一种全自动移动式半固态加工平台
技术领域
本发明属于半固态金属加工技术领域，特别涉及一种全自动移动式半固态加工平台。
背景技术
半固态金属加工技术作为一种新型的金属成形工艺，具有优质、高效、低成本、清洁和敏捷的特性，被国内外许多著名专家称为是“21世纪最有发展前途的近净成形技术”。
目前，金属半固态流变成形浆料制备的常用方法主要有机械搅拌法、电磁搅拌法、双螺旋搅拌法、振动法、单辊旋转法、倾斜冷却板法、转动输送管法等，现在这些技术在浆料制备过程中绝大部分都使用了外在动力对浆料进行搅拌，搅拌需要外部动力装置，能耗较大，同时搅拌容易引入外部杂质，会对浆料产生新的污染；另外，现有技术当中，大部分方法在制备半固态浆料的过程当中，浆料与空气接触，高温浆料容易与空气中的氧气发生氧化反应，空气中的杂质也容易附着在浆料当中，更重要的是浆料在受搅拌的过程中剧烈运动，容易发生“卷气”现象，严重影响浆料制备的质量；另外，目前半固态加工过程中，制浆装置与模具成形装置之间都是分开的，制备好的浆料从制浆装置到时成形模具之间还有一个浆料转移和输送的过程，浆料转移不仅需要增加装备成本，而且在浆料转移过程中容易使浆料受到污染，降低洁净度，更重要的是，高温浆料在转移过程中，容易产生安全事故，因此在浆料制备和传输过程当中如何保证金属浆料洁净度、如何节约浆料制备过程当中的能耗、如何提高浆料的质量，以及如何提高生产的安全性，这些都对半固态加工能否实现产业化有着决定性的影响。
为此，需要使用在既能够保证半固态浆料质量和洁净度，同时以能实现浆料制备与产品成形同步进行的全自动半固态加工生产方式。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种能够方便的、安全的、高洁净、低能耗实现连续半固态浆料制备，以及浆料“现制现注”的全自动移动式半固态加工平台。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
本发明所述的一种全自动移动式半固态加工平台，包括一个熔炉组件、螺旋管浆料制备组件、小车式支撑平台、螺旋注射组件。
所述熔炉组件包括炉体、炉盖、浆料挡板、驱动缸，所述炉盖设置在炉体顶部，炉盖上设置有温度传感器Ⅰ、液位传感器、抽气阀，炉体内部设置有电加热管，炉体底部设置有浆料挡板，浆料挡板通过推杆Ⅰ与固定在炉体外壁上的驱动缸相连接。
所述螺旋管浆料制备组件包括螺旋管、螺旋管导杆、出料导管、炉体支撑管，所述炉体支撑管设置在顶板上方，炉体支撑管管壁上设置有真空阀，炉体支撑管与顶板连接处设置有进料口控制阀，进料口控制阀底部与螺旋管相连接，螺旋管螺旋缠绕在螺旋管导杆上，螺旋管在移动板上表面与出料导管连接，螺旋管与出料导管连接处设置有出料口控制阀，螺旋管内部设置有加热管与冷却管，可实现对螺旋管的加热与冷却，螺旋管上端靠近进料口处设置有出液嘴，螺旋管下端靠近出料口处设置有进液嘴。
所述小车式支撑平包括移动板、顶板、底板、液压缸、支撑柱、车轮、导轨，所底板通过车轮架设在导轨上，底板以及底板上的装置通过车轮可沿导轨运动，底板上设置有支撑柱，支撑柱顶部设置有顶板，液压缸固定在顶板下表面上，液压缸通过推杆Ⅱ与移动板相连接，液压缸可驱动推杆Ⅱ上下移动，从而实现移动板的上下移动，最终实现对螺旋管螺旋角的调节，当移动板向下运动时，螺旋管整体受到拉伸，当移动板向上运动时螺旋管整体受压缩，类似弹簧结构，以此来改变螺旋管螺旋角的大小，螺旋管导杆设置在移动板上，在螺旋管压缩与拉伸的运动过程中，与顶板上的圆孔组成圆柱运动副，对螺旋管和整个运转装置起导向作用。
