一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統

《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》是珠海市潤星泰電器有限公司於2016年4月8日申請的專利，該專利的公布號為CN105855496A，申請公布日為2016年8月17日，發明人是任懷德、張瑩、王繼成、李谷南。

《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》此方法包括：由中央控制器控制執行以下內容：控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。該發明可以縮短製漿時間，提高漿料固體含量，使球狀晶細化、圓整，解決了常規半固態漿料製備過程固體含量偏低的問題，從而提高了半固態製漿的效率，穩定了半固態漿料的質量；並且實現了半固態壓鑄生產一體化設備自動穩定生產。

2020年11月，《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。

（概述圖為《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統
• 申請人：珠海市潤星泰電器有限公司
• 申請日：2016年4月8日
• 申請號：2016102169583
• 公布號：CN105855496A
• 公布日：2016年8月17日
• 發明人：任懷德、張瑩、王繼成、李谷南
• 地址：廣東省珠海市香洲區前山鎮界涌工業區山星工業城潤星泰工業園
• 分類號：B22D17/00(2006.01)I
• 代理機構：北京名華博信智慧財產權代理有限公司
• 代理人：李冬梅、苗源
• 類別：發明專利

專利背景

20世紀70年代初發展起來的半固態壓鑄技術，使傳統壓鑄方式發生了深刻變化。中國國內外學者提出了許多半固態金屬漿料製備工藝方法，如機械攪拌法、電磁攪拌法、控制凝固法、應變激活工藝、粉末冶金方法以及其他方法等。2016年前很多的半固態金屬製漿方法存在：半固態漿料固液比難控制，製備的半固態漿料球狀晶粗大，圓整度低。這些製漿方法受製漿設備效率和半固態漿料質量穩定性的影響，沒有推廣到工廠實際的連續壓鑄生產，還處在實驗室研究階段。

壓鑄行業半固態生產受制於製漿設備、製漿工藝及半固態漿料質量。上述製漿工藝的製漿設備複雜、製漿效率低，漿料固體含量不穩定，使一般的製漿工藝不能用於連續批量壓鑄生產。該發明的半固態漿料製備方法及連續壓鑄工藝解決了半固態壓鑄生產的高效、連續生產問題。

發明內容

專利目的

該發明提供了一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統，旨在提高半固態漿料製備效率、穩定半固態漿料質量，解決半固態連續壓鑄生產問題。

技術方案

《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》提供的連續半固態壓鑄生產方法，包括：由中央控制器控制執行以下內容：控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。

上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：所述控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的半固態漿料的製備容器包括以下步驟：在變質劑錠加入電阻熔爐後，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到並維持第一預設溫度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在生成固態變質劑後控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650～700攝氏度，所述第一預設溫度的範圍為180～240攝氏度。

上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中的固態變質劑的質量為所述液態漿料的質量的0.5～1.5％。上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中的固態變質劑的質量為所述液態漿料的質量的1％。上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：所述固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10～20克。

上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：所述控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料包括：控制氣冷機械攪拌設備在所述製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，並控制所述製備容器的製備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度；所述200～1000轉每秒，所述預設時長為10～25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。上述連續半固態壓鑄生產方法還可以具有以下特點：所述預設轉速為800轉每秒，所述預設時長為20秒，所述第二預設溫度為605攝氏度。

該發明提供的連續半固態壓鑄生產系統，包括：變質劑製備設備、半固態漿料製備設備、半固態壓鑄機、中央控制器；所述中央控制器，用於控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。

上述連續半固態壓鑄生產系統還可以具有以下特點：所述變質劑製備設備包括電阻熔爐、密封蓋、升液管、金屬模具、液壓裝置、液壓裝置、固態變質劑輸送裝置；所述中央控制器，用於根據下述方法控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送：在變質劑錠加入電阻熔爐後，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到並維持第一預設溫度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在生成固態變質劑後控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650～700攝氏度，所述第一預設溫度的範圍為180～240攝氏度。

上述連續半固態壓鑄生產系統還可以具有以下特點：所述半固態漿料製備設備包括內置套銅管的空心攪拌棒以及製備容器；所述空心攪拌棒內設定有測溫裝置；所述中央控制器，用於控制氣冷機械攪拌設備在所述製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，並控制所述製備容器的製備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，所述200～1000轉每秒，所述預設時長為10～25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。

