CN112123856B - 一种非晶合金热压工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于非晶合金热塑性成形技术领域，尤其涉及一种非晶合金热压工艺。非晶合金热压工艺包括以下步骤：准备成形结构、载料结构以及抽真空结构。成形结构包括具有加热室的成形炉体、具有过渡腔的待料壳体、两端分别连通加热室和过渡腔的输料管道以及设置于输料管道上的真空控制阀。载料结构包括载料臂和载料驱动机构，待料壳体开设有连通过渡腔的载料孔。抽真空，利用抽真空结构抽离加热室和过渡腔内的气体；取送料，载料臂通过输料管道将非晶合金输送至加热室，或将非晶合金从加热室传回过渡腔。本发明可以提高非晶合金的热塑成型效率，降低节拍，提高安全性。

Description

一种非晶合金热压工艺

技术领域

本发明属于非晶合金成形技术领域，尤其涉及一种非晶合金热压工艺。

背景技术

非晶合金具有优异的力学性能，抗多种介质腐蚀，软磁、硬磁以及独特的膨胀特性等物理性能。非晶合金在其玻璃转变温度附近具有良好的加工性能，所以常常需要将非晶合金加热到过冷液相区，并进行热塑成型，以获得所需的结构。

但是，目前在非晶合金在热塑成型工艺中，特别是进行连续性和重复性生产制造时，非晶合金通常是从常温加热至其过冷液相区，待热塑成型加工后，再冷却至常温，因为温度高的非晶合金容易与空气发生氧化。单次加工完成后，加工好的非晶合金需随成形炉体一并冷却，从而导致其加热时间长，在这个冷却过程中非晶合金也容易发生性变；而且在进行多个非晶合金的热塑成型时，每一次热塑成型都需要将成形炉体的加热室重新抽真空，导致工作节拍长，效率低。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种非晶合金热压工艺，旨在解决如何降低非晶合金的生产节拍，提高生产效率和安全性的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种非晶合金热压工艺，用于对非晶合金进行热塑成形，所述非晶合金热压工艺包括如下步骤：

准备成形结构、载料结构以及抽真空结构；所述成形结构包括具有加热室的成形炉体、具有过渡腔的待料壳体、两端分别连通所述加热室和所述过渡腔的输料管道以及设置于所述输料管道上的真空控制阀；所述载料结构包括载料臂和载料驱动机构，所述待料壳体开设有连通所述过渡腔的载料孔，所述载料臂的一端位于所述过渡腔并供所述非晶合金承载，所述载料臂的另一端密封且滑动穿设所述载料孔，所述载料驱动机构连接所述载料臂的另一端；

抽真空，使用所述抽真空结构将所述加热室和所述过渡腔内的气体进行抽离，使所述加热室和所述过渡腔的真空度达到预定值；

取送料，将所述真空控制阀切换至开启状态，使所述输料管道连通所述加热室和所述过渡腔；通过所述载料驱动机构驱动所述载料臂滑动，使载料臂通过所述输料管道而将所述非晶合金输送至所述加热室，或将所述非晶合金从所述加热室传回所述过渡腔。

在一个实施例中，所述成形结构还包括隔热机构，所述隔热机构包括设置于所述加热室内的隔热屏和连接所述成形炉体的隔热驱动器，所述隔热驱动器驱动所述隔热屏密封所述输料管道的管口，以阻隔热量通过所述输料管道进入所述过渡腔。

在一个实施例中，所述成形结构还包括模具机构，所述模具机构包括设置于所述加热室内的上压头、位于所述上压头下方且相对所述上压头滑动设置的下压头、连接所述成形炉体且用于驱动所述下压头相对所述上压头上下移动的成形驱动机构以及可拆卸地设置于所述下压头上的成形模具，所述成形模具具有供所述非晶合金放置的成形腔，所述下压头朝所述上压头移动并压紧所述成形模具以使所述非晶合金塑性成型。

在一个实施例中，所述载料臂包括臂本体以及设置于所述臂本体一端的夹持爪，所述臂本体的另一端穿设所述载料孔并连接所述载料驱动机构，所述夹持爪位于所述过渡腔且用于可拆卸地夹持所述成形模具。

在一个实施例中，所述夹持爪开设有夹持槽，所述成形模具的一端夹持于所述夹持槽；所述夹持槽的两侧槽壁均凸设有定位块，所述成形模具对应各所述定位块的位置均开设有与所述定位块适配的定位槽。

