一种半固态挤压铸造振动制胚设备的制作方法

本发明涉及一种铝合金半固态挤压铸造流水线过程，包含制胚、转运，下料等制备方法及挤压过程，主要用于挤压铸造设备做铝合金的半固态的连续生产。

背景技术

半固态成形技术作为一种新型的金属凝固成形工艺，可获得性能优异的各种金属材料及复合材料成形件，是本世纪最有发展前景的近净成形技术之一；半固态铸造技术的应用在国外已逐步成为各先进工业国家竞相发展的一个领域，并被专家学者称为新一代新兴的金属成形技术。经过多年的研究和开发，目前，铝、镁合金半固态铸造技术在西方发达国家已进入工业应用的成长期。国外的开发和生产表明，汽车工业中轿车、轻型车的转向节、泵体、转向器壳体、阀体、一些悬挂支架件和轮毂等高强度、高致密度、高可靠性要求的铸件，采用半固态铸造技术成形可以实现产品的低成本高产出及高质量。随着国内半固态技术的发展，国内有更多的人在研究和生产半固态技术；目前围绕半固态生产，人们进行了大量的生产研究，目前的制备半固态的方法主要有：机械搅拌法、电磁搅拌法、声波振动发、应变诱发激活法、倾斜板浇注试激冷流变成型等技术，各种制浆各有各的特点，但是他们大多数不能直接投入工业生产，因为工艺和生产成本的缘故，仅仅停留在实验室研究阶段，而国内半固态生产设备也屈指可数；但是研发的脚步从未停止，如在2016年在深圳半固态研讨会中，有人提出过热焓平衡旋转磁场制备半固体的方法，其目的是通过电磁搅拌打碎树晶，通过热焓平衡集聚性形核，使微观组织呈现等轴球晶形貌，但是由于工厂环境和生产成本的限制该工艺还处于研究中；半固态制浆的方法各种各样层出不穷，其关键是获得具有细小球型金相组织或近似球形初生相且均匀分布的组织，这是半固态的核心，也是技术的关键。

挤压铸造技术也是一种新型的金属凝固成形工艺，挤压铸造是使液态金属在高压下凝固、流动成形，直接获得制件或毛坯的方法，它具有液态金属冲型平稳、铸造比压大、铸件致密、质量稳定等优点；由于市场对铸造零件的要求越来越高，一部分锻造零件、压铸零件、低压浇铸零件慢慢的开始被挤压铸造件替代；也由于挤压铸造件的性能优越，挤压铸造工艺也慢慢的被市场认可，同时批量性开始投入使用；挤压铸造广泛应用于厚壁件和受力件的生产，它是一种新型的、具有潜在应用前景的液态成形技术。需求决定市场，挤压铸造机的生产制造也慢慢在国内兴起，用户也由原来依靠进口机慢慢的转为使用国产挤压铸造机。

随着科技的进步，人们对产品性能的要求也越来越高，如果能将半固态制浆技术和挤压铸造技术结合起来，充分利用半固态材料的特性和挤压铸造工艺的特点，做出来的铸件则性能更好。

技术实现要素：

1、发明目的。

提供一种半固态挤压铸造流水线用的振动制胚装置，用于将坩埚内铝液振动搅拌，达到非枝晶状态，振动的频率可依据挤压铸造产品的特性进行工艺上的变频调节，振动时，可通过测温的方式检测铝液状态，通过pid控制器对振动参数进行调整；如产品重量、浇铸温度、周围场温度、材质特性等进行实时调整，同时当液态铝浇入坩埚后，旋转、伸缩气缸开始运动，将红外线测温头与保护气体喷嘴移动至坩埚正上方，防止胚料被空气氧化；且当振动结束后，辅助机械手抬升，旋转离开工作位置，减速电机运动，将振动平台向外翻转90度，便于机器人抓取坩埚，同时防止半固态浆料从坩埚底部流出。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明提出的一种半固态挤压铸造用的振动装置，其特征在于：振动装置在半固态挤压铸造流水线上设置有三个工位，振动装置包括支架、振动平台、辅助装置、坩埚、减速电机，所述辅助装置安装在振动装置侧面，所述振动平台包括下箱体、振动板、振动电机、减振弹簧，下箱体内部安装有连接杆，减速电机输出端与连接杆连接；减速电机输出端与连接杆连接部还设有固定连接环，固定连接环套接在连接杆和电机输出轴外部，固定连接环固定安装在支架上；电机驱动下箱体相对支架抬起；下箱体与振动板之间固定安装有多个减振弹簧，振动电机安装在振动板底部，并靠近其中一个减振弹簧，使振动板的振动方向为水平和垂直方向,振动板上表面中心位置固定有隔热垫，坩埚置于隔热垫上，振动装置与抓取坩埚机器人配套安装，并安装在抓取坩埚机器人活动范围内。

