专利名称：用于混合、搅拌和输送熔融或半固态的金属材料或金属基复合材料的装置和方法
用于混合、搅拌和输送熔融或半固态的金属材料或 金属基复合材料的装置和方法技术领域在此描述的本发明涉及用于处理和抽送熔融或半固态的金属或合金或金属基复合(固c)材料的浆料的方法和装置，并且涉及掺入 用于制备應Cs的添加剂，具体地所有都关于压模铸造和类似工艺。
背景技术：
许多消费品和大量工业设备都包含由某种形式的铸造制造的组 成部分，例如砂型铸造、压模铸造、所谓的触变铸造和类似铸造。 这些工艺都伴随有熔融或半熔融的纯金属、金属合金或含金属复合 材料在模具或压模中的固化。已经釆用各种方法来提供形成和保持触变浆料所需要的搅拌作 用。在美国专利US5，040，589 (布拉德利等人)中描述的"Thixomat"工艺中，通过紧密配合在圆柱状的壳体或简体中的旋转螺杆推进器 的旋转对浆料进行剪切和搅拌。该推进器还将浆料输送到简体的喷 嘴端部并且最终将聚集在那里的浆料压入到压模或模具中。获得充 分高的剪切速率以破碎树枝状颗粒形成物和使用推进器将浆料喷射 到压模中都要求推进器在简体中的紧密配合。因此，Thixomat机易 于使推进器受到实质性磨损。浆料(例如，如果含有铝)的侵蚀可 加重磨损问题。同样地，请参见在PCT公布WO01/21343 (Fan)和美国专利 US5,501,266 (王等人)和US6， 065,526 (科诺)中公开的类似机器。6
虽然作为剪切浆料的措施的机械撹拌继续被开发出来(例如，参见美国专利US4，771，818 (Ke謹y)、 US5， 186， 236 (Gabathuler) 和US6， 470,955 (理查德等人))，但是通过运动电磁场的搅拌也已 被引入。美国专利US4， 321， 958 ( Delassus )公开了 一种直接提供在模具内的螺旋运动磁场的电磁感应器。美国专利US4，434， 837 (Winter等人)公开了一种类似于感应电动机的定子产生旋转磁场的应用，该旋转磁场用于在模具中围绕 磁场旋转所绕的轴线搅拌浆料。美国专利US4，877, 079 (Long等人)公开了一种用于连续铸造模具的"逆流"电磁搅拌装置，釆用两组被布置并且被激励以产生 两个单独的场分布图的线圈。最终结果是受感应的金属在模具内运 动的形式，这些形式比例如由简单的旋转磁场产生的形式更复杂。 要求保护改进的剪切运动和混合运动。美国专利US5，219,018 (Meyer)公开了沿模具的长度并且与模具同轴地排列的多个环形线圈的应用。适当地连接到多相交流电 (AC)时，就产生一个趋向于在模具内沿着模具的长度线性地移动 熔融和/或半熔融的金属的运动磁场。在实践中，在模具的纵向轴线 的中心建立起螺旋型循环。美国专利US5，135,564 (Fujikawa等人)公开了一种圆简状容 器，在该容器中熔融金属被冷却和搅拌以产生非树枝状的浆料。(当 在多相感应电动机的定子中时)通过在旋转磁场的作用下的旋转来 提供搅拌作用。 一个光滑的、通常圆柱状的芯体被引入到该容器中 并且优选地与该容器同轴。浆料被容纳在内部的容器壁与该芯体之 间的环状空间中。该芯体消除了在容器的中心的搅拌受限的"死区", 并且提高了搅拌的均匀性。
美国专利US6，637,927 (Lu, Norville等人)公开了 一种搅拌 装置，在该搅拌装置中容器由一捆线圈围绕，这些线圈不仅产生旋 转磁场(如在多相感应电动机中)而且产生纵向运动磁场。这些作 用的最终结果是，容器内和靠近容器壁的金属在螺旋状的路径上移 动并且沿着该螺旋线内的大致线性的路径再循环。电磁感应的应用在用于熔融金属的泵中也是已知的。但这些泵被设计用来提供平滑流，而不是湍流或混合流。美国专利US2，786，416 ( Fenemore )公开了 一种泵，在该泵中多个螺旋交织的绕组围绕含液态金属的环状通道设置并且连接到多相 交流电源以提供螺旋运动磁场。请同时参阅美国专利US3，885，890 (Davidson ),在该专利文献中线圈设置在壳体中的环状通道的中心 上以提供螺旋磁场。在所有情况下都可设置整流叶片或折流挡板。 美国专利US4，212，592 ( 01 ich )公开了 一种泵，在该泵中旋转磁场施加到与磁场的旋转轴线同轴的环状通道上并且引起金属在通 道中流动。在该通道中设置有整流叶片。美国专利US4，988,267 ( Yamada )公开了 一种特别用于将熔融金属供给铸造机的压射套的泵。线圈绕通道设置，在该通道中金属将 被抽送以沿通道轴向地被推进。所有这些泵都有一个用于熔融金属 的环状通道，该环状通道具有一个与该环面同心地设置在保护性外 壳中的铁磁芯。每个上述专利的授权公开说明书都整体地包括在此作为参考。 发明内容根据本发明的一方面，提供一种用于混合、搅拌和输送熔融或 半固态的含金属材料或金属基复合材料的浆料(统称为"浆料")的 装置，包括
