CN111230065A - 电磁驱动的真空压铸机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁驱动的真空压铸机，其包括驱动组件、定模组件、动模组件和执行组件。后盖和隔热板分别位于圆柱壳的两端，定子铁磁环位于圆柱壳的内部，动子套筒位于定子铁磁环的内部，定子绕组和定子铁磁环的铁芯连接，定子隔磁环均匀分布在圆柱壳内表面；动子扇形凸级均匀分布在动子套筒上。定模板和定模连接，定模和动模连接，动模和动模板连接，压室位于矩形壳、定模板和定模的内部，金属液浇注口位于压室第二端的上部，压室第一端和横浇道的流入孔连接，压射杆第一端和动子套筒连接，第二端和压射冲头连接，压射冲头位于压室第二端。本发明的电磁驱动可以缩短启动时间，极短时间内达到压射所需速度，涡流损耗小，具有平均压射力大的特点。

Description

电磁驱动的真空压铸机

技术领域

本发明涉及精密零件成形技术领域，特别涉及一种电磁驱动的真空压铸机。

背景技术

当前，随着非晶合金研究的不断深入，形成了众多的研究成果。非晶合金作为强度、硬度和耐腐蚀性都非常高的新型材料，冲击断裂性能表现出明显优势，其弹性模量非常低却能储存很大的弹性能，能量传递性能也很好。非晶合金在精密机械仪器部件、电子器件、航空航天器件和运动器械等领域得到广泛应用。非晶合金虽然在各方面都表现出明显的优点，但具有明显的玻璃转变、非常高的过冷液态稳定性和反晶化热稳定性，且块状非晶合金在室温下进行机加工极其困难，限制了非晶合金的应用范围。近年来，采用压铸方法制备非晶合金零件成为首选。压铸成形是液态金属在高压作用下，以极高的速度充填模具型腔，并在压力作用下冷却凝固而获得铸件的一种成形工艺。

由于锆基非晶合金在熔融状态下与空气接触会导致晶体析出，所以压铸机工作部分整体都需要保持真空状态。通过在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体，从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺。但抽真空的过程比较长，反复的真空操作会直接影响了非晶合金制备的质量和效率。

另一方面，如果气体排出不完全和模具密封性差，会造成金属铸件缩孔等质量缺陷。模具的密封性与其材质直接相关，密封性良好的模具，其材质要求高，价格昂贵。现有的真空压铸机多以橡胶圈和波纹管密封。但是由于压射杆冲头在压铸成型时对橡胶圈的摩擦，使得橡胶圈易疲劳损坏而需要经常更换。而更换橡胶圈较繁琐，严重降低了真空压铸机的工作效率。在压铸成型时压铸机的振动使得波纹管会密封不严。除此之外，每一次压铸都需要对真空室进行抽真空处理，这样就使得压铸机的工作效率大大降低。使压铸机密封性好而且还不用次次都经过抽真空处理，是真空压铸机迫切需要解决的问题。

发明内容

针对以上真空压铸机迫切需要解决的问题，本发明提供一种电磁驱动的真空压铸机，主要是基于电磁动力，解决了传统压射杆启动时间和距离过长的问题，可以在极短时间内达到压射所需的压射速度和压射力，从而实现压铸设备结构紧凑和体积小，也提高了非晶合金制备的质量和效率。