有益效果

《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》提供的連續半固態壓鑄生產工藝，具有以下有益效果：

（1）通過在液體漿料中加入固體變質劑，同時控制變質劑的加入百分比以及與變質劑與液體漿料的相對溫度，使得液體漿料能夠快速降溫，固體變質劑在攪拌過程中熔化分解形成大量固體形核，使由攪拌打碎的樹枝晶快速形成細小圓整的球狀晶組織，並將最終形成的半固態漿料中漿料固體的含量提高並一直穩定在在42～50％左右。縮短了製漿時間，提高了漿料固體含量，使球狀晶細化、圓整，解決了常規半固態漿料製備過程固體含量偏低的問題，從而提高了半固態製漿的效率，穩定了半固態漿料的質量。

（2）實現固體變質劑製備、半固態漿料製備、半固態漿料壓鑄這三個步驟的聯動循環運行，實現了半固態壓鑄生產一體化設備自動穩定生產。生產的半固態壓鑄件的內部質量穩定，合格率提高，降低了生產成本。一體化設備連續循環進行半固態壓鑄工藝方法開拓了半固態壓鑄生產的新模式，為半固態壓鑄行業的發展提供了新的思路。

附圖說明

圖1是該發明中連續半固態壓鑄生產系統的結構圖；

圖2是該發明中連續半固態壓鑄生產方法的流程圖；

圖3是使用該發明的方法生產的半固態漿料的金相組織示圖。

附圖示識：中央控制器1，變質劑製備設備2，電阻熔爐201，密封蓋202，升液管203，金屬模具204，液壓裝置205，固態變質劑輸送裝置206，半固態漿料製備設備3，氣冷機械攪拌設備301，製備容器302，半固態壓鑄機4。

權利要求

1.一種連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於，包括：由中央控制器控制執行以下內容：控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。

2.如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於，所述控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的半固態漿料的製備容器包括以下步驟：在變質劑錠加入電阻熔爐後，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到並維持第一預設溫度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在生成固態變質劑後控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650～700攝氏度，所述第一預設溫度的範圍為180～240攝氏度。

3.如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中的固態變質劑的質量為所述液態漿料的質量的0.5～1.5％。

4.如權利要求3所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中的固態變質劑的質量為所述液態漿料的質量的1％。

5.如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於所述固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10～20克。

6.如權利要求1所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於，所述控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料包括：控制氣冷機械攪拌設備在所述製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，並控制所述製備容器的製備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度；所述200～1000轉每秒，所述預設時長為10～25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。

7.如權利要求6所述的連續半固態壓鑄生產方法，其特徵在於，所述預設轉速為800轉每秒，所述預設時長為20秒，所述第二預設溫度為605攝氏度。

8.一種連續半固態壓鑄生產系統，其特徵在於，包括：變質劑製備設備、半固態漿料製備設備、半固態壓鑄機、中央控制器；所述中央控制器，用於控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；控制所述半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將所述半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；控制所述半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。

9.如權利要求8所述的連續半固態壓鑄生產系統，其特徵在於，所述變質劑製備設備包括電阻熔爐、密封蓋、升液管、金屬模具、液壓裝置、液壓裝置、固態變質劑輸送裝置；所述中央控制器，用於根據下述方法控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將所述固體變質劑輸送：在變質劑錠加入電阻熔爐後，控制密封蓋鎖緊，控制所述電阻熔爐加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到並維持第一預設溫度，控制所述液壓裝置關閉所述金屬模具，控制升液管將所述液體變質劑注入所述金屬模具，在生成固態變質劑後控制所述液壓裝置打開所述金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置輸出至固態變質劑傳輸裝置，所述液體預設溫度為650～700攝氏度，所述第一預設溫度的範圍為180～240攝氏度。

