CN104668302B - 一种液态挤压成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液态挤压成型装置及方法，包括上活动横梁、下活动横梁、冲头、凹模和压边排气脱料圈。冲头的一端与凹模的型腔配合，另一端与上活动横梁连接。压边排气脱料圈套设于冲头上，与冲头间隙配合，当压边排气脱料圈向下移动至凹模时，压边排气脱料圈与凹模合模连接。通过冲头下压、增压、保压以将高温金属液挤压成型；冲头和压边排气脱料圈回程脱落工件。本发明的技术方案通过采用有利于排气的结构，彻底解决了冷式压铸成型的起泡、金属液利用率低和生产成本高的问题，并可以将工件一次性完成复底技术，不需要增加其它的复底设备，具有成品率高、产品强度高及生产效率高等优点。

Description

一种液态挤压成型装置及方法

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及一种锻造装置及方法，尤其涉及一种液态挤压成型装置及方法。

背景技术

常规的铝合金锅、五金泵壳体、汽车部份金属零件或五金结构件等产品要求金属结晶致密，对零件的内部要求无气泡、无气孔、无麻坑和起皮冷隔等缺陷。目前这些零件的成型常规都是用冷式压铸机或重力浇铸成型。

以铝合金锅体为例，此类产品的特点都是底厚壁薄。因此，用冷式压铸机制作此类产品时，因为铝合金液进入模腔后的流道较长，加之速度快，模腔内的气体排不干净，模腔内的气体就会卷入铝合金液中，使产品内部集聚大量卷气从而使产品内部产生大量的小气泡存在。据调查，目前这种工艺的平均起泡率一般在6～10%左右。一些比较高或异型锅体其起泡率更高，甚至达到20～30%左右，严重影响了压铸锅生产工厂的效益及订单交货数量的控制，给生产带来严重影响。而采用重力浇铸成型，虽然气泡率会下降，但是生产效率太低，无法满足工业大批量生产的要求，因此，也无法推广应用。

目前国内还有一些企业，近年来针对铝合金压铸锅的质量问题研究出了仿压铸锅，是采用3000～5000吨的大吨位液压机来实现的，方法是对铝片进行冷挤压成型，但此类技术属冷挤压工艺范畴，此类工艺的缺点是投资较大，一台3800～5000吨的液压机价格分别在150～200万元左右，一些中小企业难于承受，而且锅类产品的手柄座与锅耳不能一次型挤出，因此，其应用范围受到一定的限制。

发明内容

有鉴于此，本发明通过利于排气的结构，彻底解决了冷式压铸成型的起泡和生产成本高的问题，具有成品率高、产品强度高及生产效率高等优点。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，提供了一种液态挤压成型装置，适用于生产薄壁厚底产品，包括上活动横梁、下活动横梁、冲头、凹模和压边排气脱料圈，所述凹模上设有开口的型腔，所述冲头的一端与所述凹模的型腔配合，所述冲头的另一端与所述上活动横梁连接，并可随所述上活动横梁上下移动，所述压边排气脱料圈套设于所述冲头上，所述压边排气脱料圈与所述冲头间隙配合，所述压边排气脱料圈与所述下活动横梁连接，并可随所述下活动横梁上下移动，所述压边排气脱料圈的底部还设有密封部，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈的密封部与所述凹模密封连接。

优选的，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈与所述凹模之间还设有集渣包和溢流槽，所述集渣包通过所述溢流槽与所述凹模的型腔相通。

优选的，所述集渣包包括设于所述凹模上，并位于所述型腔边缘的若干槽体。

优选的，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈与所述凹模之间还设有排气槽，位于所述压边排气脱料圈一侧的凹模的型腔通过所述排气槽与所述压边排气脱料圈的另一侧相通。

优选的，所述冲头和凹模中均设有加热管或加热液循环管。

优选的，所述凹模上还套设有凹模套。

优选的，还包括机台和下模板，所述凹模通过所述下模板设于所述机台上。

优选的，还包括压边油缸，所述压边油缸驱动所述下横梁上下移动。

优选的，还包括控制器，所述控制器与所述冲头相连。

另一方面，提供了一种液态挤压成型方法，包括如下步骤：

步骤1，将高温金属液浇入所述凹模的型腔中，所述压边排气脱料圈下压与所述凹模合模连接；

步骤2，所述冲头下压；

步骤3，当所述冲头接触所述高温金属液后，慢速下压；

步骤4，所述冲头增压、保压以将高温金属液挤压成型；

步骤5，所述冲头和压边排气脱料圈回程，所述压边排气脱料圈脱落工件。

优选的，所述步骤3中当所述冲头慢速下压时，所述高温金属液在所述凹模的型腔中匀速上升。

优选的，所述步骤5中还包括复底，适用于工件的复底操作，包括所述冲头和压边排气脱料圈回程，停留数秒后，再次下压、增压、保压，并再次回程，所述压边排气脱料圈使所述工件脱落。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