用于容纳所述浆料的壳体；至少一个与所述浆料磁连通的导电体装置，该导电体装置产生 运动磁场以引起浆料在所述壳体中流动；以及至少一个固定并位于壳体内的成型(优选刚性的)部件，该部 件改变由运动磁场引起的所述浆料的流动形式。所述壳体可以是或者包括具有入口和出口的通道，所述浆料从 所述入口流到所述出口。所述壳体可以是或包括这样的壳体或容器， 在该壳体或容器中所述浆料在运动磁场的作用下流动。所述至少一个导电体装置包括一组可连接到交流电电源的绕组。可选地，所述壳体至少部分地由流体冷却套包围，流体冷却剂 可通过所述流体冷却套循环以将在所述壳体中的金属基金属或金属 基复合材料与该套中的冷却剂之间的热转移。所述部件优选是一个或多个螺旋片，所述壳体和所述螺旋片限 定用于所述浆料流动的至少一个螺旋流道。可选地，所述螺旋流道 包括至少一倾斜于所含浆料的受感应的运动方向的部分。所述壳体和/或所述部件可至少部分由钛或含钛材料制成。相信 使用钛或含钛材料可是特别有利的。例如，该材料可以是钛基复合材料，如由美国的马萨诸塞州的伯灵顿的Dynamet Technology Inc. 开发的CermeTi⑧。陶瓷或含陶瓷材料也可部分使用或者适用在壳体 和/或部件的与在壳体中所含的浆料接触的表面上。在另一方面，本发明提供一种用于将浆料浇铸到压模或模具中 的系统。上述公开的装置将所述浆料直接输送到壳体或触变锻造机 的压模或模具中，或者直接输送到压铸机的压射套中。在另一方面，本发明提供一种用于输送和控制浆料的状态的方 法，包括步骤 将所述浆料置入壳体中；通过至少 一个导电体装置向所述浆料施加运动磁场以引起浆料在所述壳体中流动；以及提供至少一个固定到壳体上并位于壳体内的改变所述浆料的流 动的部件。例如，可以引起流动并且可以改变流动形式以控制、防 止或者限制树技状固体颗粒在浆料中的生长。可以通过使流体冷却 剂穿过围绕所述壳体的冷却套来控制浆料在所述壳体内的温度。在还一方面，本发明提供一种用于将添加剂材料包括到浆料中 以产生金属基复合材料(薩C)的方法。在此公开的本发明由此涉及金属(包括金属合金)和薩Cs中的 成分的制造，在该发明中使用压模并且进入到该压模中的材料是触 变浆料的形式。这种浆料也可已知为半固态金属(SSM)。该术语在 此应理解为包括醒C。
图l是比较流变铸造工艺和触变铸造工艺的流程图；图2是示出在实施这些工艺中的可选步骤的流程图；图3是包含根据本发明的装置的通道的横截面视图，该截面在包括通道的中心纵向轴线的平面上截取；图4是图3中所示的通道在图3中的位置/工位"4-4"处截取的横截面视图；图5是示于图3和图4中的通道的壁的内表面的一部分的展开 视图；图6是与图5相同类型的视图，示出一种可能的改进； 图7是包括根据本发明构造的装置的可选实施例的通道的纵向 截面视图8是包括根据本发明构造的装置的另一可选实施例的封闭的 圆简状容器的纵向截面；图9是根据本发明制造的装置的应用的示意图；图IO是根据本发明制造的装置的另一应用的示意图；图ll是根据本发明制造的装置的可选应用的示意图；图12是根据本发明制造的装置的另一可选应用的示意图；以及图13是根据本发明制造的装置的再一可选应用的示意图。附图文字说明图1 1熔化合金2调制和保存3输送4a凝固坯件4b压 模4c压射套5a重新熔化坯件6a铸造 左边流变铸造 右边触变铸造图2 1熔化合金la与添加剂混合2调制和保存 3输送4a 凝固坯件4b压模4c压射套5a重新熔化坯件6a铸造 左边流变铸造 右边 触变铸造图3 1通道2装置 3轴线 4中心体5壁 6环状空 间 7螺旋片8螺旋片9冷却套10线圈11 12通道 13入口14出口具体实施方式
