CN112846201A - 可连续熔解金属块材的金属件制程设备及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连续熔解金属块材的金属件制程设备及制造方法，其中，该金属件制程设备包括：一挤型装置，包括：一容置部、一挤压杆及一挤制模具，其中当所述挤压杆使该金属块材从模穴流出而形成至少一挤型件时，该金属块材与挤制模具之间会产生气密；一熔炼装置，包括：一真空腔体，包括一入口，该入口连通于该模穴，用以接收该挤型件，其中该金属块材与挤制模具之间的气密作用会阻断外界空气经由该入口向该真空腔体内扩散；以及一加热单元和一成形装置。本发明的金属件制程设备及制造方法使进料金属块材时不会破坏真空腔体的真空度，如此达成金属块材能够连续进料的有益技术效果。

Description

可连续熔解金属块材的金属件制程设备及制造方法

技术领域

本发明是有关于一种金属件制程设备及制造方法，且特别是有关于一种在真空环境下可连续熔解金属块材的金属件制程设备及制造方法。

背景技术

目前，真空感应熔炼气体雾化(VIGA, Vacuum Induction-melting GasAtomization)设备可用以制造金属粉末。参考图1，已知制造金属粉末的方法如下：先以感应线圈99将位于一熔炉98内的金属材料棒于真空环境下进行感应加热，使该金属材料棒熔化成熔汤91；然后，将该熔汤91倒入一承载坩埚92内；最后，该熔汤91以流动型态通过一熔汤输送导管93并进入一喷嘴95后，被高速惰性气体G冲击雾化后并快速凝固成金属粉末P。然而，在真空感应熔炼气体雾化设备中，必须将金属材料棒批次熔解后，才能进行雾化制粉。

电极感应熔炼气雾化制粉(EIGA, Electrode Induction melting GasAtomization)设备及电浆熔解雾化制程虽可将线材连续送料，但其线材表面质量非常讲究，通常必须经过多次轧延、精抽及盘元，然后才能将线材熔解，以进行雾化制粉。然而，并非所有金属材料均适合压延、精抽及盘元。对于无常温延展性的金属材料，则无法使用盘元连续进料，导致无法连续生产。

中国专利授权公告号CN 207222946U公开一种采用棒材连续进料生产球形粉末的设备，包括主轴、真空腔体、自动夹头、自动抓料装置、原料熔棒、连接导向器、过渡导向器、直线驱动器、直线导向器、加热装置、原料熔棒盘、雾化器；所述主轴装配于真空腔体上端；所述真空腔体包括主工作室、过渡门、置换门、过渡室、置换室，主工作室侧依次设过渡室、过渡门、置换室、置换门，过渡室中设有原料熔棒盘，主轴下端设有自动夹头，在主工作室垂直于原料熔棒盘中心位置的壁上设置自动抓料装置。该专利文献将原料熔棒的上端加工成内螺纹，下端加工成与上端内螺纹匹配的外螺纹。然后一支接一支送入真空腔体，以完成连续送料并连续雾化制粉的方式。虽然该专利文献可采用棒材连续进料并连续雾化制粉，但是必须先将金属材料均匀制备成上下端具有内外螺纹的原料熔棒，如此将增加制程成本。

因此，便有需要提供一种在真空环境下可连续熔解金属块材的金属件制程设备及制造方法，解决前述的问题。

发明内容

本发明的一目的是提供一种在真空环境下可连续熔解金属块材的金属件制程设备，可达成多个金属块材的连续进料。

依据上述的目的，本发明提供一种金属件制程设备，包括：

一挤型装置，包括：一容置部，用以容置一金属块材；一挤压杆，用以伸入所述容置部，并对金属块材进行挤压；以及一挤制模具，包括至少一模穴，所述模穴连通于该容置部，其中当挤压杆使金属块材从模穴流出而形成至少一挤型件时，金属块材与挤制模具之间会产生气密；

