專利名稱：鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金工藝技術(shù)，尤其涉及一種鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝。
背景技術(shù)：
半固態(tài)成型技術(shù)融合了鑄造和鍛造工藝的長(zhǎng)處，是一種新型的金屬材料加工成型技術(shù)，也是當(dāng)前我國(guó)優(yōu)先發(fā)展的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)項(xiàng)目之一。該技術(shù)可用于加工接近最終形狀的零件，與其它技術(shù)相比有顯著的優(yōu)點(diǎn)。例如，可以提高模具壽命，節(jié)約能源，有較高的生產(chǎn)率，工序少，材料利用率高，產(chǎn)品外表尺寸精度高，內(nèi)部組織致密，缺陷少，可較大幅度提高零件的強(qiáng)塑性能等。這是一種有較寬適用性、較大推廣價(jià)值的很有發(fā)展前途的新技術(shù)。用半固態(tài)成型技術(shù)替代壓力鑄造和普通模鍛，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序、提高了產(chǎn)品質(zhì)量和合格率，有巨大的開發(fā)潛力，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力很強(qiáng)。半固態(tài)成型技術(shù)主要應(yīng)用于低熔點(diǎn)有色合金，例如鋁合金、鎂合金等。
目前，在半固態(tài)成型技術(shù)中，已廣泛采用半固態(tài)觸變成型技術(shù)。半固態(tài)觸變成型技術(shù)有三個(gè)關(guān)鍵工藝，即半固態(tài)坯料的制備、坯料的二次加熱和半固態(tài)觸變成型。半固態(tài)觸變成型工藝對(duì)坯料的二次加熱工藝的加熱溫度及其分布要求相當(dāng)苛刻，即要求升溫速度快，溫度控制精確，分布均勻，且過(guò)程易于自動(dòng)控制，另外還要求氧化少。因此，設(shè)計(jì)出一種合理的二次加熱工藝是目前在這一領(lǐng)域的廣大科技人員關(guān)心和研究的重大課題。
半固態(tài)坯料的二次加熱工藝的加熱方式可以采用感應(yīng)加熱或電阻爐加熱。電阻爐加熱與感應(yīng)加熱相比，它的加熱時(shí)間長(zhǎng)，溫度偏差大，坯料容易氧化，效果較差。而在合理的工藝條件下，感應(yīng)加熱能滿足升溫速度快，溫度控制準(zhǔn)確，溫度分布均勻，氧化少等的要求，且易于自動(dòng)控制。感應(yīng)加熱裝置一般包括一坯料載運(yùn)機(jī)構(gòu)和一加熱機(jī)構(gòu)。目前常用的感應(yīng)加熱方法為單電爐連續(xù)加熱方法，這種單電爐連續(xù)加熱方法的缺點(diǎn)是，坯料的內(nèi)外溫差大，溫度場(chǎng)不均勻，對(duì)半固態(tài)成形件的組織性能影響很大。因此尚不能完全滿足半固態(tài)觸變成型工藝要求坯料的二次加熱工藝升溫速度快、控溫準(zhǔn)確、溫度分布均勻等苛刻條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種采用多線圈間歇式分段感應(yīng)加熱，被加熱坯料的內(nèi)外溫差小、溫度場(chǎng)均勻的鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，通過(guò)半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱裝置實(shí)施，其特點(diǎn)是首先根據(jù)需要二次加熱的合金坯料的大小選擇好適配的加熱線圈，其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位的保溫座上，然后按以下工藝步驟進(jìn)行加熱a、快速加熱階段將坯料置于一快速加熱工位，進(jìn)行1～5次快速加熱；每次快速加熱包括如下步驟將一快速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該快速加熱階段或再進(jìn)入下一次快速加熱工位；b、慢速加熱階段將坯料置于一慢速加熱工位，進(jìn)行1～5次慢速加熱；每次慢速加熱包括如下步驟將一慢速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該慢速加熱階段或再進(jìn)入下一次慢速加熱工位；c、取出已加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。
上述半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其中，所述的加熱線圈與坯料的適配范圍為坯料的直徑為線圈內(nèi)徑的0.4-0.85倍，坯料的高度為線圈高度的0.4-0.95倍。
上述半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其中所述的電流頻率控制在640-1000HZ，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流頻率。
上述半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其中所述的工件表面功率密度在快速加熱階段控制在0.9-8W/mm2，在同一坯料的快速加熱階段各加熱步驟中，所控制的工件表面功率密度相同。