本发明提供了一种电磁驱动的真空压铸机，其包括驱动组件、定模组件、动模组件、执行组件、密封圈和矩形壳。所述驱动组件，其包括定子组件和动子组件，所述定子组件，其包括定子铁磁环、定子绕组、定子隔磁环、隔热板、圆柱壳和后盖，所述圆柱壳由相同的两半圆焊接而成，所述后盖位于所述圆柱壳内部的第一端，所述隔热板位于所述圆柱壳内部的第二端，所述定子铁磁环位于所述圆柱壳内部，所述动子套筒位于所述定子铁磁环的内部，所述定子绕组和所述定子铁磁环的铁芯连接，所述定子隔磁环均匀分布在所述圆柱壳内表面；所述动子组件，其包括动子扇形凸级和动子套筒，所述动子扇形凸级均匀分布在所述动子套筒的外壁上。所述定模组件，其包括定模、定模板、压室、金属液浇筑口、横浇道和定模镶块，所述定模板的第一端和所述矩形壳的第二端连接，所述定模板的第二端通过密封圈和所述定模的第一端连接，所述定模的第二端设有横浇道和定模镶块，所述定模镶块位于所述横浇道的上端，所述横浇道的下端设有流入孔，所述压室位于所述矩形壳、所述定模板和所述定模的内部，所述金属液浇注口位于所述压室第二端的上部，所述压室的第一端和所述横浇道的流入孔连接。所述动模组件，其包括动模、动模板、合模机构连接孔、顶出缸和动模镶块，所述定模的第二端通过密封圈和所述动模的第一端连接，所述动模的第二端通过密封圈和所述动模板的第一端连接，所述动模的第一端设有动模镶块，所述动模板的第二端和所述顶出缸连接，所述动模板第二端的四个顶角分别设有合模机构连接孔。所述执行组件，其包括压射杆、电热坩埚、支撑杆、真空泵、加料门和压射冲头，所述压射杆的第一端和所述动子套筒螺纹连接，所述压射杆的第二端和所述压射冲头连接，所述压射冲头位于所述压室的第二端；所述矩形壳是完全封闭的结构，所述矩形壳的第一端和所述圆柱壳的第二端连接，所述加料门位于所述矩形壳的上部，所述支撑杆的第一端和所述电热坩埚通过转动副相连，所述电热坩埚位于所述加料门的下端，所述支撑杆的第一端位于所述电热坩埚的两侧，所述支撑杆的第二端和所述矩形壳固定连接，所述真空泵位于所述定模板上端的上表面。

可优选的是，相邻的动子扇形凸级在径向上间隔120°，相邻的动子扇形凸级沿动子套筒轴向且错开一个动子扇形凸级厚度的长度分布。

可优选的是，所述定子隔磁环和所述定子铁磁环间接排列，相邻两个定子隔磁环之间的间距为一个定子铁磁环的宽度，所述定子绕组以间距60°分布在定子铁磁环的铁芯上，且在轴向上将五个定子铁磁环连接在一起，周向相邻的定子绕组绕向相反，当定子绕组通电时，动子组件的运动，将会穿过定子铁磁环形成的管状空间。

可优选的是，所述定子铁磁环、所述定子隔磁环、所述动子套筒、所述隔热板、所述后盖、所述压射杆、所述压射冲头、所述圆柱壳和所述压室的轴线在同一条直线上，所述定模板、所述定模、所述动模、所述动模板和所述密封圈的轴线在同一条直线上。

可优选的是，所述定子铁磁环、所述定子隔磁环、所述后盖、所述隔热板和所述压室的孔径小于所述圆柱壳外表面的孔径，所述压室的内径、所述压射杆的直径、所述压射冲头的直径和所述定模流入孔的孔径相等。

可优选的是，所述密封圈的外形为长方形框，所述密封圈的外形框小于所述定模和所述动模的连接面，所述定模和所述动模的连接面小于所述定模板和所述动模板的连接面，所述定模和所述动模上设有密封圈槽，所述密封圈槽的宽度小于所述密封圈的厚度。

可优选的是，所述定模板在与所述矩形壳连接的一侧有与所述矩形壳相同形状的且有一定深度的配合凹槽，所述定模板在与所述定模连接的一侧有与所述定模形状相同且有一定深度的配合凹槽，所述动模板在与所述动模连接的一侧有与所述动模形状相同且有一定深度的配合凹槽。

可优选的是，所述定模板由长方形壳和圆筒组成，所述圆筒的中心处为通孔，所述圆筒的第一端固定在所述定模板长方形壳上，所述圆筒的第二端伸出所述定模板长方形壳一侧的外部，所述矩形壳偏下的位置具有圆柱孔，所述定模板的圆筒和所述圆柱孔连接。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明利用电磁推力提供压射杆的压射动力，解决了原有真空压铸机中波纹管磨损导致真空性密封不好的特点，可以更好的防止熔融的非晶合金晶化，节约生产原料。