一熔炼装置，包括：一真空腔体，其压力低于大气压力，并包括一入口，入口连通于模穴，用以接收挤型件，其中金属块材与挤制模具之间的气密作用会阻断外界空气经由该入口向该真空腔体内扩散；以及一加热单元，设置于真空腔体内，用以将挤型件熔解成一金属熔汤；以及一成形装置，设置于真空腔体内，用以将金属熔汤形成一金属产品。

在一些实施例中，该真空腔体更包括一承载坩埚，其用以容置该挤型件；以及，该加热单元围绕于该承载坩埚，用以将该承载坩埚内的该挤型件熔解成该金属熔汤。

在一些实施例中，该成形装置为一雾化单元，用以将该金属熔汤形成该金属产品，该金属产品为金属粉末。

在一些实施例中，该雾化单元包括一喷嘴出口及一惰性气体，用以在该喷嘴出口的位置将该金属熔汤冲击雾化后而快速凝固成该金属粉末。

在一些实施例中，该成形装置为一成形模具，该金属熔汤浇铸至该成形模具，使该金属熔汤形成该金属产品。

在一些实施例中，该至少一挤型件为单一圆棒或单一圆管。

在一些实施例中，该至少一挤型件为多条棒材或多条线材。

本发明更提供一种金属件制造方法，包括下列步骤：

进行一挤型制程，包括：容置一金属块材；对该金属块材进行挤压；以及提供一挤制模具，包括至少一模穴，其中当一挤压杆使该金属块材从该模穴流出而形成至少一挤型件时，该金属块材与挤制模具之间会产生气密；

进行一熔炼制程，包括：提供一真空腔体，其压力低于大气压力，并包括一入口，该入口连通于该模穴，用以接收该挤型件，其中该金属块材与挤制模具之间的气密作用会阻断外界空气经由该入口向该真空腔体内扩散；以及将该挤型件熔解成一金属熔汤；以及进行一成形制程，将该金属熔汤形成一金属产品。

在一些实施例中，该成形制程为一雾化制程，用以将该金属熔汤形成该金属产品，该金属产品为金属粉末。

在一些实施例中，该成形制程为一浇铸制程，使该金属熔汤形成该金属产品。

由于该金属块材与挤制模具之间的气密作用会阻断外界空气向该真空腔体内扩散，因此进料金属块材时不会破坏真空腔体的真空度，如此才能达成金属块材的连续进料。

附图说明

图1为已知金属粉末制造设备的剖面示意图；

图2为本发明的第一实施例的金属件制程设备的剖面示意图；

图3为本发明的另一实施例的金属件制程设备的剖面示意图；

图4为本发明的第二实施例的金属件制程设备的剖面示意图；

图5为本发明的第三实施例的金属件制程设备的剖面示意图；

图6为本发明的第四实施例的金属件制程设备的剖面示意图。

附图中的符号说明：

1 金属件制程设备；

1’ 金属件制程设备；

101 金属块材；

102 挤型件；

103 金属熔汤；

104 金属产品；

104’ 金属产品；

11 挤型装置；

111 容置部；

112 挤压杆；

113 挤制模具；

1131 模穴；

114 预热单元；

12 熔炼装置；

121 真空腔体；

1211 入口；

1212 承载坩埚；

122 加热单元；

13 成形装置；

13’ 成形装置；

14 雾化单元；

141 喷嘴出口；

142 惰性气体；

15 成形模具；

2 金属件制程设备；

2’ 金属件制程设备；

201 金属块材；

202 挤型件；

203 金属熔汤；

204 金属产品；

204’ 金属产品；

21 挤型装置；

211 容置部；

212 挤压杆；

213 挤制模具；

2131 模穴；

214 预热单元；

22 熔炼装置；

221 真空腔体；

2211 入口；

222 加热单元；

23 成形装置；

23’ 成形装置；

24 雾化单元；

241 喷嘴出口；

242 惰性气体；

25 成形模具；

91 熔汤；

92 承载坩埚；

93 熔汤输送导管；

95 喷嘴；

98 熔炉；

99 感应线圈；

G 惰性气体；

P 金属粉末。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和特点能更明显易懂，配合附图将本发明相关实施例详细说明如下。