上述半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其中所述的工件表面功率密度在慢速加熱階段控制在0.3-6W/mm2，在同一坯料的慢速加熱階段的各加熱步驟中，所控制的工件表面功率密度相同。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、由于采用了多電爐間歇式分段感應(yīng)加熱工藝，可以獲得坯料的內(nèi)外溫差小，溫度場(chǎng)均勻的效果，對(duì)半固態(tài)成形很有利。能滿足升溫速度快、控溫準(zhǔn)確、溫度分布均勻、氧化少、易于自動(dòng)控制的要求。
2、由于電流頻率選擇了中頻640-1000HZ，能使坯料的最大溫差控制在6℃左右，同時(shí)又兼顧到了加熱速度、電磁攪拌力和坯料溫度的均勻性。
3、由于采用了與坯料大小相匹配的加熱線圈，坯料的直徑等于加熱線圈內(nèi)徑的0.4-0.85倍；坯料的高度等于加熱線圈高度的0.4-0.95倍，可以獲得升溫速度快、控溫準(zhǔn)確、溫度分布均勻的加熱效果。


本發(fā)明的具體特征性能由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步描述。
圖1為本發(fā)明半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝所采用的二次加熱裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，通過(guò)半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱裝置實(shí)施，為多電爐間歇式分段感應(yīng)加熱工藝，分快速加熱和慢速加熱兩個(gè)階段進(jìn)行加熱，快速加熱階段和慢速加熱階段分別有1-5個(gè)加熱工位組成。該二次加熱裝置如圖1所示，包括一加熱機(jī)構(gòu)11和一坯料載運(yùn)機(jī)構(gòu)12，加熱機(jī)構(gòu)11包括一可上下移動(dòng)的升降機(jī)構(gòu)111和連接在該升降機(jī)構(gòu)111上的快速加熱線圈112和慢速加熱線圈114，所述快速加熱線圈112和慢速加熱線圈114各設(shè)為有1～5個(gè)，可根據(jù)加熱坯料的大小、加熱時(shí)間的長(zhǎng)短和選擇的表面功率的高低來(lái)確定快速加熱和慢速加熱的次數(shù)，以及設(shè)計(jì)該裝置的快速加熱線圈和慢速加熱線圈的個(gè)數(shù)。坯料載運(yùn)機(jī)構(gòu)12包括一可水平旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤121和設(shè)置在該轉(zhuǎn)盤周邊的多個(gè)保溫座122。圖1中是一種實(shí)施例裝置的情況，該實(shí)施例選擇了兩個(gè)快速加熱工位和兩個(gè)慢速加熱工位，包括多個(gè)保溫座順序形成加料工位1221、第一快速加熱工位1222、第二快速加熱工位1223、第一慢速加熱工位1224、第二慢速加熱工位1225和取料工位1226。多個(gè)線圈與多個(gè)保溫座設(shè)置的間距相同，多個(gè)線圈與多個(gè)加熱工位設(shè)置的個(gè)數(shù)相同，當(dāng)加熱機(jī)構(gòu)下降時(shí)，第一快速加熱線圈112鑲套在第一快速加熱工位1222上；第二快速加熱線圈113鑲套在第二快速加熱工位1223上；第一慢速加熱線圈114鑲套在第一慢速加熱工位1224上；第二慢速加熱線圈115鑲套在第二慢速加熱工位1225上。
請(qǐng)繼續(xù)參見圖1，本發(fā)明半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，首先根據(jù)需要二次加熱的合金坯料的大小選擇好適配的加熱線圈，控制坯料的直徑等于線圈內(nèi)徑的0.4-0.85倍，坯料的高度等于線圈高度的0.4-0.95倍；其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位的保溫座上，然后按以下工藝步驟進(jìn)行加熱a、快速加熱階段將坯料置于一快速加熱工位，進(jìn)行1～5次快速加熱；每次快速加熱包括如下步驟將一快速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該快速加熱階段或再進(jìn)入下一次快速加熱工位；b、慢速加熱階段將坯料置于一慢速加熱工位，進(jìn)行1～5次慢速加熱；每次慢速加熱包括如下步驟將一慢速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該慢速加熱階段或再進(jìn)入下一次慢速加熱工位；c、慢速加熱階段完成后使坯料最終加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍。取出已加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。
在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流頻率。
在同一坯料的快速加熱步驟中，控制的工件表面功率密度相同；慢速加熱步驟中控制的工件表面功率密度也相同。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的工藝步驟。
實(shí)施例1A356鋁-硅合金坯料尺寸為φ100*200mm，選擇內(nèi)徑為120mm、高度為250mm的線圈；此時(shí)坯料與加熱線圈的直徑比為0.83，高度比為0.8。
將A356鋁-硅合金坯料置于轉(zhuǎn)盤上加料工位的保溫座上；