图1和图2是举例说明在此公开的本发明的潜在应用的工艺流 程图。图1示出在已知为"触变铸造"和"流变铸造"的工艺中的 步骤，该"触变铸造"和"流变铸造"例如在美国专利US6，432, 160
中被描述并且彼此相区别，该美国专利包括在此作为参考。在这些 工艺的每个中，首先以已知的方式(步骤1)熔化金属合金，通常 在受控的气氛下。在这一点上，合金液在高于其液相线温度的温度 上。在步骤2 ("调制和保存")中，熔化物被冷却至其液相线温度以 下并且在其固相线温度以上并被剧烈搅拌。由于冷却，树枝状固体 颗粒开始成核并且生长。在熔化物缺乏充分搅拌时，随着混合物逐 渐增加粘度和适时地固化，这些树枝状固体颗粒将逐渐连接。搅拌 的作用是，通过使树枝状颗粒改变成大致球状的离散的退化树枝状 颗粒来改变固化合金的微观结构。粘度随着这些颗粒比例的增加而 增加。通过充分搅拌(例如，剪切)和认真控制温度，该温度保持 在固相线温度与液相线温度之间，生成半固态的浆料。这种非树枝 状形式的金属合金和它们在铸造中的实际应用已在美国专利us3,902,544 (Flemings等人)中描述，该专利包括在此作为参考。步骤2通常在与发生初始熔化的容器不同的容器中进行。在保 持其状态的情况下，浆料可在容器中保存一些时间。浆料是触变的， 只要保持搅拌和适当的温度，在该触变中浆料就保持可流动，但是 如果停止搅拌或者温度降至固相线温度下浆料就失去流动性。在步 骤3 ("输送")中，浆料从容器中喷射出，在该容器中浆料已被这 样调制。在触变铸造中，浆料随后被固化成坯件(如步骤4a所示)。这 些坯件稍后被重新熔化(步骤5a )成浆料形式并且被铸造(步骤6a )。 在流变铸造工艺中，浆料不被固化、再熔化和随后铸造，而是只直 接用于铸造。在流变铸造中，在步骤3中被喷射出的浆料几乎立即被铸造。 与在图1中不同，该铸造工艺可采取两种形式。在一种形式中，直
接输送/喷射(步骤3)到压模中，从而使铸造步骤(步骤4b)简单 地等于浆料进入到压模中并且在其中固化。在另一种形式中，输送(步骤3)到一个中间容器、例如冷室型压铸机的压射套中。步骤4c 具有两步浆料喷射到压射套中，并且接着在固化前喷射到压模或 模具中。对于纯金属合金而言，触变铸造工艺和流变铸造工艺本质上可 用于羅Cs中，包括以铝合金和粉煤灰为基础的薩Cs。例如，请参 见美国专利US 4,888,054 (Pond Sr.),该专利包括在此作为参考。 主要区别在于，包括有一个混合步骤。除了包括一个混合步骤(如步骤la所示)之外，图2类似于图 1,在该混合步骤中添加剂材料(例如粉煤灰)与熔融合金混合而产 生画C。剩余步骤标以与图1的相应步骤相同。与合金一样，对于丽C 材料，要求搅拌并且(初始)冷却至液相线和固相线之间的温度以 将材料调制成对于铸造步骤具有适当一致性的半固态浆料。如在此所使用的，术语"粉煤灰"表示煤燃烧的副产品。这种 材料主要由复合铝硅酸盐玻璃、莫来石、铁矿粉、磁铁矿尖晶石和 石英组成。石英(结晶二氧化硅)在粉煤灰中的比例取决于煤中的 石英含量。如在此使用的，该术语也包括称作火山灰、粉煤灰、F 级粉煤灰和C级粉煤灰的产物。通常地，粉煤灰已用作混凝土和混 凝土制品的辅助粘结材料。它也已用在土壤加固中并且在新青和其 它产品中作为精细填充物。继续参考图2,本发明以提供能执行步骤la和2和另外步骤3 的装置作为第一目标，至少(在步骤3的情况下)在步骤3中输送 到坯件铸造设备或冷室压铸机的压射套中。可选地，所述设备可用 在(例如以较高的压力)直接喷射(步骤3)到压模或模具的情况 下。另外的目标是提供用于制备、调制和使用作为触变浆料的金属、
