3~4半固态成型ppt课件

1、半固态铸造成形装备,半固态铸造成形是在液态金属凝固的过程中进行强烈的搅动，使普通铸造凝周易于形成的树枝晶网络骨架被打碎而形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液，然后将其铸成坯料或压成铸件。 根据其工艺流程的不同，半固态铸造可分为流变铸造和触变铸造两大类。 流变铸造是将从液相到固相冷却过程中的金属液进行强烈搅动，在一定的固相分数下将半固态金属浆料压铸或挤压成形，又称“一步法”； 触变铸造是先由连续铸造方法制得具有半固态组织的锭坯，然后切成所需长度，再加热到半固态状，再压铸或挤压成形，又称“二步法”。,一步法流变铸造,二步法触变铸造,1,半固态铸造成形装备,半固态铸造成形装备主要包括半固态

2、浆料制备装备、半固态成形装备、辅助装置等。 按流变铸造和触变铸造分类，又有流变铸造装备和触变铸造装备。 半固态浆料的制备方法主要有机械搅拌、电磁搅拌、单辊旋转冷却、单双螺杆法等。其基本原理都是利用外力将固液共存体中的固相树枝晶打碎、分散，制成均匀弥散的糊状金属浆料。最新发展的还有倾斜冷却板法、冷却控制法、新MIT法等。,2,机械搅拌式制浆装置,金属液在冷却槽中冷却至液、固相区间的同时，电动机带动搅拌头旋转，搅拌头对液体施以切线方向上的剪切力，将固相枝晶破碎并混合到液相中。半固态浆料从下端的出料口排出。调整浆料的出料量就能控制其固相率。机械搅拌式适合于所有金属液体半固态浆料的制备。 设备结构简单

3、、搅拌的剪切速度率快，有利于形成细小的球状微观组织结构；但机械搅拌对设备的构件材料(搅拌叶片等)耐热性要求和耐热蚀性要求高，,3,电磁搅拌式制浆装置,该装备是用电磁场力的作用来打碎或破坏凝固过程中树枝晶网络骨架，形成分散的颗粒状组织形态，从而制得半固态金属液。 为保证破碎枝晶所必需的剪切力，电磁搅拌应有足够大的磁场。电磁搅拌制备装置在铝合金半固态成形工艺中获得了工业化应用。 电磁搅拌制备半固态浆料，构件的磨损少，但搅拌的剪切速率慢，电磁损耗大。,4,单辊旋转冷却式制浆装置,在机械和电磁搅拌装置中，当浆料的固相率较高时，浆料的粘度迅速增加，流动性下降，使得浆料的出料非常困难。 单辊旋转冷却制浆设

4、备，利用辊子的回转产生的剪切力在制备浆料的同时强制出料，因此能获得高固相率的半固态浆料。,5,半固态铸造成形装备,目前半固态铸造的成形装备主要有压铸机(即半固态压铸)、挤压铸造机(即半固态挤 压)，以及利用塑料注射成形的方法和原理开发的半固态注射成形机等。 压铸机的结构及其工作原理在前面已有详述；挤压铸造机的结构及工作原理较为简单，其实质为将半固态金属浆料浇人金属模具中，在压力机压力的作用下冷却凝固成形。 下面主要介绍新近发展起来的半固态注射成形机。,6,半固态触变注射成形机,半固态触变注射成形机已成功地用于镁合金，其成形过程为：细块状的镁合金从料斗加入，在螺旋的作斥下向前推进，镁粒在前进的过

5、程中逐渐被加热至半固态，贮存于螺旋的前端至规定的容积后，注射缸动作，将半固态浆料压人模具凝固成形。,7,半固态流变注射成形机,半固态流变注射成形机与触变注射成形不同点在于：加入料为液态镁合金；在垂直安装的螺旋的搅拌作用下冷却至半固态，积累至一定量后，由注射装置注射成形。,8,半固态铸造的其他装置,流变铸造采用“一步法”成形，半固态浆料制备与成形联为一体，装备较为简单； 触变铸造采用“二步法”成形，除有半固态浆料制备及坯料成形装备外，还有下料装置、二次加热装置、坯料重熔测定控制装置等。,9,二次加热装置,目前，半固态金属加热普遍采用感应加热，它能够根据需要快速调整加热参数，加热速度快，温度控制准

