CN105344989B - 一种液态模锻用浇注机及浇注方法 - Google Patents

Abstract

一种液态模锻用浇注机及浇注方法，浇注机包括机座、转动机构、升降机构、伸缩机构、导流系统、液压系统和控制系统；导流系统连接于伸缩机构，伸缩机构安装在转动机构上，转动机构固定在升降机构上，升降机构安装在机座上，液压系统驱动转动、升降和伸缩运动。并通过调整浇注位、预热导流槽、转动导流槽至浇注位、浇注、导流槽复位的步骤，从而实现了机外浇注，能够显著降低液锻机造价和使用成本。是一种能用于大件液锻、快速平稳浇注、降低次品率的装置和方法，适用范围广。属于特种锻造工艺与设备技术领域。

Description

一种液态模锻用浇注机及浇注方法

技术领域

本发明涉及液态模锻，具体说是一种液态模锻用浇注机及浇注方法。属于特种锻造工艺与设备技术领域。

背景技术

液态模锻是一种先进材料成型技术，目前已经被用来成型各种材料零件。液态模锻传统的浇注方式是将浇包伸入液锻机内浇注，这就造成了液锻机开档至少增加500mm，对于大件来说，液锻机的开档增加值会更大，造成也被造价大幅下降。不仅如此，这种浇注方法，高温金属液在空气中长时间暴露会产生氧化、吸气等二次污染，影响工件质量和性能。

在液态模锻大型零件时，如何将熔炼合格的金属液快速顺利地浇入模具腔内是一个难题。现有技术中，浇铸包伸入液锻机内进行浇注的方法只能用于小件，不能用于大件液锻。当工件重量大于20kg时，需要有专门的机构使浇包平稳快速地进入液锻机内，定量可控地浇注结束后，浇包和这些机构必须快速离开液锻机，否则会出现废品或次品，现有技术中没有能满足这些要求的浇注方法和设备。

为了解决大型工件液态模锻顺利、快速、平稳、定量地浇注的难题，提出了本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种液态模锻用浇注机及浇注方法。通过金属熔体在液态模锻机外浇入浇注机，经过导流管流入模具腔内的方式，实现工件的液锻成型。旨在提供一种能用于大件液锻、快速平稳浇注、降低次品率的装置和方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

本发明的技术原理是：对浇包及其内的金属熔体进行称重定量，然后将要求重量的金属熔体在液态模锻机外浇入浇注机的导流管内，金属熔体沿着导流管，经过导流管前端的出流口流入模具腔内。浇注完毕后，导流管迅速转动90～180°，离开液锻机，液锻机即可快速合模，实现工件的液锻成型。

一种液态模锻用浇注机，包括机座、转动机构、升降机构、伸缩机构、导流系统和液压系统；导流系统连接于伸缩机构，伸缩机构安装在转动机构上，转动机构固定在升降机构上，升降机构安装在机座上；

所述的转动机构，包括转筒、转轴、齿轮及齿条和转动油缸，转轴下端安装有轴承，转筒套装在转轴外，转动油缸水平安装在转筒一侧，转动油缸的活塞杆前端与齿条一端连接，齿条与安装在转筒上的齿轮啮合，转动油缸驱动齿条，齿条带动齿轮、转筒及连接臂沿转轴旋转；

所述的升降机构，包括升降油缸、支撑板和导柱，用来推动整个转动机构做升降运动；所述升降油缸垂直安装在机座上，其活塞杆上端与支撑板连接牢固，在支撑板上安装转动机构的转轴和轴承，转轴与升降油缸同轴，支撑板上还设有导套，导套孔内装有导柱，导柱垂直安装在机座上，导柱高度与升降行程协调；

所述的伸缩机构，包括伸缩油缸、导杆、导流管伸缩臂，用来推动导流管做水平方向的伸缩运动；伸缩油缸水平安装在转筒上，其活塞杆与导杆连接，导杆的前端与导流管伸缩臂连接牢固；

所述的导流系统，包括导流管和导流管安装板，用来将液态模锻用金属液导入模具腔；导流管伸缩臂另一端与导流管安装板连接；导流管安装板，向下倾斜，以便金属液顺利流动，其上安装导流管；所述的导流管包括导流槽和盖板；导流槽前端设有向下的出流孔，所述的盖板上设有通气嘴；

