CN106312021B - 铸锻成型方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明的铸锻成型方法及其装置至少藉由一熔炼室、一铸造室、一顶压系统及真空系统完成铸锻成型；其中，先提供一金属模具组装至该铸造室内，再将一金属物料置放于该熔炼室，以及在真空状态下进行加热，此时该铸造室同时进行预热，待该熔炼室内的金属物料形成熔融状时，且对该铸造室进行抽真空后，将熔融状的金属物料充填至该金属模具，再启动该顶压系统对该金属模具进行锻造成型，完成半固态成品，待冷却后则完成本发明铸锻成型的成品。

Description

铸锻成型方法及其装置

技术领域

本发明有关于一种铸锻成型方法及其装置，尤指一种将金属的铸造方法与锻压方法相互结合，一次性实现金属成型，将成型流程大大缩短，并可降低生产成本的铸锻成型方法及其装置。

背景技术

传统小型金属配件会采用精密铸造或者精密模锻的工艺方式生产，例如运动器材(高尔夫球头、打击面)、壳状结构(电子部品机壳、表壳)、小型五金配件、汽车零组件等；其中，精密铸造首先要制作准备一铸模，其设有一模穴，该模穴具有预定成品的规格；接着，将蜡液注入该铸模的模穴以形成一蜡模；自该模穴取出该蜡模，再将该蜡模浸浆形成一高分子砂浆壳模；接着，加热使蜡模熔化流出该陶瓷壳外模；再将融熔金属液注入该陶瓷壳外模以形成一初胚。最后，将该初胚再经数道表面加工，即可制得预定规格的成品。

其中，精密铸造中壳模制作周期长，工艺复杂，其铸造后的金属表面会产生松散且较厚的生成物(α-Ti)，其机械强度较差，且壳模为一次性使用无法重复使用。

另外，精密模锻方式其制程首先选用由锻造用碳钢或合金钢制成的一金属块，接着使该金属块经过数个锻模的数次锻压处理。在锻造过程中，由于各锻模的模穴依序一连串形成形状变化，因此可逐渐使该金属块的外形轮廓同步锻压成对应形状的初胚。最后，将该初胚再经数道表面加工，即可制得预定规格的成品。

虽然，该锻造成型的成品具有均匀且结构强度高等优点，但是由于锻造过程使用过多锻模数量，其容易导致开模及制造成本过高、不适合大量生产、不易制造复杂造型及锻模易因施压变形而必需经常更换等缺点。

发明内容

为解决此课题，本发明提供一种可将金属的铸造方法与锻压方法相互结合，一次性实现金属成型，将成型流程大大简化缩短，并可降低生产成本的技术手段。

为达成上述的目的，本发明的铸锻成型方法至少藉由一熔炼室、一铸造室、一顶压系统及真空系统完成铸锻成型；其中，先提供一金属模具组装至该铸造室内，再将一金属物料置放于该熔炼室，以及在真空状态下进行加热，此时该铸造室同时进行预热，待该熔炼室内的金属物料形成熔融状时，且对该铸造室进行抽真空后，将熔融状的金属物料充填至该金属模具，再启动该顶压系统对该金属模具进行锻造成型，完成半固态成品，待冷却后则完成本发明铸锻成型的成品。

依据上述技术特征，进一步设有气体提供系统，藉以提供厌氧气体至该坩锅内。

依据上述技术特征，所述真空系统对该熔炼室的坩锅内进行抽真空，其真空度系达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa。

依据上述技术特征，所述气体提供系统所提供的厌氧气体为氩气或氮气。

依据上述技术特征，所述真空系统设有至少一真空泵。

依据上述技术特征，所述真空系统设有第一、第二真空泵；其中，该第一真空泵为机械泵，可对该熔炼室及铸造室形成低真空，该第二真空泵为鲁氏泵，可对该熔炼室及铸造室形成高真空。