10.如權利要求8所述的連續半固態壓鑄生產系統，其特徵在於，所述半固態漿料製備設備包括內置套銅管的空心攪拌棒以及製備容器；所述空心攪拌棒內設定有測溫裝置；所述中央控制器，用於控制氣冷機械攪拌設備在所述製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過所述空心攪拌棒的測溫裝置獲取所述半固態漿料的溫度，並控制所述製備容器的製備溫度使所述半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，所述200～1000轉每秒，所述預設時長為10～25秒，所述第二預設溫度為595-605攝氏度。

實施方式

圖1是該發明中連續半固態壓鑄生產系統的結構圖，此生產系統包括：中央控制器1以及均與中央控制器電信號連線的變質劑製備設備2、半固態漿料製備設備3、半固態壓鑄機4。其中，中央控制器1控制整個生產流程，各過程動作通過數控程式和相應的感應位置開關自動循環完成連續的壓鑄生產。

中央控制器1控制變質劑製備設備2生產固體變質劑以及將固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備3的具有液體漿料的製備容器中；控制半固態漿料製備設備3生產半固態漿料以及將半固態漿料輸送至半固態壓鑄機4；控制半固態壓鑄機4進行半固態壓鑄。

變質劑製備設備2包括電阻熔爐201、密封蓋202、升液管203、金屬模具204、液壓裝置205、固態變質劑輸送裝置206。中央控制器1根據下述方法控制變質劑製備設備2生產固體變質劑以及將固體變質劑輸送：在變質劑錠加入電阻熔爐201後，控制密封蓋202鎖緊，控制電阻熔爐201加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具204預熱到並維持第一預設溫度，控制液壓裝置205關閉金屬模具204，控制升液管203將液體變質劑注入金屬模具204，在生成固態變質劑後控制液壓裝置205打開金屬模具204，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置206輸出至固態變質劑傳輸裝置，其中，液體預設溫度為650～700攝氏度，第一預設溫度的範圍為180～240攝氏度。金屬模具204包括上膜腔和下膜腔，通過液壓裝置205控制金屬模具204開模後，上模腔可在絲槓的傳送下運行至製漿區域，並將固體變質劑傳輸至固態變質劑輸送裝置206。

半固態漿料製備設備3包括氣冷機械攪拌設備301和製備容器302；空心攪拌棒301內設定有測溫裝置。氣冷機械攪拌設備301包括內置銅管的空心攪拌棒，攪拌棒轉動時一定流量和壓力的壓縮空氣間接和鋁液進行熱交換，起到鋁液降溫的作用。其中，設定氣冷機械攪拌設備時，優選的設定為冷卻空氣壓力為3.5～4.5千帕，壓縮空氣流量為10～30升/分鐘。

中央控制器1控制氣冷機械攪拌設備301在製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過空心攪拌棒的測溫裝置獲取半固態漿料的溫度，並控制製備容器的製備溫度使半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度，並且保持第二預設溫度的變動範圍在±3攝氏度的偏差範圍。預設轉速為200～1000轉每秒，預設時長為10～25秒，第二預設溫度為595-605攝氏度。

圖2是連續半固態壓鑄生產工藝的流程圖。該方法包括：由中央控制器控制執行以下內容：

步驟1，控制變質劑製備設備生產固體變質劑以及將固體變質劑輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中；

步驟2，控制半固態漿料製備設備生產半固態漿料以及將半固態漿料輸送至半固態壓鑄機；

步驟3，控制半固態壓鑄機進行半固態壓鑄。

步驟1中，在變質劑錠加入電阻熔爐後，控制密封蓋鎖緊，控制電阻熔爐加熱使變質劑錠成為溫度為液體預設溫度的液體變質劑，控制金屬模具預熱到並維持第一預設溫度，控制液壓裝置打開金屬模具，控制升液管將液體變質劑注入金屬模具，控制液壓裝置關閉金屬模具，在生成固態變質劑後控制液壓裝置打開金屬模具，將生成的固態變質劑通過固態變質劑輸送裝置（可以為流槽）輸出至固態變質劑傳輸裝置。其中，液體預設溫度為650～700攝氏度，優選為680攝氏度，第一預設溫度的範圍為180-240攝氏度。將控制金屬模具預熱到並維持180-240攝氏度，可以使變質劑顆粒保持在80～120攝氏度，將製漿時加入的中空半球形變質劑顆粒很容易熔化形成固體形核，溫度保持在80～120度的變質劑顆粒在製漿過程中能起到快速降溫的目的。

