CN111906271A - 用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具及其方法，其包括真空箱体及设置在该真空箱体内的底板、方铁、公模板、公模仁、母模板、母模仁、浇口套、抽芯组件和顶出机构：本发明提供的真空压铸方法的步骤简单，易于实现，合理选用Zr基体系的非晶合金材料进行压铸，具有流动性好，浇注温度低，成形能力强，并且配合将整个模具置于真空环境当中，有效保证压铸过程中非晶合金材料不会被轻易氧化或晶化。本发明提供的真空压铸模具结构合理，所制造的柔轮，具有更好的表面光洁度，尺寸精度，在后续只需要少量的后处理工序即可，大幅度缩短生产周期和降低加工成本，而且还具有更高的屈服强度和疲劳强度，使用寿命长。

Description

用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具及其方法
技术领域
本发明涉及非晶合金柔轮制造技术领域，特别涉及一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具及其方法。
背景技术
谐波减速器由三个基本件组成：柔轮、刚轮及波发生器。柔轮是谐波减速器的核心部件，在谐波减速器中是一个传递动力的关键零件，其内圈与柔性轴承的外圈相配合，一般安装在减速器的输出端。服役过程承受复杂的交变应力和摩擦磨损作用，容易发生疲劳断裂和磨损破坏，所以对其性能要求很高，必须允许所用材料被加工成非常薄的壁以在合理的应力下挠曲，而常规用途的合金钢在制造成柔轮时其加工复杂、寿命低，而废料率更是高达93％-94％，导致制造成本高。
采用新材料制作柔轮以提高柔轮的使用寿命并提高其材料利用率成为亟待解决的问题。非晶合金是具有原子结构无序的一种新型金属材料，具有高强度、大弹性、耐磨以及模量低的特点，同时在玻璃转变温度以上可以进行精密的热塑性成型，具有接近净成形以及成型精度高的特点(可达原子尺度)。因此，非晶合金是可用作谐波减速器柔性齿轮的理想材料。
如公开号为“CN110616387A”，名称为“用于锆基非晶柔轮毛坯的非晶合金及专用铜模和制备方法”的专利披露了一种用于锆基非晶柔轮毛坯的非晶合金及专用铜模和制备方法，将配好的原料熔炼，待块体原料完全熔化后，反复熔炼三次及以上，通过调节吸铸压差和功率的吸铸工艺将熔融材料送入铜模型腔之中，继而得到所需形状和尺寸的非晶合金柔轮铸件。该非晶合金柔轮制备方法材料的利用率高，废料少，但是其压差可调节范围太小，保压时的压力容易不足，冷却铸件时容易产生尺寸变形。
公开号为“CN108942123A”，名称为“一种非晶柔轮及其制备方法”的专利披露了一种非晶柔轮及其制备方法。该方法以非晶合金为成形坯料，采用超塑挤压成型法形成柔轮齿圈部分，再采用超塑性锻造成型法形成柔轮杯底部分，然后将所述齿圈部分和杯底部分放入扩散焊模具中，使得齿圈部分的一侧开口与所述杯底部分的开口端对齐相接，通过焊接将两者固定结合以形成所述非晶柔轮。该方法利用扩散焊接方法来连接柔轮齿圈和杯底部分，工序复杂，且焊接缝区域容易产生晶化，无法保证柔轮质量和性能。
为此，目前急需研发一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法及其模具，能有效保证压铸过程中非晶合金材料不会被轻易氧化或晶化，从而提高柔轮的压铸质量，并且克服传统利用机加工方法去制造柔轮时材料利用率不高的问题，提高材料利用率，降低了传统制造方法制造柔轮的成本。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法。
本发明的目的还在于，提供一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其包括以下步骤：
(1)预备非晶合金柔轮模具：将非晶合金柔轮模具安装在压铸机上，并对所述非晶合金柔轮模具所处的位置区域进行抽真空处理，使该非晶合金柔轮模具处于真空环境下；
