本發(fā)明涉及一種制備半固態(tài)漿料并進(jìn)行表面涂覆的裝置，屬于材料加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
m.c.flemings教授在研究sn-16%pb合金高溫撕裂的力學(xué)性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)了金屬在凝固過程中，在固-液溫度區(qū)間進(jìn)行劇烈攪拌得到一種液態(tài)金屬母液中均勻地懸浮著一定固相組分的固液混合漿料(固相組分甚至可高達(dá)60%)，這種半固態(tài)金屬漿料具有流變特性，即具有很好的流動(dòng)性，易于通過普通加工方法制成產(chǎn)品。采用這種既非完全液態(tài)、又非完全固態(tài)的金屬漿料進(jìn)行加工成形的方法，就稱為半固態(tài)金屬加工技術(shù)。半固態(tài)因?yàn)槠湎鄬τ趥鹘y(tǒng)凝固加工和塑性加工具有組織致密、變形抗力小等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者近50年的不斷深入研究，得到了迅速發(fā)展。其工藝路線主要分為觸變成形和流變成形。但半固態(tài)成形技術(shù)對工藝要求較高，工藝周期長。特別是流變成形，漿料的保存和運(yùn)輸困難，限制了半固態(tài)的工業(yè)應(yīng)用。
現(xiàn)在表面涂覆工藝應(yīng)用較多的有激光涂覆、噴射沉積涂覆。這兩種工藝在解決其他技術(shù)所不能達(dá)到的性能或難以解決的工業(yè)零部件的關(guān)鍵問題上，表現(xiàn)出了美好的前景，但快速熔化和凝固給它帶來諸多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，目前在質(zhì)量上還存在著涂層開裂，空洞等不足；在經(jīng)濟(jì)上也有設(shè)備復(fù)雜，一次投資大，使用成本高，對材料、環(huán)境等使用要求也比較高，不利于普通試件的表面涂覆。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了拓展半固態(tài)加工技術(shù)的應(yīng)用范圍，并解決現(xiàn)有工藝中存在的問題，本發(fā)明提供了一種制備半固態(tài)漿料并進(jìn)行表面涂覆的裝置，將半固態(tài)漿料制備過程與表面涂覆成型過程連接起來，解決了半固態(tài)漿料的保存和運(yùn)輸問題，同時(shí)開發(fā)一中新的半固態(tài)流變加工工藝，使半固態(tài)加工應(yīng)用到表面涂覆工藝中，結(jié)合表面涂覆和半固態(tài)加工的優(yōu)點(diǎn)，可以充分發(fā)揮材料的特性，提高材料的利用率。
本發(fā)明的目的在于提供一種制備半固態(tài)漿料并進(jìn)行表面涂覆的裝置，包括伺服電機(jī)i1、機(jī)架2、擠壓嘴3、保溫管4、調(diào)速電機(jī)5、可動(dòng)橫梁6、伺服電機(jī)ii7、水箱9、液壓缸11、電阻熔化爐16、液壓缸支撐座17、導(dǎo)流管18、工作臺(tái)19、伺服電機(jī)iii20、小齒輪22、軸承i23、軸承ii24、螺桿活塞25、大齒輪28、電磁閥29、壓力閥30、滑動(dòng)臺(tái)31、滑道ⅰ32、滑道ⅱ33、滑道ⅲ34；
伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)iii20、滑動(dòng)臺(tái)31設(shè)置在機(jī)架2底座上，機(jī)架2底座上設(shè)有滑道ⅰ32，伺服電機(jī)iii20與滑動(dòng)臺(tái)31連接，控制滑動(dòng)臺(tái)31沿滑道ⅰ32在機(jī)架2底座上滑動(dòng)，滑動(dòng)臺(tái)31上設(shè)有滑道ⅱ33，伺服電機(jī)i1與工作臺(tái)19連接，控制工作臺(tái)19沿滑道ⅱ33在滑動(dòng)臺(tái)31上滑動(dòng)，機(jī)架2的支撐桿上設(shè)有滑道ⅲ34,伺服電機(jī)ii7與可動(dòng)橫梁6連接，控制可動(dòng)橫梁6沿滑道ⅲ34在機(jī)架2的支撐桿上滑動(dòng)；