在一个实施例中，准备用于冷却所述成形模具的冷却结构，所述冷却结构包括竖直设置且开设有下冷却流道的下冷却柱，将所述下冷却柱的一端设置于所述过渡腔，所述下冷却柱具有供所述成形模具放置的冷却端面，将所述下冷却柱的另一端设置于所述过渡腔外且连接外部的冷却水源。

在一个实施例中，所述下冷却柱与所述待料壳体滑动且密封连接，所述冷却结构还包括用于驱动所述下冷却柱上下滑动的冷却驱动机构以及与所述下冷却柱正对设置的上冷却柱，所述上冷却柱开设有上冷却流道。

在一个实施例中，所述待料壳体开设有连通所述过渡腔的出料口，准备落料槽，所述落料槽的一端对接所述出料口，所述落料槽的另一端相邻所述冷却端面设置。

在一个实施例中，所述待料壳体还开设有进料口，所述待料壳体上还设有用于密封所述出料口的出料阀门以及密封所述进料口的进料阀门。

在一个实施例中，所述成形炉体包括具有所述加热室的炉本体和设置于所述加热室内的加热机构。

本申请的有益效果在于：通过将非晶合金送入已经完成加热的加热室内，可实现非晶合金的快速升温，通过过渡腔并将过渡腔的真空度抽到预定值，在非晶合金完成热塑成型后，开启真空控制阀并通过载料臂将加工好的非晶合金传回至过渡腔，且同时关闭真空控制阀，使加热室保持预定真空度且非晶合金在过渡腔内冷却，从而使加工好的非晶合金无需随成形炉体一并冷却，冷却效率高，实现快速降温。而且成形炉体的热量得到保留，节省能耗，在下一次热塑成形过程中，加热室内的温度能在短时间内就升温至预定温度，从而进一步提高非晶合金的热塑成型效率，且通过在温度较低的过渡腔内取放非晶合金，安全性高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的非晶合金热压工艺的流程图；

图2为本申请实施例提供的模压成形设备的立体结构示意图；

图3是图2的非晶合金热压工艺的局部剖视示意图；

图4是图1的一个实施例中成形模具与夹持爪的配合示意图；

图5是图1的另一实施例中成形模具与夹持爪的配合示意图。

其中，图中各附图标记：

100、模压成形设备；10、成形结构；11、成形炉体；12、待料壳体；20、载料结构；21、载料驱动机构；22、载料臂；30、模具机构；31、上压头；32、成形模具；33、下压头；34、成形驱动机构；14、红外测温仪；111、加热室；17、压力传感器；16、隔热机构；161、隔热驱动器；14、真空控制阀；13、输料管道；121、过渡腔；122、进料阀门；123、出料阀门；124、落料槽；125、接料箱；40、冷却结构；41、下冷却柱；411、下冷却流道；42、上冷却柱；421、上冷却流道；221、臂本体；222、夹持爪；321、非晶合金；225、定位槽；224、定位块；223、夹持槽；50、抽真空结构；

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1及图4，本申请实施例提供了一种非晶合金热压工艺，其用于对非晶合金321进行热塑成形。本申请实施例还提供了一种模压成形设备100，其用于实施非晶合金热压工艺，以对非晶合金进行热塑成形。

非晶合金热压工艺包括如下步骤：

S1：准备成形结构10、载料结构20和抽真空结构50。成形结构10包括具有加热室111的成形炉体11、具有过渡腔121的待料壳体12、两端分别连通加热室111和过渡腔121的输料管道13以及设置于输料管道13上的真空控制阀14。可选地，加热室111于预定的真空度下将非晶合金加热至其过冷液相区。载料结构20包括载料臂22和载料驱动机构21，待料壳体12开设有连通过渡腔121的载料孔，载料臂22的一端位于过渡腔121并供非晶合金321承载，载料臂22的另一端密封且滑动穿设载料孔。可选地，输料管道13和载料臂22分别位于待料壳体12的两端。载料驱动机构21连接载料臂22的另一端，载料驱动机构21用于驱动载料臂22往复滑动，从而实现将非晶合金321从过渡腔121输送至加热室111，或将非晶合金321从加热室111传回至过渡腔121；

S2：抽真空，使用抽真空结构50抽离加热室111和/或过渡腔121内的气体。可选地，抽真空结构50包括机械泵和分子泵，先用机械泵将加热室111和/或过渡腔121的真空度抽到低于1*Pa，再使用分子泵将加热室111和/或过渡腔121的真空度抽到低于5*Pa。

