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1、(10)申请公布号 CN 103600051 A (43)申请公布日 2014.02.26 CN 103600051 A (21)申请号 201310477769.8 (22)申请日 2013.10.14 B22D 18/02(2006.01) B22D 41/00(2006.01) (71)申请人 南昌大学 地址 330031 江西省南昌市红谷滩新区学府 大道 999 号 (72)发明人 黄持伟 杨湘杰 李超 郭洪民 (74)专利代理机构 南昌新天下专利商标代理有 限公司 36115 代理人 施秀瑾 (54) 发明名称 一种旋转式四工位半固态加工自动生产线 (57) 摘要 一种旋转式四工位半。
2、固态加工自动生产线， 其特征是以旋转式四工位取注浆机为中心， 周向 四个工位依次布置有电阻熔炼炉、 半固态浆料制 备装置、 结晶保温箱、 挤压成形设备。本发明合理 布置生产流程， 实现半固态加工的全自动生产控 制， 提高加工过程的安全性、 稳定性和准确性， 充 分发挥出半固态成形技术的优点和特点， 有效节 省生产线的占地面积 ； 提高了工作效率， 可连续、 高效地进行半固态加工作业， 批量生产能力获得 提高， 可实现金属半固态成形制件的自动化、 大批 量生产， 可加速半固态成形技术的产业化进程。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国。
3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103600051 A CN 103600051 A 1/1 页 2 1. 一种旋转式四工位半固态加工自动生产线， 其特征是以旋转式四工位取注浆机 （1） 为中心， 周向四个工位依次布置有电阻熔炼炉 （2） 、 半固态浆料制备装置 （3） 、 结晶保温箱 （4） 、 挤压成形设备 （5） ； 所述的旋转式四工位取注浆机包括机架 （11） 、 回转动力组件 （12） 、 回转支架 （13） 和四 组升降取料机构 （14） ； 回转动力组件 （12） 固定在机架 （11） 顶端， 回转支架 （13）。
4、 设置在回 转动力组件 （12） 上， 由回转动力组件 （12） 驱动其转动， 四组升降取料机构 （14） 分别安装在 回转支架 （13） 的四支柱梁末端， 升降取料机构 （14） 下端设置有闭式取注浆罐体 （15） ， 罐体 （15） 中心设有一活塞杆 （17） ， 底部置有一阀口 （151） 。 权 利 要 求 书 CN 103600051 A 2 1/4 页 3 一种旋转式四工位半固态加工自动生产线 技术领域 0001 本发明属于半固态金属加工技术领域。 背景技术 0002 金属半固态成形技术是 21 世纪前沿性金属加工技术， 它将液态金属的易成形性 和半固态金属成形的高品质性有效地结合。
5、在一起， 克服了金属材料在传统单一状态下成形 的一系列缺陷， 具有诸多优点。 0003 由于半固态成形技术所具有的技术优势和广阔的应用前景而倍受人们的关注， 已 得到广泛研究和发展， 从 20 世纪至今， 金属半固态成形技术已逐步产业化， 国外欧美、 日本 等发达国家在此领域的开发研究和工业应用方面处于领先的位置。 0004 然而， 我国的半固态成形技术与国外相比仍有较大的差距， 在工业应用范围的推 广以及大批量制件的生产方面并没有取得很大的突破， 关键原因则是生产工艺的自动化程 度不高， 流程布置不是很合理， 仍需耗费巨大的劳动力， 且生产质量不稳定、 生产效率低。 半 固态加工的生产工艺和。
6、流程布置直接决定所产制件的效率和质量， 因此合理的工艺设计 和流程布置是生产高质量半固态成形件的必须条件。 随着我国汽车工业的发展， 给予半固 态成形技术更高的要求以及快速发展的机遇。发展新型制浆设备， 提升生产工艺的自动化 程度， 以至于加速半固态成形技术的产业化进程， 是必然的趋势。 发明内容 0005 本发明的目的是为了提供一种旋转式四工位半固态加工自动生产线， 既能提高自 动化程度， 提高工作效率以及半固态成形设备的批量生产能力， 又能实现提高半固态成形 制件的质量， 进而实现金属半固态成形制件的自动化、 大批量、 高质量生产。 0006 本发明是通过以下技术方案实现的。 0007 旋。
