CN113414367B - 一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统。所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多模腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多模腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行模腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备。本铸造系统使用负压平衡装置对各模腔进行动态负压平衡，简单而有效地实现多个模腔间工况条件参数一致，保证了批量铸件的产品统一并提高了生产效率。

Description

一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统

技术领域

本发明涉及压铸技术领域。具体而言，涉及一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统。

背景技术

在传统压铸制造方法上，模具需要具有多个排气孔，提供型腔内气体排出的通道；其次需要压力较大的压铸机进行压力注射，将金属熔融液注入型腔内填充。然而传统的压铸方法在工件具有细小部位或者复杂轮廓的情况下，还是难以完全合格成型。故此相关压铸领域提出了真空压铸的制造工艺。真空压铸法是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。真空压铸法的工艺特点，可消除或减少压铸件内部的气孔，提高压铸件的机械性能和表面质量，改善镀覆性能；同时大大减少型腔的反压力，可使用较低的比压及铸造性能较差的合金，有可能用小机器压铸较大的铸件。然而真空压铸法目前还制约于多个生产条件，例如对压铸环境的真空度具有一定要求，生产中多个变量例如真空度、温度、保持时间都对铸件的最终质量产生影响；其次，真空铸造的产前准备时间较长，对工况环境和模具设计有相对较高的要求，单件生产的成本较高。如能实现批量化的压铸生产，尤其是对于成型难度较大的铜制件实现批量化的生产，其生产效益将会大大提高。

目前已有若干技术方案提出，目的在于改善真空铸造系统中，包括铸腔、流道以及压射腔内的真空度。例如US2021138536，US2021129213，KR20210038755都提出了相关技术方案用于提高密封度，或者改进真空压铸系统设备；CN110497341(A)，WO2021079971(A1)，CN111561825(A)都提出对真空铸造模具的若干改进，但所提出的方案对相关的使用设备要求都较高，也不能适用于批量化的生产。

发明内容

本发明的目的在于，在基于铜铸件的批量化生产的要求下，发明一种具有动态调整多个型腔真空度的真空压铸模具，以及提出一种用于真空压铸的高温冷却系统技术方案。

本发明采用如下技术方案：

一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统，其特征在于，所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多型腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多型腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行型腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备；

所述压铸模具包括动模以及定模；所述动模与所述定模结合形成整体型腔；所述动模与所述定模之间具有密封结构，用于将所述铸腔与外界密封，所述密封结构包括针对液体密封与气体密封；

所述压铸模具包括主流道；所述主流道连接所述压铸设备；从所述压铸设备压射出的金属熔融液首先进入主流道后，再分流进入多条分支流道，并进一步进入所述两个或以上的型腔；

所述动模上相邻型腔之间具有光滑的第一凹槽；所述定模上相邻型腔之间具有光滑的第二凹槽；所述第一凹槽与第二凹槽在所述动模与所述定模完成组合后，在相邻的所述型腔之间形成连通的通道；进一步的，所述第一凹槽与第二凹槽的接触面的边缘具有密封机构，用于将所述通道在所述接触面之间完全密封；

在所述两个相邻型腔的通道之间放置一个或以上光滑滑块；所述光滑滑块可以在所述通道内沿通道壁自由移动；所述滑块与该滑块所在的通道组成一个所述负压平衡装置；

所述压铸模具包括两个或以上的顶杆机构；所述顶杆机构可以由压铸系统控制顶出与收回，用于将所述通道两端进行封闭，阻止金属熔融液流入所述通道内；

所述压铸模具包括一个真空阀，连接到所述的真空设备；进一步的，所述压铸模具包括多条真空通道，连接到所述真空阀以及所述两个或以上的型腔；当所述真空阀以及所述真空设备开启后，所述真空设备将所述两个或以上的型腔进行抽气并形成真空环境；

一种控制系统包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述控制系统运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行前述任一任务执行方法的步骤。

