CN117300627B - 一种金属一体化加工装置、方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属一体化加工装置、方法及设备，属于金属加工技术领域，该装置包括第一锻造模和第二锻造模；第一锻造模和/或第二锻造模上设有冷却组件和加热组件；第一锻造模和第二锻造模具有以下使用状态：第一状态下，第一锻造模和第二锻造模能够合模，以将二者之间的液态金属铸造成形；第二状态下，通过第一锻造模和第二锻造模对铸造成形的工件进行锻造；第三状态下，在第一锻造模和第二锻造模合模状态时，通过冷却组件对锻造后的工件冷却，以进行淬火处理或固熔处理；第四状态下，在第一锻造模和第二锻造模合模状态时，通过加热组件将淬火或固熔后的工件在退火温度下保温。本发明有利于缩短生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，具体涉及一种金属一体化加工装置、方法及设备。
背景技术
随着材料成形技术的进步，一体化压力铸造成形、一体化液态模锻成形得到了长足发展，如某乘用车车底一体化成形的工业应用；乘用车车底部件的热处理，按照传统工艺重新进入加热炉、升温、保温、退火；压力铸造和热处理是分开进行的。
某公司开发了一体化锻造铝合金装甲车车体技术，已经批量生产，铝合金车体与钢车体同等抗击能力下，车体重量下降50%；铝合金车体的热处理，按照传统工艺重新进入加热炉、升温、保温、淬火（固熔）、退火；锻造成形与热处理也是分开进行的。现存的某尺寸为69 mm 乘以169 mm的铸造、锻造一体化成形零部件，严格划分铸造、锻压、热处理，生产周期拉长、余热基本散失在空气中，使得车间环境温度过高，不利于劳动保护。
如何进一步提高金属加工的一体化工艺，以进一步提高金属一体化产品的强度、缩短生产周期，是本领域亟待解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属一体化加工装置、方法及设备，以解决现有技术中的不足，它能够实现铝合金、镁合金及钛合金等金属材料的一体化加工，从铸造、锻造到热处理的整个加工过程均在锻造模具内进行，既能够缩短加工周期，又能够减少加工过程中所消耗的能量。通过这种一体化加工，能够最大程度地避免热处理过程中产生的变形，使工件成品的形状与设计形状一致。通过本发明提出的一体化加工方式，能够在同等强度下，大幅度降低工件的重量，有利于轻量化设计。
本发明提供了一种金属一体化加工装置，其中：包括第一锻造模和第二锻造模；所述第一锻造模和所述第二锻造模有相适配的形状；
所述第一锻造模和/或所述第二锻造模上设有冷却组件和加热组件；
所述第一锻造模和所述第二锻造模有以下使用状态：
第一状态下，所述第一锻造模和所述第二锻造模能够合模，以将二者之间的液态金属铸造成形；
第二状态下，通过所述第一锻造模和所述第二锻造模对铸造成形的工件进行锻造；
第三状态下，在所述第一锻造模和所述第二锻造模合模时，通过所述冷却组件对锻造后的工件冷却，以进行淬火处理或固熔处理；
第四状态下，在所述第一锻造模和所述第二锻造模合模时，通过所述加热组件将淬火或固熔后的工件在退火温度下保温。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述第一锻造模和所述第二锻造模用于在加工过程中，依次经过所述第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，以在所述第一锻造模和所述第二锻造模之间，依次进行加压铸造、锻造和热处理。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述冷却组件包括高压进液口、出液口和冷却液道；