7、转式四工位半固态加工自动生产线以旋转式四工位取注浆机 （1） 为中心， 周向 四个工位 （相邻两工位之间相隔 90 度） 依次布置有电阻熔炼炉 （2） 、 半固态浆料制备装置 （3） 、 结晶保温箱 （4） 、 挤压成形设备 （5） 。 0008 所述的旋转式四工位取注浆机由机架 （11） 、 回转动力组件 （12） 、 回转支架 （13） 和 四组升降取料机构 （14） 组成。回转动力组件 （12） 固定在机架 （11） 顶端， 回转支架 （13） 设 置在回转动力组件 （12） 上， 由回转动力组件 （12） 驱动其转动， 四组升降取料机构 （14） 分 别安装在回转支架 （13） 的四支。
8、柱梁末端， 升降取料机构 （14） 下端设置有闭式取注浆罐体 （15） ， 罐体 （15） 中心设有一活塞杆 （17） ， 底部置有一阀口 （151） ， 通过活塞杆 （17） 与阀口 （151） 的闭合， 可实现浆料的取注。 0009 所述的半固态浆料制备装置 （3） 主要由一密封箱 （32） 和一制浆装置组成， 密封箱 上部设有一熔体入口门 （31） ， 下部设有一浆料出口门， 制浆装置设置在密封箱内。 0010 所述的结晶保温箱 （4） 内置接料坩埚， 用于接取由半固态浆料制备装置 （3） 制备 好的半固态浆料。 说 明 书 CN 103600051 A 3 2/4 页 4 0011 所。
9、述的挤压成形设备 （5） 由移动式接料平台 （51） 和一挤压成形机 （52） 组成， 移 动式接料平台 （51） 安装在挤压成形机 （52） 底座板的导轨上， 可沿导轨移动， 料杯安装平台 （53） 通过四导柱设置在移动式接料平台 （51） 上， 通过导柱实现其上下移动， 料杯 （55） 设置 在料杯安装平台 （54） 上。 0012 本发明旋转式四工位半固态加工自动生产线生产过程为 ： 首先将金属铸锭放进熔 炼炉 （2） 内进行熔炼， 经除渣、 精炼后保温， 然后四工位旋转取注浆机 （1） 上的位于熔炼炉 （2） 上方的一组升降取料机构 （14） 逐步下降， 罐体 （15） 随之逐步进入熔。
10、炼炉 （2） ， 当闭式 罐体 （15） 浸入到金属液一定深度后， 罐体 （16） 停止下降， 活塞杆 （17） 向上运动， 罐底阀门 （151） 打开， 同时通过抽气机降低罐体 （15） 内的气体压强， 金属液通过底部阀门 （151） 进入 罐体 （15） 内， 当液位检测装置 （18） 检测到罐体 （15） 内金属液达到需求量后， 抽气机停止工 作， 活塞杆 （17） 向下运动， 罐底阀门 （151） 关闭， 然后升降取料机构 （14） 垂直上升离开熔炼 炉 （2） ， 回转支架 （13） 转过 90 度， 罐体 （15） 到达半固态浆料制备装置 （3） 入口门 （31） 上方， 入口门 。
11、（31） 打开， 活塞杆 （17） 向上运动， 罐底阀门 （151） 打开， 同时通过抽气机增大罐体内 气体压强， 金属液在重力和罐体内气体压力的作用下由入口门 （15） 流入半固态浆料制备装 置 （3） 内， 完成将金属液从熔炼炉 （2） 内定量取出， 并注入半固态浆料制备装置 （3） 内的取 注任务， 在这个过程进行的同时， 相隔 180 度的前面一组升降取料机构 （14） 通过同样的方 式， 将制备好的半固态金属浆料从结晶保温箱 （4） 内置接料坩埚中取出， 并注入到移动式接 料平台 （51） 上的料杯 （55） 中， 之后， 移动式接料平台 （51） 平移至挤压成形机 （52） 的成形。
12、 模具下方， 料杯安装平台 （53） 上升， 当料杯 （55） 口与模具内腔底面平行时， 顶料杆 （54） 向 上运动将料杯中的半固态金属浆料注入模具型腔内， 挤压成形机 （52） 的上下模闭合， 实现 金属半固态成形。由于回转支架 （13） 采用旋转式， 各升降取料机构 （14） 之间的作业方式完 全可以实现循环式变换， 通过合理设置回转支架 （13） 的转角和转速， 本发明可以自动、 连续 不间断、 高效的进行半固态加工作业。 0013 本发明设计开发出一种旋转式四工位半固态加工自动生产线， 合理布置生产流 程， 实现半固态加工的全自动生产控制， 提高加工过程的安全性、 稳定性和准确性， 。
