CN114951589B - 一种金属材料挤压成型设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属材料挤压成型设备，其包括，铸造台，包括底座和铸造架，底座内设置有金属液池和冷却液池；模具组件，设置于底座顶部，包括底模、侧模和顶模，所述金属液池通过金属液管连通底模顶部，底模内部设置有第一冷却液腔，第一冷却液腔通过冷却液管连通至冷却液池内，所述侧模内部设置有第二冷却液腔，第二冷却液腔与第一冷却液腔连通；气动组件，包括气泵和输气管，所述输气管连通至金属液池和冷却液池内。本发明通过低压铸造方式铸造金属液体，底模、侧模和顶模三者合围成一个密闭挤压铸造腔，铸造出的金属液体具有更好的致密性，模具设置有冷却液腔，加快高温金属液冷却速率。

Description

一种金属材料挤压成型设备
技术领域
本发明涉及金属挤压铸造技术领域，特别是一种金属材料挤压成型设备。
背景技术
挤压铸造又称液态模锻，它是一种将一定量的液态金属注入模具型腔，然后施加较高的机械压力，使液态或半液态的金属在压力下低速充型、凝固和成形的技术。与其他铸造成形方法相比，挤压铸造技术具有选材范围宽、金属液利用率高(直接挤压铸造可达95％～98％)、铸件组织均匀致密、力学性能优良、表面光洁度和尺寸精度高等优点。
作为铸造生产的主要工艺装备，模具不仅是成型设备，而且也是一台热交换器，模具与金属液体之间热交换关系非常密切，模具温度场的分布和稳定与否，对铸件质量、模具寿命和生产效率等都有着重要的影响，直接关系到铸造生产的生产成本和经济效益。在传统加工工艺中，铸件成型过程中由于各种条件的综合影响，很容易产生气孔、缩孔等一些铸造缺陷。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种金属材料挤压成型设备，其包括，铸造台，包括底座和铸造架，所述铸造架设置于底座顶部，底座内设置有金属液池和冷却液池；模具组件，设置于底座顶部，包括底模、侧模和顶模，所述金属液池通过金属液管连通底模顶部，底模内部设置有第一冷却液腔，第一冷却液腔通过冷却液管连通至冷却液池内，所述侧模内部设置有第二冷却液腔，第二冷却液腔与第一冷却液腔连通；气动组件，包括气泵和输气管，所述输气管连通至金属液池和冷却液池内。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述铸造架顶部设置有第一气动管，第一气动管内设置有第一活塞杆，活塞杆底部设置有第一密封卡塞，第一密封卡塞底部设置有第一弹性件，所述输气管连通至第一气动管。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述第一活塞杆顶部通过连接杆与顶模连接。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述铸造架底部设置有第二气动管，第二气动管内设置有第二活塞杆，第二活塞杆一端与侧模连接，另一端设置有第二密封卡塞，第二密封卡塞连接有第二弹性件，所述输气管连通至第二气动管。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述气动组件还包括压力件，压力件设置于通往底座液池输气管和通往气动管输气管的连接处。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述压力件包括限位板和定位板，限位板中心位置设置有输气孔，定位板通过压缩弹簧连接有压力球，所述压力球与限位板抵接，密封输气孔。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述限位板和压力球设置有两组，其中一对限位板和压力球位于通往底座液池输气管内，另一对限位板和压力球位于通往气动管输气管内，所述定位板位于通往底座液池输气管内，两组压力球通过辅助杆连接。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述压力球外侧设置有环向密封块，环向密封块顶部设置有密封圈。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述侧模底部设置有环形槽，环形槽的高度与所述底模的厚度相同，环形槽内设置有输送管，所述底模侧面设置有输送孔。
作为本发明所述金属材料挤压成型设备的一种优选方案，其中：所述第一弹性件和第二弹性件采用弹簧。