本发明所取得的有益效果是：

1.本发明模具基于批量化铸造可设计成多个型腔，并且多个型腔可以同时成型和脱模，提高了铸造的生产效率；

2.本发明采用了动态平衡各个型腔真空度的技术方案，可以脱离电子系统的调节，能够快速实时地进行真空度的动态调整；

3.本发明的采用的模具可大部分基于现有模具设计的方案和分析理念，实现成本相对较低；

4.本发明采用的模具和系统可多次重复使用，并且可通过模块化的升级进一步提升本系统的生产能力，相对降低了实现难度，提高了生产效益。

附图说明

从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。

图1为本发明的真空压铸系统布局示意图；

图2为本双型腔真空压铸模具动模-定模分离示意图；

图3为本发明所述负压平衡装置与型腔分布示意图；

图4为本发明实施例3所述测距传感器示意图；

图5为本发明实施例3所述位移-时间曲线示意图；

附图标号说明：100-真空压铸系统；101-动模；102-定模；103-真空设备；104-真空调节阀；105-金属熔融池；106-压铸活塞；201-型腔1；202-型腔2；203-主流道；204-分支流道；205、301-负压平衡装置通道；206、302-负压平衡装置滑块；207-止口；303-测距传感器。

具体实施方式

为了使得本发明的目的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明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用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员而言，在查阅以下详细描述之后，本实施例的其它系统.方法和/或特征将变得显而易见。旨在所有此类附加的系统、方法、特征和优点都包括在本说明书内.包括在本发明的范围内，并且受所附权利要求书的保护。在以下详细描述描述了所公开的实施例的另外的特征，并且这些特征根据以下将详细描述将是显而易见的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位.以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一：

一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统，其特征在于，所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多型腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多型腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行型腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备；

所述压铸模具包括动模以及定模；所述动模与所述定模结合形成整体型腔；所述动模与所述定模之间具有密封结构，用于将所述铸腔与外界密封，所述密封结构包括针对液体密封与气体密封；

所述压铸模具包括主流道；所述主流道连接所述压铸设备；从所述压铸设备压射出的金属熔融液首先进入主流道后，再分流进入多条分支流道，并进一步进入所述两个或以上的型腔；

所述动模上相邻型腔之间具有光滑的第一凹槽；所述定模上相邻型腔之间具有光滑的第二凹槽；所述第一凹槽与第二凹槽在所述动模与所述定模完成组合后，在相邻的所述型腔之间形成连通的通道；进一步的，所述第一凹槽与第二凹槽的接触面的边缘具有密封机构，用于将所述通道在所述接触面之间完全密封；

在所述两个相邻型腔的通道之间放置一个或以上光滑滑块；所述光滑滑块可以在所述通道内沿通道壁自由移动；所述滑块与该滑块所在的通道组成一个所述负压平衡装置；

所述压铸模具包括两个或以上的顶杆机构；所述顶杆机构可以由压铸系统控制顶出与收回，用于将所述通道两端进行封闭，阻止金属熔融液流入所述通道内；

所述压铸模具包括一个真空阀，连接到所述的真空设备；进一步的，所述压铸模具包括多条真空通道，连接到所述真空阀以及所述两个或以上的型腔；当所述真空阀以及所述真空设备开启后，所述真空设备将所述两个或以上的型腔进行抽气并形成真空环境；

如图3，所述通道的所述第一、第二凹槽采用圆球刀进行粗加工与精加工，要求所述凹槽的半径公差等级在F6～E8之间；进一步的，可采用一套止规对同一对所述第一、第二凹槽进行配合测量，确定组合后的通道半径亦在规定公差之内；进一步的，所述第一、第二凹槽的表面可以采用镀铬或镀陶瓷工艺进行表面处理，目的在于所述通道表面具有耐磨耐高温而且光洁度等级在Ra_0.2或以上；进一步的，在所述通道表面涂抹低阻尼润滑油并形成极薄油膜，所述油膜平均厚度约在0.1mm；以上各项工艺要求目的在于使所述通道表面具有超低阻尼特性，以及保证整段直径均匀，以达到使所述滑块能以极顺滑条件在所述通道内部移动；进一步的，所述油膜覆盖所述通道的整周表面，将所述通道与所述滑块之间的微小间隙被完整填充，最终达到了气密封的效果；