依据上述技术特征，所述金属物料为钛、钛合金、铝合金或不锈钢。

为达成上述的目的，本发明另提供一种铸锻成型装置，其至少包含：一熔炼室、一铸造室、一顶压统及真空统，该熔炼室设有炉盖、坩锅及第一加热单元，该第一加热单元对该坩锅进行加热，该炉盖供盖合于该熔炼室上方；该铸造室设于该熔炼室一侧，该铸造室设有一容置空间可供容置金属模具，另有一导管连通于该坩锅及该容置空间；该顶压系统设于该铸造室一侧，其设有一控制单元、第二管路、动力单元及顶压模杆，该第二管路分别与该控制单元及该动力单元连接，而该顶压模杆则与该动力单元连接，由该动力单元提供该顶压模杆朝该容置空间位移的动力；以及该真空系统分别对该熔炼室及铸造室进行抽真空，而该真空系统设有至少一真空泵。

依据上述技术特征，所述锻成型装置进一步设有一气体提供系统，设于该熔炼室一侧，其设有一储存桶及第一管路，该第一管路连通该储存桶及该熔炼室，用以提供厌氧气体至该坩锅内。

依据上述技术特征，所述真空系统设有第一、第二真空泵，该第一真空泵为机械泵，可对该熔炼室及铸造室形成低真空，该第二真空泵为鲁氏泵，可对该熔炼室及铸造室形成高真空。

依据上述技术特征，所述动力单元为油压加压缸。

依据上述技术特征，所述铸造室进一步设有第二加热单元。

依据上述技术特征，所述第一加热单元为加热线圈，且该第一加热单元绕设于该坩锅外，该第二加热单元为加热线圈或热电阻。

附图说明

图1所示为本发明中铸锻成型装置的结构示意图。

图2所示为本发明中铸锻成型方法的流程步骤示意图。

图3所示为本发明铸锻成型成品的金相组织示意图。

图4所示为现有精密铸造成品的金相组织示意图。

图号说明：

熔炼室1

炉盖11

坩锅12

第一加热单元13

铸造室2

容置空间21

导管22

气体提供系统3

储存桶31

第一管路32

顶压系统4

控制单元41

第二管路42

动力单元43

顶压模杆44

真空系统5

第一真空泵51

第二真空泵52

金属模具6

柱状晶组织71

松散的生成物72

等轴晶组织73。

具体实施方式

请参阅图1所示为本发明铸锻成型装置的结构示意图。首先，本发明的铸锻成型方法藉由一铸锻成型装置完成铸锻成型；其中，该铸锻成型装置至少包含：一熔炼室1、一铸造室2、一气体提供系统3、一顶压系统4及真空系统5；该熔炼室1设有炉盖11、坩锅12及第一加热单元13，该第一加热单元13对该坩锅12进行加热，该炉盖11供盖合于该熔炼室1上方，可将该坩锅12封闭，该第一加热单元13可以为加热线圈，且该第一加热单元13绕设于该坩锅12外。

该铸造室2设于该熔炼室1一侧，如图所示的实施例中，该铸造室2位于该熔炼室1的下方，该铸造室2设有一容置空间21可供容置金属模具6，另有一导管22连通于该坩锅12及该容置空间21。而该铸造室2进一步设有第二加热单元(图位示)，可对该铸造室2进行加热，该第二加热单元可以为加热线圈或热电阻。

该气体提供系统3设于该熔炼室1一侧，其设有一储存桶31及第一管路32，该第一管路32连通该储存桶31及该熔炼室1，用以提供厌氧气体至该坩锅12内，该厌氧气体为氩气或氮气。

该顶压系统4设于该铸造室2一侧，其设有一控制单元41、第二管路42、动力单元43及顶压模杆44，该第二管路42分别与该控制单元41及该动力单元43连接，而该顶压模杆44则与该动力单元43连接，由该动力单元43提供该顶压模杆44朝该容置空间21位移的动力；其中，该顶压系统4可以为油压系统，而该动力单元43为油压加压缸，且如图所示的实施例中，该顶压模杆44位于该容置空间21之下；当然，该顶压模杆亦可位于该容置空间的旁侧。