可動(dòng)橫梁6上設(shè)有保溫管4、調(diào)速電機(jī)5、伺服電機(jī)ii7、電阻熔化爐16、液壓缸支撐座17、螺桿活塞25，保溫管4、調(diào)速電機(jī)5設(shè)置在可動(dòng)橫梁6下方，電阻熔化爐16下部嵌在可動(dòng)橫梁6中，伺服電機(jī)ii7、液壓缸支撐座17設(shè)置在可動(dòng)橫梁6上方，螺桿活塞25穿過可動(dòng)橫梁6和液壓缸支撐座17，伺服電機(jī)ii7與可動(dòng)橫梁6連接，控制可動(dòng)橫梁6沿滑道ⅲ34滑動(dòng)；
螺桿活塞25通過軸承i23、軸承ii24設(shè)置在可動(dòng)橫梁6上，可動(dòng)橫梁6內(nèi)部還設(shè)有小齒輪22、大齒輪28，小齒輪22與調(diào)速電機(jī)5連接，大齒輪28與小齒輪22配合，螺桿活塞25從大齒輪28軸心穿過；
液壓缸支撐座17上面設(shè)有液壓缸11，液壓缸11上面設(shè)有水箱9，螺桿活塞25從上往下依次穿過水箱9、液壓缸11、液壓缸支撐座17、可動(dòng)橫梁6，螺桿活塞25下端進(jìn)入保溫管4內(nèi)部，電阻熔化爐16通過導(dǎo)流管18與保溫管4連接，電阻熔化爐16與導(dǎo)流管18接口處設(shè)有電磁閥29，用于控制電阻熔化爐16內(nèi)金屬液27的流出，保溫管4另一端設(shè)有擠壓嘴3，擠壓嘴3底部設(shè)有壓力閥30，用于控制保溫管4內(nèi)部半固態(tài)漿料的流出，擠壓嘴3下方正對工作臺(tái)19。
所述伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7、伺服電機(jī)iii20、調(diào)速電機(jī)5、電磁閥29分別與控制箱21連接，控制箱21內(nèi)設(shè)有分別控制伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7、伺服電機(jī)iii20、調(diào)速電機(jī)5、電磁閥29的控制器，控制方法均有常規(guī)方法，控制器可市購得到；伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7的型號(hào)可為lcmt-55m02zb-180m35015，伺服電機(jī)iii20的型號(hào)可為lcmt-75m02zb-180m48015，調(diào)速電機(jī)5的型號(hào)可為yg1112-4b，電磁閥29可用不銹鋼ac220vdn25電磁閥改制而成。
所述螺桿活塞25上段為傳動(dòng)區(qū)，中段設(shè)有螺紋為激冷形核區(qū)，下段為圓柱形剪切區(qū)。
所述水箱9上設(shè)有進(jìn)水管10和出水管8，進(jìn)水管10設(shè)置在螺桿活塞25的冷卻孔內(nèi)，直達(dá)螺桿活塞25中段螺紋區(qū)底部。
所述液壓缸11上設(shè)有液壓缸油管i12和液壓缸油管ii13。
所述電阻熔化爐16上設(shè)有進(jìn)氣管14和出氣管15，用于通有保護(hù)氣體，避免熔煉過程中合金氧化及氣體的卷入。
所述水箱9與螺桿活塞25之間設(shè)有密封圈26。
所述大齒輪28為花鍵齒輪，與螺桿活塞25外壁的花鍵相配合，螺桿活塞25在大齒輪28的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，并可以在液壓缸11的驅(qū)動(dòng)下作上下滑動(dòng)。
所述保溫管4與螺桿活塞25下段圓柱形剪切區(qū)之間設(shè)有間隙，確保半固態(tài)漿料充分均勻化。
所述調(diào)速電機(jī)5的轉(zhuǎn)速為125-1230轉(zhuǎn)/分鐘，以適應(yīng)不同合金的需求。
所述保溫管4溫度控制在合金固液相溫度區(qū)間，調(diào)節(jié)保溫管4的溫度和進(jìn)水管10的進(jìn)水速度，獲得不同固相率的半固態(tài)漿料。