所述高压进液口和所述出液口分别设置在所述冷却液道的两端，所述高压进液口与外部高压冷却液源连通。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述冷却液道弯曲穿设于所述第一锻造模和/或所述第二锻造模内。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述加热组件为电阻加热棒，所述电阻加热棒与电源电连接，用于给所述第一锻造模和/或所述第二锻造模加热或保温，以实现对于工件的加热或保温。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述第一锻造模和/或所述第二锻造模内还设有温度传感器，所述温度传感器用于测量所述第一锻造模和/或所述第二锻造模的温度；在铸造成形后，当所述温度传感器检测的温度达到第一温度后，进行锻造；
所述温度传感器还用于在第三状态下测量所述第一锻造模和/或所述第二锻造模的温度；以控制冷却组件对所述第一锻造模和/或所述第二锻造模快速冷却，直到所述温度传感器检测到的温度不大于第二温度；
所述温度传感器还用于在第四状态下，测量所述第一锻造模和/或所述第二锻造模的温度，以控制所述冷却组件和/或所述加热组件，直到所述温度传感器的检测结果保持在第三温度的时长达到设定时长。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：所述第二锻造模上还设有顶出器，所述顶出器用于在经过所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态和所述第四状态后，将工件顶出，以实现工件与所述第二锻造模脱模。
如上所述的金属一体化加工装置，其中，可选的是：还包括导向块；
所述导向块设置于所述第一锻造模的侧面，且所述导向块与所述第一锻造模之间滑动连接，且所述第一锻造模与所述导向块之间的滑动方向与所述第一锻造模靠近或远离所述第二锻造模的方向一致。
本发明还提出了一种金属一体化加工方法，其中：包括使用所述的金属一体化加工装置依次进行的步骤，
S1，向第二锻造模中注入液态金属，合模后冷却，将第一锻造模与所述第二锻造模之间的液态金属铸造成形；
S2，将铸造成形的工件冷却或加热到第一温度，在第一温度下进行锻造；
S3，在第一锻造模与第二锻造模合模状态下，将通过冷却组件将锻造后的工件快速冷却到第二温度；
S4，在第一锻造模与第二锻造模合模状态下，将工件的温度调节到第三温度，并保持设定时长。
本发明还提出了一种金属一体化设备，其中：包括压力机和多个如上述任一项所述的金属一体化加工装置；
所述压力机能够与所述第一锻造模连接，所述压力机用于在所述第一状态和所述第二状态下，驱动所述第一锻造模向所述第二锻造模靠近或远离；
在所述第三状态与所述第四状态下，所述第一锻造模能够与所述压力机脱离，并从所述压力机上移开。
与现有技术相比，本发明通过在第一锻造模和第二锻造模内依次进行铸造、锻造、淬火或固熔，以及退火处理。能够使金属材料，尤其是铝合金、镁合金及钛合金等金属材料，实现铸造、锻造、淬火或固熔，以及退火处理等多个工艺的连续处理，有利于缩短生产周期。
与现有技术相比由于整个过程均在第一锻造模和第二锻造模内进行，且不需要在相邻工艺之间将工件完全冷却后再重新加热，即，能够减少整个生产过程中的加热次数，因而能够减少整个生产过程中的能量消耗，有利于降低生产成本。
与现有技术相比，本发明将铸造、锻造、淬火或固熔，以及退火处理依次在第一锻造模和第二锻造模内进行，尤其是淬火、固熔和退火处理过程均在第一锻造模与第二锻造模合模的情况下进行的，因此，能够防止热处理过程及退火处理过程中发生变形，有利于保证产品与设计形状一致。
与现有技术相比，通过这种一体化生产工艺，物料转移、存储以及生产中所用的设备数量及种类减少，有利于降低生产成本和周期。具体地，在各个生产过程中，能够减少铸造、锻造所用的设备，能够减少淬火、固熔、退火等热处理过程中所用到的设备数量和种类。同时，减少半成品占用厂房，能够有利于降低生产成本。另一方面，还能够减少生产和质量检查人员，从而进一步降低生产成本。
与现有技术相比，通过本发明提出的一体化生产，由于减少工件数量，减少了多个工件之间焊接点的数量，能够提高强度。在同等强度下，能够大幅减轻重量，有利于轻量化设计，是大型铝合金、镁合金及钛合金等结构件轻量化的较佳生产工艺。
附图说明
图1是本发明整体结构的示意图；
图2是本发明提出的第二锻造模的俯视图；
图3是本发明提出的金属一体化加工方法步骤流程图。
附图标记说明：