该真空系统5其分别对该熔炼室1及铸造室2进行抽真空，而该真空系统5设有至少一真空泵，如图所示的实施例中，该真空系统5设有第一、第二真空泵51、52，该第一真空泵51为机械泵，可对该熔炼室1及铸造室2形成低真空，该第二真空泵52为鲁氏泵，可对该熔炼室1及铸造室2形成高真空；其中，利用该第一、第二真空泵51、52相互串联使用，可取得大排气量且高真空度的系统。

请同参阅图2所示，本发明的铸锻成型方法至少包含下列步骤。

提供一金属模具6，并将该金属模具6组装至该铸造室2的容置空间21内。

提供一坩锅12，并将该坩锅12组装至该熔炼室1，且装填一金属物料(图未示)于该坩锅12内，再将该炉盖11盖合于该熔炼室1上方，而将该坩锅12封闭，并利用该真空统5对该坩锅12内进行抽真空，其真空度0.310-1Pa～1.010-1Pa，本发明利用至少一真空泵(例如机械泵及鲁氏泵)，可由不同的真空泵的抽真空能力相互搭配，可达成高真空或低真空的需求；而装填于坩锅内的金属物料可为钛、钛合金(例如可为64钛)、铝合金或不锈钢。

利用第二加热单元加热该金属模具6，使其温度为40℃至500℃。

当坩锅内的真空度达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa时，则停止该真空系统5对该坩锅12抽真空。

藉由该气体提供系统3提供厌氧气体至该坩锅12内；此时，该坩锅12在真空度达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa后，其坩锅12内充满厌氧气体(可以为氩气或氮气)，让该坩锅内形成无氧环境，在后续加热步骤时，可防止容置于坩锅12内的金属物料形成氧化。

利用第一加热单元13加热该坩锅12，加热温度达到该金属物料的熔点，以将该金属物料形成熔融状。例如，若置放于坩锅内的金属物料为钛合金，则加热温度须达1600℃至1800℃，才得以将金属物料完全形成熔融状。

利用该真空系统5对该铸造室的金属模具6进行抽真空，其真空度达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa，可让金属模具6形成无氧环境。

将坩锅12内熔融状的金属物料经由该导管22充填至该金属模具6。此时，熔融状的金属物料其温度较高(若为钛合金其温度达约1600℃至1800℃)，而充填至该金属模具6后，因金属模具6的温度为40℃至500℃，具有降温作用让金属物料形成半固态，而完成铸造工序。

之后，再启动该顶压系统4对该金属模具6进行锻造成型，利用该控制单元41控制该动力单元43，使该顶压模杆44朝该金属模具6位移并提供压力，以完成半固态成品。其中，该控制单元41可控制动力单元43施加的压力及时间的设定及调整。

待冷却后则完成成品。其中，本发明所应用的产品运动器材(高尔夫球头、打击面)、壳状结构(电子部品机壳、表壳)、小型五金配件、汽车零组件等，且藉由本发明的成形方法及装置，不仅在铸造工序中熔融及冷却金属物料时，提供无氧环境，更在锻造成型亦提供了无氧环境，可确保金属物料在铸造及锻造成型过程中不会形成氧化，让成品不易因氧化而形成松散的生成物，可提升成品的机械强度及延伸性。

请参阅图3所示为本发明铸锻成型成品的金相组织示意图，以及图4所示为现有精密铸造成品的金相组织示意图。本发明铸锻成型成品中，均为非等轴柱状晶组织71与等轴晶组织73形成的复合组织，相较于现有精密铸造成品，其均为等轴晶组织73的生成物(α-Ti)72的分布区域较多较厚；再将本发明铸锻成型成品与现有精密铸造成品分别进行抗拉强度、降伏强度及延伸率的测试，其测试结果如下表所示：

表1

由表1的测试结果可知，本发明铸锻成型成品在抗拉强度、降伏强度及延伸率相较于现有精密铸造成品均有提升。

Claims (22)