本发明有益效果为：本发明通过挤压铸造方式铸造金属材料，底模、侧模和顶模三者合围成一个密闭挤压铸造腔，通过往金属液池中通入高压气体，使得高温金属液进入模具空腔内，并保持金属液池内的高压环境直至金属液体铸件冷却成型，铸造出的金属件具有更好的致密性；同时在第一冷却液腔和第二冷却液腔内的冷却液的作用下，能够快速换热冷却，从而缩短金属液体冷却成型时间，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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它的附图。其中：
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明内部结构示意图。
图3为本发明图2中A的放大示意图。
图4为本发明第一气动管结构示意图。
图5为本发明第二气动管结构示意图。
图6为本发明压力件第一开启状态示意图。
图7为本发明压力件第二开启状态示意图。
图8为本发明压力球结构示意图。
图9为本发明底模-侧模连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
参照图1和图2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种金属材料挤压成型设备，其包括铸造台100、模具组件200和气动组件300，铸造台100，包括底座101和铸造架102，铸造架102设置于底座101顶部，底座101内设置有金属液池103和冷却液池104；模具组件200，设置于底座101顶部，包括底模201、侧模202和顶模203，金属液池103通过金属液管201a连通底模201顶部，底模201内部设置有第一冷却液腔201b，第一冷却液腔201b通过冷却液管201c连通至冷却液池104内，侧模202内部设置有第二冷却液腔202a，第二冷却液腔202a与第一冷却液腔201b连通；气动组件300，包括气泵301和输气管302，输气管302连通至金属液池103和冷却液池104内，气泵301和输气管302连接处设置有泄气阀。
底模201、侧模202和顶模203三者合围成一个挤压铸造腔，启动气泵301，通过输气管302给金属液池103和冷却液池104输气，增加压力，当金属液池103内压力达到一定程度后，金属液池103内的高温金属液通过金属液管201a流通至底模201、侧模202和顶模203三者合围的挤压铸造腔内；当冷却液池104内的压力达到一定程度后，冷却液池104内的冷却液通过冷却液管201c流通至第一冷却液腔201b和与第一冷却液腔201b连通的第二冷却液腔202a内，挤压铸造腔内的高温金属液在第一冷却液腔201b和第二冷却液腔202a内的冷却液的作用下，能够快速换热冷却，从而缩短金属液体冷却成型时间。
本实施例通过低压铸造方式铸造金属材料，底模201、侧模202和顶模203三者合围成一个密闭挤压铸造腔，通过往金属液池103中通入高压气体，使得高温金属液进入模具空腔内，并保持金属液池103内的高压环境直至金属液体铸件冷却成型，铸造出的金属件具有更好的致密性；同时，底模201和侧模202都具有冷却液腔，通过往冷却液池104内通入高压气体，使得冷却液进入第一冷却液腔201b和与第一冷却液腔201b连通的第二冷却液腔202a内，挤压铸造腔内的高温金属液在第一冷却液腔201b和第二冷却液腔202a内的冷却液的作用下，能够快速换热冷却，从而缩短金属液体冷却成型时间，提高生产效率。
实施例2
参照图1至图9，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：铸造架102顶部设置有第一气动管102a，第一气动管102a内设置有第一活塞杆102a-1，活塞杆102a-1底部设置有第一密封卡塞102a-2，第一密封卡塞102a-2底部设置有第一弹性件102a-3，输气管302连通至第一气动管102a。第一活塞杆102a-1顶部通过连接杆102a-4与顶模203连接。
正常状态下，第一弹性件102a-3连接第一密封卡塞102a-2和第一气动管102a底部，在第一弹性件102a-3的支撑作用下，第一活塞杆102a-1位于第一气动管102a的上半部，当气泵301工作，输气管302向第一气动管102a内输送高压气体，由于第一气动管102a的输气口位于第一密封卡塞102a-2的上方，在高压气体的作用下，第一密封卡塞102a-2在压力作用下克服第一弹性件102a-3的压力沿着第一气动管102a向下位移，带动第一活塞杆102a-1向下运动，从而带动与第一活塞杆102a-1连接的顶模203向着底模201方向运动，进行合模，当铸模完成后，释放第一气动管102a内的高压气体，在第一弹性件102a-3的作用下，顶模203自动脱离底模201。