1-第一锻造模，2-第二锻造模，3-冷却组件，4-加热组件，5-工件，6-温度传感器，7-导向块；21-顶出器；31-高压进液口，32-出液口，33-冷却液道；
41-电阻加热棒。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
针对背景技术中的问题，本申请提出了以下实施例。
实施例1
请参照图1和图2，本实施例提出了一种金属一体化加工装置，其中：包括第一锻造模1和第二锻造模2；所述第一锻造模1和所述第二锻造模2具有相适配的形状。由于锻造模所能承受的压力大于铸造模，第一锻造模1和第二锻造模2均为锻造模，能够同时满足铸造要求和锻造要求。以保证铸造、锻造、热处理过程均在第一锻造模1和第二锻造模2之间完成。
所述第一锻造模1和/或所述第二锻造模2上设有冷却组件3和加热组件4；通过设置冷却组件3和加热组件4，能够对第一锻造模1和/或第二锻造模2冷却或加热，以使第一锻造模1和第二锻造模2能够快速调节到需要的温度或者保持在设定的温度，以便于在第一锻造模1和第二锻造模2内完成铸造、锻造和热处理。
在具体实施时，所述冷却组件3可以是设置在第一锻造模1内或设置在第二锻造模2内。较佳地，第一锻造模1上设有所述冷却组件3，第二锻造模2上也设有所述冷却组件3，使得第一锻造模1和所述第二锻造模2均能够被冷却组件3冷却，相比于只在第一锻造模1上或只在第二锻造模2上设置冷却组件，同时在第一锻造模1上和第二锻造模2上设置冷却组件3，能够有效提高冷却效率。
在具体实施时，所述加热组件4可以是设置在第一锻造模1上或设置在第二锻造模2上。较佳地，第一锻造模1设有所述加热组件4，第二锻造模2上也设有所述加热组件4，使得第一锻造模1和所述第二锻造模2均能够被加热组件4加热，相比于只在第一锻造模1上或只在第二锻造模2上设置加热组件，同时在第一锻造模1上和第二锻造模2上设置加热组件4，能够有效提高对工件的加热效率。
具体地，在本实施例中，所述第一锻造模1和所述第二锻造模2具有以下使用状态：
第一状态下，所述第一锻造模1和所述第二锻造模2能够合模，以将二者之间的液态金属铸造成形。在此状态下，所述第一锻造模1与所述第二锻造模2作为铸造模使用。具体地，可以通过第一锻造模1和所述第二锻造模2实现压力铸造。在此状态下，先将第一锻造模1与第二锻造模2分开，将液态金属注入第二锻造模2，即，所述第二锻造模2作为下模使用。然后将第一锻造模1与第二锻造模2合模并施加压力铸造载荷，实现工件的铸造。在具体实施时，可以通过冷却组件3进行冷却，以实现快速冷却，有利于减少铸造的时间。
第二状态下，通过所述第一锻造模1和所述第二锻造模2对铸造成形的工件5进行锻造。在实施时，进入第二状态，需要使工件5满足锻造的条件，即，工件5的温度达到第一温度，具体为工件温度达到该金属或合金所需要的最佳锻造温度。在实际使用时，通常为在第一状态结束后，根据第一状态结束时的温度与第一温度的大小关系，通过冷却或加热将工件的温度调节到最佳锻造温度（即，第一温度）后，开始进行锻造。所述第一温度并非一定是一个固定的值，也可以是一个温度范围。在实际应用时，通过控制冷却组件3和加热组件4，能够使工件5的温度快速达到第一温度，同时，在锻造过程中，通过冷却组件3和加热组件4，使工件5的温度处于最佳锻造温度，在第一锻造模1与第二锻造模2的作用下，使工件5产生塑性变形。
第三状态下，在所述第一锻造模1和所述第二锻造模2合模时，通过所述冷却组件3对锻造后的工件5进行冷却，以进行淬火处理或固熔处理。在此状态下，冷却组件3的作用在于快速冷却工件5，以达到淬火或固熔处理的效果。第一锻造模1和所述第二锻造模2的作用还在于，限制约束工件5。将淬火或固熔处理在第一锻造模1和第二锻造模2约束的前提下实现，能够使热处理时的变形最小化，如此生产出的工件5，在制造过程中产生的变形较小，能够与设计形状保持一致。
第四状态下，在所述第一锻造模1和所述第二锻造模2合模时，通过所述加热组件4将热处理后的工件5在退火温度下保温。在具体实施时，加热组件4的作用在于，对于工件5进行保温，使其温度保持在退火温度下。在具体实施时，退火温度可以是一个特定的温度值，也可以是一个温度范围。通过将工件5在退火温度下保持一定时间，来达到退火的目的。通过在第一锻造模1和第二锻造模2约束的条件下进行退火处理，能够实现退火变形的最小化，使制造误差最小。设置第四状态的另一目的是，消除铸造、锻造和淬火过程中形成的残余应力和形状应力集中及组织状态的应力集中，在满足轻量化、高强度的前提下，使一体化成形工件5的机械性能更稳定、疲劳寿命更长。