所述的液压系统，包括油箱、油泵、阀组和管路，驱动伸缩油缸、转动油缸和升降油缸的活塞做推进或回拉运动。

在上述技术方案的基础上，进一步地：

所述的转动机构转轴的轴承安装在转筒的内孔内，转筒的下端水平安装有推力球轴承，转筒下端面由推力球轴承支撑；齿轮套装在转筒下端外部，齿条的另一端连接一个导向杆，导向杆穿过安装在支撑板上的导套孔；转轴在0～180°范围内旋转。

所述升降机构的升降油缸为双作用油缸并垂直安装在机座中央，支撑板中央安装转动机构的转轴和推力球轴承；支撑板上对称分布四个导套，所述导柱上端面低于导流管连接臂的下平面，不阻碍转动机构做旋转运动。

所述的伸缩机构还包括支架，支架安装在伸缩油缸的对面转筒上；导杆的前端穿过安装在支架上的导套内，与导流管伸缩臂连接牢固。

所述的导流系统的导流管安装板与水平面夹角10～20°；所述的流槽的底面为平面，与导流管安装板上平面贴合并连接牢固；导流槽内衬耐火材料并形成上大下小截面的流道，导流槽后端为承接金属液的半球型浇注坑；出流孔的上口安装有过滤网。

所述的液压系统的油箱为专门设置的油箱或与液态模锻机共用的油箱。

所述的浇注机还包括控制系统，控制系统包括PLC控制器、控制柜和传感器，用来对液压系统的泵阀进行控制；所述的传感器包括位移传感器、压力传感器和时间计数器，位移传感器用来检测各油缸活塞杆的位置和行程；压力传感器用来采集系统及各油缸的压力信号。

所述的机座，由金属制成，用预埋地脚螺栓固定在底面上，用来支撑和固定整个机器；

所述的液态模锻用浇注机还包括机壳，机壳由钢板焊接而成，其侧面设有通风窗和观察孔，并设有可拆卸的维修门，机壳的垂直面上设有宽度100～200mm的水平豁口，供导流管连接臂做旋转运动，机壳的顶面封闭，用来保护机器，防止浇注过程高温金属液掉入，损伤机器。

所述的PLC控制器可以与液态模锻机的PLC控制器共用。

一种使用上述液态模锻用浇注机的浇注方法，包括如下步骤：

第一步，调整浇注位：启动升降油缸、伸缩油缸和转动油缸，调整导流系统的位置，导流管出流孔位于模具腔浇注点的正上方；

第二步，预热导流槽：转动油缸回程至限位，使导流管处于预热工位，对导流槽进行预热并保温；

第三步，导流槽转至浇注位：启动转动油缸，使导流管转至浇注位等待浇注；

第四步，浇注：打开保护气体阀门，向导流管后端的注入金属液，金属液通过导流管进入模具腔，导流管按照设定的速度随着浇注的金属液面进行逐步上移，保持液流落差在10～50mm范围内；

第五步，导流系统复位：浇注完毕，关闭保护气体，导流系统转动复位至预热位保温，等待下一个工作循环。

对方法进一步地优化如下：

第一步中，出流孔位于模具腔浇注点的正上方时，使导流管安装板底面距模具分模面10～30mm；

第二步中，采用火焰加热或电加热法，对导流槽进行预热使其温度达到500～1000℃，并保温10min～30min；

第四步中，保护气体为氮气、氩气或二氧化碳。

本发明所能取得的有益效果：

(1)金属熔体在液锻机外进行浇注，金属液通过流槽导入模腔内，而不是直接向模具腔内浇注。这样，可以显著缩减小液锻机开档，降低造价，而且可以显著缩短浇注时间，减小浇注过程的热辐射对设备和模具的损伤。从而实现了机外浇注，显著降低了液锻机造价。

(2)在浇注时，对导流管内通以氮气或氩气进行保护浇注，浇注完毕即可关闭气源。既可实现保护浇注，又能节约保护气体。便于实现保护浇注。

(3)本发明的导流管出流口可以随着浇注过程模腔内液面的升高而升高，这样能够防止初期浇注落差过大造成喷溅，或者浇注后期，金属液与导流管接触，造成粘连。从而实现等落差浇注，防止喷溅。