金属合金和作为触变浆料的醒Cs的改进方法。返回来参考图1，本发明也可用于执行步骤2和3，与在前段中针对步骤3所做的说明相同。图3是根据本发明的一个实施例的通道1和装置2的横截面视 图。该截面在包括通道1的中心纵向轴线3的平面上截取。通道1 优选地具有圆形横截面。图4是示于图3中的装置2的横截面视图， 垂直于图3中的轴线3位置"4-4"上的平面截取。固定在通道1 中并且与通道1同轴的是一个细长的中心体4。通道的中心体4和 壁5在它们之间限定一个空间6，该空间在优选实施例中为环状的。 在环状空间6中设置有多个、优选一个或两个交叉的阿基米德螺旋 片7和8，(在具有两个这样的螺旋片的情况下)这些阿基米德螺旋 片绕轴线3以180°成角度地分开。螺旋片7和8固定到壁5和中 心体4上并且在它们之间延伸。由此它们不在通道1内旋转并因此 避免在开始所引用的某些现有技术方法中的磨损问题。但是，它们 改变了轴向流动的方向并且给予了该轴向流动的螺旋分量及湍流搅 拌。围绕通道1是流体冷却套9，通过该流体冷却套可提供通道中的 熔融浆料或浆料的冷却。用于在这种场合中冷却的液体冷却套、例 如套9的设计本身是一种成熟的技术。套9可包含其它组成部分或 者否则与所示的套9不同。围绕通道和水套是多组、优选三组螺线管型的线圈10,(在所示 的实施例中)标以R、 Y和B。在已知的方式中，三相交流电源可连 接到线圈10， 一个相位连接绕组R、 Y和B中的一个。当线圈被通 电时，该作用将产生运动磁场，通过感应涡流和通道1中的相关磁 场该运动磁场在纵向方向上一如通过箭头"X"表示的一推进通道1 中的熔融金属或浆料。 螺旋片7和8避免浆料在空间6中未受阻碍的纵向运动，而是迫使浆料沿着由螺旋片7和8、壁5和中心体4限定的两个通道11 和12在螺旋路径中运动。在图3中箭头"Y"示出这种螺旋流动的 总方向。在磁作用下的流动具有一个轴向并且离心(组合后为螺旋 状的)的分量。在通道11和12的每个中，在轴向方向之间存在差异，在这些 轴向方向上外加磁场趋向于促使金属或浆料在各通道限定的大致螺 旋的路径中流动。在不局限于装置2的性能的任何特殊原理的情况 下，这种差异的作用被考虑为大致横向地向各通道内的主流动(箭 头"Y")上叠加循环的流动，由此在提高混合和浆料与通道的壁之 间的热传递同时抑制树枝状生长。图3中的箭头"Z"表示通道11 中的这种叠加的流动。结果是，浆料从通道1的入口端13朝向出口 端14转移或抽离。由此，在图3和图4中所示的装置2可用于抽送浆料并且用于 提供(a) 限制在材料中形成树枝状颗粒所需要的流动剪切和撹拌， 从而使树枝状颗粒变成(或保持为)类似于球体的退化的树枝状颗 粒并且形成触变浆料；并且(b) 如果需要，浆料与固相添加剂(例如粉煤灰)的混合，其 中要求是MMC材料的浆料。此外，螺旋片7、 8的非旋转特性被认为是限制它们要遭受的磨 损。对于装置2还应注意到，入口 13和出口 14之间的金属或浆料 流过的路径通常长于纯轴向流动布置的情况，从而可用于混合和搅 拌的流动路径长度比在相同长度的轴向流动通道中的大，而线圈10 和冷却套9可相对较短。备用的实施例和工艺步骤
许多变型可提高和/或改进这些作用以适应特殊的条件和应用场 合。下面在段落(a)至(j)中描述一些变型。如在上面提到的专利中所公开的，并且在现有技术中所已知的， 已经开发出可与本发明相结合的不同线圈布置。例如，至少下面可选的(a)至(e)可单独的应用或以合适的组合应用(a) 代替在图3和图4中所示的一组螺线管线圈10,可设置 类似于多相感应电动机的定子环装置(未示出)，通道1穿过该定子 环。由此施加到浆料上的旋转磁场趋向于促使浆料绕通道轴线3旋 转。然而，螺旋片7和8的作用是，这种运动也引起轴向运动。此 外，认为在图3和图4中所示的装置2中也将形成叠加流动。(b) 另一种可使用的线圈布置(未示出)是一种提供螺旋行进 磁场的布置。这种线圈布置例如已在美国专利US2, 786, 416中公开。 如果螺旋片7和8的螺旋角和方向与行进的外加磁场的螺旋角和方 向相匹配，则认为该作用促使金属或浆料沿着螺旋片间的流道11和 12以相对低水平的叠加循环流动和混合。然而，如果螺旋片和磁场 的螺旋角之间有错位，则认为首先沿着螺旋流道11和12的流动的 相对比例和其次在这些路径中的叠加流动的相对比例将是不同的， 由此促进湍流。可选择适当的错位的角度。(c) 不同类型的线圈可相结合地使用。例如，可结合如在上面 (a)所讨论的一个或多个定子环装置(未示出)来使用一 "捆"纵向布置的螺线管线圈(例如图3中的线圈10)。这样，可提供沿装 置2的长度混合、搅拌和抽送的度数和形式的一定范围。(d) 以不同方式励磁线圈。例如，认为可通过改变电源频率来 改变浆料的运动速度和磁场(例如旋转的或螺线管的)穿透进浆料 中的度数，流动形式随之变化，由此抽送和混合变化。