一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置的制造方法

文档序号:9820101阅读:410来源:国知局
一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半固态成形技术领域,具体地说,涉及一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置。
【背景技术】
[0002]2010全世界汽车车轮的年需求量已达6亿件,其中铝车轮约占65%。铝车轮制造最重要的环节是成形方式,目前主要的成形方式有低压铸造、重力铸造、挤压铸造、差压铸造、锻造等等,我国95%以上为重力铸造与低压铸造。20世纪70年代初美国麻省理工学院的M.C.Flemings教授和D.B.Spencer博士首先提出的一种金属成形的新方法,它是将金属或合金在固相线与液相线温度区间进行加工制备并实现近终成形的新工艺,该方法被称为半固态成形。由于该技术采用了非枝晶半固态浆料,打破了传统的枝晶凝固模式,具有许多独特的优点:成形温度低,减小了模具热冲击与热疲劳强度,延长了模具寿命;成型温度低使凝固过程材料收缩性减小,铸件形成缩孔、疏松的倾向大大降低;组织细小均匀,力学性能大幅提高,材料强度高,可有效轻量化,品质可媲美锻造法,但成本低于锻造法;大幅减少铸件中的气体含量;铸造周期短,生产效率高;可成型的轮毂正面轮辐造型的复杂度近乎铸造法。半固态成形生产速率快,适合大批量生产。目前国外已经进入工业应用的半固态金属主要是铝、镁合金,这些合金最成功的应用主要集中于汽车领域,如半固态模锻铝合金制动总栗体、挂架、气缸头、轮毂、压缩机活塞等部件。在许多发达国家铝合金半固态成形技术已经进入到规模生产,该技术也被誉为21世纪最具发展前途的近终成形技术之一。
[0003]半固态成形工艺方法主要分为流变成形和触变成形。流变成形是将半固态浆料直接进行压铸或模锻;触变成形是将浆料首先制成坯料然后将坯料按照目标零件需要进行定量切割然后将定量切割的坯料进行二次加热后进行压铸或模锻。目前半固态汽车铝车轮的研制在我国尚属于空白,我公司自2009年开始进行半固态汽车铝合金车轮的研发,在研发过程中我公司发现虽然半固态成形的温度较低、材料的凝固缺陷比液态的低压铸造相比较小,但对于流变成形来说,由于是从浆料制备到成形是一体化的过程,高质量浆料的快速制备与迅速转移是关键,在生产过程因浆料固液比例不当,浆料中固体颗粒尺寸大,浆料中固体颗粒分布不均匀,温度控制,浆料转移时间控制等因素都会影响半固态铸件的内在品质,因此如何保障半固态浆料的快速制备,控制浆料固液比例、浆料中固体颗粒尺寸大小、颗粒分布、温度控制以及转移时间是保障半固态铸件质量的关键。