当压铸工序开启后，所述真空阀以及所述真空设备开启，所述型腔1或型腔2的内部真空度同时开始提高，即所述型腔内的气压Q₁与Q₂开始下降；根据克拉伯龙方程方程：

pV＝nRT，公式1；

其中p是指理想气体的压强；V为理想气体的体积；n表示气体物质的量；T表示理想气体的热力学温度；R为理想气体常数；由于型腔内的压强p、体积V以及温度T都在熔融液体填充的过程中处于变化过程，而n和R为常数，在某时刻t₁，假设所述型腔内温度的变化率极小，以温度T作为常数，对以上公式1进行微分：

因此，当所述型腔内的气压Q₁与Q₂不相等时，所述负压平衡装置内的滑块会因此进行移动，以改变所述型腔的内体积从而满足公式2；进一步的，各型腔的内部真空度都动态地处于相互平衡的工况，而不需要对真空设备进行额处的控制调整。

实施例二：

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；

一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统，其特征在于，所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多型腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多型腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行型腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备；

所述压铸模具包括动模以及定模；所述动模与所述定模结合形成整体型腔；所述动模与所述定模之间具有密封结构，用于将所述铸腔与外界密封，所述密封结构包括针对液体密封与气体密封；

所述压铸模具包括主流道；所述主流道连接所述压铸设备；从所述压铸设备压射出的金属熔融液首先进入主流道后，再分流进入多条分支流道，并进一步进入所述两个或以上的型腔；

所述动模上相邻型腔之间具有光滑的第一凹槽；所述定模上相邻型腔之间具有光滑的第二凹槽；所述第一凹槽与第二凹槽在所述动模与所述定模完成组合后，在相邻的所述型腔之间形成连通的通道；进一步的，所述第一凹槽与第二凹槽的接触面的边缘具有密封机构，用于将所述通道在所述接触面之间完全密封；

在所述两个相邻型腔的通道之间放置一个或以上光滑滑块；所述光滑滑块可以在所述通道内沿通道壁自由移动；所述滑块与该滑块所在的通道组成一个所述负压平衡装置；

所述压铸模具包括两个或以上的顶杆机构；所述顶杆机构可以由压铸系统控制顶出与收回，用于将所述通道两端进行封闭，阻止金属熔融液流入所述通道内；

所述压铸模具包括一个真空阀，连接到所述的真空设备；进一步的，所述压铸模具包括多条真空通道，连接到所述真空阀以及所述两个或以上的型腔；当所述真空阀以及所述真空设备开启后，所述真空设备将所述两个或以上的型腔进行抽气并形成真空环境；

所述两个或以上型腔在形成负压环境后，在正常工况下的真空度一般为稳定值并呈现一定范围内的上下浮动；然而当某些意外情况发生时，例如所述真空通道被堵塞，所述个别分支流道被堵塞，或者所述真空设备发生瞬时故障时，都可能导致所述个别型腔内的负压差生响变，继而影响个别型腔的压铸成品出现故障；因此在本实施例中，如图3，在所述通道的两端各加工一个止口207；所述止口207可以在所述通道加工过程中在加工到所述通道末端剩余2～3mm时停止加工并留下余量而得到；在所述止口上设置一个或以上的压敏传感器，所述压敏传感器通过信号线连接到所述控制系统；所述信号线穿过所述模具到达外部；所述压敏传感器作为所述滑块碰撞到所述止口时的触发开关，以表达所述滑块在压铸过程中，曾经因为所述通道连接的所述两型腔发生过型腔内真空度特变而有可能导致所述型腔内产品具有制造缺陷，并预警相关质检员进行进一度的质检工作；进一步的，由所述压敏传感器可统计所述滑块碰撞到所述止口的次数，若次数过多并超过安全阀值，相关的设备维护员应当停机进行有关所述真空设备、所述模具、所述压铸设备的相关检查，以确保所有生产条件没有存在异常情况；

