一種泡沫金屬材料分層澆鑄-整體成型設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金鑄造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種泡沫金屬材料組件(含鑄件和結(jié)構(gòu)件)的分層澆鑄-整體成型制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]泡沫鋁合金成型件的制造成本很高。受現(xiàn)有工藝能力、裝備能力限制，在制造泡沫鋁合金鑄坯時，需要采用不同的工藝和設(shè)備分別制造泡沫金屬液、鑄件芯模、鑄件外模。作為成型產(chǎn)品的泡沫鋁合金鑄件和作為承重件使用的泡沫金屬三明治結(jié)構(gòu)件目前尚無法直接。泡沫鋁合金三明治結(jié)構(gòu)件也是采用多種工藝和設(shè)備分別制備不同的組件，再通過切割、拼裝、焊接、聯(lián)接的方式組裝成三明治結(jié)構(gòu)件。第一步是采用吹氣或者發(fā)泡方式制備大塊泡沫金屬塊體材料，采用以大切小的方式將塊體材料切割成特定形狀的泡沫金屬芯板備用；第二步是采用熔鑄-銑面-軋制-分切-熱處理方式制備表面包覆用密實(致密無孔隙)鋁合金板材，采用以大切小的方式將密實(致密無孔隙)鋁合金板材切割成特定形狀和尺寸的蒙皮包覆板備用；最后通過組合、拼裝、焊接、聯(lián)接的方式將特定形狀的泡沫金屬芯板和特定形狀和尺寸的蒙皮包覆板組裝成三明治結(jié)構(gòu)件。由于制備泡沫金屬鑄件和三明治結(jié)構(gòu)件需要采用不同的工藝和設(shè)備分別制備泡沫金屬液、純凈的合金金屬液、泡沫金屬熔鑄芯模、泡沫金屬外模、泡沫金屬塊體、密實(致密無孔隙)包覆金屬板材等，所需的生產(chǎn)設(shè)備多、生產(chǎn)流程長，生產(chǎn)過程中需要控制的工藝環(huán)節(jié)極多。制備泡沫金屬液時，需要合金熔煉設(shè)備、增粘攪拌設(shè)備、合金發(fā)泡設(shè)備、吹氣設(shè)備、熔體轉(zhuǎn)移設(shè)備、泡沫體成型設(shè)備、泡沫體切割設(shè)備等。熔模法制備泡沫金屬芯模時，需要設(shè)計并制備空隙結(jié)構(gòu)合適的聚脂泡沫體、專用的耐火材料漿化設(shè)備、芯模坯體風(fēng)干設(shè)備、芯模坯體煅燒設(shè)備。滲流法制備泡沫金屬芯模需要專用的鹽類粉碎、選分、配粒、混合設(shè)備，鹽坯壓制設(shè)備、鹽坯加熱設(shè)備、雙室爐、真空吸鑄設(shè)備等。制備密實(致密無孔隙)合金板材需要大型合金熔煉設(shè)備、大型鑄造設(shè)備、大型鑄坯銑面設(shè)備、大型鋸床、大型加熱爐、大型熱軋機、大型冷軋機、大型退火爐、大型坯料轉(zhuǎn)運設(shè)備、大型板坯分切設(shè)備等。由于工藝繁雜、工藝流程極長、需要控制的工藝環(huán)節(jié)多，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，成材率極低。生產(chǎn)線所需的設(shè)備繁多，占地面積大，固定資產(chǎn)投資極大，生產(chǎn)成本極高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種泡沫金屬材料分層澆鑄-整體成型設(shè)備及方法。
[0004]上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的:
一種泡沫金屬材料鑄件和結(jié)構(gòu)件的分層澆鑄-整體成型設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括:熔煉爐組、漿料制備爐組、多個分層澆鑄裝置；所述熔煉爐組包括多個熔煉爐，每個所述熔煉爐分別對應(yīng)漿料制備爐組中的一個爐體；所述漿料制備爐組中的每一個爐體分別對應(yīng)一個分層澆鑄裝置；每個所述分層澆鑄裝置包括澆鑄驅(qū)動裝置、分層澆鑄爐體，該澆鑄爐體上設(shè)有高壓泡沫金屬液輸入口、金屬液輸入口、高壓氣體加入口、降壓氣體排放口、冷卻介質(zhì)進出口和澆鑄口 ；所述多個分層澆鑄裝置并列放置。