另一种可能 方案是不使用稳定的交流电流，而是使用脉冲的直流电流。(e) 在一些布置中可以在图3和图4所示的装置的中心体4的内部设置线圈(未示出)，或者代替或者附加于外部的线圈例如线圈7和8。例如，美国专利US3，885，890公开了一种线圈的布置，该布 置可提供螺旋行进的磁场并且可安装在环状流动空间内的物体中。 通过结合不同类型的线圈，例如在中心体内的螺旋线圈和在外部的 螺线管线圈，可产生大范围的剪切强度和受感应的流动路径并且由 此影响混合工艺。(f) 在图3和图4中，装置2具有两个仅具有恒定螺距和特定螺旋角的螺旋片7和8。然而，可改变螺旋片的设计。例如，可改 变螺旋片的数量和螺旋角并且螺距可沿通道长度变化。例如，这将 影响可形成的湍流的特征。还可值得做的是，故意地错配螺旋片的 螺距和线圈的纵向间距以促进沿通道长度的流动变化和混合。(这没 有在图3中示出，在图3中每螺旋片螺距长度具有整数个线圈。)也可在螺旋片中设置间断。在图5和图6中示出一个实施例。 为参考而提供的图5是壁5的内表面15的展开图，在该内表面处壁 5固定到螺旋片7和8上。为理解图5，想象在图4中标识为"Q" 的周向位置处纵向剖切壁5,然后展平。在图5中在固定到表面15 的位置示出螺旋片7和8。螺旋片7和8的前缘16和17在图3和 图5中标记出。图6以与图5相同的方法构造并且用于可直接比较。 在图6的螺旋片布置中，存在四个螺旋片18、 19、 20和21。除了 较短并且仅在通道l的部分22中纵向延伸外，螺旋片18和19与图 3、 4和5的螺旋片7和8相同。在一个短的纵向间隙23之后，螺 旋片20和21开始并且沿着通道1的部分24延伸。它们的螺旋角"T" 示作与螺旋片18和19的螺旋角在量值上相同，但是螺旋片20和21 与螺旋片18和19方向相反并且它们的前缘25和26与螺旋片18和 19的后缘27和28周向移位。当与设置用来在通道的轴向方向上(在图6中通过箭头"P"示 出)推进所含的金属或浆料的一组螺旋管型线圈(如一组线圈10)一起使用时，这种布置的作用是在螺旋片组18/19和20/21内在轴向方向上存在力的分量。金属或浆料沿着通道1运动，但是存在或应当是充分改进的剪切搅拌和混合，尤其是首先在螺旋片18和19 和其次螺旋片20和21之间的区域中。应当承认，可构思其它螺旋片布置以提高所含金属或浆料的混 合和剪切/搅拌。例如，通道可具有比图6中所示的两组(18/19和 20/21)多的轴向排列的螺旋片组。(g) 在图3和图4中，示出完全在通道壁与中心体之间延伸的 螺旋片7和8。然而，另外的可能方案是提供这样的螺旋片(未示 出)，这些螺旋片或者固定到中心体上并且向外朝向壁仅延伸部分路 径，留有一个间隙；或者固定到壁上并且向内朝向中心体延伸部分 路径。在所有情况下，该间隙被期望用来提高所含金属或浆料的剪 切/搅拌。 一般地说，可设置开口 (孔洞、槽或类似结构)或螺旋片 的成型自由边(如果所述的螺旋片不固定到中心体或壁上)以提高 所含浆料的混合和剪切/搅拌。注意到，由于金属或浆料在通道中的运动是由外部施加的运动 磁场驱动的，所以在螺旋片与通道(或中心体)的边界之间的间隙 不需要保持如同在螺旋片机械地旋转以提供这种运动的情况中的那 样小。由此相信可降低磨损。也可改进壳体和/或螺旋片形状以改变 流道的横截面形状。(h) 在备用的实施例中，可在所含材料流过的任何管道内固定用于产生湍流的装置，例如不同于螺旋片的物体或结构，这些物体 或结构本身将湍流或剪切或其它扰动带给流过它们的流动以提高混合和/或搅拌。 (i)可选地，中心体4可制成不同的直径或者其直径可在纵向 方向上改变。它可包含适合于改变中心体4与通道壁5之间的环状 空间6中的磁通量形式的铁磁(或其它)材料或成分。可在中心体4中设置用于冷却(或加热)其外表面的装置。如在图7中所示的， 甚至可以完全省去中心体4。图7以纵向横截面视图示出一个通道 30,该通道具有从通道壁的内表面32向内延伸但留有一个中心空间 33的螺旋片31。如果在通道30中没有流动(例如如果是引导浆料到铸造机的通道并且该铸造机在射程之间)，那么可以通过经由螺旋 片31并且经由空间33再循环的运动(如通过箭头34所示的)保持 浆料在通道30中的搅拌和循环。