动连接有连杆，所述连杆远离转盘的一端与所述滑块转动连接，随着转盘的转动，所述滑块在所述滑轨上往复滑动，所述滑块上连接有传动杆，所述传动杆远离所述滑块的一端与台阶座上方的两个驱动杆的连接处转动连接。
23.采用上述结构后，本发明涉及的一种液冷式铝合金半固态制浆工艺，其至少具有以下有益效果：
24.一、通过在搅拌轴中设置入流管和回流管，使得所述搅拌轴转动进行搅拌时，入流管和回流管中通入冷却液，冷却液吸热带走部分热量从而促进铝液中枝晶的形成在搅拌轴周围，所形成的枝晶产生后即被搅拌轴打散，从而均匀分布在铝液中完成制浆。相比于传统仅仅通过搅拌轴搅拌进行制浆，本发明促进枝晶的形成并且能够及时将枝晶打散使其均匀分布，提高了制浆的效率。
25.二、由于搅拌轴需要旋转，同时又需要向入流管中输送冷却液并从回流管中收回冷却液，通过将供液装置设置在搅拌轴上端并随着搅拌轴一起转动，降低了管路设计的复杂程度。使用时，输送泵抽取存储箱内的冷却液并通过管道输送至入流管的入口，所述输送泵设置在存储箱下部，使得即使存储箱也在旋转，由于输送泵的入口与存储箱的下底部连接，输送泵也能够保持顺畅的吸取冷却液。
26.三、通过对搅拌轴和供液装置在正式使用前进行配平调节操作，转动调节丝杆时，能够调节所述配重块距离搅拌轴转动轴线的距离，使得搅拌轴与供液装置作为整体的重心在搅拌轴的转动轴线上，从而搅拌轴转动时更加平稳平衡。
27.四、通过在存储箱内设置制冷片，使得升温后的冷却液能够进行降温，保持冷却液保持在合适的工作温度范围内。存储箱内的容积以及存储箱内装有的冷却液的量可以根据需要进行设计调整，保障冷却液的冷却效果。
28.五、搅拌轴上的支撑环与所述搅拌轴转动连接，支撑环固定安装在机架上，机架上固定设置有用于驱动搅拌轴的转动动力。在搅拌轴停止转动后，输送泵保持工作，避免滞留在入流管和回流管内的液体与搅拌轴保持长期接触造成冷却液温度过高。
29.六、通过设置辅助搅拌装置，四条驱动杆依次相互铰接，四个铰接点构成菱形的四个顶点，通过改变相邻的两个驱动杆的角度，从而使得不锈钢薄壁筒在椭圆和圆形之间相互转换。由于不锈钢薄壁筒浸入至铝液中，不锈钢薄壁筒形状变化过程中，对所述容器中远离容器中心的铝液进行扰动，使得铝液能够充分被搅拌轴进行剪切，提高打散的枝晶能够均匀分散。通过设置辅助张拉杆，使得高度方向上不锈钢薄壁筒保持同步的沿着径向进行形变。
30.与现有技术相比，本发明通过在搅拌轴中设置冷却液进行降温，促进枝晶的形成，形成的枝晶被搅拌轴打散从而进行均匀分散，大大提高了铝合金熔液的制浆效率。
附图说明
31.图1为本发明涉及一种液冷式铝合金半固态制浆工艺的使用状态图。
32.图2为搅拌装置伸入至容器中的截面结构示意图。
33.图3为搅拌轴及供液装置的截面结构示意图。
34.图4为图3中a处的放大结构示意图。
35.图5为辅助搅拌机构的分解结构示意图(隐去方形固定架)。
36.图6至图8为不锈钢薄壁筒处于不同状态时的辅助搅拌机构的俯视结构示意图。
37.图9为驱动机构为第二种实施方式的辅助搅拌机构的俯视结构示意图。
38.图10为图9中b处的放大结构示意图。
39.图中：
40.容器100；机械手1；
41.搅拌轴2；入流管21；回流管22；支撑环23；搅拌杆24；
42.供液装置3；外壳31；第一电瓶311；第二电瓶312；存储箱32；第一制冷片321；第二制冷片322；输送泵33；配平调节机构34；固定座341；调节丝杆342；配重块343；调节手轮344；