(2)预备非晶合金材料：将Zr基体系的非晶合金材料加热至熔融状态，并加入压铸机的料筒中；
(3)压射：压铸机将熔融状态的非晶合金材料压射进非晶合金柔轮模具的非晶合金柔轮成型腔内，待保压冷却后，获得非晶合金柔轮毛坯；
(4)后处理：对非晶合金柔轮毛坯进行后处理，获得用于谐波减速器非晶合金柔轮制品。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(1)中的抽真空处理真空度为0.02～0.06torr。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(1)中还包括对所述非晶合金柔轮模具进行预加热，预加热温度为180～250℃。
作为本发明的一种优选方案，所述非晶合金材料优选为Zr基体系的Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5，此种材料流动性好，浇注温度低，成形能力强。并且具有高强度，高弹性，高耐磨性等优异性能，所制成的柔轮具有更高的屈服强度和疲劳强度。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤(2)中的加热温度为950～1020℃，保压时间3～8s，冷却时间为10～20s。
一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具，其包括真空箱体及设置在该真空箱体内的底板、方铁、公模板、公模仁、母模板、母模仁、浇口套、抽芯组件和顶出机构，所述公模板通过方铁设置在底板上，所述公模仁设置在公模板上，所述母模仁对应所述公模仁的位置设置在母模板上，所述抽芯组件对应母模仁的位置设置在公模板上，所述公模仁和母模仁相贴合后内部形成一个非晶合金柔轮成型腔，所述浇口套设在母模仁上，并通过浇注通道与所述非晶合金柔轮成型腔相连通，通过压射直接将熔融状态的非晶合金材料射进非晶合金柔轮成型腔充填成型，有效减少成型时间，提高效率；所述顶出机构设置在公模板上，并能将所述非晶合金柔轮成型腔内成型的非晶合金柔轮毛坯顶出，所述真空箱体与真空泵相连接，当进行压铸工艺时进行抽真空处理。较佳的，在不使用时也进行抽真空处理从而保护模具，可以减缓模具生锈，延长模具使用寿命。
作为本发明的一种优选方案，所述抽芯组件包括滑块和斜导柱，所述母模仁上设有让所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔内的开口，所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔的端部端面设有成型面，所述斜导柱的上端通过压板定位在母模板上，所述滑块上设有与所述斜导柱相适配的斜导孔，所述斜导柱的下端伸入斜导孔内，且在母模板远离公模板时能推动滑块退出所述开口。所述抽芯组件采用侧向抽芯结构，使非晶合金柔轮产品压铸出来时侧壁完整，得到所需结构形状，而且各个结构零件是单独分开的，可独自加工成型，当个别零件出现磨损时可单独进行更换，不影响整体使用，减少模具制造成本。
作为本发明的一种优选方案，所述公模仁的合模面四个角部设有定位凸台，并在所述母模仁的合模面上设有与所述定位凸台相适配的凹位。通过定位凸台与凹位相配合，能提高合模结构的准确性，避免型腔错位，以得到尺寸精确的非晶合金柔轮毛坯。
作为本发明的一种优选方案，所述顶出机构包括导柱、复位弹簧、针板和顶针，所述针板通过导柱活动设置在公模板和底板之间的位置，所述复位弹簧套设在导柱上，且该复位弹簧的一端顶压在公模板上，另一端顶压在针板上，所述顶针的一端固定在所述针板上，另一端延伸至所述非晶合金柔轮成型腔的底面位置，所述底板上设有能让压铸机的顶出机构伸入并顶压在针板上的直孔。压铸机的顶出机构通过直孔伸入并正对所述针板，需要顶料时，顶出机构工作顶出，进而推动针板使顶针伸入非晶合金柔轮成型腔内将非晶合金柔轮毛坯顶出，实现脱模的目的。