所述螺旋注射组件包括伺服驱动电机、螺管固定板、螺杆、螺管、模具，所述螺管固定板安装在移动板上，螺管固定板上面设置有伺服驱动电机，螺管固定板下面设置有螺管，螺管通过出料导管与螺旋管接通，螺管内部设置有螺杆，螺杆顶部与伺服驱动电机驱动轴连接，伺服驱动电机可驱动螺杆转动，螺管壁内设置有温度传感器Ⅱ、加热装置与冷却装置，实现对螺管温度的实时监控，螺管下端设置有注射嘴，通过螺杆可以直接将螺管内的半固态浆料由注射嘴注射到模具，进行零件成型。
本发明的有益效果如下。
（1）本发明采用螺旋管来制备半固态浆料，无需外在动力的情况下，熔体在重力作用下沿螺旋管向下作螺旋运动，在流动的过程中，由于螺旋管的特殊形状，金属熔体的流道也成螺旋形状，因此高温金属熔体在沿螺旋管向下流动的过程中，不断的翻滚，同时受螺旋管的剪切作用，在较高强度的翻滚和剪切作用下，加之冷却管中的冷却液对螺旋管和金属熔体的冷却，金属熔体中刚形成的细小枝状晶，立即破碎，最后成形细小、圆整的半固态浆料。
（2）本发明炉体支撑管上设置有真空阀，在浆料制备之前可以通过真空阀将螺旋管内的空气抽出，使螺旋管内成真空状态，在浆料制备过程中，由于螺旋管内没有空气，有效避免了螺旋管内的高温金属熔体被氧化，以及空气中的杂质附入到流动中的熔体中，有效提高了浆料的洁净度；更重要的效果是有效避免了“卷气”的发生，提高了浆料的质量，使最后成形的零件中气孔大量减少。
（3）本发明设置的液压缸可驱动推杆Ⅱ上下移动，从而实现移动板的上下移动，最终实现螺旋管螺旋角的变化，当移动板向下运动时，螺旋管整体受到拉伸，当移动板向上运动时螺旋管整体受压缩，类似弹簧结构，以此来改变螺旋管螺旋角的大小，螺旋管螺旋角度的改变即是对工艺参数的调整，可以使高温金属熔体流经螺旋管的时间发生改变，可使熔体的流动速度发生改变，可使熔体所受到螺旋管的剪切强度发生改变等，最终可以通过实验得出不同材料半固态浆料制备的最佳工艺参数。
（4）本发明螺旋管管壁内设置有加热管，在浆料制备开始前，对螺旋管进行预热，防止最前面流入螺旋管的高温金属熔体由于温度急剧降低而发生冷凝；同时螺旋管内设置有冷却管，冷却液从进液嘴进入螺旋管管壁内的螺旋管流道内，从出液嘴流出，进液嘴设置在螺旋管下端，出液嘴设置在螺旋管上端，致使螺旋管内冷却液的流动方向与高温金属熔体流动方向是相反的，冷却液流向与高温金属液流向相逆，能够有效保证螺旋管低端的温度相对较低，高端的温度相对较高，与熔体流动的温度以及浆料制备过程中的工艺要求是一致的，因为通过冷却液将高温金属熔体的热量吸走，使熔体在螺旋管由上向下流动过程中温度适当降低，才有助于半固态浆料的形成，如果将进液嘴设置在螺旋管上端，进入的冷却液首先通过螺旋管上端吸收了刚从炉体中流出的高温金属熔体的热量，冷却液温度迅速升高，当冷却液到达螺旋管下端时，温度可能高于金属熔体了，所以不利于半固态浆料的形成，与半固态工艺以及原理是相违背的。
（5）本发明设置了螺旋注射组件，由螺旋管制备好的半固态浆料直接流入螺管内，在螺杆的作用下直接注射到模具内进行成形，相比其他半固态加工工艺，省略了半固态浆料从制备装置转移到模具的过程，缩短了零件成形的周期，避免了浆料由转移过程所引起的污染，实现了“即制即注”的金属半固态加工方式。
（6）本发明设置的小车式支撑平台，颠覆现有技术中熔炉与浆料制备装置是固定式的传统思维，可以让整个半固态加工装置在导轨上运动，对设置在导轨间的模具依次进行注射成形， 实现全自动化生产，提高半固态加工的效率。
（7）本发明螺旋注射组件中的螺管壁内设置有温度传感器Ⅱ、加热装置、冷却装置，当螺管内温度过高时，冷却装置开启，对螺管及螺管内的浆料进行降温；当螺管内的温度过低时，加热装置开启，实现对螺管进行加热，实现半固态浆料注射温度保证在最佳工艺范围内。