2、本发明通过改变电流的大小进而控制连接压射杆的动子组件所受的电磁推力的大小，借以改变压射杆速度以及压射力等参数，并且此驱动组件的定子组件和动子组件为非接触式连接，动子组件与定子组件之间存在气隙，有一定的缓冲作用，可减少工作时的振动。

3、本发明与传统真空压铸机相比，电磁驱动装置可以缩短启动时间，极短时间内达到压射所需的极高速度，并且该圆筒形直线电机磁通为横向磁通，涡流损耗小，具有平均压射力大等特点。

4、本发明不需要利用中间传动机构，可直接实现直线运动，并且启动距离极短，使结构更加紧凑，克服了液压等传动机构带来的结构复杂，重量重，体积大等缺点，并且电磁驱动装置和压铸机各部件便于实现模块化，便于替换和维修，可大大降低维护时间，提高整体效率。

附图说明

图1为本发明电磁驱动的真空压铸机的立体结构示意图；

图2为本发明电磁驱动的真空压铸机的局部剖结构示意图；

图3为本发明电磁驱动的真空压铸机驱动动子组件示意图；

图4为本发明电磁驱动的真空压铸机驱动定子组件示意图；

图5为本发明电磁驱动的真空压铸机动模板结构示意图；

图6为本发明电磁驱动的真空压铸机动模结构示意图；

图7为本发明电磁驱动的真空压铸机定模结构示意图；

图8为本发明电磁驱动的真空压铸机定模板结构示意图；以及

图9为本发明电磁驱动的真空压铸机矩形壳示意图结构示意图。

主要附图标记：

压射杆1，动子扇形凸级2，定子铁磁环3，定子绕组4，定子隔磁环5，电热坩埚6，支撑杆7，加料门8，真空泵9，密封圈10，定模11，动模12，动模板13，合模机构连接孔14，顶出缸15，定模板16，压室17，金属液浇筑口18，压射冲头19，隔热板20，圆柱壳21，后盖22，动子套筒23，横浇道24，定模镶块25，动模镶块26，矩形壳27。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

电磁驱动的真空压铸机，如图1和图2所示，其包括驱动组件、定模组件、动模组件、执行组件、密封圈10和矩形壳27。

驱动组件，如图2所示，其包括定子组件和动子组件，定子组件，其包括定子铁磁环3、定子绕组4、定子隔磁环5、隔热板20、圆柱壳21和后盖22。圆柱壳21由相同的两半圆焊接而成，后盖22位于圆柱壳21内部的第一端，隔热板20位于圆柱壳21内部的第二端，定子铁磁环3位于圆柱壳21内部，定子绕组4和定子铁磁环3的铁芯连接，定子隔磁环5均匀分布在圆柱壳21内表面；动子组件，其包括动子扇形凸级2和动子套筒23，动子扇形凸级2均匀分布在动子套筒23的外壁上，动子套筒23位于定子铁磁环3的内部。

定模组件，如图7和图8所示，其包括定模11、定模板16、压室17、金属液浇筑口18、横浇道24和定模镶块25。定模板16的第一端和矩形壳27的第二端连接，定模板16的第二端通过密封圈10和定模11的第一端连接，定模11的第二端设有横浇道24和定模镶块25，定模镶块25位于横浇道24的上端，横浇道24的下端设有流入孔。压室17位于矩形壳27、定模板16和定模11的内部，金属液浇注口18位于压室17第二端的上部，压室17的第一端和横浇道24的流入孔连接。

动模组件，如图4和图5所示，其包括动模12、动模板13、合模机构连接孔14、顶出缸15和动模镶块26。定模11的第二端通过密封圈10和动模12的第一端连接，动模12的第二端通过密封圈10和动模板13的第一端连接，动模12的第一端设有动模镶块26，动模板13的第二端和顶出缸15连接，动模板13第二端的四个顶角分别设有合模机构连接孔14。定模11和动模12的大小相等。