本发明的技术方案通过采用有利于排气的结构，彻底解决了冷式压铸成型的起泡、金属液利用率低、生产成本高和产品复底的问题，具有成品率高、产品强度高及生产效率高等优点。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明的实施例的示意图；

图2是图1中M部的结构示意图；

图3是本发明的实施例生产的锅工件的俯视示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1所示的本发明的实施例的一种液态挤压成型装置及方法，适用于生产薄壁厚底产品，装置包括上活动横梁、下活动横梁6、冲头4、凹模2和压边排气脱料圈7。

凹模2上设有开口的型腔，冲头4的一端与凹模2的型腔配合，另一端与上活动横梁连接，并可随上活动横梁上下移动。压边排气脱料圈7套设于冲头4上，与冲头4间隙配合。压边排气脱料圈7与下活动横梁6连接，并可随下活动横梁6上下移动。压边排气脱料圈7的底部还设有密封部，当压边排气脱料圈7向下移动至凹模2时，压边排气脱料圈7的密封部与凹模2密封连接完成合模。

方法包括如下步骤：

步骤1，将高温金属液浇入凹模2的型腔中，压边排气脱料圈7下压与凹模2合模连接；

步骤2，冲头4下压；

步骤3，当冲头4接触高温金属液后，慢速下压；

步骤4，冲头4增压、保压以将高温金属液挤压成型；

步骤5，冲头4和压边排气脱料圈7回程，压边排气脱料圈7使工件脱落。

本发明的实施例通过利于排气的结构，彻底解决了冷式压铸成型的起泡和生产成本高的问题，具有成品率高、产品强度高及生产效率高等优点。

如图1所示，在本发明的实施例中，本发明的实施例由液压机和挤压模组成。液压机至少包括机架、主缸、压边油缸3、顶缸、抽芯缸、电子尺、电脑控制屏等。周边设备有模温机、保温炉、给汤机、吹气喷雾机、取件机械手等，通过控制器组合成一个自动生产系统，可以做到全自动生产。

如图1所示，在本发明的实施例中，凹模2是挤压模的重要零件，它与下模板1固定后安装于液压机的机台上。其型腔的轮廓与产品的外表面相同。材料采用热模钢，且经过淬火后抛光处理，以保证相应的强度、硬度、耐磨性和光亮度。

如图1所示，压边排气脱料圈7的上平面与液压机的下活动横梁6固定。并结合如图2中所示，合模后，其下平面的密封部与凹模2上平面密封，并形成集渣包9和溢流槽10。如图1所示，其内孔与冲头4配合且留有一定的间隙，一是保证冲头4上下的运动自如，二是此间隙会起到一定的跑气作用。并如图2中所示，优选压边排气脱料圈7的下平面与凹模2上平面之间还设有排气槽12，起到一定跑气作用。当然，集渣包9、溢流槽10和排气槽12可以由压边排气脱料圈7下平面与凹模2上平面之间闭合形成，也可分别形成于压边排气脱料圈7的底部或凹模2的周边口部。

其型腔的口部边缘设置有集渣包9、溢流槽10和排气槽12，主要用来排气和冷料的溢出，以保证产品的品质。其外面套有凹模套8。

冲头4与液压机的上活动横梁固定，完成上下运动。产品成型时因挤压比压很大，因此，它采用热模钢且经过淬火后抛光处理，以保证相应的强度、硬度、耐磨性和光亮度。

凹模套8是热套在凹模2上的一个空心圈子。因为工件在挤压成型时的胀力很大，为保证凹模2受较大的胀模力而破裂，因此，需要热套凹模套8，以保证模具的寿命和操作者的生命安全。

下活动模梁6是液压机的一个运动机构，它与压边排气脱料圈7固定在一起，简化了液态挤压模的结构设计，使模具结构变得简单实用，安装方便。主要作用是完成合模、加压、卸压、开模、脱件等功能。