进一步的，铸造架102底部设置有第二气动管102b，第二气动管102b内设置有第二活塞杆102b-1，第二活塞杆102b-1一端与侧模202连接，另一端设置有第二密封卡塞102b-2，第二密封卡塞102b-2连接有第二弹性件102b-3，输气管302连通至第二气动管102b。
正常状态下，第二弹性件102b-3连接第二密封卡塞102b-2和第二气动管102b内壁，在第二弹性件102b-3的拉力作用下保持稳定状态，当气泵301工作，输气管302向第二气动管102b内输送高压气体，在高压气体的作用下，第二密封卡塞102b-2克服第二弹性件102b-3的拉力沿着第二气动管102b向着底模201方向运动，从而带动第二活塞杆102b-1和侧模202沿着第二气动管102b向着底模201方向运动，进行合模，当铸模完成后，释放第二气动管102b内的高压气体，在第二弹性件102b-3的作用下，侧模202自动脱离底模201。
进一步的，气动组件300还包括压力件303，压力件303设置于通往底座101液池输气管302和通往气动管输气管302的连接处。压力件303用于实现在底模201、侧模202和顶模203三者合围成一个挤压铸造腔前，高压气体不能通过输气管302进入金属液池103和冷却液池104内，防止在三者合围前高温金属液和冷却液即在高压作用下进入顶模203，发生高温金属液和冷却液的泄露。
压力件303包括限位板303a和定位板303b，限位板303a中心位置设置有输气孔303c，定位板303b通过压缩弹簧303d连接有压力球303e，压力球303e与限位板303a抵接，密封输气孔303c。正常状态下，压力球303e抵接限位板303a密封输气孔303c，在压力球303e和限位板303a的作用下，堵塞输气管302输气通道。当气泵301工作，输气管302同时向第一气动管102a、第二气动管102b、金属液池103和冷却液池104内输气，在高压作用下，底模201、侧模202和顶模203三者逐渐合围成一个挤压铸造腔，此时在压力件303作用下，与金属液池103和冷却液池104连通的输气管302仍处于封闭状态，当底模201、侧模202和顶模203三者完全合围成一个挤压铸造腔，气泵301继续输气，输气管302内的压强进一步增大，此时压力球303e在压力作用下克服压缩弹簧303d的压力，输气孔303c打开，高压气体进入金属液池103和冷却液池104内，从而将高温金属液挤压到合围挤压铸造腔内，将冷却液挤压到模具空腔内。
限位板303a和压力球303e设置有两组，其中一对限位板303a和压力球303e位于通往底座101液池输气管302内，另一对限位板303a和压力球303e位于通往气动管输气管302内，所述定位板303b位于通往底座101液池输气管302内，两组压力球303e通过辅助杆303f连接
正常状态下，在压缩弹簧303d的作用下，位于通往底座101液池输气管302内压力球303e和抵接限位板303a密封输气孔303c，位于通往气动管输气管302内限位板303a和压力球303e保持一定距离，限位板303a上的输气孔303c处于开启状态。当气泵301工作给输气管302内输入高压气体，高压气体能够正常通过通往气动管的输气管302内的输气孔303c，向第一气动管102a、第二气动管102b内通入高压气体，底模201、侧模202和顶模203三者逐渐合围成一个完整的挤压铸造腔，而位于通往底座101液池输气管302内的限位板303a和压力球303e在压缩弹簧303d的作用下保持密封状态，输气管302内压强不足以克服压缩弹簧303d的压力开启输气孔303c，高压气体无法进入金属液池103和冷却液池104内。
随着底模201、侧模202和顶模203三者完全合围成一个完整的挤压铸造腔，输气管302内压强逐渐增大，当输气管302内压强足以克服压缩弹簧303d的压力，推动位于通往底座101液池输气管302内的压力球303e朝着定位板303b方向运动，开启位于通往底座101液池输气管302内限位板303a上的输气孔303c，同时，在辅助杆303f的作用下，拉动位于气动管输气管302内压力球303e朝着限位板303a方向运动。最终，位于通往底座101液池输气管302内的限位板303a上的输气孔303c被开启，位于通往气动管输气管302内的限位板303a上的输气孔303c被关闭，即在保证底模201、侧模202和顶模203合围压力情况下，防止气动管内压力值波动，无妨维持底模201、侧模202和顶模203的高压合围，使得高压气体进入金属液池103和冷却液池104内，向合围的挤压铸造模具内通入金属液体和冷却液。
压力球303e外侧设置有环向密封块303e-1，环向密封块303e-1顶部设置有密封圈303e-2，环形密封块303e-1和密封圈303e-2在压缩弹簧303d抵接限位板303a，从而保证压力件303良好的密封性，防止高压气体泄露进入金属液池103和冷却液池104。