执行组件，如图1所示，其包括压射杆1、电热坩埚6、支撑杆7、真空泵9、加料门8和压射冲头19，压射杆1的第一端和动子套筒23螺纹连接，压射杆1的第二端和压射冲头19连接，压射冲头19位于压室17的第二端；矩形壳27是完全封闭的结构，矩形壳27的第一端和圆柱壳21的第二端连接，加料门8位于矩形壳27的上部，支撑杆7的第一端和电热坩埚6通过转动副相连，电热坩埚6位于加料门8的下端，支撑杆7的第一端位于电热坩埚6的两侧，支撑杆7的第二端和矩形壳27固定连接，真空泵9位于定模板16上端的上表面。

如图3所示，相邻的动子扇形凸级2在径向上间隔120°，相邻的动子扇形凸级2沿动子套筒23的轴向且错开一个动子扇形凸级2厚度的长度分布。

如图4所示，定子隔磁环5和定子铁磁环3间接排列，相邻两个定子隔磁环5之间的间距为一个定子铁磁环3的宽度，定子绕组4以间距60°分布在定子铁磁环3的铁芯上，且在轴向上将五个定子铁磁环3连接在一起，周向相邻的定子绕组4绕向相反，当定子绕组4通电时，动子组件的运动，将会穿过定子铁磁环3形成的管状空间。

定子铁磁环3、定子隔磁环5、动子套筒23、隔热板20、后盖21、压射杆1、压射冲头19、圆柱壳21和压室17的轴线在同一条直线上，定模板16、定模11、动模12、动模板13和密封圈10的轴线在同一条直线上。

如图2所示，定子铁磁环3、定子隔磁环5、后盖22、隔热板20和压室17的孔径小于圆柱壳21外表面的孔径，压室17的内径、压射杆1的直径、压射冲头19的直径和定模11流入孔的孔径相等。

密封圈10的外形为长方形框，密封圈10的外形框小于定模11和动模12的连接面，定模11和动模12的连接面小于定模板16和动模板13的连接面，定模板16、动模板13、定模11和动模10上设有密封圈槽，密封圈槽的宽度小于密封圈10的厚度。

如图8所示，定模板16在与矩形壳27连接的一侧有与矩形壳27相同形状的且有一定深度的配合凹槽，定模板16在与定模11连接的一侧有与所属定模11形状相同且有一定深度的配合凹槽，如图5所示，动模板13在与动模12连接的一侧有与动模12形状相同且有一定深度的配合凹槽。

如图8所示，定模板16由长方形壳和圆筒组成，圆筒的中心处为通孔，圆筒的第一端固定在定模板16长方形壳上，圆筒的第二端伸出定模板16的长方形壳一侧的外部，矩形壳27偏下的位置具有圆柱孔，定模板16的圆筒和矩形壳27的圆柱孔连接。

压室17的流入端和金属液浇注口18连接，压室17的流出端和定模11流入孔的第一端连接，定模11流入孔的第二端和横浇道24的下端连接，横浇道24的上端和定模镶块25连接。

以下结合实施例对本发明一种电磁驱动的真空压铸机做进一步描述：

在利用该设备进行非金合金压铸时，首先，通过右侧合模机构连接孔14连接合模机，带动动模板13、动模12、定模11和定模板16合模，确保抽真空过程中，该真空压铸机密封。由于非金合金的特殊性能，为了减少熔融的非晶合金与空气接触的浪费而得到尽可能纯净的熔融非晶合金，并在每次压铸时放入适量的块体非晶合金。接着，通过加料门8将块体非晶合金放入电热坩埚6中，启动真空泵9对压铸机内部进行抽真空处理，当压铸机内部达到预定真空值时.接着，给电热坩埚6开始通电加热，将电热坩埚6中的非晶合金加热得到熔融的非晶合金液体，这样不仅能得到合格的非金合金液体，也能防止非金合金的浪费。