更进一步，振动平台还包括回旋下拉加紧气缸，回旋下拉加紧气缸对称安装在振动板底部，顶部伸出振动板，两回旋下拉加紧气缸顶部末端固定安装有相对称的锁死横杆，两锁死横杆末端分别贴紧坩埚两侧。

更进一步，所述辅助装置由辅助装置立柱、辅助机械臂横梁、红外温度传感器、气体保护喷嘴、辅助伸缩气缸、辅助伸缩气缸、辅助伸缩气缸、旋转气缸组成，辅助装置立柱竖直安装在振动装置侧面，其顶部固定安装旋转气缸，旋转气缸可绕轴线旋转，其顶部设有突起的连接轴，辅助机械臂横梁滑动安装在连接轴上，且可在旋转气缸带动下水平摆动，辅助机械臂横梁一端通过辅助伸缩气缸连接在旋转气缸表面，另一端为叉状连接部，叉状连接部末端滑动安装辅助气缸，辅助气缸顶端通过另一个辅助气缸连接在叉状连接部起始端，辅助气缸底端固定安装红外温度传感器、气体保护喷嘴。

更进一步，所述干锅为锥筒状结构，外圆设有一卡槽。

更进一步，抓取坩埚机器人由动力箱、机械臂、机械手组成，机械臂安装在动力箱顶部，并可绕动力箱轴线旋转，机械臂末端通过万向节与机械手活动连接。

更进一步，所述机械臂由底座、转动臂、摆臂组成，底座安装在动力箱顶部，可绕动力箱轴线旋转，转动臂两端设有上下两根与转动臂垂直的轴，转动臂通过上下两轴分别与摆臂、底座连接，转动臂通过轴的连接可绕下轴轴线旋转，摆臂一端与转动臂上轴连接，加大机械臂活动范围，另一端安装有与机械手末端匹配安装的万向节。

更进一步，所述机械手为半锥筒状，内半圆设有一卡扣，与干锅外4圆卡槽相匹配，机械手内半圆直径略大于干锅外圆直径。

更进一步，所述振动电机选取50hz功率160w激振力为3kn的三相交流电机

更进一步，所述辅助装置的保护气体为氩气或氮气，防止胚料被空气氧化；

更进一步，所述红外线测温装置通过气缸的联动，近距离测温，测到的温度精度高，误差小；

3、本发明所产生的技术效果。

本发明将铝液振动搅拌，达到非枝晶状态，便于挤压铸造，本发明设置三个振动工位，极大的缩短了产品生产时间，提高了工作效率，振动的频率依据挤压铸造产品的特性进行工艺上的变频调节，如产品重量、材质特性等，保证了产品生产时对材料的要求，本发明适应性强，结构简单,工作时两回旋下拉加紧气缸锁紧干锅极大的提高了本产品的安全性。辅助装置结构简单，对温度进行非接触式测温，有助于振动工艺实行实时校正，保护气体有效的保护了胚料不被氧化；

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明振动装置示意图。

图3为本发明辅助装置示意图。

图4为本发明振动制胚装置工作位置示意图。

图5为本发明振动制胚辅助装置待机位置示意图。

图6为本发明自动送料装置示意图。

支架1、振动平台2、支板a3、坩埚4、减速电机5、顶梁6、下箱体7、振动板8、振动电机9、减振弹簧10、连接环11、隔热垫13、回旋下拉加紧气缸14、锁死横杆15、轴16、支板b17、振动装置18、挤压铸造机19、自动送料装置20、给汤装置21、坩埚烘烤装置22、熔炼炉23、抓取坩埚机器人24、取件机器人25、传动带26、动力箱27、机械臂28、底座28a、转动臂28b、摆臂28c、机械手29、送料气缸30、推举气缸31、坩埚托32、推举减振垫33、辅助装置立柱34、辅助机械臂横梁35、红外温度传感器36、气体保护喷嘴37、辅助伸缩气缸38a、辅助伸缩气缸38b、辅助伸缩气缸38c、旋转气缸39。