本发明的有益效果为：本发明提供的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法的步骤简单，易于实现，合理选用Zr基体系的非晶合金材料进行压铸，具有流动性好，浇注温度低，成形能力强，并且配合将整个模具置于真空环境当中，有效保证压铸过程中非晶合金材料不会被轻易氧化或晶化，从而提高柔轮的压铸质量，具有更高的屈服强度和疲劳强度，使用寿命长。
本发明提供的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具结构合理，通过真空箱体提高公模板和母模板合模的密封性和避免压铸时非晶合金材料被氧化或晶化，且与传统钢制材料相比，本发明所选的柔轮制作材料为高强度，高弹性，高耐磨性等优异性能的锆基非晶合金，具有更高的屈服强度和疲劳强度，是更为理性的柔轮选材，同时非晶合金柔轮毛坯表面可以复制铸模的微纳尺度精细形貌，其柔轮毛坯的尺寸精度远远高于相应的晶体合金，通过本发明模具制造的柔轮，具有更好的表面光洁度，尺寸精度，在后续只需要少量的后处理工序或不需要加工工序，即可得到产品，大幅度缩短生产周期和降低加工成本，更提高柔轮产品制造的材料利用率和综合力学性能，利于广泛推广。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法的流程示意图。
图2为本发明用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具的结构示意图。
图3为本发明所制得的柔轮实物图。
具体实施方式
实施例：参见图1和图2，本实施例提供的一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其包括以下步骤：
(1)预备非晶合金柔轮模具：所述非晶合金柔轮模具包括真空箱体(图中未视)及设置在该真空箱体内的底板1、方铁2、公模板3、公模仁4、母模板5、母模仁6、浇口套7、抽芯组件8和顶出机构9，所述公模板3通过方铁2设置在底板1上，所述公模仁4设置在公模板3上，所述母模仁6对应所述公模仁4的位置设置在母模板5上，所述抽芯组件8对应母模仁6的位置设置在公模板3上，所述公模仁4和母模仁6相贴合后内部形成一个非晶合金柔轮成型腔，所述浇口套7设在母模仁6上，并通过浇注通道与所述非晶合金柔轮成型腔相连通，通过压射直接将熔融状态的非晶合金材料射进非晶合金柔轮成型腔充填成型，有效减少成型时间，提高效率；所述顶出机构9设置在公模板3上，并能将所述非晶合金柔轮成型腔内成型的非晶合金柔轮毛坯10顶出，所述真空箱体与真空泵相连接，当进行压铸工艺时进行抽真空处理。较佳的，在不使用时也进行抽真空处理从而保护模具，可以减缓模具生锈，延长模具使用寿命。所述抽芯组件8包括滑块81和斜导柱82，所述母模仁6上设有让所述滑块81伸入非晶合金柔轮成型腔内的开口，所述滑块81伸入非晶合金柔轮成型腔的端部端面设有成型面，所述斜导柱82的上端通过压板定位在母模板5上，所述滑块81上设有与所述斜导柱82相适配的斜导孔，所述斜导柱82的下端伸入斜导孔内，且在母模板5远离公模板3时能推动滑块81退出所述开口。所述抽芯组件8采用侧向抽芯结构，使非晶合金柔轮产品压铸出来时侧壁完整，得到所需结构形状，而且各个结构零件是单独分开的，可独自加工成型，当个别零件出现磨损时可单独进行更换，不影响整体使用，减少模具制造成本。所述公模仁4的合模面四个角部设有定位凸台，并在所述母模仁6的合模面上设有与所述定位凸台相适配的凹位。在合模时，通过定位凸台与凹位相配合，能提高合模结构的准确性，避免型腔错位，以得到尺寸精确的非晶合金柔轮毛坯10。所述顶出机构9包括导柱91、复位弹簧92、针板93和顶针94，所述针板93通过导柱91活动设置在公模板3和底板1之间的位置，所述复位弹簧92套设在导柱91上，且该复位弹簧92的一端顶压在公模板3上，另一端顶压在针板93上，所述顶针94的一端固定在所述针板93上，另一端延伸至所述非晶合金柔轮成型腔的底面位置，所述底板1上设有能让压铸机的顶出机构9伸入并顶压在针板93上的直孔。压铸机的顶出机构9通过直孔伸入并正对所述针板93，需要顶料时，顶出机构9工作顶出，进而推动针板93使顶针94伸入非晶合金柔轮成型腔内将非晶合金柔轮毛坯10顶出，实现脱模的目的；具体的，所述针板93包括相叠置的面针板和底针板。将非晶合金柔轮模具安装在压铸机上，并对所述非晶合金柔轮模具所处的位置区域进行抽真空处理，抽真空处理真空度为0.02～0.06torr，优选为0.04torr，使该非晶合金柔轮模具处于真空环境下；