43.方形固定架41；不锈钢薄壁筒42；通孔421；第一滑动限位杆 431；第二滑动限位杆432；第三滑动限位杆433；台阶座434；驱动杆44；辅助张拉杆45；驱动机构46；摆杆461；枢接孔462；电动推杆463；安装底座464；转盘465；滑块466；滑轨467；连杆468；传动杆469。
具体实施方式
44.为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。
45.如图1至图10所示，其为本发明涉及的一种液冷式铝合金半固态制浆工艺，包括以下步骤：
46.①
机械手1带动容器100从铝液槽中舀起熔融的铝液，并将容器100移动至搅拌装置下方，搅拌装置下部浸入至所述容器100的铝液中；
47.②
搅拌装置包括搅拌轴2，搅拌轴2能够绕着竖直轴线进行转动；所述搅拌轴2内部设置有入流管21和回流管22，所述入流管21与回流管22下部相连通；搅拌轴2转动的同时，入流管21与回流管 22内流经有冷却液；
48.③
搅拌设定的时间后，搅拌轴2停止转动；机械臂带动容器下降以将搅拌装置与所述容器100脱离。
49.这样，本发明涉及的一种液冷式铝合金半固态制浆工艺，通过在搅拌轴2中设置入流管21和回流管22，使得所述搅拌轴2转动进行搅拌时，入流管21和回流管22中通入冷却液，冷却液吸热带走部分热量从而促进铝液中枝晶的形成在搅拌轴2周围，所形成的枝晶产生后即被搅拌轴2打散，从而均匀分布在铝液中完成制浆。相比于传统仅仅通过搅拌轴2搅拌进行制浆，本发明促进枝晶的形成并且能够及时将枝晶打散使其均匀分布，提高了制浆的效率。
50.进一步，所述搅拌轴2上端连接有用于提供冷却液的供液装置3，所述供液装置3包括外壳31、存储箱32、输送泵33、供电电瓶和配平调节机构34；所述外壳31与所述搅拌轴2的
上端固定连接；所述存储箱32设置在外壳31内腔顶部，所述存储箱32内装有冷却液，所述输送泵33设置在所述存储箱32下部，所述存储箱32与所述输送泵33的入口相连接；所述输送泵33的出口通过管道与所述搅拌轴 2的入流管21连接；所述搅拌轴2的回流管22通过管道与所述存储箱32连接；所述供电电瓶设置在外壳31内壁上，所述供电电瓶通过导线向输送泵33供电；由于搅拌轴2需要旋转，同时又需要向入流管21中输送冷却液并从回流管22中收回冷却液，通过将供液装置3 设置在搅拌轴2上端并随着搅拌轴2一起转动，降低了管路设计的复杂程度；传统做法是通过设置具有环形流道的供液机构，保证搅拌轴旋转时均能够保证冷却液的顺畅流动，同时避免管线因为搅拌轴的旋转而打结，但是这种结构比较复杂。使用时，输送泵33抽取存储箱32内的冷却液并通过管道输送至入流管21的入口，所述输送泵33 设置在存储箱32下部，使得即使存储箱32也在旋转，由于输送泵 33的入口与存储箱32的下底部连接，输送泵33也能够保持顺畅的吸取冷却液。
51.所述配平调节机构34设置在所述外壳31内腔底部，所述配平调节机构34包括固定座341、调节丝杆342和配重块343，所述固定座 341与所述外壳31内壁固定连接，所述调节丝杆342与所述固定座 341转动连接，所述配重块343上形成有螺纹孔，所述调节丝杆342 与所述螺纹孔螺纹连接，所述配重块343与所述外壳31的内腔底面滑动连接；所述调节丝杆342的长度方向垂直于搅拌轴2的转动轴线并穿过搅拌轴2的转动轴线；所述调节丝杆342的一端位于外壳31 之外，所述调节丝杆342位于外壳31之外的一端上固定设置有调节手轮344。通过对搅拌轴2和供液装置3在正式使用前进行配平调节操作，转动调节丝杆342时，能够调节所述配重块343距离搅拌轴2 转动轴线的距离，使得搅拌轴2与供液装置3作为整体的重心在搅拌轴2的转动轴线上，从而转动轴2转动时更加平稳平衡。由于调节手轮344设置在外壳31外部，能够方便使用者进行转动调节。