S3：取送料，真空控制阀14具有开启状态和关闭状态，将真空控制阀14切换至开启状态，使输料管道13连通加热室111和过渡腔121，再使载料驱动机构21驱动载料臂22滑动，以使载料臂22通过输料管道13而将非晶合金321输送至加热室111，或将非晶合金321从加热室111传回过渡腔121。

S4：将真空控制阀14切换至关闭状态，加热室111和过渡腔121之间密封隔绝，即热量和空气不能于加热室111和过渡腔121之间流通。

请参阅图1及图3，通过设置过渡腔121并将过渡腔121的真空度抽到预定值，在非晶合金321完成热塑成型后，开启真空控制阀14并通过载料臂22将加工好的非晶合金321传回至过渡腔121，且同时关闭真空控制阀14，使加热室111保持预定真空度且非晶合金321在过渡腔121内冷却，从而使加工好的非晶合金321无需随成形炉体11一并冷却，冷却效率高。而且成形炉体11的热量得到保留，在下一次热塑成形过程中，加热室111内的温度在短时间内就可以升温至预定温度，从而进一步提高非晶合金321的热塑成型效率，降低节拍。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，加热室111的容积大于过渡腔121的容积，从而在下一次的热塑成型中，只需抽离过渡腔121内小量的气体，使过渡腔121内的真空度不低于加热室111内的真空度，再打开真空控制阀14，并通过载料臂22将待加工的非晶合金321传送至加热室111，最终提高了生产效率。

在一个实施例中，过渡腔121内设置有待料区，可以提前将待热塑成形的非晶合金321放置在待料区，并同时将过渡腔121的真空度抽至预定值。在前一个非晶合金321热塑成形完成后，将其传回至过渡腔121，并接着将待料区的非晶合金321输送至加热室111，继续进行非晶合金321的热塑成形，进而实现连续生产。

请参阅图2及图4，在一个实施例中，成形结构10还包括隔热机构16，隔热机构16包括设置于加热室111内的隔热屏和连接成形炉体11的隔热驱动器161，隔热驱动器161驱动隔热屏密封输料管道13的管口，以阻隔热量进入输料管道13。可选地，在真空控制阀14处于开启状态时，隔热驱动器161驱动隔热屏打开输料管道13的管口；在真空控制阀14处于关闭状态时，隔热驱动器161驱动隔热屏密封输料管道13的管口。可选地，隔热屏可以由钼和不锈钢制成。

请参阅图3和图4，在一个实施例中，成形结构10还包括模具机构30，模具机构30包括设置于加热室111内的上压头31、位于上压头31下方且相对上压头31滑动设置的下压头33、连接成形炉体11且用于驱动下压头33相对上压头31上下移动的成形驱动机构34以及可拆卸地设置于下压头33上的成形模具32，成形模具32具有供非晶合金321放置的成形腔，下压头33朝上压头31移动并压紧成形模具32，以成型非晶合金。可选地，成形炉体11开设有成形孔，下压头33的一端滑动且密封穿设成形孔，以连接成型驱动机构，可选地，成型驱动机构可以为伺服电机。

其中，步骤S3包括以下步骤：

S31：将待模压成形的非晶合金321装载于模具机构30，并使模具机构30位于载料臂22的一端；

S32：真空控制阀14切换至开启状态，载料臂22将模具机构30从过渡腔121传送至下压头33，并载料臂22退回过渡腔121；

S33：真空控制阀14切换至关闭状态，加热室111升温至预定温度，上压头31和下压头33配合，以使模具机构30对非晶合金321进行热压成形；

S34：真空控制阀14切换至开启状态，载料臂22将模具机构30从加热室111传回至过渡腔121。

可选地，成形驱动机构34用于驱动下压头33的驱动力范围为100~30000N,下压头33的行程范围0~50mm，下压头33的移动速率范围0.01~2mm/s。可选地，下压头33以100N的驱动力，将成形模具32预压在上压头31和下压头33之间。可选地，非晶合金热压工艺的步骤中还包括准备连接成形炉体11的红外测温仪14，红外测温仪14通过测温窗口，直接检测成形模具32内非晶合金321的实时温度，当温度到达非晶合金321的过冷液相区温度转换点Tg时，成形驱动机构34驱动下压头33移动，以对成形模具32增压和热塑成形。可选地，测温窗口由真空玻璃制成。红外测温仪14通过非接触式直接检测非晶合金321的温度，有利于提高成形质量、自动送料和出料、以及实现连续生产。