(2)预备非晶合金材料：所述非晶合金材料优选为Zr基体系的Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5(Vit105)，此种Vit105材料流动性好，浇注温度低，成形能力强。并且具有高强度，高弹性，高耐磨性等优异性能，所制成的柔轮具有更高的屈服强度和疲劳强度。控制压铸机对所述非晶合金柔轮模具进行合模，将非晶合金材料加热熔炼至熔融状态，加热温度为950～1020℃，优选为980℃，然后经过倒汤操作将Vit105非晶合金材料浇注到压铸机的料筒中；较佳的，同时对所述非晶合金柔轮模具进行预加热，预加热温度为180～250℃，优选为200℃；
(3)压射：控制压铸机，利用压铸机的高压射杆在压射比50MPa下0.045s的填充时间和5m/s的压射速度射入预先抽了真空度为0.04torr、预热模具温度为200℃的非晶合金柔轮成型腔中，经过3～8s的保压时间和10～20s的冷却时间，其中保压时间5s，冷却时间为15s。
待保压冷却后，打开空气阀平衡所述真空箱体内外大气压，然后进行开模，顶出机构9工作顶出，进而推动针板93使顶针94伸入非晶合金柔轮成型腔内将非晶合金柔轮毛坯10顶出，获得非晶合金柔轮毛坯10；
(4)后处理：取出非晶合金柔轮毛坯10后，可以通过激光切割机或CNC机床等设备对非晶合金柔轮毛坯10进行后处理后，即可获得用于谐波减速器非晶合金柔轮制品11。参见图3，所制得的用于谐波减速器非晶合金柔轮制品11可以复制非晶合金柔轮成型腔壁的微纳尺度精细形貌，表面尺寸精度高，具有更好的表面光洁度，在后续只需要少量的后处理工序即可得到产品，大幅度缩短生产周期和降低加工成本，而且由于整个压铸过程是处于真空环境当中，有效保证压铸过程中非晶合金材料不会被轻易氧化或晶化，从而提高柔轮的压铸质量，具有更高的屈服强度和疲劳强度，使用寿命长。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的步骤而得到的其它方法及模具，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)预备非晶合金柔轮模具：将非晶合金柔轮模具安装在压铸机上，并对所述非晶合金柔轮模具所处的位置区域进行抽真空处理，使该非晶合金柔轮模具处于真空环境下；
(2)预备非晶合金材料：将Zr基体系的非晶合金材料加热至熔融状态，并加入压铸机的料筒中；
(3)压射：压铸机将熔融状态的非晶合金材料压射进非晶合金柔轮模具的非晶合金柔轮成型腔内，待保压冷却后，获得非晶合金柔轮毛坯；
(4)后处理：对非晶合金柔轮毛坯进行后处理，获得用于谐波减速器非晶合金柔轮制品。
2.根据权利要求1所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述步骤(1)中的抽真空处理真空度为0.02～0.06torr。
3.根据权利要求1所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述步骤(1)中还包括对所述非晶合金柔轮模具进行预加热，预加热温度为180～250℃。
4.根据权利要求1所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述非晶合金材料为Zr52.5Cu17.9Ni14.6Al10Ti5。
5.根据权利要求1所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述步骤(2)中的加热温度为950～1020℃，保压时间3～8s，冷却时间为10～20s。