具体实施方式

实施例1

本发明提出的一种半固态挤压铸造用的振动装置18，安装在半固态流变挤压铸造流水线生产装置上，如图2所示，半固态流变挤压铸造流水线由挤压铸造机19、自动送料装置20、振动制胚装置18、给汤装置21、坩埚烘烤装置22、熔炼炉23、抓取坩埚机器人24、取件机器人25、传动带26组成，挤压铸造机下方安装有传送带26，自动送料装置20固定安装在挤压铸造机19侧边，抓取坩埚机器人24摆放在挤压铸造机19侧边，自动送料装置20安装在抓取坩埚机器人24活动范围内，振动装置18靠近抓取坩埚机器人24和自动送料装置20，且位于抓取坩埚机器人24活动范围内，给汤装置21摆放在振动装置相邻位置向振动装置供料，坩埚烘烤装置22摆放在半固态流变挤压铸造流水线任意位置，熔炼炉23与给汤装置21相邻，便于为给汤装置21送料，取件机器人25摆放在扩挤压铸造机侧边，当挤压铸造机顶出产品后，取件机器人25开始抓取铸件；以设定好的运动轨迹将铸件放入传送带26内。

实施例2

一种半固态挤压铸造用的振动制胚装置，如图2所示，在半固态挤压铸造流水线上设置有三个工位，如图1所示，所述振动制胚装置包括支架1、振动平台2、支板a3、支板b17、坩埚4、减速电机5，支架顶部为两平行的顶梁6，所述振动平台2包括下箱体7、振动板8、振动电机9、减振弹簧10，支板a3和支板b17分别安装在支架顶部两平行的横梁6上，下箱体内部安装有连接杆16，减速电机5输出端与连接杆16连接；减速电机5输出端与连接杆16连接部还设有固定连接环11，固定连接环11套接在连接杆和电机输出轴外部，固定连接环11与支板a3相对的表面设有一平面固定座，通过平面固定座放置在支板a3上；电机驱动下箱体7相对支板a3抬起；

下箱体7与振动板8之间固定安装有多个减振弹簧10，振动电机9安装在振动板8底部，并靠近其中一个减振弹簧10，使振动板的振动方向为水平和垂直方向，振动板8上表面中心位置固定有隔热垫13，坩埚4置于隔热垫13上，振动装置与抓取坩埚机器人配套安装，并安装在抓取坩埚机器人活动范围内。

振动平台2还包括回旋下拉加紧气缸14，回旋下拉加紧气缸14对称安装在振动板8下表面，回旋下拉加紧气缸顶杆伸出振动板，两回旋下拉加紧气缸顶杆安装有相对称的锁死横杆15，两锁死横杆15末端分别贴紧坩埚4两侧。

所述坩埚为锥筒状结构，外圆设有一卡槽。

连接杆16安装在下箱体底部并靠近一边，并与靠近边平行。

抓取坩埚机器人由动力箱27、机械臂28、机械手29组成，机械臂安装在动力箱顶部，并可绕动力箱轴线旋转，机械臂末端通过万向节与机械手活动连接。

机械臂28由底座28a、转动臂28b、摆臂28c组成，底座安装在动力箱顶部，可绕动力箱轴线旋转，转动臂两端设有上下两根与转动臂垂直的轴，转动臂通过上下两轴分别与摆臂、底座连接，转动臂通过轴的连接可绕下轴轴线旋转，摆臂一端与转动臂上轴连接，加大机械臂活动范围，另一端安装有与机械手末端匹配安装的万向节。

所述机械手29为与坩埚形状匹配的锥筒状，内半圆设有卡合部，与坩埚外4圆卡槽相匹配，机械手内半圆直径略大于坩埚外圆直径。

振动电机9选取50hz功率160w激振力为3kn的三相交流电机。

振动装置18的作用为将液态金属通过振动电机9产生的激振力，将坩埚内铝液振动搅拌，达到非枝晶状态；振动电机选取50hz功率160w激振力为3kn的三相交流电机，振动方向为水平和垂直方向，根据工艺的要求，振动的频率依据挤压铸造产品的特性进行工艺上的变频调节，如产品重量、材质特性等；为了浇铸铝料的方便，振动装置18在振动的时候坩埚为垂直放置，当振动结束后，减速电机运行，带动连接杆旋转，连接杆与下箱体固定安装，因此下箱体跟随连接杆向外翻转，下箱体通过弹簧带动振动板，因此振动平台整体向外翻转，因为坩埚为锥筒状结构，翻转的目的是便于机器人抓取坩埚，同时防止半固态浆料从坩埚底部流出。