又由于该装置的动力源由电磁驱动装置的定子组件和动子组件提供，然后，接通三相交流电使定子绕组中产生变化磁场，从一相定子绕组4的定子铁磁环3的铁芯的N极流出，经过气隙进入动子扇形凸极2，然后经过动子扇形凸极2和气隙进入圆周上相邻同一相定子绕组4的铁芯中，经过定子铁磁环3回到初始定子绕组4的铁芯中。该磁通的流通路径与电机轴的运动方向垂直，可以产生电磁推力，动子套筒23推动与其连接的压射杆1运动，由于电磁推力可以精准控制熔融金属进入模具型腔的量，并且电磁驱动装置中定子组件与动子组件之间存在气隙，因而也有一定的缓冲作用，可以减少工作时的震动，更改定子绕组4中线圈电流的大小来调整传递力的大小。因此，压射杆1带动与之连接的压射冲头19运动，来进行压铸运动，从而杜绝空气进入真空室使其正常制备非晶合金。

在电热坩埚6把非晶合金加热得到熔融的非晶合金液体后，通过支撑杆7上的倒汤机构绕着与支撑杆7连接的转动副转动，将熔融的非晶合金液体通过金属液浇注口18倒入压室17。接着，压射冲头19在压射杆1的推力下，将压室17内熔融的非晶合金液体快速推送至定模11的流入孔中，此时熔融的非晶合金受压，从定模11的流入孔进入与之相连的横浇道24，最终被输送到定模镶块25和动模镶块26之间的模具型腔，快速冷却凝固为压铸件，该过程中压射杆1保持持压状态。

动模12和定模11之间的密封圈10、定模11和定模板16之间的密封圈10以及动模12和动模板13之间的密封圈10在熔融的非晶合金压铸的过程中，起到密封的作用，保证压铸件的质量。

接着，在推送熔融的非晶合金完毕后，保持压射冲头19在压室17的末端位置，该过程中压射杆1保持持压状态，压射冲头19具有极快的速度和极大的力，可防止金属溶液在压室17中快速冷却导致与压室17内壁粘连，减少非晶合金的浪费和提高压室的使用寿命。当需要的压铸件压铸完成以后，合模机构连接孔14右侧连接的合模机构运动使得动模板13带动动模12移动，同时动模12与定模11分开进行开模运动，在与动模板13相连的顶出缸15的作用下推出已经压铸好的压铸件，并取出压铸件。

最后，通过真空压铸机右侧的合模机构连接孔14连接的合模机构进行相反的运动，使得动模板13带动动模12向相反的方向移动，直到动模12与定模11合模结束后，停止运动，真空压铸机的模具型腔重新保持真空状态。此时，通过改变电磁驱动装置中定子绕组4中的电流方向，使得铁磁动子回程，与之连接的压射杆1和压射冲头19回程，完成一个压铸循环。

本发明通过电磁驱动的真空压铸机，密闭性能好，可以更好的防止熔融的非晶合金晶化，节约生产原料，减少加工成本；利用电磁驱动装置，能够减少摩擦力和具有缓冲作用，提高设备的使用寿命，还能通过更改电流的大小和方向进而控制电磁推力的大小和方向，从而改变压射杆速度以及压铸力的大小；该发明结构紧凑、体积小，电磁驱动装置和压铸机各部件便于实现模块化，便于替换和维修，可大大降低维护时间，从而提高整体效率。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电磁驱动的真空压铸机，其包括驱动组件、定模组件、动模组件、执行组件、密封圈和矩形壳，其特征在于：

所述驱动组件，其包括定子组件和动子组件，所述定子组件，其包括定子铁磁环、定子绕组、定子隔磁环、隔热板、圆柱壳和后盖，所述圆柱壳由相同的两半圆焊接而成，所述后盖位于所述圆柱壳内部的第一端，所述隔热板位于所述圆柱壳内部的第二端，所述定子铁磁环位于所述圆柱壳内部，所述动子套筒位于所述定子铁磁环的内部，所述定子绕组和所述定子铁磁环的铁芯连接，所述定子隔磁环均匀分布在所述圆柱壳内表面；所述动子组件，其包括动子扇形凸级和动子套筒，所述动子扇形凸级均匀分布在所述动子套筒的外壁上；