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一快速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一快速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為960HZ，工件表面功率密度為0.95W/mm2，加熱105秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留15秒鐘，然后將坯料置于第二快速加熱工位；快速加熱進(jìn)行兩次。步驟與第一次相同。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一慢速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使慢速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為960HZ，工件表面功率密度為0.4W/mm2，加熱105秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留15秒鐘，然后將坯料置于第二慢速加熱工位；慢速加熱工位進(jìn)行兩次，步驟與第一次相同。
慢速加熱階段完成后使A356鋁-硅合金坯料最終加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍，溫度達(dá)到586±3℃。
上升升降機(jī)構(gòu)使線圈脫離坯料，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤至取料工位，取出坯料，送入壓鑄機(jī)進(jìn)行半固態(tài)觸變成形。
實(shí)施例2A356鋁-硅合金坯料尺寸為φ80*160mm，選擇內(nèi)徑為120mm、高度為250mm的線圈；此時(shí)坯料與加熱線圈的直徑比為0.67，高度比為0.64。
將A356鋁-硅合金坯料置于轉(zhuǎn)盤上加料工位的保溫座上；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一快速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一快速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為1000HZ，工件表面功率密度為2W/mm2，加熱30秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留20秒鐘，然后進(jìn)入第二快速加熱工位，步驟與第一次相同；本實(shí)施例快速加熱工位進(jìn)行三次，步驟與第一次相同。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一慢速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使慢速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為1000HZ，工件表面功率密度為1.4W/mm2，加熱30秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留20秒鐘，然后進(jìn)入第二慢速加熱工位，步驟與第一次相同；
本實(shí)施例慢速加熱工位進(jìn)行三次，步驟與第一次相同。
經(jīng)該三次快速和慢速加熱后，A356鋁-硅合金坯料的溫度達(dá)到586±3℃。
然后上升升降機(jī)構(gòu)使線圈脫離坯料，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤至取料工位，取出坯料，送入壓鑄機(jī)進(jìn)行半固態(tài)觸變成形。
實(shí)施例3A356鋁-硅合金坯料尺寸為φ60*120mm，選擇內(nèi)徑為120mm、高度為250mm的加熱線圈；此時(shí)坯料與加熱線圈的直徑比為0.5，高度比為0.48。
將A356鋁-硅合金坯料置于轉(zhuǎn)盤上加料工位的保溫座上；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一快速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一快速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為640HZ，工件表面功率密度為3.32W/mm2，加熱27秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留10秒鐘，然后進(jìn)入第二快速加熱工位；本實(shí)施例快速加熱工位進(jìn)行兩次，步驟與第一次相同。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一慢速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一慢速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為640HZ，工件表面功率密度為2W/mm2，加熱27秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留10秒鐘，然后進(jìn)入第二慢速加熱工位；本實(shí)施例慢速加熱工位進(jìn)行兩次，步驟與第一次相同。
經(jīng)該兩次快速和慢速加熱后，A356鋁-硅合金坯料的溫度達(dá)到586±3℃。
上升升降機(jī)構(gòu)使線圈脫離坯料，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤至取料工位，取出坯料，送入壓鑄機(jī)進(jìn)行半固態(tài)觸變成形。