52.优选的，所述存储箱32内设置有制冷片，所述制冷片与所述供电电瓶通过导线连接。通过在存储箱32内设置制冷片，使得升温后的冷却液能够进行降温，保持冷却液保持在合适的工作温度范围内。存储箱32内的容积以及存储箱32内装有的冷却液的量可以根据需要进行设计调整，保障冷却液的冷却效果。
53.优选地，所述外壳31内设置有第一电瓶311和第二电瓶312，所述第一电瓶311的质量和储电量大于第二电瓶312，所述存储箱32 内设置第一制冷片321和第二制冷片322，所述第一电瓶311通过导线与所述输送泵33和第一制冷片321连接；所述第二电瓶312通过导线与所述第二制冷片322连接；所述第一电瓶311和第二电瓶312 分别位于外壳31内腔的两侧并相对与搅拌轴2的转动轴线间隔180 度；所述配平调节机构34位于第二电瓶312的下方。所述第一电瓶 311和第二电瓶312的重量不一样，配平调节机构34与第二电瓶312 位于同侧，第一电瓶311位于另一侧，这样第一电瓶311的自重与第二电瓶312和配平调节机构34的自重大致相等，使得两侧先大致保持平衡，再通过配重块343的位置改变进行微调。
54.优选地，步骤
①
前还包括调平操作，旋转所述搅拌轴2和起动输送泵33，根据搅拌轴2的抖动情况转动调节手轮344调节配重块343 的位置，直至搅拌轴2平稳旋转；使用一段时间后，定期清理搅拌轴 2上残留的铝液并重新进行调平操作。如此保持搅拌轴2长期使用的平衡，减少搅拌轴2的阻力和能耗。
55.优选地，所述搅拌轴2上设置有用于支撑搅拌轴2的支撑环23，所述搅拌轴2与所述支撑环23转动连接，所述搅拌轴2上还设置有用于驱动搅拌轴2转动的动力机构(图中未示
出)，动力机构可以是电机带动搅拌轴2旋转等常见的驱动形式。搅拌轴2上的支撑环23 与所述搅拌轴2转动连接，支撑环23固定安装在机架上，机架上固定设置有用于驱动搅拌轴2的转动动力。
56.优选地，所述搅拌轴2上形成有沿径向延伸的搅拌杆24。通过设置搅拌杆24，增加搅拌轴2的剪切效果，使得形成的枝晶更好地被打散。
57.优选地，步骤
③
中搅拌轴2停止转动后，输送泵33仍工作一段时间。在搅拌轴2停止转动后，输送泵33保持工作，避免滞留在入流管21和回流管22内的液体与搅拌轴2保持长期接触造成冷却液温度过高。
58.优选地，搅拌装置还包括辅助搅拌机构，所述辅助搅拌机构包括方形固定架41、不锈钢薄壁筒42、第一滑动限位杆431、第二滑动限位杆432、第三滑动限位杆433、四条驱动杆44和驱动机构46；所述方形固定架41也固定在机架(图中未示出)上；所述不锈钢薄壁筒42自由状态截面呈圆形，不锈钢薄壁筒42上分布有若干个通孔 421，所述通孔421供铝液通过，第一滑动限位杆431、第二滑动限位杆432、第三滑动限位杆433分别连接在所述不锈钢薄壁筒42外壁上，所述第二滑动限位杆432与所述第一滑动限位杆431和所述第三滑动限位杆433均呈90度夹角，所述第一滑动限位杆431和所述第三滑动限位杆433位于同一直线位置上；所述不锈钢薄壁筒42的外壁上还设置有台阶座434，所述台阶座434位于第二滑动限位杆432 对侧的不锈钢薄壁筒42的外壁上；所述台阶座434、第一滑动限位杆431、第二滑动限位杆432和第三滑动限位杆433位于同一水平面上，相邻的限位杆与限位杆或者限位杆与台阶座434之间铰接有驱动杆44，四条所述驱动杆44围成闭合环形结构；所述第一滑动限位杆 431、第二滑动限位杆432和第三滑动限位杆433滑动设置在所述方形固定架41的三条边上；所述驱动杆44上连接有用于改变相邻两个驱动杆44角度的驱动机构46；所述不锈钢薄壁筒42在第一圆形状态、第一椭圆状态、第二圆形状态和第二椭圆状态之间循环变化，第一椭圆状态的椭圆长度沿着第二滑动限位杆432方向，第二椭圆状态的椭圆长轴方向沿着第一滑动限位杆431方向。