剪切/搅拌和混合在螺旋片之间及 分开空间33与螺旋片边缘35的柱面上进行。用于外加磁场的必要 线圈从图7中省去。(j)在通道中所含的浆料或金属的特有的化学性质不是本发明 的实质，只要这些浆料或金属包括易受磁影响的材料即可。然而， 优选地形成浆料的至少一部分的金属和金属基材料包括铝或镁或它 们的合金。图8示出 一个闭合的容器40，在该容器中在壁42上设置螺旋片 41以促进如箭头43所示的循环流动并且促进搅拌。应认为该流动 与在美国专利US6,637,927中由不同装置引起的流动类似。为了简 明，用于外加磁场的线圈已从图8中省去。其它实施例和方法图9以简化示意方式示出本发明的装置可被使用的示例性方式。 根据本发明至少部分由装置53形成的通道52 (例如，如图3和图4 中所示)从包含触变浆料51 (或仅是完全熔融的金属或金属合金)
的储存器50通到出口 54。出口 54将金属或浆料引到铸造机56的 压射套55中，可通过活塞57将该金属或浆料以已知方式从该压射 套喷射到压模58中。在此，装置53起到泵的作用并且如果需要每 浇铸周期被启动一次以将金属或浆料51输送到铸造机56。在图9 中没有示出流量控制阀、加热套或其它装置，但是应当理解，如果 需要应以已知方式设置这些和其它组成部分。类似的应用(未示出)是将与属于泵SSM的装置53类似的装置 使用到触变锻造机的模具半之间的位置上。图10以简化示意方式示出根据本发明的装置60的另一可能的 应用。至少部分由装置60形成的通道63从包含触变浆料62 (或仅 是完全熔融的金属)的储存器61通到喷嘴64。浆料62穿过喷嘴64 直接进入压模65中。与在图9中所示的应用相比，在这种情况下要 求待由装置形成的压力较高，这将反映在对其设计的变化中。如前 所述，在该简化图中没有示出根据应用细节所要求的其它组成部分。在与图10中所示的应用相类似的应用中，浆料可被引导到挤出 模的上游侧，所述装置提供必要的压力和用于挤出材料的连续或半 连续的容积流量。根据本发明的装置的其它应用是，将熔融金属与颗粒添加剂混 合，调制混合物以形成浆料并且以适当的条件保持该浆料以用于随 后的铸造。例如，图11示意性示出一个具有通道70的装置69，根 据本发明该装置包括几个(以上面公开的任何合适形式的)装置71、 72和73和输入端74，该输入端与熔融金属76的容器75以及颗粒 添加剂78的容器77连通。熔融金属76和添加剂78 (例如)可分 别是铝基合金或镁基合金和粉煤灰(或其它添加剂材料)，是画C材 料的成分。在这种应用中，装置71-73执行三个功能，即结合金属76
和添加剂78;如用于形成非树枝状触变浆料所需要的在冷却混合物期间提供搅拌；将混合物输送到通道70的出口端79，根据需要可 从该出口端将浆料引导到其它处理工位(例如铸造机或触变锻造 机)。示出三个装置71-73以强调这样的事实，即可以按所希望地沿 通道的长度在不同的部位实现不同的操作特性。然而，这并不是用 来暗示，需要三个装置或者每个装置执行一个确定的功能，每个装 置可以不同程度作用于输送、混合和搅拌中的几个功能。单独应用 将确定所述装置的数量和所有参数。装置69是一种"单程"装置，在该装置中金属和添加剂通过一次并且特定性质的浆料从出口排出，准备"在要求时"使用或者用 于进一步的处理。装置69可以是例如美国专利US5，501,266和 6, 065， 526中所示类型的机器的螺旋推进器和简体的替代装置。尽管未示出，但可改变所述装置例如53、 60和69以使金属或 合金以已知的方式自身电磁感应熔炼。这提高了装置的其它可能性， 在该装置中固态金属加入到一个入口，用于与该金属混合的添加剂 被加到另一入口 (如果将生产醒C)并且触变浆料从一个出口连续 地或半连续地输出。图12示意性示出一个装置100,该装置包括容器101和用于输 送和搅拌熔融或半熔融的金属、金属合金或金属基复合材料的装置 102。装置102例如可以是在图3中所示的类型。装置102和容器101 由通道103和104连接，从而通过装置102可以使容器101的内容 物循环(如由箭头"A"所示)。由此，可由装置102长时间地保持 (或如果需要改进)容器101的内容物的状态。容器101可有用于 其内容物的分开的出口和入口 (未示出)。图13示出一种可能的装置105，该装置用于生产金属基复合材