由于本发明实施例的凹模2的型腔是敞开式的。因此，排气相当好，工作时高温金属液直接倒入此凹模2的型腔中，然后压边排气脱料圈7下降闭合，再冲头4下降挤压成型，这种液态挤压成型可获得无气泡、零件内部结晶致密、成品率高、铝水损耗小、产品强度高及生产效率高等优点。另外，模具制作成本低，结构简单。

本发明实施例的液态挤压成型方法包括：

步骤1，将高温金属液浇入凹模2腔内、压边排气脱料圈7下压合模。

本发明实施例在挤压工件前，冲头4与凹模2均应通过模温机或电热管预热，在本实施例中，可采用加热循环管11加热。预热温度一般控制在200～250℃，具体应根据产品的要求而定。

步骤2，冲头4快速下压，此时空程快速下降，速度约250～300毫米/秒。

步骤3，冲头4慢速下压。此时的慢速下压包括第一工进和第二工进。

当冲头4即将接触高温金属液后立即转入第一工进，速度5～50毫米/秒可调；随后进入第二工进，速度约10～100毫米/秒无级可调，第一工进与第二工进的速度确定是以保证凹模2型腔中的高温液体均匀上升而定。

在第一工进与第二工进之间的转换时，最佳控制是在保证型腔中高温金属液面能匀速上升，也就是说，具备型腔中的液面跟踪，确保型腔中的液面能稳定匀速上升，类似于汽车的定速巡航功能。

结合如图2中所示，冲头4在转入慢速工进时，将高温金属液的液面慢慢升高。此时模腔中的气体被高温铝合金液往上挤，从溢流槽10排出，符合空气的流向，这种排气方法具有无比的优点，可使模腔内的气体完全排除干净，保证了工件内部无气体存留。

步骤4，冲头4增压、保压、挤压件成型。

在本发明的方法实施例的步骤4中在冲头4下降至行程接近终点即将结束前应瞬间增压，具体增压比一般根据零件的要求而定，一般零件控制在50～60MPa，结构复杂及特殊要求的零件控制在70～80MPa。增压的时间应在瞬间完成，一般建压时间应小于或等于30毫秒。

增压结束后，模具应转入保压阶段，以保证产品的表面光亮一致，一般保压时间5～50秒可调。

步骤5，卸压、冲头4与压边排气脱料圈7回程、工件从冲头4上脱落、机械手取件、后续工序处理。

此外，在产品需要进行复底时，其步骤主要包括：快速下降（约250～300mm/s）；第一工进（约5～50mm/s无级可调）；第二工进（约10～100mm/s无级可调）；增压、保压、卸压、抽芯退回；回程（主缸与压边缸同时回程）；停留数秒（时间可调）；快速下降；第二工进[约10～100mm/s无级可调）；再次增压、保压、卸压、回程（主缸与压边缸同时回程）；工件掉下、机械手接件。

本发明的实施例可以适用于锅具、五金压铸件、泵壳体、灯具行业以及汽车压铸件等产品。

以铝合金锅具的生产为例：

如图1和图2中所示，本发明的装置实施例包括：将凹模2与下模板1固定为一体后安装在液压机的机台上，用压板螺钉固定。将压边排气脱料圈7套在冲头4上，并固定在液压机的下活动横梁6上。再将冲头4与液压机上的冲头连接杆5固定即完成液态挤压模的安装。

工作步骤：待挤压模的模温达到工作要求时即可开始生产。

首先在凹模2和冲头4上喷上脱模剂，然后给汤机取出高温铝合金液浇注入凹模2的型腔内，下活动横梁6带动压边排气脱料圈7下落完成合模。

然后冲头4快速下落，待冲头4的下平面快接触到凹模2中的铝合金液面是即转换为慢速下落，直到快接近行程终了时瞬间转换为增压，使工件迅速结晶并成形。

增压结束后即自动转入保压约5～20秒，保压结束且卸压后，下活动横梁6卸压并与冲头4一起上升，此时工件也一起连同冲头4一起上升，若工件有横向抽芯机构，应先抽出后再上升。

当工件已经超出凹模2型腔的一定高度时，此时下活动横梁6停止运动，但冲头连接杆5继续上升，此时，工件将被压边排气脱料圈7推下脱落。此时，取件机构进入模腔将落下的工件取走，即完成一个全自动的工作循环。