请参阅图1及图3，可选地，非晶合金热压工艺还包括设置上压头31的拉压力传感器17，拉压力传感器17实时监测上压头31所受到的驱动力，并将监测结果反馈给成形驱动机构34，以使成形驱动机构34调整驱动力，形成闭环控制系统，精确控制压力，其中，压力传感器17的最大量程为50000N。

在一个实施例中，载料臂22包括臂本体221以及设置于臂本体221一端的夹持爪222，臂本体221的另一端穿设载料孔并连接载料驱动机构21，夹持爪222位于过渡腔121且用于可拆卸地夹持成形模具32。通过夹持爪222夹持成形模具32，可以将成形模具32从过渡腔121移送至下压头33，或将成形模具32从下压头33传回过渡腔121。可选地，载料驱动机构21包括伺服电机，载料臂22朝下压头33水平移动的速率范围为2~100mm/s，载料臂22的行程范围为：0~650mm，载料臂22退回过渡腔121的速率为100mm/s。

请参阅图4和图5，在一个实施例中，夹持爪222开设有夹持槽223，成形模具32的一端夹持于夹持槽223；夹持槽223的两侧槽壁均凸设有定位块224，成形模具32对应各定位块224的位置均开设有与定位块224适配的定位槽225。通过定位槽225和定位块224的配合，可以提高成形模具32在输送过程中的稳定性。可选地，在成形模具32移动搬运到下压头33后，成形驱动机构34驱动下压头33上升预定距离，从而使定位槽225和定位块224脱离配合，进而使成形模具32完全释放至下压头33。

在一个实施例中，非晶合金热压工艺的步骤中还包括准备用于冷却成形模具32的冷却结构40，冷却结构40包括竖直设置且开设有下冷却流道411的下冷却柱41，下冷却柱41的一端位于过渡腔121且具有供成形模具32放置的冷却端面，下冷却柱41的另一端位于过渡腔121外且连接外部的冷却水源。可选地，在非晶合金321完成热塑成形后，载料臂22将成形模具32搬运至下冷却柱41朝上设置的冷却端面，通过下冷却流道411内的冷却水对成形模具32进行冷却，提高了成形模具32的冷却效率。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，下冷却柱41与待料壳体12滑动和密封连接，冷却结构40还包括用于驱动下冷却柱41上下滑动的冷却驱动机构以及与下冷却柱41正对设置的上冷却柱42，上冷却柱42开设有上冷却流道421。冷却驱动机构驱动下冷却柱41朝上移动，使成形模具32的两端分别抵接上冷却柱42和下冷却柱41，从而进一步提高成形模具32的冷却效率。上冷却柱42内设置有有热电偶，在热电偶监测到，已冷却到预定的温度后，即停止冷却。

请参阅图1及图3，可选地，还可以向过渡腔121内释放惰性气体，从而进一步提高成形模具32的冷却效率。待料壳体12上设置有真空电磁角阀，真空电磁角阀用于监测过渡腔121内的气压，在过渡腔121内的气压与大气压平衡后，便完成成形模具32的气体冷却。

可选地，下冷却流道411和上冷却流道421内通入温度为300K的循环冷却水，以将成形模具32的温度冷却到425K以下。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，待料壳体12开设有连通过渡腔121的出料口，非晶合金热压工艺的步骤中还包括准备落料槽124，落料槽124的一端对接出料口，落料槽124的另一端相邻冷却端面设置。可选地，非晶合金热压工艺的步骤中还包括准备装载有冷却液的接料箱125，接料箱125位于出料口的下方，在成形模具32搬运至冷却端面后，冷却驱动机构驱动下冷却柱41上升预定距离，使定位槽225和定位块224脱离配合，载料驱动机构21驱动载料臂22回缩，然后冷却驱动机构再驱动下冷却柱41下降预定距离，使载料臂22在载料驱动机构21的驱动下，将成形模具32推入落料槽124，使成形模具32于出料口处落入下方的接料箱125。

在一个实施例中，待料壳体12还开设有进料口，待料壳体12上还设有用于密封出料口的出料阀门123以及密封进料口的进料阀门122。通过进料口可以将装载有待加工非晶合金321的成形模具32放置在载料臂22。

请参阅图1及图3，在一个实施例中，成形炉体11包括具有加热室111的炉本体和设置于加热室111内的加热机构，加热机构用于加热成形模具32。可选地，加热机构包括钽加热器，钽加热器设置有多个，各钽加热器绕下压头33圆周布置，加热机构的加热温度范围为373~1500K，加热速率2~30K/min。