6.根据权利要求1所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述非晶合金柔轮模具包括真空箱体及设置在该真空箱体内的底板、方铁、公模板、公模仁、母模板、母模仁、浇口套、抽芯组件和顶出机构，所述公模板通过方铁设置在底板上，所述公模仁设置在公模板上，所述母模仁对应所述公模仁的位置设置在母模板上，所述抽芯组件对应母模仁的位置设置在公模板上，所述公模仁和母模仁相贴合后内部形成一个非晶合金柔轮成型腔，所述浇口套设在母模仁上，并通过浇注通道与所述非晶合金柔轮成型腔相连通，所述顶出机构设置在公模板上，并能将所述非晶合金柔轮成型腔内成型的非晶合金柔轮毛坯顶出，所述真空箱体与真空泵相连接，当进行压铸工艺时进行抽真空处理；所述抽芯组件包括滑块和斜导柱，所述母模仁上设有让所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔内的开口，所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔的端部端面设有成型面，所述斜导柱的上端通过压板定位在母模板上，所述滑块上设有与所述斜导柱相适配的斜导孔，所述斜导柱的下端伸入斜导孔内，且在母模板远离公模板时能推动滑块退出所述开口；所述公模仁的合模面四个角部设有定位凸台，并在所述母模仁的合模面上设有与所述定位凸台相适配的凹位；所述顶出机构包括导柱、复位弹簧、针板和顶针，所述针板通过导柱活动设置在公模板和底板之间的位置，所述复位弹簧套设在导柱上，且该复位弹簧的一端顶压在公模板上，另一端顶压在针板上，所述顶针的一端固定在所述针板上，另一端延伸至所述非晶合金柔轮成型腔的底面位置，所述底板上设有能让压铸机的顶出机构伸入并顶压在针板上的直孔。
7.一种用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸模具，其特征在于，其包括真空箱体及设置在该真空箱体内的底板、方铁、公模板、公模仁、母模板、母模仁、浇口套、抽芯组件和顶出机构，所述公模板通过方铁设置在底板上，所述公模仁设置在公模板上，所述母模仁对应所述公模仁的位置设置在母模板上，所述抽芯组件对应母模仁的位置设置在公模板上，所述公模仁和母模仁相贴合后内部形成一个非晶合金柔轮成型腔，所述浇口套设在母模仁上，并通过浇注通道与所述非晶合金柔轮成型腔相连通，所述顶出机构设置在公模板上，并能将所述非晶合金柔轮成型腔内成型的非晶合金柔轮毛坯顶出，所述真空箱体与真空泵相连接，当进行压铸工艺时进行抽真空处理。
8.根据权利要求7所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述抽芯组件包括滑块和斜导柱，所述母模仁上设有让所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔内的开口，所述滑块伸入非晶合金柔轮成型腔的端部端面设有成型面，所述斜导柱的上端通过压板定位在母模板上，所述滑块上设有与所述斜导柱相适配的斜导孔，所述斜导柱的下端伸入斜导孔内，且在母模板远离公模板时能推动滑块退出所述开口。
9.根据权利要求7所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述公模仁的合模面四个角部设有定位凸台，并在所述母模仁的合模面上设有与所述定位凸台相适配的凹位。
10.根据权利要求7所述的用于谐波减速器非晶合金柔轮的真空压铸方法，其特征在于，所述顶出机构包括导柱、复位弹簧、针板和顶针，所述针板通过导柱活动设置在公模板和底板之间的位置，所述复位弹簧套设在导柱上，且该复位弹簧的一端顶压在公模板上，另一端顶压在针板上，所述顶针的一端固定在所述针板上，另一端延伸至所述非晶合金柔轮成型腔的底面位置，所述底板上设有能让压铸机的顶出机构伸入并顶压在针板上的直孔。
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