59.优选地，每一驱动杆44的两个铰接点之间的距离相等，每一驱动杆均为弧形形状，对应的圆心角均为90度；通过设置辅助搅拌装置，四条驱动杆44依次相互铰接，四个铰接点构成菱形的四个顶点，通过改变相邻的两个驱动杆44的角度，从而使得不锈钢薄壁筒42在椭圆和圆形之间相互转换。由于不锈钢薄壁筒42浸入至铝液中，不锈钢薄壁筒42形状变化过程中，对所述容器100中远离容器100中心的铝液进行扰动，使得铝液能够充分被搅拌轴2进行剪切，提高打散的枝晶能够均匀分散。
60.优选地，不锈钢薄壁筒42的厚度为0.5-1.5mm，优选为0.5mm 或者0.8mm或者1mm或者1.5mm，不锈钢薄壁筒42采用韧性佳，弯曲后易回弹但不易折的不锈钢材料制成，如类似制作带锯的不锈钢材料。不锈钢薄壁筒42在自由状态时所成的圆形的直径为150-200mm，优选为180mm，直径大的不锈钢薄壁筒42可以将不锈钢薄壁筒42的厚度设置厚一些，保证往复形变时的强度。不锈钢薄壁筒42的竖直方向上的高度不超过300mm，优选为180-200mm，例如直径和高度均为180mm。
61.优选地，所述台阶座434、第一滑动限位杆431、第二滑动限位杆432和第三滑动限位杆433上均形成有向下延伸的辅助张拉杆45，所述辅助张拉杆45贴合在所述不锈钢薄壁筒42的外壁上。通过设置辅助张拉杆45，使得高度方向上不锈钢薄壁筒42保持同步的沿着
径向进行形变。
62.作为驱动机构46的第一种实施方式，优选地，其中相邻的两个驱动杆44上固定设置有摆杆461，所述摆杆461远离驱动杆44的一端设置有枢接孔462，两个尾部相互连接的电动推杆463的活动杆分别与两个所述摆杆461的枢接孔462铰接；两个电动推杆463同时伸出或者同时缩回以改变两个摆杆461之间的角度。
63.作为驱动机构46的第二种实施方式，如图9和图10所示，所述驱动机构46包括安装底座464、转盘465、滑块466、滑轨467、连杆468和传动杆469，所述安装底座464与所述方形固定架41固定连接；所述转盘465转动连接在安装底座464上，所述滑轨467固定设置在所述安装底座464上，所述滑轨467的长度方向沿着所述第二滑动限位杆432的滑动方向，所述滑块466滑动设置在所述转盘465 边缘转动连接有连杆468，所述连杆468远离转盘465的一端与所述滑块466转动连接，随着转盘465的转动，例如电机带动转盘465转动，所述滑块466在所述滑轨467上往复滑动，所述滑块466上连接有传动杆469，所述传动杆469远离所述滑块466的一端与台阶座434 上方的两个驱动杆44的连接处转动连接。在滑轨467上往复移动的滑块466带动传动杆469进行移动，从而使得驱动杆44之间的角度进行改变，所述不锈钢薄壁筒42在椭圆-圆形-椭圆形之间往复变化，使得靠近容器内壁部分的铝液得以扰动。
64.与现有技术相比，本发明通过在搅拌轴2中设置冷却液进行降温，促进枝晶的形成，形成的枝晶被搅拌轴2打散从而进行均匀分散，大大提高了铝合金熔液的制浆效率。
65.上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。