(4)只要改变导流管规格尺寸，就可以方便地适应各种工件液态模锻的浇注需要。本发明适用范围广。

所以说，本发明的液态模锻用浇注机及其浇注方法，在液态模锻大型零件时，将熔炼合格的金属液快速顺利地浇入模具腔内；实现了大型工件液态模锻顺利、快速、平稳、定量地浇注，降低了液锻机的造价和使用成本。

附图说明

本发明有如下附图：

图1本发明的结构纵剖示意图；

图2本发明的主体部分纵剖示意图；

图3本发明的导流部分纵剖示意图；

图4本发明的A-A俯视横剖示意图。

图中标记分别表示：

1—导流槽，2—过滤网，3—导流槽固定板，4—导流槽伸缩臂导套1，5—导流槽伸缩臂，6—左支架安装座，7—转筒，8—右支架安装座，9—平衡重块，10—臂长伸缩油缸，11—机壳，12—导柱，13—齿条，14—外齿轮，15—键，16—推力球轴承，17—支撑板，18—升降油缸，19—机座，20—导向杆，21—导套2，22—导套3，23—导杆支座，24—油缸支撑，25—中心轴，26—深沟球轴承，27—出流口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本实施例提供了用来浇注50～250kg的铝合金、碳钢或高铬铸铁，在不同吨位规格的液态模锻机上进行液态模锻的浇注机的技术细节。

采用天车秤对浇包及其内的金属熔体进行称重定量，然后将要求重量的金属熔体在液态模锻机外浇入浇注机的导流管内，金属熔体沿着导流管，经过导流管前端的出流口流入模具腔内。浇注完毕后，导流管迅速转动，离开液锻机，液锻机即可快速合模，实现工件的液锻成型。

本发明液态模锻浇注机，包括：由机座、转动机构、升降机构和伸缩机构和机壳组成的机器本体，导流系统，控制系统和液压系统四部分，能够实现导流管的升降、转动和伸缩；

机座由金属制成，用预埋地脚螺栓固定在底面上，用来支撑和固定整个机器；

所述的机壳由钢板焊接而成，其侧面设有通风窗和观察孔，并设有可拆卸的维修门，机壳的垂直面上设有宽度100mm～200mm的水平豁口，供导流管连接臂做旋转运动，机壳的顶面封闭，用来保护机器，防止浇注过程高温金属液掉入，损伤机器；

转动机构包括转筒、转轴、齿轮及齿条和转动油缸，转筒下端内孔装有水平安装的60000型80深沟球轴承，转筒下端面由水平安装的51000型130推力球轴承支撑，转筒下端外部套装齿轮，转动油缸水平安装在转筒一侧，转动油缸的活塞杆前端与齿条一端连接，齿条的另一端连接一个导杆，导杆穿过安装在支撑板上的导套孔，齿条与安装在转筒上的齿轮啮合，转动油缸驱动齿条，齿条带动齿轮、转筒及连接臂沿转轴在0～180°范围内旋转；

升降机构包括升降油缸、支撑板和导柱，用来推动整个转动机构沿垂直方向做升降运动，实现随动浇注；所述的升降油缸为双作用油缸，垂直安装在机座中央，其活塞杆上端与支撑板连接牢固，支撑板中央安装转动机构的转轴和推力球轴承，转轴与升降油缸同轴，支撑板上设有对称分布的四个导套，导套孔内装有导柱，导柱垂直安装在机座上，导柱高度与升降行程协调，上端面低于导流管连接臂的下平面，不阻碍转动机构做旋转运动。

所述的伸缩机构，包括伸缩油缸、导杆、导流管伸缩臂和支架，用来推动导流管做水平方向的伸缩运动；伸缩油缸水平安装在转筒外壁上，其活塞杆穿过转筒上对应的孔与导杆连接，导杆的前端穿过安装在支架上的导套内，与连接臂连接牢固；支架安装在伸缩油缸的对面转筒外壁上；为防止偏载，与导流管伸缩臂相对的在转筒外一侧上加装了平衡重块。

导流系统包括导流管、导流管安装板，用来将液态模锻用金属液导入模具腔；导流管连接臂，一端与伸缩机构的导杆连接，另一端与导流管安装板连接；导流管安装板，与水平面夹角10°～20°，向下倾斜，以便金属液顺利流动，其上设有螺钉孔，用来安装导流管；所述的导流管底面为平面，与导流管安装板上平面贴合，通过螺钉连接牢固，导流管由导流槽和盖板组成；导流槽外壳用钢板制成，钢板内衬现有技术中的耐火材料，形成半圆形或上大下小的梯形截面流道，导流槽后端为一个半球型浇注坑，用来承接金属液，导流槽前端设有垂直向下的出流孔；盖板上设有通气嘴，连接气源后打开阀门，向导流管内通以为氮气、氩气或二氧化碳等保护气体，保护金属液不被氧化；出流孔的上口安装有过滤网，阻止夹杂流入模具腔；