6、确。 半固态金属加热装备利用传感器信号来控制感应加热器，得到所要求的液固相体积分数。 其工作原理为：当金属由固态传化为液态时，金属的电导率明显减小(如铝合金液态的电导率是固态的0.40.5)；同时，坯锭从固态逐步转变为液态时，电磁场在加热坯锭上的穿透深度也将变化，这种变化将会引起加热回路的变化，因此可通过安装在靠近加热锭坯底部的测量线圈测出回路的变化。比较测量线圈的信号与标定信号之间的差别，就可计算出坯锭的加热温度，从而实现控制加热温度(即控制液相体积分数)的目的。,10,重熔程度测定装置,理论上，对于二元合金，重熔后的固相体积分数可以根据加热温度由相图计算得出。但实际中，常采用硬度检测法，即

7、用一个压头压入部分重熔坯料的截面，以测加热材料的硬度来判定是否达到了要求的液相体积分数。,11,半固态铸造生产线及自动化,半固态触变成形生产线 立式半固态触变成形生产线的平面布置如图2-108所示。其工作过程为：机器人将(冷)半固态坯料装入位于立式成形机的加热圈内(图2-109)，位于机器下部平台上的感应加热圈将料坯加热到合适的成形温度，在完成模具润滑以后，两半模下降并锁定在注射口处；在一个液压圆柱冲头作用下，将坯料垂直地压入封闭模具的下模内；在压入过程中能使坯料在加热时产生的氧化表面层从原金属表面剥去，当冲头在垂直方向上运动时，剥去氧化皮的金属被挤入模具型腔内，零件凝固后，两半模分开，移出上

8、次成形件；留在下半模内的铸件残渣由清除系统自动清除回收；进入下一零件循环。,12,半固态铸造生产线及自动化,半固态流变成形生产线 该系统由铝合金熔化炉、挤压铸造机、转盘式制浆机、自动浇注装置、坩埚自动清扫、喷涂料装置等组成。其工艺过程为：浇注机械手3将铝液从熔化炉2中浇入制浆机4的金属容器中冷却；同时浆料搬运机械手5从制浆机的感应加热工位抓取小坩埚，搬运至挤压铸造机并浇人压射室中成形；随后继续旋转将空坩埚返回送至回转式清扫装置上的空工位，并从另一个工位抓去一个清扫过的小坩埚旋转放置到制浆机上；制浆机和清扫机同时旋转一个角度，进入下一个循环。,13,新流变铸造法的半固态浆料制备原理,14,半固态

9、金属塑性成形,半固态金属成形技术主要有两条成形线路：一是半固态铸造成形，即半固态流变成形和半固态触变铸造成形；二是半固态压力加工成形，即采用半固态流变和半固态触变塑性成形。 半固态塑性成形方法是将半固态浆料制备成坯料，根据产品尺寸下料，重新加热到半固态温度后，再塑性加工成形。对于触变成形，由于半固态坯料便于输送，易于实现自动化，因而，在工业中较早得到了广泛应用。,15,触变模锻工艺过程,进入模膛的半固态合 金坯料，只有初生相之间（530m）薄层。由于是低熔点物质，呈熔融态，在压力下，以黏性流动方式填充模膛，随后产生高压凝固和塑性变形，从而获得精密制件。,16,半固态金属塑性成形工艺特点,(1)

10、黏度可调整。半固态坯料含有一半左右初生相，在重力下可以机械搬运,在机械压力下黏度迅速下降便于充填。 (2)成形速度高。如美国阿卢马克斯工程金属工艺公司半固态锻造铝合金汽车制动总泵体，每小时成形150件，而利用金属型铸造同样的制件，每小时仅24件。 (3)改善充填条件。成形过程不易喷溅，减轻金属裹气和氧化，提高制件的致密性。制件可热处理强化，强度比压铸件高。 (4)减少凝固收缩。坯料充填前，已有近一半固相，因此制件精度高，加工余量小，易实现近净成形。 (5)充型温度低。减轻了模具热冲力，提高了模具寿命。 (6)减少环境污染。成形车间不需处理液态金属，操作安全。,56,17,(7)与固态塑性成形相比变形力小。由于半固态金属塑性成形变形力显著降低，成形速度比固态模锻高，因此可成形很复杂的锻件，缩短了加工周期，降低了成本。 半固态金属塑性成形变形抗力低，消耗能量小，减少了对模具的镦挤作用，提高了模具的寿命