本发明的实施例使液态挤压模从浇注铝液、合模、挤压成型、工件脱模整个过程一次完成。

在高温铝合金液浇注入凹模2后，接着压边排气脱料圈7即合模。冲头4与高温铝合金液充分接触并缓慢下降。

此时，冲头4在上活动横梁的带动下进行下压，保证了金属液在凹模2型腔中稳定上升，保证了型腔中的液流稳定；

通过压边排气脱料圈7把空气往上逼走，型腔中的空气被逼向溢流槽10及压边排气脱料圈7和冲头4的缝隙中排走，符合空气自然向上的流动方向。因此，型腔中的空气排空效果相当好，这就有利于高温铝合金液的顺利凝固和在液压机的增压作用下的补缩，形成工件致密结晶组织的关键。

另一方面由于液态挤压模要求高温铝合金液慢速上升，一般为10～50毫米/秒可调，因此，易产生冷隔等表面质量缺陷，为了防止这些缺陷的产生，因此，模具开始工作前须将模具预热，一般冲头4预热温度为220～250℃，凹模2预热温度为200～250℃。铝合金液的浇铸温度应控制在700～740℃之间，具体还应根据产品的壁厚与形状不同作出相应的调整。

如图3中所示，本发明实施例生产的产品的外形及表面轮廓清晰、表面光亮无冷隔及流痕；车底后表面无气孔、缩松、裂纹、疏松等缺陷；高温下加温至400℃不出现气泡。

以铝合金锅生产为例，本发明实施例的液态挤压成型与传统冷式压铸工艺、以及仿压铸冷挤压成型分别对比如下表1和表2所示：

表1：与冷式压铸成型工艺对比

表2：与仿压铸冷挤压成型锅工艺对比

从上表的指标对比中可以看出，本发明的实施例具有铝水利用率高（可达85～90%）、产能高、成品率高、工艺稳定、操作简单等优势。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种液态挤压成型装置，其特征在于，适用于生产薄壁厚底产品，包括上活动横梁、下活动横梁、冲头、凹模和压边排气脱料圈，所述凹模上设有开口的型腔，所述冲头的一端与所述凹模的型腔配合，所述冲头的另一端与所述上活动横梁连接，并可随所述上活动横梁上下移动，所述压边排气脱料圈套设于所述冲头上，所述压边排气脱料圈与所述冲头间隙配合，所述压边排气脱料圈与所述下活动横梁连接，并可随所述下活动横梁上下移动，所述压边排气脱料圈的底部还设有密封部，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈的密封部与所述凹模密封连接。

2.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈与所述凹模之间还设有集渣包和溢流槽，所述集渣包通过所述溢流槽与所述凹模的型腔相通。

3.如权利要求2所述的液态挤压成型装置，其特征在于，所述集渣包包括设于所述凹模上，并位于所述型腔边缘的若干槽体。

4.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，当所述压边排气脱料圈向下移动至所述凹模时，所述压边排气脱料圈与所述凹模之间还设有排气槽，位于所述压边排气脱料圈一侧的凹模的型腔通过所述排气槽与所述压边排气脱料圈的另一侧相通。

5.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，所述冲头和凹模中均设有加热管或加热液循环管。

6.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，所述凹模上还套设有凹模套。

7.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，还包括机台和下模板，所述凹模通过所述下模板设于所述机台上。

8.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，还包括压边油缸，所述压边油缸驱动所述下活动横梁上下移动。

9.如权利要求1所述的液态挤压成型装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述冲头相连。

10.一种如权利要求1至9任一项所述的液态挤压成型装置的液态挤压成型方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将高温金属液浇入所述凹模的型腔中，所述压边排气脱料圈下压与所述凹模合模连接；

步骤2，所述冲头下压；

步骤3，当所述冲头接触所述高温金属液后，慢速下压；

步骤4，所述冲头增压、保压以将高温金属液挤压成型；

步骤5，所述冲头和压边排气脱料圈回程，所述压边排气脱料圈使工件脱落。

11.如权利要求10所述的液态挤压成型方法，其特征在于，所述步骤3中当所述冲头慢速下压时，所述高温金属液在所述凹模的型腔中匀速上升。

12.如权利要求10所述的液态挤压成型方法，其特征在于，所述步骤5中还包括复底，包括所述冲头和压边排气脱料圈回程，停留数秒后，再次下压、增压、保压，并再次回程，所述压边排气脱料圈使所述工件脱落。