进一步的，为防止由于过于敏感的检查结果，可对所述滑块本身的质量m进行若干实验来确定，并根据实验结果，获得气压差σ_Q-滑块质量m的σ_Q-m曲线；根据加速度公式，F＝m·a,其中力F应该为所述通道两端型腔的压强差Δp与所述通道的截面积s的乘积，即F＝Δp·s；因此，在所述滑块质量m较大的情况下，所述滑块对于所述两型腔的压强差Δp的敏感程度会相应降低，有意地改善了所述负压平衡系统敏感度过高的缺点；

所述控制系统的所述处理器和所述存储器建立相应的记录程度和记录数据库，用于记录相关的生产数据以及异常数据集合，为技术人员今后对所述模具进行提升改模，并调整所述压铸设备以及所述真空设备的工作参数来改善所述真空压铸系统的稳定程度；并且尽可能的，对于是否能设计更多型腔的模具来提高生产批量，提供出更多参考数据。

实施例三：

本实施例应当理解为至少包含前述任一一个实施例的全部特征，并在其基础上进一步改进；

一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统，其特征在于，所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多型腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多型腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行型腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备；

所述压铸模具包括动模以及定模；所述动模与所述定模结合形成整体型腔；所述动模与所述定模之间具有密封结构，用于将所述铸腔与外界密封，所述密封结构包括针对液体密封与气体密封；

所述压铸模具包括主流道；所述主流道连接所述压铸设备；从所述压铸设备压射出的金属熔融液首先进入主流道后，再分流进入多条分支流道，并进一步进入所述两个或以上的型腔；

所述动模上相邻型腔之间具有光滑的第一凹槽；所述定模上相邻型腔之间具有光滑的第二凹槽；所述第一凹槽与第二凹槽在所述动模与所述定模完成组合后，在相邻的所述型腔之间形成连通的通道；进一步的，所述第一凹槽与第二凹槽的接触面的边缘具有密封机构，用于将所述通道在所述接触面之间完全密封；

在所述两个相邻型腔的通道之间放置一个或以上光滑滑块；所述光滑滑块可以在所述通道内沿通道壁自由移动；所述滑块与该滑块所在的通道组成一个所述负压平衡装置；

所述压铸模具包括两个或以上的顶杆机构；所述顶杆机构可以由压铸系统控制顶出与收回，用于将所述通道两端进行封闭，阻止金属熔融液流入所述通道内；

所述压铸模具包括一个真空阀，连接到所述的真空设备；进一步的，所述压铸模具包括多条真空通道，连接到所述真空阀以及所述两个或以上的型腔；当所述真空阀以及所述真空设备开启后，所述真空设备将所述两个或以上的型腔进行抽气并形成真空环境；

进一步的，如附图4，在所述通道的止口处，各安装一组或多组的测距传感器；所述测距传感器可以选用红外线测距传感器或者激光测距传感器；所述测距传感器的测距信号正对所述滑块的一个侧面；所述测距传感器通过信号线与所述控制系统连接；所述信号线穿过所述模具而到达模具外部；所述测距传感器测量所述滑块在所述通道内的位移s；优选地，以所述通道的中心点作为坐标原点，通过记录所述滑块的位移坐标a与时间节点t，建立曲线a-t；对于多型腔的铜铸件，对于压射压力、真空度、模具预热温度、保温时间都对最后成品的成型精度、晶格结构构成影响，通过在不同生产参数下，观察对所述一个或以上的型腔a-t曲线的变化，可进一步地优化各项参数的设置来达到更稳定高效的批量化生产；