通往金属液池103输气管302和通往冷却液池104输气管302的连接处同样设置有压力件303，初始状态下，位于通往金属液池103输气管302内的输气孔303c处于开启状态，位于通往冷却液池104输气管302的输气孔303c处于关闭状态，即当位于通往底座101液池输气管302内的限位板303a上的输气孔303c被开启后，高压气体首先进入金属液池103内，金属液池103内高温金属液体在高压气体的作用下通过金属液管201a流通至底模201、侧模202和顶模203三者合围的挤压铸造腔内，当高温金属液完全布满挤压铸造腔时，输气管302内压力值在气泵301不断输气作用下进一步增大，通往金属液池103输气管302内输气孔303c被关闭，通往冷却液池104输气管302的输气孔303c被开启，冷却液池104内输入高压气体，冷却液池104内的冷却液通过冷却液管201c流通至第一冷却液腔201b和与第一冷却液腔201b连通的第二冷却液腔202a内，对已经布满高温金属液的挤压铸造腔换热降温，加快金属液体冷却成型速率。
需要特别说明的是，设置于通往底座101液池输气管302和通往气动管输气管302的连接处的压力件303，其限位板303a和定位板303b的距离大于设置于通往金属液池103输气管302和通往冷却液池104输气管302连接处的压力件303，其限位板303a和定位板303b的距离。两组压力件303所设限位板303a和定位板303b距离不同，压缩弹簧303d的压缩距离也不同，从而导致两组压力件303克服的压缩弹簧303d压力打开输气管302所需要的压力值也不同。
当高温金属液完全布满挤压铸造腔，此时再向冷却液腔注入冷却液，可以有效防止挤压铸造腔内高温金属液在未布满时提前冷却，造成金属液体产生汽包或者缝隙，影响金属液体成型品质，在缩短金属液体冷却成型时间的同时保证金属液体的致密性。
进一步的，侧模202底部设置有环形槽202b，环形槽202b的高度与底模201的厚度相同，环形槽202b内设置有输送管202c，底模201侧面设置有输送孔201d，当侧模202在第二气动管102b的作用下向底模201靠近时，侧模202底部环形槽202b抵接底模201侧壁，环形槽202b的高度与底模201的厚度相同，保证合围后模具的密封性，同时输送管202c进入输送孔201d内，第一冷却液腔201b和第二冷却液腔202a连通。第一弹性件102a-3和第二弹性件102b-3采用弹簧。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种金属材料挤压成型设备，其特征在于：包括，
铸造台(100)，包括底座(101)和铸造架(102)，所述铸造架(102)设置于底座(101)顶部，底座(101)内设置有金属液池(103)和冷却液池(104)；
模具组件(200)，设置于底座(101)顶部，包括底模(201)、侧模(202)和顶模(203)，所述金属液池(103)通过金属液管(201a)连通底模(201)顶部，底模(201)内部设置有第一冷却液腔(201b)，第一冷却液腔(201b)通过冷却液管(201c)连通至冷却液池(104)内，所述侧模(202)内部设置有第二冷却液腔(202a)，第二冷却液腔(202a)与第一冷却液腔(201b)连通；
气动组件(300)，包括气泵(301)和输气管(302)，所述输气管(302)连通至金属液池(103)和冷却液池(104)内；
所述铸造架(102)顶部设置有第一气动管(102a)，第一气动管(102a)内设置有第一活塞杆(102a-1)，活塞杆(102a-1)底部设置有第一密封卡塞(102a-2)，第一密封卡塞(102a-2)底部设置有第一弹性件(102a-3)，所述输气管(302)连通至第一气动管(102a)；
所述第一活塞杆(102a-1)顶部通过连接杆(102a-4)与顶模(203)连接；
所述第一弹性件(102a-3)连接第一密封卡塞(102a-2)和第一气动管(102a)底部；
当气泵(301)工作，输气管(302)向第一气动管(102a)内输送高压气体，由于第一气动管(102a)的输气口位于第一密封卡塞(102a-2)的上方，在高压气体的作用下，第一密封卡塞(102a-2)在压力作用下克服第一弹性件(102a-3)的压力沿着第一气动管(102a)向下位移，带动第一活塞杆(102a-1)向下运动，从而带动与第一活塞杆(102a-1)连接的顶模(203)向着底模(201)方向运动；