图2为本发明的第一实施例的金属件制程设备的剖面示意图。该金属件制程设备1可为一种利用真空感应熔炼气体雾化(VIGA)制程结合挤型制程的设备。该金属件制程设备1包括：一挤型装置11、一熔炼装置12及一成形装置13。该挤型装置11包括：一容置部111、一挤压杆112及一挤制模具113。该容置部111用以容置一金属块材101。在一实施例中，容置部111为盛锭桶。该挤压杆112用以伸入该容置部111，并对该金属块材101进行挤压。金属块材101可为锭材，例如：圆锭或方锭。金属块材101的材质可为镁、铝、铜、锡等的纯金属材质或其合金材质。挤制模具113包括至少一模穴1131，模穴1131连通于该容置部111，其中当挤压杆112使金属块材101从模穴1131流出而形成一挤型件102时，金属块材101与挤制模具113之间会产生气密(air tight seal)。挤型件102可为单一棒材或单一线材。挤制模具113的材质可为模具钢、碳钢、不锈钢等，上述中的模具钢是指可用来制造冷冲模、热锻模或压铸模等模具的钢种。挤型装置11可更包括一预热单元114(例如感应线圈)，用以预热该容置部111内的该金属块材101。

熔炼装置12包括：一真空腔体121及一加热单元122。真空腔体121压力低于大气压力，并包括一入口1211，入口1211连通于该模穴1131，用以接收挤型件102，其中金属块材101与挤制模具113之间的气密作用会阻断外界空气经由入口1211向真空腔体121内扩散。该加热单元122(例如感应线圈)设置于真空腔体121内，用以将挤型件102熔解成一金属熔汤103。真空腔体121更包括一承载坩埚1212，其用以容置挤型件102。加热单元122围绕于承载坩埚1212，用以将承载坩埚1212内的挤型件102熔解成金属熔汤103。

成形装置13设置于真空腔体121内，用以将金属熔汤103形成一金属产品104。成形装置13可为一雾化单元14，用以将金属熔汤103形成金属产品104，金属产品104为金属粉末。雾化单元14包括一喷嘴出口141及一惰性气体142，用以在喷嘴出口141的位置将金属熔汤103冲击雾化后而快速凝固成该金属粉末。

图3为本发明的另一实施例的金属件制程设备的剖面示意图。挤压杆112使金属块材101从模穴1131流出而形成多个挤型件102，多个挤型件102分别为多条棒材或线材。相较于图2所示的单一棒材或单一线材的线径，图3所示的多条棒材或多条线材则具有较小线径，有助于快速熔解，达到连续熔解的目的。

举例，利用本发明的金属件制程设备制造镁合金粉末：

A. 相关参数如下：镁合金成份为AZ91(Mg: 9%, Al: 0.8%, Zn: 1%)、预铸镁合金圆锭(即金属块材101)直径为75mm、挤锭(即金属块材101)预热温度：410℃、挤制模具温度：400℃、盛料桶温度：410℃、挤出线材(即挤型件102)直径：10mm、挤出线材(即挤型件102)数量：5线、挤制压力：80kg/mm²、挤制速度：15mm/min、熔解/保温温度(制粉温度)：750℃、惰性气体导流管内径：5mm、雾化压力：2MPa。

B. 相关制程作法如下：

步骤1：先将真空腔体121抽真空至10-5 torr，并回填氩气至0.9 atm，容置部111回填至1 atm；

步骤2：启动感应线圈(加热单元122)，将承载坩埚1212加热至制粉温度，并熔解承载坩埚1212内已预先放入的50 kg的镁合金；

步骤3：将各挤制条件调整控制至目标参数，放入预铸镁合金圆锭至容置部111，启动挤型装置，挤压杆112将镁合金圆锭挤制成镁合金线材至承载坩埚1212内，然后打开惰性气体导流管，启动雾化惰性气体及鼓风机，开始制备金属粉末；