本发明通过采用上述技术，能够在低能耗条件下连续、高效、洁净的进行半固态浆料的浆料制备，并且能够对浆料进行“即制即注”的全自动半固态加工生产。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中螺旋管的截面示意图。
图3是图1的A部局部放大示意图。
图4是图3的B部局部放大示意图。
图中：1为熔炉组件；11为电加热管；12为炉盖；13为温度传感器Ⅰ；14为液位传感器；15为抽气阀；16为炉体；17为浆料挡板；18为推杆Ⅰ；19为驱动缸；2为螺旋管浆料制备组件；21为螺旋管导杆；22为炉体支撑管；23为真空阀；24为进料口控制阀；25为螺旋管； 251为出液嘴；252为进液嘴； 253为螺旋管流道；254为冷却管；255为加热管；26为出料口控制阀；27为出料导管； 3为小车式支撑平台；31为顶板；32为液压缸；33为支撑柱；34为推杆Ⅱ；35为移动板；36为底板；37为导轨；38为车轮；4为螺旋注射组件；41为伺服驱动电机；42为螺管固定板；43为螺杆；44为螺管；45为加热装置；46为冷却装置；47为温度传感器Ⅱ；48为注射嘴；49为模具。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步详细说明。
如附图1、附图2所示，本发明所述的全自动移动式半固态加工平台，主要包括一个熔炉组件1、螺旋管浆料制备组件2、小车式支撑平台3、螺旋注射组件。
所述熔炉组件1主要包括炉体16、炉盖12、浆料挡板17、驱动缸19，所述炉盖12设置在炉体16顶部，炉盖12上设置有温度传感器Ⅰ13、液位传感器14、抽气阀15，温度传感器Ⅰ13可以对炉体16中的温度进行实时测定，液位传感器14可以对炉体16中的熔体液位进行实时测定，抽气阀15与外部抽真空机相连，可以将炉体16内腔抽成真空，以致于金属在熔化过程中，炉体16内腔是真空状态，保护高温金属熔体不被空气氧化，炉体16内部设置有电加热管11，用于对炉体16的加热，炉体16底部设置有浆料挡板17，浆料挡板17通过推杆Ⅰ18与固定在炉体16外壁上的驱动缸19相连接。
所述螺旋管浆料制备组件2主要包括螺旋管25、螺旋管导杆21、出料导管27、炉体支撑管22，所述炉体支撑管22设置在顶板31上方，炉体支撑管22管壁上设置有真空阀23，真空阀23可将螺旋管25内的空气抽出，使螺旋管25内成真空状态，当在浆料制备过程中，由于螺旋管25内没有空气，有效避免了螺旋管25内的高温金属熔体被氧化，以及空气中的杂质附入到流动中的熔体中，有效提高了浆料的洁净度，同时也能有效避免“卷气”的发生，提高了浆料的质量，使最后成形的零件中气孔大量减少，炉体支撑管22与顶板31连接处设置有进料口控制阀24，进料口控制阀24底部与螺旋管25相连接，螺旋管25螺旋缠绕在螺旋管导杆21上，螺旋管25在移动板35上表面处与出料导管27连接，螺旋管25与出料导管27连接处设置有出料口控制阀26，螺旋管25内部设置有加热管255与冷却管254，加热管255在浆料制备开始前，可实现对螺旋管25进行预热，防止最前面流入螺旋管25的浆料由于温度急剧降低而发生冷凝；冷却管254通过冷却液可以实现将螺旋管25与流动金属熔体中的热量带走，螺旋管25上端靠近进料口处设置有出液嘴251，螺旋管25下端靠近出料口处设置有出液嘴252，这样的设置使螺旋管25内冷却液的流动方向与高温金属熔体流动方向是相反的，冷却液流向与高温金属液流向相逆，能够有效保证螺旋管25低端的温度相对较低，高端的温度相对较高，与熔体流动的温度以及浆料制备过程工艺的要求是一致的，因为通过冷却液将高温金属熔体的热量吸走，使熔体在螺旋管25内由上向下流动过程中温度适当降低，才有助于半固态浆料的形成。