可选地，非晶合金热压工艺还包括人机界面，人机界面连接待料壳体12且可以360°旋转。

可选地，在非晶合金热压工艺中，还包括准备控制结构，控制结构为PLC控制系统，且用于控制成形结构10、载料结构20和抽真空结构50。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种非晶合金热压工艺，用于对非晶合金进行热塑成形，其特征在于，所述非晶合金热压工艺包括以下步骤：

准备成形结构、载料结构以及抽真空结构；所述成形结构包括具有加热室的成形炉体、具有过渡腔的待料壳体、两端分别连通所述加热室和所述过渡腔的输料管道以及设置于所述输料管道上的真空控制阀；所述载料结构包括载料臂和载料驱动机构，所述待料壳体开设有连通所述过渡腔的载料孔，所述载料臂的一端位于所述过渡腔并供所述非晶合金承载，所述载料臂的另一端密封且滑动穿设所述载料孔，所述载料驱动机构连接所述载料臂的另一端；

抽真空，使用所述抽真空结构将所述加热室和所述过渡腔内的气体进行抽离，使所述加热室和所述过渡腔的真空度达到预定值；

取送料，将所述真空控制阀切换至开启状态，使所述输料管道连通所述加热室和所述过渡腔；通过所述载料驱动机构驱动所述载料臂滑动，使载料臂通过所述输料管道而将所述非晶合金输送至所述加热室，或将所述非晶合金从所述加热室传回所述过渡腔，以使加工完的所述非晶合金位于所述过渡腔内，且使所述加热室的热量得以保留，降低所述非晶合金的热塑成型的节拍；

所述过渡腔内设置有待料区，将待热塑成形的所述非晶合金放置在所述待料区，并同时将所述过渡腔的真空度抽至预定值；在前一个所述非晶合金热塑成形完成后，将其传回至所述过渡腔，并将所述待料区的所述非晶合金输送至所述加热室，以使所述非晶合金实现连续生产；

所述成形结构还包括模具机构，所述模具机构包括设置于所述加热室内的上压头、位于所述上压头下方且相对所述上压头滑动设置的下压头、连接所述成形炉体且用于驱动所述下压头相对所述上压头上下移动的成形驱动机构以及可拆卸地设置于所述下压头上的成形模具，所述成形模具具有供所述非晶合金放置的成形腔，所述载料臂移动所述成形模具至所述下压头，所述成形驱动机构驱动所述下压头上升预定距离，以使所述成形模具释放至所述下压头；所述下压头朝所述上压头移动并压紧所述成形模具以使所述非晶合金塑性成型。

2.如权利要求1所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述成形结构还包括隔热机构，所述隔热机构包括设置于所述加热室内的隔热屏和连接所述成形炉体的隔热驱动器，所述隔热驱动器驱动所述隔热屏密封所述输料管道的管口，以阻隔热量通过所述输料管道进入所述过渡腔。

3.如权利要求1所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述载料臂包括臂本体以及设置于所述臂本体一端的夹持爪，所述臂本体的另一端穿设所述载料孔并连接所述载料驱动机构，所述夹持爪位于所述过渡腔且用于可拆卸地夹持所述成形模具。

4.如权利要求3所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述夹持爪开设有夹持槽，所述成形模具的一端夹持于所述夹持槽；所述夹持槽的两侧槽壁均凸设有定位块，所述成形模具对应各所述定位块的位置均开设有与所述定位块适配的定位槽。

5.如权利要求1-4任意一项所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：准备用于冷却所述成形模具的冷却结构，所述冷却结构包括竖直设置且开设有下冷却流道的下冷却柱，将所述下冷却柱的一端设置于所述过渡腔，所述下冷却柱具有供所述成形模具放置的冷却端面，将所述下冷却柱的另一端设置于所述过渡腔外且连接外部的冷却水源。

6.如权利要求5所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述下冷却柱与所述待料壳体滑动且密封连接，所述冷却结构还包括用于驱动所述下冷却柱上下滑动的冷却驱动机构以及与所述下冷却柱正对设置的上冷却柱，所述上冷却柱开设有上冷却流道。

7.如权利要求5所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述待料壳体开设有连通所述过渡腔的出料口，准备落料槽，所述落料槽的一端对接所述出料口，所述落料槽的另一端相邻所述冷却端面设置。

8.如权利要求7所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述待料壳体还开设有进料口，所述待料壳体上还设有用于密封所述出料口的出料阀门以及密封所述进料口的进料阀门。

9.如权利要求1-4任意一项所述的非晶合金热压工艺，其特征在于：所述成形炉体包括具有所述加热室的炉本体和设置于所述加热室内的加热机构。

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