輸送至半固態漿料製備設備的具有液體漿料的製備容器中的固態變質劑的質量為液態漿料的質量的0.2～1.5％。變質劑加入量對球狀晶的圓整度和固體含量有一定影響，如表1所示。

表1固體變質劑顆粒加入量對球狀晶圓整度和固體含量的影響

試驗序號	變質劑加入量/克	變質劑加入比例/%	球狀晶圓整度
1	0.5	0.68	36
2	0.58	0.70	38
3	0.67	0.72	39
4	0.75	0.76	42
5	0.83	0.78	46
6	0.92	0.82	50
7	1.0	0.88	56
8	1.08	0.82	50
9	1.17	0.84	48
10	1.25	0.83	49
11	1.33	0.84	46
12	1.42	0.86	44
13	1.5	0.85	42

由表1可知，在變質劑加入量在0.5～1.5％範圍內，隨著加入量增加，半固態漿料的球狀晶趨於圓整，固體含量比例增加，當加入量大於1％後，漿料固體含量又降低，圓整度變差。固態變質劑顆粒最佳加入量是製漿合金量的1％。

固體變質劑為中空半球形顆粒，每個顆粒的重量為10～20克。

步驟2中，控制半固態漿料製備設備生產半固態漿料包括：控制氣冷機械攪拌設備在製備容器內進行攪拌，以預設轉速攪拌預設時長，通過空心攪拌棒的測溫裝置獲取半固態漿料的溫度，並控制製備容器的製備溫度使半固態漿料的溫度保持在第二預設溫度；預設轉速為200～1000轉每秒，預設時長為10～25秒，第二預設溫度為595-605攝氏度。攪拌棒轉速和攪拌時間對半固態鑄件的球狀晶組織和學能性能有一定的影響，如表2所示。

附表2攪拌速度與攪拌時間對半固態產品力學性能的影響

試驗序號	鋁液溫度/攝氏度	攪拌速度/轉/分鐘	攪拌時間/秒	抗拉強度/兆帕	屈服強度/兆帕	延伸率/%
1	685	900	25	225	116	2.7
2	685	800	20	234	119	3.7
3	680	800	25	231	114	3.2
4	680	700	20	229	117	4.0
5	675	700	20	212	122	3.0
6	675	600	15	189	110	2.2
7	670	800	20	254	135	4.5
8	670	700	15	230	117	3.6
9	665	S00	20	220	130	3.5
10	665	600	15	215	127	2.8
II	660	800	20	223	115	2.9
12	660	700	15	235	126	3.5

從表2的實驗數據可以看出，製漿時攪拌棒的攪拌速度和攪拌時間對半固態壓鑄產品的力學性能有直接影響。當保溫爐鋁液溫度在670攝氏度時攪拌製漿，製漿參數：轉速800轉每秒，攪拌20秒，半固態漿料溫度為605攝氏度，該參數半固態漿料壓鑄生產的半固態產品性能較佳。

隨著攪拌速度的增加，半固態鑄件組織中初生固相的形貌逐漸趨於細小圓整，分布更加均勻。其主要原因在於：（a）增加攪拌速度，有利於提高熔體在坩堝內的對流強度，對流強度的增大可以促使合金熔體在相同的時間內達到更大的過冷度，從而更易形核，同時增大對流強度可以促使過冷的合金熔體內部溫度場和濃度場的分布更加均勻一致；（b）當攪拌速度較小時，枝晶與攪拌葉片、枝晶與筒壁、以及枝晶與枝晶之間碰撞的次數和強度不夠，僅有部分枝晶被打碎。隨著攪拌速度的提高，碰撞強度和頻率將會大大增加，有利於枝晶臂折斷,同時有利於顆粒狀晶粒尖角處的磨圓，從而轉變為近球狀晶粒。但是，劇烈的攪拌速度會造成合金熔體卷氣嚴重，導致組織中存在較多的氣孔缺陷，不利於成形件性能的提高。

榮譽表彰

2020年11月，《一種連續半固態壓鑄生產方法及生產系統》獲得第六屆廣東專利獎銀獎。