所述铸造架(102)底部设置有第二气动管(102b)，第二气动管(102b)内设置有第二活塞杆(102b-1)，第二活塞杆(102b-1)一端与侧模(202)连接，另一端设置有第二密封卡塞(102b-2)，第二密封卡塞(102b-2)连接有第二弹性件(102b-3)，所述输气管(302)连通至第二气动管(102b)；
第二弹性件(102b-3)连接第二密封卡塞(102b-2)和第二气动管(102b)内壁；
输气管(302)向第二气动管(102b)内输送高压气体，在高压气体的作用下，第二密封卡塞(102b-2)克服第二弹性件(102b-3)的拉力沿着第二气动管(102b)向着底模(201)方向运动，从而带动第二活塞杆(102b-1)和侧模(202)沿着第二气动管(102b)向着底模(201)方向运动；
所述气动组件(300)还包括压力件(303)，压力件(303)设置于通往底座(101)液池输气管(302)和通往气动管输气管(302)的连接处；
所述压力件(303)包括限位板(303a)和定位板(303b)，限位板(303a)中心位置设置有输气孔(303c)，定位板(303b)通过压缩弹簧(303d)连接有压力球(303e)，所述压力球(303e)与限位板(303a)抵接，密封输气孔(303c)；
所述限位板(303a)和压力球(303e)设置有两组，其中一对限位板(303a)和压力球(303e)位于通往底座(101)液池输气管(302)内，另一对限位板(303a)和压力球(303e)位于通往气动管输气管(302)内，所述定位板(303b)位于通往底座(101)液池输气管(302)内，两组压力球(303e)通过辅助杆(303f)连接；
正常状态下，在压缩弹簧(303d)的作用下，位于通往底座(101)液池输气管(302)内压力球(303e)和抵接限位板(303a)密封输气孔(303c)，位于通往气动管输气管(302)内限位板(303a)和压力球(303e)保持一定距离，限位板(303a)上的输气孔(303c)处于开启状态；当气泵(301)工作给输气管(302)内输入高压气体，高压气体能够正常通过通往气动管的输气管(302)内的输气孔(303c)，向第一气动管(102a)、第二气动管(102b)内通入高压气体，底模(201)、侧模(202)和顶模(203)三者逐渐合围成一个完整的挤压铸造腔，而位于通往底座(101)液池输气管(302)内的限位板(303a)和压力球(303e)在压缩弹簧(303d)的作用下保持密封状态；
随着底模(201)、侧模(202)和顶模(203)三者完全合围成一个完整的挤压铸造腔，输气管(302)内压强逐渐增大，当输气管(302)内压强足以克服压缩弹簧(303d)的压力，推动位于通往底座(101)液池输气管(302)内的压力球(303e)朝着定位板(303b)方向运动，开启位于通往底座(101)液池输气管(302)内限位板(303a)上的输气孔(303c)，同时，在辅助杆(303f)的作用下，拉动位于气动管输气管(302)内压力球(303e)朝着限位板303a方向运动；最终，位于通往底座(101)液池输气管(302)内的限位板(303a)上的输气孔(303c)被开启，位于通往气动管输气管(302)内的限位板(303a)上的输气孔(303c)被关闭；
位于通往金属液池(103)输气管(302)内的输气孔(303c)处于开启状态，位于通往冷却液池(104)输气管(302)的输气孔(303c)处于关闭状态；
当高温金属液完全布满挤压铸造腔时，输气管(302)内压力值在气泵(301)不断输气作用下进一步增大，通往金属液池(103)输气管(302)内输气孔(303c)被关闭，通往冷却液池(104)输气管(302)的输气孔(303c)被开启；
通往底座(101)液池输气管(302)和通往气动管输气管(302)的连接处的压力件(303)，其限位板(303a)和定位板(303b)的距离大于设置于通往金属液池(103)输气管(302)和通往冷却液池(104)输气管(302)连接处的压力件(303)，其限位板(303a)和定位板(303b)的距离。
2.如权利要求1所述的金属材料挤压成型设备，其特征在于：所述压力球(303e)外侧设置有环向密封块(303e-1)，环向密封块(303e-1)顶部设置有密封圈(303e-2)。
3.如权利要求2所述的金属材料挤压成型设备，其特征在于：所述侧模(202)底部设置有环形槽(202b)，环形槽(202b)的高度与所述底模(201)的厚度相同，环形槽(202b)内设置有输送管(202c)，所述底模(201)侧面设置有输送孔(201d)。
4.如权利要求3所述的金属材料挤压成型设备，其特征在于：所述第一弹性件(102a-3)和第二弹性件(102b-3)采用弹簧。
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