所述定模组件，其包括定模、定模板、压室、金属液浇筑口、横浇道和定模镶块，所述定模板的第一端和所述矩形壳的第二端连接，所述定模板的第二端通过密封圈和所述定模的第一端连接，所述定模的第二端设有横浇道和定模镶块，所述定模镶块位于所述横浇道的上端，所述横浇道的下端设有流入孔，所述压室位于所述矩形壳、所述定模板和所述定模的内部，所述金属液浇注口位于所述压室第二端的上部，所述压室的第一端和所述横浇道的流入孔连接；

所述动模组件，其包括动模、动模板、合模机构连接孔、顶出缸和动模镶块，所述定模的第二端通过密封圈和所述动模的第一端连接，所述动模的第二端通过密封圈和所述动模板的第一端连接，所述动模的第一端设有动模镶块，所述动模板的第二端和所述顶出缸连接，所述动模板第二端的四个顶角分别设有合模机构连接孔；以及

所述执行组件，其包括压射杆、电热坩埚、支撑杆、真空泵、加料门和压射冲头，所述压射杆的第一端和所述动子套筒螺纹连接，所述压射杆的第二端和所述压射冲头连接，所述压射冲头位于所述压室的第二端；所述矩形壳是完全封闭的结构，所述矩形壳的第一端和所述圆柱壳的第二端连接，所述加料门位于所述矩形壳的上部，所述支撑杆的第一端和所述电热坩埚通过转动副相连，所述电热坩埚位于所述加料门的下端，所述支撑杆的第一端位于所述电热坩埚的两侧，所述支撑杆的第二端和所述矩形壳固定连接，所述真空泵位于所述定模板上端的上表面。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，相邻的动子扇形凸级在径向上间隔120°，相邻的动子扇形凸级沿动子套筒轴向且错开一个动子扇形凸级厚度的长度分布。

3.根据权利要求1所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述定子隔磁环和所述定子铁磁环间接排列，相邻两个定子隔磁环之间的间距为一个定子铁磁环的宽度，所述定子绕组以间距60°分布在定子铁磁环的铁芯上，且在轴向上将五个定子铁磁环连接在一起，周向相邻的定子绕组绕向相反，当定子绕组通电时，动子组件的运动，将会穿过定子铁磁环形成的管状空间。

4.根据权利要求1所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述定子铁磁环、所述定子隔磁环、所述动子套筒、所述隔热板、所述后盖、所述压射杆、所述压射冲头、所述圆柱壳和所述压室的轴线在同一条直线上，所述定模板、所述定模、所述动模、所述动模板和所述密封圈的轴线在同一条直线上。

5.根据权利要求4所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述定子铁磁环、所述定子隔磁环、所述后盖、所述隔热板和所述压室的孔径小于所述圆柱壳外表面的孔径，所述压室的内径、所述压射杆的直径、所述压射冲头的直径和所述定模流入孔的孔径相等。

6.根据权利要求1所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述密封圈的外形为长方形框，所述密封圈的外形框小于所述定模和所述动模的连接面，所述定模和所述动模的连接面小于所述定模板和所述动模板的连接面，所述定模和所述动模上设有密封圈槽，密封圈槽的宽度小于所述密封圈的厚度。

7.根据权利要求1或者6所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述定模板在与所述矩形壳连接的一侧有与所述矩形壳相同形状的且有一定深度的配合凹槽，所述定模板在与所述定模连接的一侧有与所述定模形状相同且有一定深度的配合凹槽，所述动模板在与所述动模连接的一侧有与所述动模形状相同且有一定深度的配合凹槽。

8.根据权利要求7所述的电磁驱动的真空压铸机，其特征在于，所述定模板由长方形壳和圆筒组成，所述圆筒的中心处为通孔，所述圆筒的第一端固定在所述定模板长方形壳上，所述圆筒的第二端伸出所述定模板长方形壳一侧的外部，所述矩形壳偏下的位置具有圆柱孔，所述圆筒和所述圆柱孔连接。

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