所述小车式支撑平台4主要包括移动板35、顶板31、底板36、液压缸32、支撑柱33、车轮38、导轨37，所底板36通过车轮38架设在导轨37上，车轮38可以让底板36以及整个半固态加工装置在导轨37上运动，对设置在导轨37间的模具依次进行注射成形，底板36上设置有支撑柱33，支撑柱33顶部设置有顶板31，液压缸32固定在顶板31下表面上，液压缸32通过推杆Ⅱ34与移动板35相连接，液压缸32可驱动推杆Ⅱ34上下移动，从而实现移动板35的上下移动，最终实现螺旋管25螺旋角的变化，当移动板35向下运动时，螺旋管25整体受到拉伸，当移动板35向上运动时螺旋管25整体受压缩，类似弹簧结构，以此来改变螺旋管25螺旋角的大小，螺旋管25螺旋角度的改变即是对工艺参数的调整，可以使高温金属熔体流经螺旋管25的时间长短发生改变，可使熔体的流动速度发生改变，可使熔体所受到螺旋管25的剪切强度发生改变等，最终可以通过实验得出不同材料半固态浆料制备的最佳工艺参数，螺旋管导杆21设置在移动板35上，在螺旋管25压缩与拉伸过程中，与顶板31上的圆孔组成圆柱运动副，对螺旋管25和整个运转装置起导向作用。
所述螺旋注射组件4主要包括伺服驱动电机41、螺管固定板42、螺杆43、螺管44、模具49，所述螺管固定板42安装在移动板35上，螺管固定板42上面设置有伺服驱动电机41，伺服驱动电机41可驱动螺杆43转动，螺管固定板42下面设置有螺管44，螺管44通过出料导管27与螺旋管25接通，螺管44内部设置有螺杆43，螺杆43顶部与伺服驱动电机41直接连接，螺管44壁内设置有加热装置45与冷却装置46分别可以实现对螺管进行加热和冷却，螺管44设置有温度传感器Ⅱ47，实现对螺管44温度的实时监测，螺管44下端设置有注射嘴48，通过螺杆43转动可以直接将由出料导管27流入螺管44内的半固态浆料由注射嘴48注射到模具49，进行零件成型。
本发明的具体工作过程如下。
工作开始前，可通过驱动缸32驱动推杆Ⅱ34与移动板35上下移动来调节好螺旋管25的螺旋角度，开启进料口控制阀24，通过与真空阀23相连接的外部抽真空机将螺旋管25内以及炉体支撑管22内的通道抽成真空状态，然后通过加热管255对螺旋管25进行预热，通过加热装置45对螺管44进行预热，当螺旋管25和螺管44达到一定温度时，开启出料口控制阀24，驱动缸19通过推杆Ⅰ18驱动浆料挡板17向右运动，炉体16底部的出料口开启，炉体中的高温金属熔体自炉体中流出，经过炉体支撑管22，流入螺旋管25，螺旋管25的温度迅速升高，开启冷却液控制阀，冷却液由进液嘴252进入冷却管254，将螺旋管25和高温金属熔体中的热量带走，同时高温金属熔体在重力作用下沿螺旋管25向下作螺旋运动，在流动的过程中，由于螺旋管25的特殊形状，金属熔体的流道也成螺旋状，因此高温金属熔体在沿螺旋管25向下流动的过程中，不断的翻滚和流动，同时受螺旋管25的剪切作用，在较高强度的翻滚和剪切作用下，加之冷却管254中的冷却液对螺旋管25和金属熔体的冷却，金属熔体中刚形成的细小枝状晶，立即破碎，最后成形细小、圆整的半固态浆料，浆料由出料导管27进入螺管44内，螺杆43在伺服驱动电机41的驱动下不断转动，将浆料通过注射嘴48注射到模具49内形成零件，当一副模具49注射完成后，小车式支撑平台3沿导轨37向相邻的下一副模具49处移动，到达指定位置后重复注射过程，如此不断循环注射，直到把产线上的模具注射完。