所述的液压系统，包括油箱、油泵、阀组和管路，用来驱动伸缩油缸、转动油缸和升降油缸的活塞做推进或回拉运动；油箱可以是专门设置的油箱，也可以是与液态模锻机共用的油箱；

所述的控制系统包括PLC控制器、控制柜和传感器，用来对液压系统的泵阀进行控制；所述的PLC控制器与液态模锻机的PLC控制器共用；所述的传感器包括位移传感器、压力传感器和时间计数器，位移传感器用来检测各油缸活塞杆的位置和行程；压力传感器用来采集系统及各油缸的压力信号。

本发明的使用方法如下。

本实施例在不同吨位液态模锻机上进行液态模锻的浇注，并提供了3个应用例的技术细节。

发明的技术原理是：根据需要采用不同量程的天车秤对浇包及其内的金属熔体进行称重定量，然后将要求重量的金属熔体在液态模锻机外浇入浇注机的导流管内，金属熔体沿着导流管，经过导流管前端的出流口流入模具腔内。浇注完毕后，导流管迅速转动离开液锻机，液锻机即可快速合模，实现工件的液锻成型。

具体步骤如下：

第一步，调整浇注位。启动升降油缸、伸缩油缸和转动油缸，调整导流系统的位置，使导流管安装板底面距模具分模面10～30mm，且导流管出流孔位于模具腔浇注点的正上方；

第二步，预热导流槽。转动油缸回程至限位，使导流管处于预热工位，采用火焰加热或电加热方法对导流槽进行预热，使其温度达到500～1000℃，保温10min～30min；

第三步，导流槽转至浇注位。启动转动油缸，使导流管转至浇注位等待浇注；

第四步，浇注。将金属液调运至浇注机处，打开保护气体阀门，导流管通入保护气体，向导流管后端的浇注坑内浇注金属液，金属液通过导流管进入模具腔，导流管按照设定的速度随着浇注的进行逐步上移，始终保持液流落差在10～50mm范围内；

第五步，导流系统复位。浇注完毕，关闭保护气体，导流系统转动复位至预热位保温，等待下一个工作循环。

下表中列出了应用例的技术细节。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种液态模锻用浇注机，包括机座、转动机构、升降机构和伸缩机构、导流系统、液压系统；导流系统连接于伸缩机构，伸缩机构安装在转动机构上，转动机构固定在升降机构上，升降机构安装在机座上；

所述的转动机构，包括转筒、转轴、齿轮及齿条和转动油缸，转轴安装有轴承，转筒套装在转轴外，转动油缸水平安装在转筒一侧，转动油缸的活塞杆前端与齿条一端连接，齿条与安装在转筒上的齿轮啮合，转动油缸驱动齿条，齿条带动齿轮、转筒及连接臂沿转轴旋转；

所述的升降机构，包括升降油缸、支撑板和导柱，用来推动整个转动机构做升降运动；所述升降油缸垂直安装在机座上，其活塞杆上端与支撑板连接牢固，在支撑板上安装转动机构的转轴和轴承，转轴与升降油缸同轴，支撑板上还设有导套，导套孔内装有导柱，导柱垂直安装在机座上，导柱高度与升降行程协调；

所述的伸缩机构，包括伸缩油缸、导杆、导流管伸缩臂，用来推动导流管做水平方向的伸缩运动；伸缩油缸水平安装在转筒上，其活塞杆与导杆连接，导杆的前端与导流管伸缩臂连接牢固；

所述的导流系统，包括导流管、导流管安装板，用来将液态模锻用金属液导入模具腔；导流管伸缩臂另一端与导流管安装板连接；所述的导流管安装板，向下倾斜，以便金属液顺利流动，其上安装导流管；所述的导流管包括导流槽和盖板；导流槽前端设有向下的出流孔，所述的盖板上设有通气嘴；