1.一种铸锻成型方法，其特征在于，至少藉由一熔炼室、一铸造室、一顶压系统及真空系统完成铸锻成型，其中铸锻成型方法至少包含下列步骤：

提供一金属模具，并将该金属模具组装至该铸造室；

提供一坩锅，并将该坩锅组装至该熔炼室，且装填一金属物料于该坩锅内，再利用该真空系统对该坩锅内进行抽真空；

加热该金属模具，使其温度为40℃至500℃；

停止该真空系统对该坩锅抽真空；

加热该坩锅，加热温度达到该金属物料的熔点，以将该金属物料形成熔融状；

利用该真空系统对该铸造室的金属模具进行抽真空；

将坩锅内熔融状的金属物料充填至该金属模具；

启动该顶压系统对该金属模具进行锻造成型，完成半固态成品；以及

待冷却后则完成成品。

2.如权利要求1所述的铸锻成型方法，其特征在于，设有气体提供系统，藉以提供厌氧气体至该坩锅内。

3.如权利要求2所述的铸锻成型方法，其特征在于，该气体提供系统所提供的厌氧气体为氩气或氮气。

4.如权利要求1所述的铸锻成型方法，其特征在于，该真空系统对该坩锅内进行抽真空，其真空度达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa。

5.如权利要求1所述的铸锻成型方法，其特征在于，该真空系统对该金属模具进行抽真空，其真空度达0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa。

6.如权利要求4或5所述的铸锻成型方法，其特征在于，该真空系统设有至少一真空泵。

7.如权利要求6所述的铸锻成型方法，其特征在于，该真空系统设有第一、第二真空泵。

8.如权利要求7所述的铸锻成型方法，其特征在于，该第一真空泵为机械泵，对该熔炼室及铸造室形成低真空。

9.如权利要求7所述的铸锻成型方法，其特征在于，该第二真空泵为鲁氏泵，对该熔炼室及铸造室形成高真空。

10.如权利要求1至5其中任一所述的铸锻成型方法，其特征在于，该金属物料为钛、钛合金、铝合金或不锈钢。

11.如权利要求1至5其中任一所述的铸锻成型方法，其特征在于，该金属物料为钛合金，而加热该坩锅使其温度为1600℃至1800℃。

12.一种铸锻成型装置，其特征在于，至少包含：

一熔炼室，设有炉盖、坩锅及第一加热单元，该第一加热单元对该坩锅进行加热，该炉盖供盖合于该熔炼室上方；

一铸造室，设于该熔炼室一侧，该铸造室设有一容置空间可供容置金属模具，另有一导管连通于该坩锅及该容置空间；

一顶压系统，设于该铸造室一侧，其设有一控制单元、第二管路、动力单元及顶压模杆，该第二管路分别与该控制单元及该动力单元连接，而该顶压模杆则与该动力单元连接，由该动力单元提供该顶压模杆朝该容置空间位移的动力；以及

真空系统，其分别对该熔炼室及铸造室进行抽真空，而该真空系统设有至少一真空泵。

13.如权利要求12所述的铸锻成型装置，其特征在于，设有一气体提供系统，设于该熔炼室一侧，其设有一储存桶及第一管路，该第一管路连通该储存桶及该熔炼室，用以提供厌氧气体至该坩锅内。

14.如权利要求12所述的铸锻成型装置，其特征在于，该真空系统设有第一、第二真空泵。

15.如权利要求14所述的铸锻成型装置，其特征在于，该第一真空泵为机械泵，对该熔炼室及铸造室形成低真空。

16.如权利要求14所述的铸锻成型装置，其特征在于，该第二真空泵为鲁氏泵，对该熔炼室及铸造室形成高真空。

17.如权利要求12至16其中任一所述的铸锻成型装置，其特征在于，该顶压系统为油压系统。

18.如权利要求12至16其中任一所述的铸锻成型装置，其特征在于，该动力单元为油压加压缸。

19.如权利要求12至16其中任一所述的铸锻成型装置，其特征在于，该铸造室设有第二加热单元。

20.如权利要求19所述的铸锻成型装置，其特征在于，该第二加热单元为加热线圈或热电阻。

21.如权利要求12至16其中任一所述的铸锻成型装置，其特征在于，该第一加热单元为加热线圈，且该第一加热单元绕设于该坩锅外。

22.如权利要求12至16其中任一所述的铸锻成型装置，其特征在于，该顶压模杆位于该容置空间之下；或者，该顶压模杆位于该容置空间的旁侧。