步骤4：待第一个金属块材(镁合金圆锭)挤制剩10mm厚时，退出挤压杆112，放入第二个金属块材(镁合金圆锭)，继续推入挤压杆112将第二个块材挤制成镁合金线材至承载坩埚内；

步骤5：依步骤4的做法，放入第三个金属块材、第四个金属块材…直至完成连续进料制粉。

由于该金属块材101与挤制模具113之间的气密作用会阻断外界空气向真空腔体121内扩散，因此进料多个金属块材101时不会破坏真空腔体121的真空度，如此才能达成多个金属块材101的连续进料。

本发明具有下列功效：

1. 本发明的金属件制程设备结合挤型制程与VIGA制程，实现真空雾化制程连续进料生产，完成制程去瓶颈化的目标，可大幅提升制粉作业生产效率；

2. 本发明所应用的挤型装置所挤出的线材，可直接进入真空腔体内感应熔解，然后雾化成金属粉末，无需考虑线材本身表面质量及材料本身是否可盘元；

3. 本发明所开发的挤型雾化复合的制粉设备，可依雾化需求，挤制出各种线径的线材或棒材，或中空形薄管，以提升雾化效率；

4. 本发明的金属件制程设备可一次挤制出多条线材或棒材，提升熔解效率。

图4为本发明的第二实施例的金属件制程设备的剖面示意图。金属件制程设备2可为一种利用电极感应熔炼气雾化制粉(EIGA)制程结合挤型制程的设备，或者一种利用电浆熔解雾化制程结合挤型制程的设备。金属件制程设备2包括：一挤型装置21、一熔炼装置22及一成形装置23。挤型装置21包括：一容置部211、一挤压杆212及一挤制模具213。容置部211用以容置一金属块材201。挤压杆212用以伸入容置部211，并对金属块材201进行挤压。金属块材201的材质可为镁、铝、铜、锡、钛等的纯金属材质或其合金材质。挤制模具213包括至少一模穴2131，模穴2131连通于容置部211，其中当挤压杆212使金属块材201从模穴2131流出而形成一挤型件202时，金属块材201与挤制模具213之间会产生气密(air tightseal)。挤型件202可为单一圆棒或单一圆管。挤型装置21可更包括一预热单元214(例如感应线圈)，用以预热容置部211内的该金属块材201。

熔炼装置22包括：一真空腔体221及一加热单元222。真空腔体221压力低于大气压力，并包括一入口2211，入口2211连通于模穴2131，用以接收挤型件202，其中金属块材201与挤制模具213之间的气密作用会阻断外界空气经由入口2211向真空腔体221内扩散。加热单元222(例如感应线圈)设置于真空腔体221内，用以将挤型件202熔解成一金属熔汤203。

在一实施例中，成形装置23设置于真空腔体221内，用以将金属熔汤203形成一金属产品204。成形装置23可为一雾化单元24，用以将金属熔汤203形成金属产品204，金属产品204为金属粉末。雾化单元24包括一喷嘴出口241及一惰性气体242，用以在喷嘴出口241的位置将该金属熔汤203冲击雾化后而快速凝固成金属粉末。

由于金属块材201与挤制模具213之间的气密作用会阻断外界空气向真空腔体221内扩散，因此进料该些金属块材201时不会破坏真空腔体221的真空度，如此才能达成金属块材201的连续进料。

