一种降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制系统的制作方法

本发明涉及温度场控制领域，特别是涉及一种降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制系统。

背景技术：

泡沫铝是在纯铝或铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，同时兼有金属和气泡特征，是一种新型的功能性材料。它密度小：密度可以做到仅为金属铝的十分之一；绝佳的隔音降噪功能：在声波频率为800-4000hz之间时，闭孔泡沫铝能隔绝90%的噪音；高吸收冲击能力：孔隙率为80%以上的泡沫铝发生50%变形时，可吸收6-9mj/m³以上的能量；耐高温：由于多孔的特性，能承受高达1000℃的高温，是a级防火材料，同时由于是金属材料，在燃烧状态也不会产生有害气体，杜绝了火灾现场有害气体产生人身伤害的可能性；另外还具有抗腐蚀、电磁屏蔽等性能，同时具备易加工、易安装、可进行表面涂装的特性。

泡沫铝具备诸多优异性能，在各行各业均存在广阔的应用前景：在道路交通领域可以用作铁路、公路、地铁、隧道的隔音声屏障；在建筑装饰领域可以用作吸音降噪的天花板、地板、幕墙板和大型移动隔音屏等；在汽车制造领域可以用作保险杠、车厢地板、发动机舱盖、新能源车电池防爆壳等；在高铁制造领域可以用作列车地板、车厢侧衬、防撞缓冲车头等；在电子通讯领域可以用作机房降噪及电磁屏蔽；在国防军事领域可以用作野外可移动营房；在航天领域可以用作月球车及返回舱的着陆缓冲垫。

泡沫铝传统制备方法主要有两种：熔体发泡法和底部吹气法。熔体发泡法的生产流程是将660-680℃的铝液倒入放置于金属模具内的搅拌桶中，搅拌桶底部不封口，并与金属模具紧密相连，铝液在660℃时加入增粘剂进行搅拌，使熔体获得合适的发泡粘度，然后在搅拌状态下加入发泡剂，搅拌均匀后提出搅拌器，并向上提取搅拌桶，使混合了增粘剂和发泡剂的铝液自搅拌桶底部流入模具，然后进行自然发泡并冷却，冷却结束后将泡沫铝铸件从金属模具内起模取出，按照需求切割成最终产品。底部吹气法的生产原理是将气体通过特殊的吹气装置直接注入液态金属中产生泡沫制备泡沫铝。为了防止气泡上浮到熔体表面后破裂，需要事先向熔体中加入一定量的难熔颗粒（一般为陶瓷颗粒），这些颗粒被上浮的气泡吸附，起稳定泡沫的作用，这种方法需要专门的发泡坩埚，吹气结束后在发泡坩埚中自然冷却成型。

金属从液态逐步冷却到室温时，会经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩这三步收缩，每一步收缩都会伴随着体积的变小，收缩系数以液态收缩最大，凝固收缩次之，固态收缩最小。在液态收缩阶段，由于液体的连续性，收缩系数大也不会对最终的铸件产品造成缺陷，主要在凝固阶段的固液混合状态下易发生缩孔和缩松缺陷，凝固后期，一部分金属液已经凝固生成树枝状晶体，树枝晶相互接触，会将金属液分割成许多小的封闭区域，当封闭区域内金属液凝固收缩得不到补充时，就形成了缩松，很多缩松连成一块会形成大的缩孔，最终在铸件产品上产生缺陷。泡沫铝液是添加了气体的金属铝液，所以它在凝固收缩过程中会更容易发生缩松和缩孔，直接导致最终泡沫铝铸件产品成品率低的后果，以工厂实际生产情况来看，长期成品率低于30%。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：发明了一种降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制系统，该系统能够实时监控泡沫铝在模具内冷却过程中的温度场变化，并通过调节冷却水和电热丝的工作状态来实现对泡沫铝冷却过程温度场的控制，从而减少泡沫铝冷却过程中因温度场的不均匀造成的缩孔和缩松等缺陷，技术方案的主要原理在于将冷却过程的泡沫铝底部置于温度最低状态，而将泡沫铝顶部置于温度最高状态，使整个冷却过程的温度场呈现上高下低的阶梯状态，从而使顶部的泡沫铝液最后凝固，实现补缩的功能。