料并且随后容纳该金属基复合材料以及以适于在铸造工艺(例如压 模铸造)中使用的条件保持该金属基复合材料。设置有容器106和用于混合、输送和搅拌通过它的材料的装置107。装置107例如可 以是在图3中所示的类型，可以具有如图6中所示的改进以提高混 合。装置107由通道109和110连接到容器106,从而使容器106 的内容物可循环输送通过装置107,如箭头"B"所示。设置有机构 108以将添加剂材料(例如粉煤灰)引入到从容器106经由通道110 进入到装置107中的金属或金属合金中。装置107输送、混合和搅 拌通过它的材料。容器106可配有独立于装置107的自身加热和冷 却机构。经过适当的期间，可由此生产MMC材料，将该醒C材料带 入到用于后续应用的适当状态中并且根据需要保持在该状态中。在此公开的本发明的许多可能的变型对本领域的技术人员是显 然的，它们并未超出本发明的实质和范围。尽管已经例示并且描述 了本发明的实施例，但并不意味着这些实施例例示和说明了本发明 的所有可能形式。更确切地说，在说明书中使用的语言是说明性语 言而不是限制性的，应当理解在不脱离本发明的实质和范围的情况 下可以进行不同的变化。
权利要求
1.用于混合、搅拌和输送一种或多种熔融或半固态的金属或含金属的合金或金属基复合材料的浆料的装置，包括用于容纳所述浆料的壳体；至少一个导电体装置，该导电体装置与所述壳体磁连通并且被设置用于向所述浆料施加磁场以引起浆料在所述壳体中流动；以及至少一个固定并位于壳体内的部件，该部件改变由磁场引起的所述浆料的流动。
2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体包括入 口和出口，所述浆料在磁场的作用下从所述入口流到所述出口。
3. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个导 电体装置包括一组或多组可连接到交流电的绕组。
4. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括. 一个或多个流体冷却套，该流体冷却套至少部分地与所述壳体 热连通，使得流体冷却剂可在所述流体冷却套中穿过以将所述浆料 与所述流体冷却剂之间的热转移。
5. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个部 件包括一对螺旋片，所述一对螺旋片在它们之间限定用于引导所述 浆料流动的至少一个流道。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述至少一个流 道包括至少 一个倾斜于所述浆料的运动方向的部分以促进湍流。
7. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述壳体至少部 分由钛或含钛材料制成。，
8. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个部 件至少部分由钛或含钛材料制成。
9. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个导 电体装置包括 一个或多个螺线管线圈。
10. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 导电体装置包括定子环，所述壳体这样穿过该定子环，使得在所述 浆料上施加旋转磁场，由此促使所述浆料绕所述壳体的纵向轴线旋 转。
11. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 导电体装置提供螺旋行进的磁场，通过该磁场使所述浆料沿着在所 述至少 一个部件之间限定的 一个或多个通道推进。
12. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 导电体装置包括与一个或多个定子环装置结合的一个或多个螺线管 线圏，以便提供沿所述壳体长度混合、搅拌和抽送的度数和形式的 一定范围。
13. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括 用于改变所述至少一个导电体装置被激发的方式的装置，由此通过改变电源频率可改变浆料在所述壳体内的运动和所述磁场的穿 透深度，以便在流动模式上产生变化并且由此影响抽送和混合特性。
14. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括 连接到所述至少一个导电体装置的电能源，所述电能源从由交流电、脉冲直流电和它们的结合组成的组中选取。
15. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 部件包括两个螺旋片。
16. 根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述两个螺旋 片中的每一个都具有恒定的螺距和共同的螺旋角。
17. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 部件包括两个螺旋片，每个螺旋片具有可变化的螺旋角和螺距。
18. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述至少一 个部件与所述壳体的内壁之间限定有间隙。
19. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括用于产生湍流地从所述至少一个部件延伸的装置，该装置将湍 流或剪切或其它扰动带给通过该产生湍流的装置的流动，由此提高 混合和/或撹拌。
20. 根据权利要求l所述的装置，其特征在于，还包括 用于改变在所述至少一个部件与所述壳体的内壁之间的环状空间中的磁通量形式的装置。
21. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个 部件从所述壳体的内壁向内延伸，由此留有所述浆料可流过的轴向 延伸的空间。
22. —种用于浇铸浆料的方法，包括步骤 提供权利要求l所述的装置；以及将所述浆料从所述壳体的出口输送到从由下列装置组成的组中 选取的目标装置中压模、铸造机的模具、触变锻造机的模具、压 铸机的压射套和它们的结合。
23. 用于输送和控制浆料的状态的方法，包括步骤 将所述浆料置入壳体中；提供至少一个与所述浆料磁连通的导电体装置，以便将运动磁 场施加到所述浆料上以引起浆料在所述壳体中流动；以及提供至少一个固定壳体上到并位于壳体内的部件，以便改变所 述浆料的流动形式，由此控制、防止或者限制树枝状颗粒的生长。
24. 根据权利要求23所述的方法，其特征在于，还包括步骤使流体冷却剂穿过与所述壳体热连通的冷却剂套，由此可控制 所述浆料的温度。
25. 用于将添加剂材料包括到熔融或半熔融的金属或金属合金的浆料中以产生金属基复合材料的方法，包括步骤将所述浆料引入到壳体中，该壳体为此而包括内部容纳空间； 将所述添加剂材料引入到所述内部容纳空间中以与所述浆料混合；给至少一个与所述浆料磁连通的导电体装置通电，由此给在所 述内部容纳空间内的浆料施加磁场以引起流动；以及提供至少一个固定到壳体上并位于壳体内的部件，以便改变由 所述磁场引起的所述浆料的流动并且由此提高所述浆料与所述添加 剂材料的混合。
26. 用于控制树技状固体颗粒在熔融或半熔融的金属或金属合 金或金属基复合材料的浆料中的生长的方法，包括步骤将所述浆料引入到壳体中；给至少一个与所述壳体磁连通的导电体装置通电，由此所述浆 料受到引起流动的运动磁场的作用；以及提供至少一个固定到壳体上并位于壳体内的部件，以便改变所 述浆料的流动并且由此减缓树枝状成核和生长。
全文摘要
本发明提供用于混合、搅拌和输送熔融或半固态的金属或金属基复合材料的浆料的装置2和方法，该装置包括用于容纳浆料的壳体1。导电体装置10将运动磁场施加到浆料上以引起浆料的流动。部件7、8固定并位于壳体内以改变由运动磁场引起的浆料的流动形式。
文档编号B22D17/00GK101166594SQ200580049418
公开日2008年4月23日 申请日期2005年2月10日 优先权日2005年2月10日
发明者格林汉姆·雷克斯·威泽尔 申请人:赛可系统有限公司