實(shí)施例4A356鋁-硅合金坯料尺寸為φ50*100mm，選擇內(nèi)徑為120mm、高度為250mm的線圈；此時(shí)坯料與加熱線圈的直徑比為0.42，高度比為0.4。
將A356鋁-硅合金坯料置于轉(zhuǎn)盤上加料工位的保溫座上；旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一快速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一快速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為640HZ，工件表面功率密度為7.17W/mm2，加熱10秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留5秒鐘，然后進(jìn)入第二加熱工位；本實(shí)施例快速加熱工位進(jìn)行四次，步驟與第一次相同。
旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤將坯料置于第一慢速加熱工位，下降升降機(jī)構(gòu)使第一慢速加熱線圈封套住坯料，控制電流頻率為640HZ，工件表面功率密度為3W/mm2，加熱10秒鐘；上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，停留5秒鐘；然后進(jìn)入第二慢速加熱工位；本實(shí)施例慢速加熱工位進(jìn)行四次，步驟與第一次相同。
經(jīng)該四次快速和慢速加熱后，A356鋁-硅合金坯料的溫度達(dá)到586±3℃。
上升升降機(jī)構(gòu)使加熱線圈脫離坯料，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤至取料工位，取出坯料，送入壓鑄機(jī)進(jìn)行半固態(tài)觸變成形。
本發(fā)明二次加熱工藝，可以獲得坯料的內(nèi)外溫差小、溫度場(chǎng)均勻的效果，對(duì)半固態(tài)成形很有利。能滿足升溫速度快、控溫準(zhǔn)確、溫度分布均勻、易于自動(dòng)控制、氧化少的要求。特別適用于低熔點(diǎn)有色金屬如鋁合金、鎂合金的半固態(tài)成形。
權(quán)利要求
1.一種半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，通過(guò)半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱裝置實(shí)施，其特征在于首先根據(jù)需要二次加熱的合金坯料的大小選擇好適配的加熱線圈，其次將需要二次加熱的坯料放在加料工位的保溫座上，然后按以下工藝步驟進(jìn)行加熱a、快速加熱階段將坯料置于一快速加熱工位，進(jìn)行1～5次快速加熱；每次快速加熱包括如下步驟將一快速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該快速加熱階段或再進(jìn)入下一次快速加熱工位；b、慢速加熱階段將坯料置于一慢速加熱工位，進(jìn)行1～5次慢速加熱；每次慢速加熱包括如下步驟將一慢速加熱線圈套住坯料進(jìn)行加熱，控制加熱線圈的電流頻率和工件表面功率密度，加熱10-105秒鐘后，使加熱線圈脫離坯料，停留5-30秒鐘，或結(jié)束該慢速加熱階段或再進(jìn)入下一次慢速加熱工位；c、慢速加熱階段完成后使坯料最終加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍。取出已加熱到所需的半固態(tài)溫度范圍的坯料，完成坯料的二次加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其特征在于所述的加熱線圈與坯料的適配范圍為坯料的直徑等于線圈內(nèi)徑的0.4-0.85倍，坯料的高度等于線圈高度的0.4-0.95倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其特征在于所述的電流頻率控制在640-1000HZ，在同一坯料的各加熱步驟中采用相同的電流頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其特征在于所述的工件表面功率密度在快速加熱階段控制在0.9-8W/mm2，在同一坯料的快速加熱階段各加熱步驟中，所控制的工件表面功率密度相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，其特征在于所述的工件表面功率密度在慢速加熱階段控制在0.3-6W/mm2，在同一坯料的慢速加熱階段的各加熱步驟中，所控制的工件表面功率密度相同。
全文摘要
一種鋁合金半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱工藝，通過(guò)半固態(tài)成形技術(shù)中的二次加熱裝置實(shí)施，為多線圈間歇式分段感應(yīng)加熱工藝。包括快速加熱階段和慢速加熱階段。本發(fā)明的二次加熱工藝，可以獲得坯料的內(nèi)外溫差小，溫度場(chǎng)均勻的效果，對(duì)半固態(tài)成形很有利。能滿足升溫速度快、控溫準(zhǔn)確、溫度分布均勻、易于自動(dòng)控制、氧化少的要求。特別適用于低熔點(diǎn)有色金屬如鋁合金、鎂合金的半固態(tài)成形。
文檔編號(hào)B21J1/06GK1532008SQ0311591
公開日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月21日
發(fā)明者戴宗琳, 許珞萍, 邵光杰, 張恒華, 孫保良, 張梅, 馮正輝, 羅思東 申請(qǐng)人:上海匯眾汽車制造有限公司, 上海大學(xué)