本发明的有益效果是：本发明通过温度场控制系统，极大降低泡沫铝产品冷却过程缩孔缩松的缺陷率，提高产品的成品率。

附图说明

图1是本发明降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制装置较佳实施例的示意图。

附图中各部件的标记如下：1、泡沫铝液；2、金属模具；3、铜管；4、紫铜支架；5、保温层；6、电热丝；7、热电偶；8、保温覆盖剂；9、温度采集仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例如下。

图1中1为泡沫铝液，泡沫铝液是已经添加了增稠剂和发泡剂并已经搅拌均匀的金属铝液，2为用来盛放泡沫铝液（1）的金属模具，在金属模具（2）的底部和四周布置本发明的温度场控制系统。

该温度场控制系统具体包括：金属模具（2）底部布置有通冷却水的铜管（3），铜管均匀放置在可以承重的紫铜支架（4）内，金属模具（2）四周布置耐火棉制成的保温层（5），在保温层（5）与金属模具（2）接触的面加装独立控制的电热丝（6）及分层均布的热电偶（7），热电偶（7）与外接的温度采集仪（9）进行连接。

接通电热丝（6）的电源，将金属模具（2）进行充分预热，检查温度采集仪（9）的温度数据连接及采集正常。

将混合搅拌好的泡沫铝液（1）倒入金属模具（2）中，在泡沫铝液（1）上层表面撒入保温覆盖剂（8），打开金属模具（2）底部铜管（3）内的冷却水，关闭最下层的电热丝（6）。

通过监测温度采集仪（9）的温度数据，逐步自下而上关闭电热丝（6），使温度显示呈现自下而上逐步升高的阶梯形态。

待泡沫铝液（1）完全凝固后，断开铜管（3）内冷却水，关闭电热丝（6）的电源，移除本温度场控制系统，将泡沫铝从模具中取出进行后续加工。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制系统，其特征在于：在泡沫铝液（1）冷却的金属模具（2）外面加装一层温度场控制系统，温度场控制系统包括布置在模具（2）底部的铜管（3），铜管（3）内通入冷却水，温度场控制系统同时还包括布置于金属模具（2）四周的保温层（5），在保温层（5）与金属模具（2）接触的面加装独立控制的电热丝（6）及分层均匀分布的热电偶（7）,该系统使整个金属模具（2）处于一个可控的温度场中，从而使金属模具（2）内的泡沫铝液（1）实现自下而上的顺序凝固。

2.根据权利要求1所述的温度场控制系统，其特征在于：热电偶（7）与外接的温度采集仪（9）相连接，根据温度采集仪（9）输出的温度数据控制铜管（3）内冷却水的流量和不同位置电热丝（6）的加热和关闭，确保整个金属模具（2）的温度场处于顶部高、底部低的阶梯形态。

3.根据权利要求1所述的温度场控制系统，其特征在于：保温层（5）采用耐火棉制成，耐火棉的形状柔性可调，可以根据模具的大小和外形自由布局。

4.根据权利要求1所述的温度场控制系统，其特征在于：在泡沫铝液（1）表层撒入保温覆盖剂（8），以确保表层的泡沫铝液一直处于温度最高的位置最后凝固，实现对铸件产品进行补缩。

技术总结
本发明公开了一种降低泡沫铝冷却缺陷的温度场控制系统，该系统能够实时监控泡沫铝在模具内冷却过程中的温度场变化，并通过调节冷却水和电热丝的工作状态来实现对泡沫铝冷却过程温度场的控制，从而减少泡沫铝冷却过程中因温度场不均匀造成的缩孔和缩松等缺陷。金属在自然凝固过程中由于温度的差异会产生表面凝固快而中间凝固慢，从而在凝固结束后在铸件中形成缩孔和缩松。泡沫铝由于铝液内含有气体，而且铸件成形产品本身多孔的性质，更容易发生缩孔和缩松，同时发生缩孔和缩松的缺陷范围也会更大，直接对泡沫铝产品造成成品率低甚至产品直接报废的后果。本发明所设计的系统，通过对温度场的调节，实现控制泡沫铝液体的冷却次序，把最后凝固的中间部位转移到上表面，这将极大降低泡沫铝铸件产品产生缩孔和缩松的可能性，减少冷却缺陷，提高产品成品率。

技术研发人员：茹建芳;龙海敏
受保护的技术使用者：茹建芳
技术研发日：2020.02.07
技术公布日：2021.08.13