进一步的，在所述多个型腔的真空通道口设置一个或以上的真空调节阀；所述一个或以上的真空调节阀对应不同的所述型腔作出编号；所述一个或以上的真空调节阀连接到所述控制系统，并可以由所述控制系统控制其中的一个或多个所述真空调节阀的开闭程度；

进一步的，根据采集所述测距传感器的数据，判断所述滑块在所述通道内的位移情况；若所述滑块的位移稳定且位移变化率在阀值内，表明所述滑块测量的两个所述型腔的真空度情况平稳；因此所述控制系统可按预定程度，控制所述一个或以上的真空调节阀进行工作；优选地，可以根据所述的a-t曲线，如附图5，判断所述型腔的压力变化度是否与实验室数据相符，进一步的提前判断所述型腔的压力变化是否符合预设程序的设定，保证在批量生产的情况下，提高总体的产品良率与产品一致程度。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。也就是说上面讨论的方法，系统和设备是示例。各种配置可以适当地省略，替换或添加各种过程或组件。例如，在替代配置中，可以以与所描述的顺序不同的顺序执行方法，和/或可以添加，省略和/或组合各种部件。而且，关于某些配置描述的特征可以以各种其他配置组合，如可以以类似的方式组合配置的不同方面和元素。此外，随着技术发展其中的元素可以更新，即许多元素是示例，并不限制本公开或权利要求的范围。

在说明书中给出了具体细节以提供对包括实现的示例性配置的透彻理解。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实践配置例如，已经示出了众所周知的电路，过程，算法，结构和技术而没有不必要的细节，以避免模糊配置。该描述仅提供示例配置，并且不限制权利要求的范围，适用性或配置。相反，前面对配置的描述将为本领域技术人员提供用于实现所描述的技术的使能描述。在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。

综上，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

Claims (1)

1.一种基于批量生产的铜制件真空铸造系统，其特征在于，所述真空铸造系统包括压铸模具、负压平衡装置、真空设备、压铸设备以及控制系统；所述压铸模具是多型腔真空压铸模具，基于铜制件的批量压铸设计，适用于小型铜制件的批量压铸；所述负压平衡装置具有动态气压平衡机构，用于多型腔间的负压动态调整；所述真空设备用于为所述真空铸造系统提供负压处理并且保持一定的真空度；所述压铸设备用于将熔融金属液体压射入所述模具并进行型腔填充；所述控制系统连接并控制所述真空设备以及所述压铸设备；

所述压铸模具包括动模以及定模；所述动模与所述定模结合形成整体型腔；所述动模与所述定模之间具有密封结构，用于将所述型腔与外界密封，所述密封结构包括针对液体密封与气体密封；

所述动模上相邻型腔之间具有光滑的第一凹槽；所述定模上相邻型腔之间具有光滑的第二凹槽；所述第一凹槽与第二凹槽在所述动模与所述定模完成组合后，在相邻的所述型腔之间形成连通的通道；进一步的，所述第一凹槽与第二凹槽的接触面的边缘具有密封机构，用于将所述通道在所述接触面之间完全密封；

在两个相邻所述型腔的通道之间放置一个或以上光滑滑块；所述光滑滑块可以在所述通道内沿通道壁自由移动；所述滑块与该滑块所在的通道组成一个所述负压平衡装置；

所述压铸模具包括主流道；所述主流道连接所述压铸设备；从所述压铸设备压射出的金属熔融液首先进入主流道后，再分流进入多条分支流道，并进一步进入两个或以上的所述型腔；

所述压铸模具包括两个或以上的顶杆机构；所述顶杆机构由压铸设备控制顶出与收回，用于将所述通道两端进行封闭，阻止金属熔融液流入所述通道内；

所述压铸模具包括一个真空阀，连接到所述的真空设备；进一步的，所述压铸模具包括多条真空通道，连接到所述真空阀以及两个或以上的所述型腔；当所述真空阀以及所述真空设备开启后，所述真空设备将两个或以上的所述型腔进行抽气并形成真空环境。

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