本发明具有下列功效：

1. 本发明的金属件制程设备结合挤型制程与EIGA制程或电浆熔解雾化制程，实现真空雾化制程连续进料生产，完成制程去瓶颈化的目标，可大幅提升制粉作业生产效率；

2. 本发明所应用的挤型装置所挤出的线材或棒材，可直接进入该真空腔体内感应熔解，然后雾化成金属粉末，无需考虑线材本身表面质量及材料本身是否可盘元；

3. 本发明可直接将挤制出的线材熔解雾化成金属粉末，省去线材精度控制的需求，可大幅降低线材制备的成本；

4. 本发明所开发挤型雾化复合的制粉设备，可依雾化需求，挤制出各种线径的线材或棒材，或中空形薄管，以提升雾化效率；

5. 本发明的金属件制程设备结合挤型制程与EIGA制程或电浆熔解雾化制程，可直接使用原块材进行感应熔解惰性气体雾化，降低原料成本。

图5为本发明的第三实施例的金属件制程设备的剖面示意图。该金属件制程设备1’可为一种利用真空感应熔炼气体雾化(VIGA)制程结合真空铸造制程的设备。第三实施例的金属件制程设备1’大体上类似第一实施例的金属件制程设备1，类似的组件标式类似的标号。第三实施例的金属件制程设备1’与第一实施例的金属件制程设备1的差异为：成形装置13’设置于真空腔体121内，用以将该金属熔汤103形成一金属产品104’。成形装置13’可为一成形模具15，金属熔汤103浇铸至该成形模具15，使金属熔汤103形成金属产品104’。

由于金属块材101与挤制模具113之间的气密作用会阻断外界空气向真空腔体121内扩散，因此进料些金属块材101时不会破坏真空腔体121的真空度，如此才能达成金属块材101的连续进料。

本发明具有下列功效：

1. 本发明的金属件制程设备结合挤型制程与真空铸造制程，实现真空铸造制程连续进料生产，完成制程去瓶颈化的目标，可大幅提升铸造作业生产效率；

2. 本发明所应用的挤型装置所挤出的线材，可直接进入该真空腔体内感应熔解，然后浇铸形成该金属产品，无需考虑线材本身表面质量及材料本身是否可盘元；

3. 本发明所开发的挤型浇铸复合的铸造设备，可依铸造需求，挤制出各种线径的线材或棒材，或中空形薄管，以提升浇铸效率；

4. 本发明的金属件制程设备可一次挤制出多条线材或棒材，提升熔解效率。

图6为本发明的第四实施例的金属件制程设备的剖面示意图。金属件制程设备2’可为一种利用电极感应熔炼气雾化制粉(EIGA)制程结合真空铸造的设备，或者一种利用电浆熔解雾化制程结合挤型制程结合真空铸造制程的设备。第四实施例的金属件制程设备2’大体上类似第二实施例的金属件制程设备2，类似的组件标式类似的标号。第四实施例的金属件制程设备2’与第二实施例的金属件制程设备2的差异为：成形装置23’设置于真空腔体221内，用以将金属熔汤203形成一金属产品204’。成形装置23’可为一成形模具25，金属熔汤203浇铸至成形模具25，使金属熔汤203形成金属产品204’。

由于金属块材201与挤制模具213之间的气密作用会阻断外界空气向真空腔体221内扩散，因此进料金属块材201时不会破坏真空腔体221的真空度，如此才能达成金属块材201的连续进料。

本发明具有下列功效：

1. 本发明的金属件制程设备结合挤型制程与真空铸造制程，实现真空铸造制程连续进料生产，完成制程去瓶颈化的目标，可大幅提升铸造作业生产效率；

2. 本发明所应用的挤型装置所挤出的线材或棒材，可直接进入该真空腔体内感应熔解，然后浇铸形成该金属产品，无需考虑线材本身表面质量及材料本身是否可盘元；

3. 本发明可直接将挤制出的线材熔解浇铸成该金属产品，省去线材精度控制的需求，可大幅降低线材制备的成本；

4. 本发明所开发挤型浇铸复合的铸造设备，可依铸造需求，挤制出各种线径的线材或棒材，或中空形薄管，以提升浇铸效率。

另外，本发明提供一种金属件制造方法，包括下列步骤：

进行一挤型制程，包括：容置一金属块材；对所述金属块材进行挤压；以及提供一挤制模具，包括至少一模穴，其中当挤压使该金属块材从所述模穴流出而形成至少一挤型件时，所述金属块材与所述挤制模具之间会产生气密。