13、充分发 挥出半固态成形技术的优点和特点， 可加速技术的产业化进程， 为实现工业应用奠定良好 的基础。 0014 该发明的有益效果是。 0015 1、 本发明引入柔性制造理念， 采用柔性控制技术， 工艺设计布置上采用灵活的工 艺路线， 设计开发出一条以旋转式四工位取注浆机 （1） 为中心的旋转式四工位半固态加工 自动生产线， 采用旋转式回转支架 （13） ， 各升降取料机构 （14） 之间的作业方式完全可以实 现循环式变换， 通过合理设置回转支架 （13） 的转角和转速， 本发明可以自动、 连续不间断、 高效的进行半固态加工作业作， 自动循环式实现金属半固态制浆及成形， 从而实现一种柔 性控制模。
14、式， 保证在浆料自动取注浆机工作运行平稳的前提下， 达到以工作时间最短为目 标的控制规律。 0016 采用柔性控制技术开发的旋转式四工位半固态加工自动生产线具有诸多显著的 优点 ： 其一， 自动化程度高， 成功的取消了以往采用人工取浆及注浆的方式， 避免了操作者 劳动强度大、 工艺不稳定等不利因素 ； 其二， 提高了工作效率， 可连续、 高效地进行半固态加 工作业， 批量生产能力获得提高， 可实现金属半固态成形制件的自动化、 大批量生产 ； 其三， 说 明 书 CN 103600051 A 4 3/4 页 5 可加速金属半固态加工技术的产业化进程， 为相关行业提供一种新的设计思路。 0017 。
15、2、 本发明金属熔体在取注及浆料制备过程中都采取了保护措施， 实现浆料的洁净 制备与取注。本发明采用闭式罐体 （15） 浸入到金属液内进行取样， 由于所取金属液位置既 不是熔炼炉 （2） 顶部， 也不是熔炼炉 （2） 底部， 而是处于熔炼炉 （2） 中部， 因此在取浆的开始 就避免了浆料的氧化和其他杂质的进入， 所取金属液没有受到污染， 是洁净度最高的金属 熔体 ； 在金属熔体的整个转移输送过程中， 闭式罐体 （15） 内始终被通入氮气， 从而将罐内 空气驱除， 使整个金属熔体的取注过程在惰性气体中进行， 有效的防止了氧气、 烟尘等各种 杂质对浆料的污染 ； 将制浆设备设置在一密封箱 （32）。
16、 内， 使整个制浆过程在一个充满保护 气体的空间内进行， 同时对结晶保温箱 （4） 通入惰性气体， 有效防止氧气、 烟尘等对高温浆 料的污染， 使浆料在整个取注、 制备及转移过程中都处于被保护状态， 实现整个生产线浆料 的洁净制备、 转移及取注， 有效的提高了半固态加工制件的质量。 0018 3、 本发明结构简单、 布局合理， 有效节省生产线的占地面积。 附图说明 0019 图 1 为本发明的立体结构示意图。 0020 图 2 为旋转式四工位取注浆机的立体结构示意图。 0021 图 3 为罐体剖示图。 0022 图中 ： 1 为旋转式四工位取注浆机 ； 11 机架 ； 12 为回转动力组件 ；。
17、 13 为回转支架 ； 14为升降取料机构 ； 15为罐体 ； 16为气体进出嘴 ； 17为活塞杆 ； 18为液位检测装置 ； 2为熔 炼炉 ； 3 为半固态浆料制备装置 ； 31 为入口门 ； 32 为密封箱 ； 4 为结晶保温箱 ； 5 为挤压成形 设备 ； 51 为移动式接料平台 ； 52 为挤压成形机 ； 53 为料杯安装平台 ； 54 为顶料杆 ； 55 为料 杯。 具体实施方式 0023 下面结合附图对本发明做进一步详细说明。 0024 如附图 1 所示， 本发明所述的旋转式四工位半固态加工自动生产线以旋转式四工 位取注浆机 1 为中心， 周向四个工位 （相邻两工位之间相隔 90 。
18、度） 依次布置有电阻熔炼炉 2、 半固态浆料制备装置 3、 结晶保温箱 4、 挤压成形设备 5。 0025 所述旋转式四工位取注浆机 1 设置在生产线正中心， 主要由机架 11、 回转动力组 件 12、 回转支架 13 和四组升降取料机构 14 组成。回转动力组件 12 固定在机架 11 顶端， 回转支架 13 设置在回转动力组件 12 上， 并由回转动力组件 12 驱动其转动， 四组升降取料 机构 14 分别安装在回转支架 13 的四支柱梁末端， 升降取料机构 14 下端设置有闭式取注浆 罐体 15， 罐体 15 上端置一气体进出嘴 16， 气体进出嘴 16 与外部抽气机相连， 通过改变罐体。