【发明内容】

[0004]本发明的目的是克服现有汽车铝合金车轮半固态加工过程因不能够快速制备与转移而造成浆料固液比例不当、浆料中固体颗粒尺寸大、浆料中固体颗粒分布不均匀等因素造成铸件疏松、缩孔、冷疤、欠铸、冷隔等不足,提供一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置。
[0005]实现以上方法的技术方案是:一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置,该装置由连续熔化精炼净化炉、浆料快速搅拌设备、浆料转移坩祸与智能助力手臂组成,材料连续熔化精炼净化炉由熔化室、保温室、精炼净化室、精炼净化装置、取料室组成;浆料快速搅拌设备由控制柜、导线、压缩空气导管、涂料导管、涂料储存罐、支撑架、上下移动控制板、驱动马达一、驱动马达二、驱动马达三、涂料喷头、刮渣板、石墨管、电磁搅拌器一、电磁搅拌器二组成;材料连续精炼净化炉、浆料快速搅拌设备与压铸机(或模锻机)分布在以智能助力手臂为中心的圆周围,该设计便于浆料的制备、快速搅拌、快速转移。在生产过程由投料装置将原材料A356.2加入熔化室,材料熔化后铝液流入保温室,经保温的铝液流入精炼净化室,精炼净化合格的铝液连续流入取料室;熔化室、保温室、精炼净化室与取料室通过窗口相通并依次流入下一区域。在保温室内每隔3.0?4.0小时依据浆料使用量加入2.0?3.0kg精炼打渣剂搅拌后保温10?15分钟进行扒渣处理,保温室内的铝液温控控制在730?755°C。精炼净化装置装配在精炼净化室的侧壁上,经保温室流入精炼净化室的铝液经过精炼净化装置的连续净化处理再流入取料室。熔化室、保温室、精炼净化室与取料室均设置加热与温控装置控制各区域温度符合工艺要求。在精炼净化室内采用氮气旋转喷吹方式进行连续式除气、除渣,铝液温度控制在710?730°C,转子速度在650?800转/分钟,氮气流量0.5?1.5米3/小时,铝液的表面加入1.0?1.5kg覆盖剂并每隔2小时扒渣一次。依据浆料的使用量在铝液精炼净化室内采取间隔式加入棒状铝钛硼晶粒细化剂与铝锶稀土变质剂,加入方式采用压入浸熔法,所使用合金型号规格为AlTi5B1与AlSnoRE1,加入量为使铝液含钛量控制在0.10 %?0.16 %,含锶量在0.008 %?0.02 %。通过连续熔化精炼净化炉处理过的铝液洁净度高,含气、含渣量低、密度在2.60g/cm3以上,化学成分均匀,a枝晶细小且均匀分布,共晶硅呈细小颗粒状均匀分布在a枝晶的晶界,变质细化持久不易衰退;由于熔体含有一定量的AlTi5B1与AlSnoRE1,中间合金,在熔体内形成大量的弥散分布的高熔点结晶核心,以上方法为高品质半固态浆料的制备奠定基础。精炼净化后的铝液流入取料室其温度控制在该材料液相线上30?40°C。浆料快速搅拌装置的电控柜通过导线与压缩空气导管、驱动马达一、驱动马达二、驱动马达三、涂料导管相连接并控制其工作;驱动马达一与涂料喷头组装在一起,驱动马达二与刮渣板组装在一起,驱动马达三通过皮带可控制石墨管旋转;涂料喷头与刮渣板安装在上下移动控制板上,通过驱动马达一与驱动马达二可上下移动;上下移动控制板与石墨管装配在支撑架上;涂料导管插入涂料储存罐的底部,涂料导管与涂料喷头相连接,压缩空气导管通过三通与涂料导管相连接。涂料喷头装配在上下移动控制板的左侧,刮渣板装配在上下移动控制板的右侧。石墨管为上端开口、下端密封的中央掏孔的柱状管,在石墨管内部安装电磁搅拌器一,电磁搅拌器一固定于支撑架的顶端,悬空在石墨管的内部,在搅拌过程对浆料的中心部位进行电磁搅拌;在浆料转移坩祸外安装电磁搅拌器二,对浆料转移坩祸的外围施加电磁场进行搅拌,电磁搅拌器一与电磁搅拌器二的频率在10?20赫兹,搅拌功率在12?20千瓦;该过程能够保证了浆料转移坩祸内浆料的均匀形核。每次搅拌前对石墨管进行喷涂以减缓搅拌过程腐蚀,每次搅拌后刮渣板对石墨管所粘附的铝膜进行清理,避免下次搅拌过程氧化铝薄膜以及夹杂物进入浆料影响浆料的洁净度。浆料转移坩祸安装在智能助力手臂上,将智能助力手臂的动作程序输入电脑,浆料转移坩祸在取料室内先撇开液面氧化薄膜,再由计算机程序控制依据所做轮型大小取一定量的铝液,然后将浆料转移坩祸转移至浆料快速搅拌装置的石墨管下方,将石墨管插入浆料转移坩祸中央区域的浆料内,石墨管距石墨坩祸底部25?50mm,启动驱动马达三进行机械搅拌;同时开启电磁搅拌器,搅拌时间控制在15?25秒,搅拌后的浆料温度在该材料液相线上20?30°C,浆料固体颗粒相的比率在40?50%,将搅拌合格的浆料快速转移压铸机(或模锻机)进行生产。该技术方案可以实现半固态浆料连续快速连续、快速制备、转移,浆料质量稳定,对实现汽车铝合金车轮半固态生产具有重要意义。
【附图说明】
[0006]图1、为本发明技术方案结构示意图。
[0007]图2、为本发明连续熔化精炼净化炉的结构示意图。
[0008]图3、为本发明浆料搅拌装置的结构示意图。
[0009]具体的实施方式
[0010]如图1、图2与图3所示,一种汽车铝合金车轮半固态浆料的连续快速制备装置,包括材料连续熔化精炼净化炉、浆料快速搅拌设备、浆料转移坩祸、智能助力手臂,材料连续熔化精炼净化炉由熔化室1、保温室2、精炼净化装置3、精炼净化室4与取料室5组成;浆料快速搅拌设备由控制柜6、导线7、压缩空气导管8、涂料导管9、涂料储存罐10、支撑架11、上下移动控制板12、驱动马达一(13)、驱动马达二(I4)、驱动马达三(15)、涂料喷头16、刮渣板17、电磁搅拌器一 18、石墨管(19)、电磁搅拌器二 (20)组成;材料连续精炼净化炉、浆料快速搅拌设备与压铸机(或模锻机)23分布在以智能助力手臂22为中心的圆周围。在生产过程由投料装置将原材料A356.2加入熔化室I,材料熔化后铝液流入保温室2,经保温的铝液流入精炼净化室4,精炼净化合格的铝液连续流入取料室5;熔化室1、保温室2、精炼净化室4与取料室5均设置加热与温控装置,控制各阶段温度使之符合工艺要求;熔化室1、保温室2、精炼净化室4与取料室5通过窗口相通并依次流入下一区域。在保温室2内每隔3.5小时依据浆料使用量的需要加入2.5kg精炼打渣剂搅拌后保温12分钟进
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