使用原理：金屬在電阻熔化爐16內(nèi)加熱熔化為過熱金屬熔體，電阻熔化爐16內(nèi)通有保護(hù)氣體，當(dāng)熔體到預(yù)定溫度后，打開電磁閥29，熔體經(jīng)過導(dǎo)流管18流入保溫管4內(nèi)，螺桿活塞25內(nèi)部通有冷卻水，冷卻水直達(dá)熔體螺桿活塞25中段的螺紋區(qū)底部，熔體在螺桿活塞25的中段螺紋區(qū)激冷形核，螺桿活塞25在調(diào)速電機(jī)5的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，熔體在螺桿活塞25的下段圓柱形區(qū)域剪切使之均勻化，形成半固態(tài)漿料，螺桿活塞25在液壓缸11的驅(qū)動(dòng)下向下擠壓，當(dāng)壓力達(dá)到壓力閥30預(yù)設(shè)壓力時(shí)，壓力閥30打開，半固態(tài)漿料被均勻擠出，并涂覆在放置在工作臺(tái)19的工件上，涂覆過程中可以根據(jù)需要對伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7、伺服電機(jī)iii20進(jìn)行控制，使工件達(dá)到最優(yōu)涂覆效果。
本發(fā)明的有益效果：
（1）提供一種新的半固態(tài)流變加工工藝，將半固態(tài)漿料制備與涂覆工藝組合起來，不需漿料的保存和運(yùn)輸裝置，裝置結(jié)構(gòu)簡單、效率高，可在復(fù)雜工件表面直接涂覆半固態(tài)漿料，實(shí)現(xiàn)工件和半固態(tài)漿料的冶金結(jié)合，同時(shí)縮短成形周期，提高了加工效率。
（2）采用誘導(dǎo)形核法制備半固態(tài)漿料，并進(jìn)行了均勻化剪切，漿料初生相顆粒細(xì)小均勻。
（3）擠壓嘴內(nèi)設(shè)有壓力閥，使用壓力，控制擠壓速度，擠壓均勻，并獲得致密的組織。
（4）工作臺(tái)和可動(dòng)橫梁可以在控制系統(tǒng)控制下實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)，可涂覆形狀復(fù)雜的工件。
（5）相對于其他熔覆工藝設(shè)備，可以使用廉價(jià)材料，得到不同需求的表面涂覆層，尤其是通過控制工藝參數(shù)能制備具有梯度組織的材料，改善產(chǎn)品的綜合性能。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的局部剖視圖；
圖3是本發(fā)明大齒輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明螺桿活塞的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1-伺服電機(jī)i，2-機(jī)架，3-擠壓嘴，4-保溫管，5-調(diào)速電機(jī)，6-可動(dòng)橫梁，7-伺服電機(jī)ii，8-出水管，9-水箱，10-進(jìn)水管，11-液壓缸，12-液壓缸油管i，13-液壓缸油管ii，14-進(jìn)氣管，15-出氣管，16-電阻熔化爐，17-液壓缸支撐座，18-導(dǎo)流管，19-工作臺(tái)，20-伺服電機(jī)iii，21-控制箱，22-小齒輪，23-軸承i，24-軸承ii，25-螺桿活塞，26-旋轉(zhuǎn)密封圈，27-金屬液，28-大齒輪，29-電磁閥，30-壓力閥，31-滑動(dòng)臺(tái)，32-滑道ⅰ，33-滑道ⅱ，34-滑道ⅲ。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于所述內(nèi)容。
實(shí)施例1
一種制備半固態(tài)漿料并進(jìn)行表面涂覆的裝置，包括伺服電機(jī)i1、機(jī)架2、擠壓嘴3、保溫管4、調(diào)速電機(jī)5、可動(dòng)橫梁6、伺服電機(jī)ii7、水箱9、液壓缸11、電阻熔化爐16、液壓缸支撐座17、導(dǎo)流管18、工作臺(tái)19、伺服電機(jī)iii20、控制箱21、小齒輪22、軸承i23、軸承ii24、螺桿活塞25、大齒輪28、電磁閥29、壓力閥30、滑動(dòng)臺(tái)31、滑道ⅰ32、滑道ⅱ33、滑道ⅲ34；
伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)iii20、滑動(dòng)臺(tái)31設(shè)置在機(jī)架2底座上，機(jī)架2底座上設(shè)有滑道ⅰ32，伺服電機(jī)iii20與滑動(dòng)臺(tái)31連接，控制滑動(dòng)臺(tái)31沿滑道ⅰ32在機(jī)架2底座上滑動(dòng)，滑動(dòng)臺(tái)31上設(shè)有滑道ⅱ33，伺服電機(jī)i1與工作臺(tái)19連接，控制工作臺(tái)19沿滑道ⅱ33在滑動(dòng)臺(tái)31上滑動(dòng)，機(jī)架2的支撐桿上設(shè)有滑道ⅲ34,伺服電機(jī)ii7與可動(dòng)橫梁6連接，控制可動(dòng)橫梁6沿滑道ⅲ34在機(jī)架2的支撐桿上滑動(dòng)；
可動(dòng)橫梁6上設(shè)有保溫管4、調(diào)速電機(jī)5、伺服電機(jī)ii7、電阻熔化爐16、液壓缸支撐座17、螺桿活塞25，保溫管4、調(diào)速電機(jī)5設(shè)置在可動(dòng)橫梁6下方，調(diào)速電機(jī)5的轉(zhuǎn)速為125-1230轉(zhuǎn)/分鐘，以適應(yīng)不同合金的需求，電阻熔化爐16下部嵌在可動(dòng)橫梁6中，電阻熔化爐16上設(shè)有進(jìn)氣管14和出氣管15，用于通有保護(hù)氣體，避免熔煉過程中合金氧化及氣體的卷入，液壓缸支撐座17、伺服電機(jī)ii7設(shè)置在可動(dòng)橫梁6上方，螺桿活塞25穿過可動(dòng)橫梁6和液壓缸支撐座17，伺服電機(jī)ii7與可動(dòng)橫梁6連接，控制可動(dòng)橫梁6沿滑道ⅲ34滑動(dòng)；
螺桿活塞25通過軸承i23、軸承ii24固定設(shè)置在可動(dòng)橫梁6上，螺桿活塞25上段為傳動(dòng)部分，中段設(shè)有螺紋為激冷形核區(qū)，下段為圓柱形剪切區(qū)，可動(dòng)橫梁6內(nèi)部還設(shè)有小齒輪22、大齒輪28，小齒輪22與調(diào)速電機(jī)5連接，大齒輪28與小齒輪22配合，螺桿活塞25從大齒輪28軸心穿過，大齒輪28為花鍵齒輪，與螺桿活塞25外壁的花鍵相配合，螺桿活塞25在大齒輪28的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪28由小齒輪22帶動(dòng)，小齒輪22由調(diào)速電機(jī)5帶動(dòng)；
液壓缸支撐座17上面設(shè)有液壓缸11，液壓缸11上設(shè)有液壓缸油管i12和液壓缸油管ii13，，液壓缸11上面設(shè)有水箱9，水箱9上設(shè)有進(jìn)水管10和出水管8，水箱9與螺桿活塞25之間設(shè)有旋轉(zhuǎn)密封圈26，進(jìn)水管10設(shè)置在螺桿活塞25內(nèi)部的冷卻孔內(nèi)，進(jìn)水管10從外部直達(dá)螺桿活塞25中段螺紋激冷形核區(qū)，螺桿活塞25從上往下依次穿過水箱9、液壓缸11、液壓缸支撐座17、可動(dòng)橫梁6，螺桿活塞25下端進(jìn)入保溫管4，保溫管4與螺桿活塞25下段圓柱形剪切部分之間設(shè)有約3-8mm的間隙，確保半固態(tài)漿料充分均勻化，保溫管4溫度控制在合金固液相溫度區(qū)間，調(diào)節(jié)保溫管4的溫度和進(jìn)水管10的進(jìn)水速度，獲得不同固相率的半固態(tài)漿料，螺桿活塞25可以在液壓缸11的驅(qū)動(dòng)下作上下滑動(dòng)，電阻熔化爐16底部通過導(dǎo)流管18與保溫管4連接，電阻熔化爐16與導(dǎo)流管18接口處設(shè)有電磁閥29，用于控制電阻熔化爐16內(nèi)金屬液27的流出，保溫管4另一端設(shè)有擠壓嘴3，擠壓嘴3底部設(shè)有壓力閥30，用于控制保溫管4內(nèi)部半固態(tài)漿料的流出，擠壓嘴3下方正對工作臺(tái)19；
伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7、伺服電機(jī)iii20、調(diào)速電機(jī)5、電磁閥29分別與控制箱21連接，控制箱21內(nèi)設(shè)有分別控制伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7、伺服電機(jī)iii20、調(diào)速電機(jī)5、電磁閥29的控制器，控制方法與市購普通機(jī)床的控制方法相同，市購獲得的常規(guī)控制器均可實(shí)現(xiàn)功能，分別可以采用：伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)ii7的型號(hào)為lcmt-55m02zb-180m35015，伺服電機(jī)iii20的型號(hào)為lcmt-75m02zb-180m48015，調(diào)速電機(jī)5的型號(hào)為yg1112-4b，電磁閥29為不銹鋼ac220vdn25電磁閥改制而成。
使用時(shí)，將金屬放入電阻熔化爐16內(nèi)，合上電阻熔化爐16后，從電阻熔化爐16頂部的進(jìn)氣管14通入保護(hù)氣體，出氣管15排出保護(hù)氣體，合金加熱熔化為過熱金屬熔體，并達(dá)到預(yù)定溫度后，利用控制箱21內(nèi)的控制器打開電磁閥29，熔體經(jīng)過導(dǎo)流管18流入保溫管4內(nèi)，于此同時(shí)，冷卻水從進(jìn)水管10到達(dá)螺桿活塞25中段螺紋區(qū)底部后，從螺桿活塞25內(nèi)的冷卻孔排入水箱9內(nèi)，再由出水管8排出，熔體在螺桿活塞25中段螺紋區(qū)激冷形核，調(diào)速電機(jī)5帶動(dòng)小齒輪22轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪22帶動(dòng)大齒輪28轉(zhuǎn)動(dòng)，大齒輪28帶動(dòng)螺桿活塞25轉(zhuǎn)動(dòng)，螺桿活塞25轉(zhuǎn)動(dòng)形成剪切力，熔體在螺桿活塞25的下段圓柱形區(qū)域剪切使之均勻化，半固態(tài)漿料制備完畢，螺桿活塞25在液壓缸11的驅(qū)動(dòng)下向下擠壓，當(dāng)壓力達(dá)到壓力閥30預(yù)設(shè)壓力時(shí)，壓力閥30被打開，半固態(tài)漿料被均勻擠出，并涂覆在工件上。
以用于al-25si鋁合金制備具有梯度組織的零件為例，包括如下步驟：
（1）將一定量配制好的al-25si鋁合金放入電阻熔化爐16后接通保護(hù)氣體，開啟電阻熔化爐16，把a(bǔ)l-25si鋁合金在熔煉爐16內(nèi)加熱熔化，在790℃時(shí)對al-25si鋁合金熔體保溫10分鐘；
（2）開啟調(diào)速電機(jī)5，把螺桿活塞25的轉(zhuǎn)速控制在500/min左右，并將保溫管4的溫度設(shè)定為700℃；
（3）利用控制箱21打開電磁閥29，使鋁合金熔體通過導(dǎo)流管18注入保溫管4內(nèi)，螺桿活塞25內(nèi)部通有冷卻水，可對熔體形成激冷作用，調(diào)速電機(jī)5帶動(dòng)螺桿活塞25轉(zhuǎn)動(dòng)，看對熔體形成剪切作用，熔體在螺桿活塞25激冷和剪切下，形成初生相細(xì)小且均勻的半固態(tài)漿料儲(chǔ)存在保溫管4內(nèi)；
（4）半固態(tài)漿料制備完畢后，開啟液壓缸11，推動(dòng)活塞螺桿25下行，使半固態(tài)漿料的內(nèi)部壓強(qiáng)增加，當(dāng)壓力增加到壓力閥30的設(shè)置值時(shí)，壓力閥30被壓開，半固態(tài)漿料均勻流出，涂覆在工件表面；
（5）漿料完全擠出后，調(diào)整保溫管4的溫度為680℃，增大冷卻水的速度，重復(fù)上述步驟1-4，由于剪切溫度降低及冷卻速度的增大，使半固態(tài)漿料里的初生si顆粒增多，即硬質(zhì)顆粒增多，這樣就形成了組織由心部向表面逐漸過渡的零件，使零件具有較好的心部韌塑性和表面耐磨性，通過控制箱21調(diào)節(jié)伺服電機(jī)i1、伺服電機(jī)iii20繼而調(diào)節(jié)工作臺(tái)19的位置，伺服電機(jī)ii調(diào)節(jié)可動(dòng)橫梁6的位置，達(dá)到涂覆不同形狀表面的要求。
調(diào)整調(diào)速電機(jī)5的轉(zhuǎn)速在125-1230轉(zhuǎn)/分鐘，使活塞螺桿25的轉(zhuǎn)速在125-1230轉(zhuǎn)/分鐘，也可以達(dá)到很好的制備效果。