19、 15 内惰性气体压强的大小， 可实现对金属熔体的注取， 罐体 15 中心设有一活塞杆 17， 底部 置有一阀口， 通过控制活塞杆 17 与阀口 151 的闭合的大小， 可实现金属熔体取注流量的控 制。 0026 所述电阻熔炼炉 2 设置在第一个工位， 用于对金属铸锭的熔炼。 0027 所述半固态浆料制备装置3设置在第二个工位， 主要由一密封箱32和一制浆机构 组成， 密封箱 32 上部设有一熔体入口门 31， 下部设有一浆料出口门， 制浆机构设置在密封 说 明 书 CN 103600051 A 5 4/4 页 6 箱 32 内， 在整个浆料制备过程中， 密封箱 32 内始终充满惰性气体并保持。
20、一定的压强， 使外 面的空气不能进入密封箱 32 内， 有效防止氧气、 烟尘等对高温浆料的污染。 0028 所述结晶保温箱 4 设置在第三个工位， 内置一接料坩埚， 用于接取由半固态浆料 制备装置 3 制备好的半固态浆料， 在工作时， 对结晶保温箱 4 进行通电加热， 使箱内始终保 持浆料要求的工艺温度， 同时对箱内通入保护气体并维持一定压强， 防止外部空气进入箱 内对高温浆料产生污染。 0029 所述挤压成形设备 5 主要由移动式接料平台 51 和一挤压成形机 52 组成， 所述移 动式接料平台 51 安装在挤压成形机 52 底座板的导轨上， 可沿导轨移动， 料杯安装平台 53 通过四导柱设。
21、置在移动式接料平台51上， 可通过导柱实现上下移动， 料杯55设置在料杯安 装平台 53 上， 料杯 55 中心线上设有一推料杆 54， 推料杆 54 和料杯 55 采用圆柱配合， 可沿 料杯 55 轴线上下移动， 将料杯 55 中的熔体注入模具型腔内。 0030 本发明旋转式四工位半固态加工自动生产线工作过程为 ： 首先将金属铸锭放进熔 炼炉2内进行熔炼， 经除渣、 精炼后保温， 然后四工位旋转取注浆机1上的位于熔炼炉2 上方的一组升降取料机构14逐步下降， 罐体15随之逐步进入熔炼炉2， 当闭式罐体15浸入 到金属液一定深度后， 罐体 15 停止下降， 活塞杆 17 向上运动， 罐底阀门 。
22、151 打开， 同时通过 抽气机降低罐体 15 内的气体压强， 金属液通过底部阀门 151 进入罐体 15 内， 当液位检测装 置 18 检测到罐体 15 内金属液达到需求量后， 抽气机停止工作， 活塞杆 17 向下运动， 罐底阀 门 151 关闭， 然后升降取料机构 14 垂直上升离开熔炼炉 2 后， 回转支架 13 转过 90 度， 罐体 15到达半固态浆料制备装置3入口门31上方， 入口门31打开， 活塞杆17向上运动， 罐底阀 门 151 打开， 同时通过抽气机反向工作增大罐体 15 内气体压强， 金属液在重力和罐体 15 内 气体压力的作用下由入口门流入半固态浆料制备装置 3 内， 。
23、完成将金属液从熔炼炉 2 内定 量取出， 并注入半固态浆料制备装置 3 内的取注任务， 在这个过程进行的同时， 相隔 180 度 的前面一组升降取料机构 14 通过同样的方式， 将制备好的半固态金属浆料从结晶保温箱 4 内置接料坩埚中取出， 并注入到移动式接料平台 51 上的料杯 55 中， 之后， 移动式接料平台 51 平移至挤压成形机 52 的成形模具下方， 料杯安装平台 53 上升， 当料杯 55 口与模具内腔 底面平行时， 顶料杆17向上运动将料杯55中的半固态金属浆料注入模具型腔内， 挤压成形 机 52 的上下模闭合， 实现金属半固态成形， 移动式接料平台 51 重新回到原来位置， 开始下 一次浆料的接注。由于回转支架 13 采用旋转式， 各升降取料机构 14 之间的作业方式完全 可以实现循环式变换， 通过合理设置回转支架 13 的转角和转速， 本发明可以自动、 连续不 间断、 高效的进行半固态加工作业。 说 明 书 CN 103600051 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103600051 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103600051 A 8 3/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103600051 A 9 。