实施例3

一种半固态挤压铸造用的振动制胚装置，如图2所示，在半固态挤压铸造流水线上设置有三个工位，如图1所示，所述振动制胚装置包括支架1、振动平台2、支板a3、支板b17、坩埚4、减速电机5，支架顶部为两平行的顶梁6，所述振动平台2包括下箱体7、振动板8、振动电机9、减振弹簧10，支板a3和支板b17分别安装在支架顶部两平行的横梁6上，下箱体内部安装有连接杆16，减速电机5输出端与连接杆16连接；减速电机5输出端与连接杆16连接部还设有固定连接环11，固定连接环11套接在连接杆和电机输出轴外部，固定连接环11与支板a3相对的表面设有一平面固定座，通过平面固定座放置在支板a3上；电机驱动下箱体7相对支板a3抬起；

如图3所示，所述辅助装置由辅助装置立柱34、辅助机械臂横梁35、红外温度传感器36、气体保护喷嘴37、辅助伸缩气缸38a、辅助伸缩气缸38b、辅助伸缩气缸38c、旋转气缸39组成，辅助装置立柱34竖直安装在振动装置18侧面，其顶部固定安装旋转气缸39，旋转气缸39可绕轴线旋转，其顶部设有突起的连接轴，辅助机械臂横梁35滑动安装在连接轴上，且可在旋转气缸39带动下水平摆动，辅助机械臂横梁35一端通过辅助伸缩气缸38a连接在旋转气缸表面，另一端为叉状连接部，叉状连接部末端滑动安装辅助气缸38b，辅助气缸38b顶端通过另一个辅助气缸38c连接在叉状连接部起始端，辅助气缸38b底端固定安装红外温度传感器36、气体保护喷嘴37。

如图4所示，辅助装置主要包含温度测量装置和气体保护装置，当坩埚4被给汤装置21浇入铝液后，旋转气缸41开始做90度旋转，旋转到位后，伸缩气缸39、伸缩气缸40同时运动，将红外温度传感器36、气体保护喷嘴37移动到坩埚4的正上方，伸缩气缸38开始运动，红外传感器36近距离检测铝液表面温度，同时气体保护喷嘴37向坩埚4内喷保护气体；此时，温度、时间、材质、重量等一些工艺参数已经在pid控制器内进行运算，运算的结果直接决定工艺稳定性；当振动制胚结束后，辅助装置的执行气缸依次运动，如图5所述，回到初始状态，表明制胚结束，将完成信号发送给主机plc，主机得到完成信号后，进入下一个工作流程；

如图6所示，自动送料装置20包含送料气缸30、推举气缸31、坩埚托32、推举减振垫33、抓取坩埚机器人24抓取坩埚4，将其放入自动送料装置20内，坩埚4外圆有一卡槽，它与坩埚托32凹槽配合，放置后，坩埚4刚好卡在坩埚托32内，坩埚被固定起来；送料时，推举气缸31开始推举，推举到位后，如图4所示，自动送料装置20得到挤压机主机plc的放入到位信号后，通过送料气缸30的运动，将半固态浆料送至挤压铸造机19的料筒内，送料气缸头部安装陶瓷块，防止与铝料的粘连。

流水线工作过程：将铝合金铝锭通过熔炼炉23溶解，控制温度在该铝合金液相线以上度的温度为准，通过给汤装置21定量舀料入坩埚内，振动制胚装置18开始工作；振动装置18内部有个工位的坩埚，正常挤压机生产周期为分钟，舀料间隔时间也为分钟，振动周期为分钟；当振动装置18上的三个坩埚全部舀完后，待第一个坩埚内的铝液通过振动电机产出的激振力搅拌成功达到半固态要求后，减速电机开始翻转度，使坩埚处于水平状态，放置铝料从坩埚底部流出；此时抓取坩埚机器人24开始抓取第一个被注入铝液的坩埚至自动送料装置20内，自动送料装置20原本水平放置，水平放置有利于抓取坩埚机器人24放置坩埚到坩埚托内；当坩埚放到位后，坩埚刚好卡在坩埚托的卡槽内，它被轴向固定，此时推举气缸开始运动，气缸的运动将坩埚轴线与挤压机料筒轴线同心，推举到位后，送料气缸将铝料推入挤压机料筒内，送料环节完成；挤压铸造机得到自动送料装置20完成信号后，开始工作，挤压机以正常的流程：合模-料筒摆正-料筒推举-压射开始-压射返回-开模-顶出-顶回的流程进行；当挤压铸造机顶出产品后，取件机器人25开始抓取铸件；以设定好的运动轨迹将铸件放入传送带内；传动带通过自带的冷却系统，将铸件冷却后传输到产品筐内，一个自动化动作完成，用时分钟；此时第二个坩埚内的半固态浆料也制备完成，以此类推，半固态流水线按照此流程完成。