[0005]一種使用上述的設(shè)備進行澆鑄-整體成型的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟:
第一步:由組件設(shè)計與制備控制系統(tǒng)進行泡沫金屬組件形狀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、合金成分設(shè)計，合金熔煉、制備漿料、熔體增粘、熔體增壓、熔體吹氣、熔體發(fā)泡、定量澆鑄、同步澆鑄-同步冷卻-同步降壓、整體成型工藝設(shè)計；
第二步:熔煉爐組根據(jù)第一步提供的設(shè)計方案，進行合金配料，在每一個熔煉爐中制備純鋁鋁液或純金屬合金液；
第三步:將第二步得到的純鋁鋁液或合金液轉(zhuǎn)入漿料制備爐組，將熔煉的各種純鋁液或合金液制備成半固態(tài)漿料，或者加入增粘劑增粘；
第四步:將半固態(tài)漿料或增粘后的合金增壓，往增壓后的半固態(tài)漿料或增粘后的合金中通入中高壓氣體，或者加入鈦化氫發(fā)泡劑發(fā)泡；
第五步:分層澆鑄裝置以純鋁鋁液或者純金屬合金液，或者半固態(tài)漿料一增壓一吹氣合金液，或者增粘一增壓一吹氣合金液，或者增粘一增壓一鈦化氫發(fā)泡的合金液為原料，進行泡沫金屬組件分層澆鑄-整體成型，一次成型整體泡沫金屬組件。
[0006]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明可以實現(xiàn)泡沫鋁整體鑄件或者整體結(jié)構(gòu)件一次成型，直接成型具有三明治、復(fù)合三明治結(jié)構(gòu)特點，多功能梯度復(fù)合泡沫鋁組件，極大地簡化了生產(chǎn)過程，節(jié)約設(shè)備投資。
【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的原理示意圖；
圖2是本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是分層澆鑄裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是使用本發(fā)明制備的三明治結(jié)構(gòu)件示意圖；
圖5是使用本發(fā)明制備的一種多層鑄件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是使用本發(fā)明制備的另一種多層鑄件結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是使用本發(fā)明制備的另一種多層鑄件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0008]一種泡沫金屬材料鑄件和結(jié)構(gòu)件的分層澆鑄-整體成型制備方法，參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7。
[0009]本發(fā)明所述的分層澆鑄-整體成型方法，是集泡沫金屬組件形狀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、合金成分設(shè)計、合金配制、半固態(tài)漿料制備、合金液增粘、合金熔體增壓、合金熔體吹氣或者發(fā)泡、純鋁或合金澆鑄、泡沫體合金液同步澆鑄-同步降壓-同步冷卻，通過分層澆鑄-整體成型，實現(xiàn)整體泡沫金屬組件的近終成型制造技術(shù)。
[0010]本發(fā)明所述的分層澆鑄-整體成型方法共分五步完成，見圖2。