进行一熔炼制程，包括：提供一真空腔体，其压力低于大气压力，并包括一入口，所述入口连通于所述模穴，用以接收所述挤型件，其中所述金属块材与所述挤制模具之间的气密作用会阻断外界空气经由所述入口向所述真空腔体内扩散；以及将所述挤型件熔解成一金属熔汤。

进行一成形制程，将所述金属熔汤形成一金属产品。所述成形制程为一雾化制程，用以将所述金属熔汤形成所述金属产品，所述金属产品为金属粉末。所述成形制程为一浇铸制程，使所述金属熔汤形成所述金属产品。

综上所述，乃仅记载本发明为呈现解决问题所采用的技术手段的较佳实施方式或实施例而已，并非用来限定本发明专利实施的范围。即凡与本发明专利申请范围文义相符，或依本发明专利范围所做的均等变化与修饰，皆为本发明专利范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种金属件制程设备，其特征在于，包括：

一挤型装置，包括：

一容置部，用以容置一金属块材；

一挤压杆，用以伸入该容置部，并对该金属块材进行挤压；以及

一挤制模具，包括至少一模穴，该模穴连通于该容置部，其中当该挤压杆使该金属块材从该模穴流出而形成至少一挤型件时，该金属块材与该挤制模具之间会产生气密；

一熔炼装置，包括：

一真空腔体，其压力低于大气压力，并包括一入口，该入口连通于该模穴，用以接收该挤型件；以及

一加热单元，设置于该真空腔体内，用以将该挤型件熔解成一金属熔汤；以及

一成形装置，设置于该真空腔体内，用以将该金属熔汤形成一金属产品。

2.如权利要求1所述的金属件制程设备，其特征在于，该真空腔体更包括一承载坩埚，其用以容置该挤型件；以及，该加热单元围绕于该承载坩埚，用以将该承载坩埚内的该挤型件熔解成该金属熔汤。

3.如权利要求1或2所述的金属件制程设备，其特征在于，该成形装置为一雾化单元，用以将该金属熔汤形成该金属产品，该金属产品为金属粉末。

4.如权利要求3所述的金属件制程设备，其特征在于，该雾化单元包括一喷嘴出口及一惰性气体，用以在该喷嘴出口的位置将该金属熔汤冲击雾化后而快速凝固成该金属粉末。

5.如权利要求1或2所述的金属件制程设备，其特征在于，该成形装置为一成形模具，该金属熔汤浇铸至该成形模具，使该金属熔汤形成该金属产品。

6.如权利要求1所述的金属件制程设备，其特征在于，该至少一挤型件为单一圆棒或单一圆管。

7.如权利要求1项所述的金属件制程设备，其特征在于，该至少一挤型件为多条棒材或多条线材。

8.一种金属件制造方法，其特征在于，包括下列步骤：

进行一挤型制程，包括：

容置一金属块材；

对该金属块材进行挤压；以及

提供一挤制模具，包括至少一模穴，其中当一挤压杆使该金属块材从该模穴流出而形成至少一挤型件时，该金属块材与该挤制模具之间会产生气密；

进行一熔炼制程，包括：

提供一真空腔体，其压力低于大气压力，并包括一入口，该入口连通于该模穴，用以接收该挤型件；以及

将该挤型件熔解成一金属熔汤；以及

进行一成形制程，将该金属熔汤形成一金属产品。

9.如权利要求8所述的金属件制造方法，其特征在于，该成形制程为一雾化制程，用以将该金属熔汤形成该金属产品，该金属产品为金属粉末。

10.如权利要求8所述的金属件制造方法，其特征在于，该成形制程为一浇铸制程，使该金属熔汤形成该金属产品。

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