所述的液压系统，包括油箱、油泵、阀组和管路，驱动伸缩油缸、转动油缸和升降油缸的活塞做推进或回拉运动。

2.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的转动机构转轴的轴承水平安装在转筒的内孔内，转筒的下端水平安装有推力球轴承，转筒下端面由推力球轴承支撑；齿轮套装在转筒下端外部，齿条的另一端连接一个导向杆，导向杆穿过安装在支撑板上的导套孔；转轴在0～180°范围内旋转。

3.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述升降机构的升降油缸为双作用油缸并垂直安装在机座中央，支撑板中央安装转动机构的转轴和推力球轴承；支撑板上对称分布四个导套，所述导柱上端面低于导流管连接臂的下平面，不阻碍转动机构做旋转运动。

4.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的伸缩机构还包括支架，支架安装在伸缩油缸的对面转筒上；导杆的前端穿过安装在支架上的导套内，与导流管伸缩臂连接牢固。

5.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的导流系统的导流管安装板与水平面夹角10～20°；所述的导流槽的底面为平面，与导流管安装板上平面贴合并连接牢固；导流槽内衬耐火材料并形成上大下小截面的流道，导流槽后端为承接金属液的浇注坑；出流孔的上口安装有过滤网。

6.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的液压系统的油箱为专门设置的油箱或与液态模锻机共用的油箱。

7.如权利要求1所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的液态模锻用浇注机还包括机壳，机壳由钢板焊接而成，其侧面设有通风窗和观察孔，机壳的垂直面上设有供导流管伸缩臂旋转的宽度100～200mm的水平豁口，机壳的顶面封闭。

8.如权利要求1～7任一项所述液态模锻用浇注机，其特征在于，所述的浇注机还包括控制系统，控制系统包括PLC控制器、控制柜和传感器，用来对液压系统的泵阀进行控制；所述的传感器包括位移传感器、压力传感器和时间计数器，位移传感器用来检测各油缸活塞杆的位置和行程；压力传感器用来采集系统及各油缸的压力信号。

9.一种使用权利要求1-7中任一所述液态模锻用浇注机的浇注方法，包括如下步骤：

第一步，调整浇注位：启动升降油缸、伸缩油缸和转动油缸，调整导流系统的位置，导流管出流孔位于模具腔浇注点的正上方；

第二步，预热导流槽：转动油缸回程至限位，使导流管处于预热工位，对导流槽进行预热并保温；

第三步，导流槽转至浇注位：启动转动油缸，使导流管转至浇注位等待浇注；

第四步，浇注：打开保护气体阀门，向导流管后端的浇注坑内注入金属液，金属液通过导流管进入模具腔，导流管按照设定的速度随着浇注的金属液面进行逐步上移，保持液流落差在10～50mm范围内；

第五步，导流系统复位：浇注完毕，关闭保护气体，导流系统转动复位至预热位保温，等待下一个工作循环。

10.一种如权利要求9所述的液态模锻用浇注机的浇注方法，其特征在于，

第一步中，出流孔位于模具腔浇注点的正上方时，使导流管安装板底面距模具分模面10～30mm；

第二步中，采用火焰加热或电加热法，对导流槽进行预热使其温度达到500～1000℃，并保温10min～30min。

11.一种使用权利要求8所述液态模锻用浇注机的浇注方法，包括如下步骤：

第一步，调整浇注位：启动升降油缸、伸缩油缸和转动油缸，调整导流系统的位置，导流管出流孔位于模具腔浇注点的正上方；

第二步，预热导流槽：转动油缸回程至限位，使导流管处于预热工位，对导流槽进行预热并保温；

第三步，导流槽转至浇注位：启动转动油缸，使导流管转至浇注位等待浇注；

第四步，浇注：打开保护气体阀门，向导流管后端的注入金属液，金属液通过导流管进入模具腔，导流管按照设定的速度随着浇注的金属液面进行逐步上移，保持液流落差在10～50mm范围内；

第五步，导流系统复位：浇注完毕，关闭保护气体，导流系统转动复位至预热位保温，等待下一个工作循环。

12.一种如权利要求11所述的液态模锻用浇注机的浇注方法，其特征在于，

第一步中，出流孔位于模具腔浇注点的正上方时，使导流管安装板底面距模具分模面10～30mm；

第二步中，采用火焰加热或电加热法，对导流槽进行预热使其温度达到500～1000℃，并保温10min～30min。