[0011]第一步:由組件設(shè)計與制備控制中心2 a進行泡沫金屬組件形狀設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、合金成分設(shè)計，合金熔煉、制備漿料、熔體增粘、熔體增壓、熔體吹氣、熔體發(fā)泡、定量澆鑄、同步澆鑄-同步冷卻-同步降壓、整體成型工藝設(shè)計。 第二步:熔煉爐組2 b根據(jù)2 a提供的設(shè)計方案，進行合金配料，制備純鋁鋁液和純金屬合金液。分別在熔煉爐2bl、2b2、2b3中熔煉合金1、合金2、合金3，依次類推，熔煉合金4、合金5等等。
[0012]第三步:將純鋁鋁液和合金液轉(zhuǎn)入漿料制備爐組2 c，在2 c I爐中制備合金I半固態(tài)漿料，分別在2 c 2、2 c 3爐中進行合金2和合金3增粘，依次類推，將熔煉的各種合金制備成半固態(tài)漿料，或者加入增粘劑增粘。
[0013]第四步:將2 c 1、2 c 2、2 c 3爐組中的半固態(tài)漿料和增粘后的合金增壓，往增壓后的漿料和增粘后的合金中通入中高壓氣體，或者加入鈦化氫發(fā)泡劑發(fā)泡。
[0014]第五步:分層澆鑄裝置2 d以純鋁鋁液或者純金屬合金液，或者半固態(tài)漿料一增壓一吹氣合金液，或者增粘一增壓一吹氣合金液(吹氣氣體介質(zhì)可以是H2、N2、C02、H20、惰性氣體或者上述氣體的混合物，下同)，或者增粘一增壓一鈦化氫發(fā)泡的合金液為原料，其中，一號澆鑄機2 d I以經(jīng)過增壓一吹氣的半固態(tài)漿料為原料，二號澆鑄機2 d 2以增粘一增壓一吹氣的合金液為原料，三號澆鑄機2 d 3以增粘一增壓一發(fā)泡的合金液為原料，進行泡沫金屬組件(含鑄件和結(jié)構(gòu)件，下同)分層澆鑄-整體成型，一次成型整體泡沫金屬組件。分層澆鑄-整體成型泡沫金屬組件工藝過程見圖2。
[0015]泡沫金屬材料組件的分層澆鑄-整體成型過程，由專用的分層澆鑄裝置完成，分層澆鑄裝置示意圖見圖3，該裝置通過定量澆鑄、同步澆鑄一同步降壓一同步冷卻工藝控制泡沫體孔型和泡沫體孔隙率。分層澆鑄-整體成型裝置由澆鑄驅(qū)動裝置3 a和澆鑄裝置3b兩部分組成，澆鑄裝置3 b由高壓泡沫金屬液輸入口( 3 b I )、金屬液輸入口( 3 b 2 )、高壓氣體加入口( 3 b 3 )、降壓氣體排放口( 3 b 4 )、半固態(tài)高壓泡沫金屬(3 b 5 )、冷卻介質(zhì)進出口( 3 b 6)、分層澆鑄口( 3 b 7)等部分組成。漿料制備一增粘與增壓一吹氣一發(fā)泡爐組2 c中制備的泡沫金屬液，由高壓泡沫金屬液輸入口( 3 b I )輸入澆注裝置3b中，由高壓氣體加入口( 3 b 3)向半固態(tài)高壓泡沫金屬(3 b 5)中鼓入二次中高壓氣體(鼓入氣體壓力0.0 3 -1 5 MP a，氣體介質(zhì)可以是H2、N2、C02、H20、惰性氣體或者上述氣體的混合物)，冷卻介質(zhì)通過冷卻介質(zhì)進出口( 3 b 6)對半固態(tài)高壓泡沫金屬(3 b 5)進行冷卻，進一步提高半固態(tài)高壓泡沫金屬(3 b 5)中固相份數(shù)，提高固液泡沫粘度，打開降壓氣體排放口( 3 b 4 )給高壓固液泡沫(3 b 5 )降壓，同時，高壓氣體加入口( 3 b 3 )再次向高壓固液泡沫(3 b 5 )施壓，將高壓固液泡沫(3 b 5 )從分層澆鑄口( 3 b 7 )中吹出，形成降壓后的半固態(tài)泡沫(3 b 8)，半固態(tài)泡沫(3 b 8 )噴涂于分層饒鑄鑄件3 c表面實現(xiàn)分層澆鑄，凝聚于半固態(tài)泡沫(3 b 8)中的高壓氣泡壓力得到釋放，體積迅速膨脹，形成高孔隙率泡沫體。通過控制高壓固液泡沫(3 b 5)中氣體壓力、固液泡沫粘度和降壓速率，可以得到開孔泡沫體2el或者閉孔泡沫體2e2，見圖3中的3c。當氣體壓力較高、固液泡沫粘度較低和降壓速率較快時，得到開孔泡沫體，見圖5。當氣體壓力較低、固液泡沫粘度較高和降壓速率較慢時，得到閉孔泡沫體，見圖4。熔煉爐組2 b制備的純鋁鋁液和純金屬合金液通過金屬液輸入口( 3 b 2 )進入分層澆鑄裝置3 b，由分層澆鑄口( 3 b 7 )中吹出直接澆鑄表面密實(致密無孔隙)層(見圖4中的4a、圖5中的5a)或者泡沫體密實(致密無孔隙)加強層(見圖7中的7 d )。
[0016]實施例1:
一種鋁合金泡沫三明治盤件，要求抗拉強度達到8 M P