在具体使用时，以上四个状态依次进行，即，先在第一状态下进行加压铸造，在第二状态下进行锻造，在第三状态和第四状态下分别进行热处理。由于以上第一状态和第二状态需要加压，应当在相应的加压设备上进行，如，可以是液压机。第三状态和第四状态是不需要向第一锻造模1加压的（此处所指的加压，是指通过加压设备向第一锻造模1施加压力），而且是制造过程中所需时间较长的步骤，因此，在实际应用时，可以将本加工装置与加压设备设置成可拆卸连接。在完成加压铸造和锻造后，可以将本加工装置从加压设备上拆卸下来。以提高加压设备的有效利用率。
所述第一锻造模1和所述第二锻造模2用于在加工过程中，依次经过所述第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，以在所述第一锻造模1和所述第二锻造模2之间，依次进行加压铸造、锻造和热处理。由于以上过程均是在第一锻造模1和第二锻造模2中进行的，能够使金属材料，尤其是铝合金、镁合金及钛合金等金属材料，实现铸造、锻造、淬火、固熔和退火处理多个工艺的连续处理，有利于缩短生产周期。由于整个过程均在第一锻造模和第二锻造模内进行，且不需要在相邻工艺之间将工件完全冷却后再重新加热，因而能够减少整个生产过程中的能量消耗。本发明将铸造、锻造、淬火、固熔和退火处理依次在第一锻造模和第二锻造模内进行，尤其是淬火、固熔和退火处理过程均在第一锻造模与第二锻造模合模的情况下进行的，因此，能够防止淬火、固熔过程及退火处理过程中发生变形，有利于保证产品与设计形状一致。通过这种一体化生产，在整个生产过程中，对于产品生产过程中的物料转移、存储以及生产中所用的设备数量及种类减少，有利于降低生产成本和周期。通过本发明提出的一化生产，由于减少工件数量，减少了多个工件之间焊接点的数量，能够提高强度。在同等强度下，能够大幅减轻重量，有利于轻量化设计。
在具体实施时，为了达到快速冷却的效果，尤其是在第三状态的淬火过程，需要对工件进行快速冷却。为了能够实现快速冷却的效果，所述冷却组件3包括高压进液口31、出液口32和冷却液道33；所述高压进液口31和所述出液口32分别设置在所述冷却液道33的两端，所述高压进液口31与外部高压冷却液源连通。在需要快速冷却时，通过高压进液口31向冷却液道33中充入冷却液，具体实施时，冷却液可以是水、可以是合适作为冷却液的油类物质，还可以是混合溶液。在具体实施时，为了保证冷却效果，所述冷却液道33弯曲穿设于所述第一锻造模1和/或所述第二锻造模2内；冷却液道33可以呈回字形布置，也可以是呈连续的几字形布置，总之，在截面积相同的情况下，冷却液道33在第一锻造模1和第二锻造模2内的长度越大，接触面也越大，冷却效果也越好。通过增大进口处的冷却液压力，能够提高冷却液的流速，使单位时间内通过冷却液道33内的冷却液增加，因而能够提高冷却效果。以满足淬火对于冷却效果的要求。在具体实施时，为了保证冷却液的冷却效果，高压进液口31处的冷却液压力应当不小于50bar，较佳地，可以选择50到120bar。在实际应用中，与高压进液口31相连的高压冷却液源的压力可以是55bar、60bar、65bar、70bar、75bar、80bar、85bar、90bar、95bar、100bar、105bar、110bar、115bar等，其中，较佳地，以高压冷却液源的压力为80bar为佳。
在具体实施时，所述出液口32处连接有排液调节阀，所述排液调节阀用于控制冷却水在模具里驻留时间，从而使冷却速度可以调。在实际应用时，可以通过控制进液口处的冷却液压力和排液调节阀的开度，共同调节冷却组件3的冷却效果。
在一些应用场景中，为了达到对工件快速降温的目的进入高压进液口31的冷却液可以是低温冷却液。
请参照图1和图2，所述加热组件4为电阻加热棒41，所述电阻加热棒41与电源电连接，用于给所述第一锻造模1和/或所述第二锻造模2加热或保温，以实现对于工件5的加热或保温。在具体实施时，加热组件4可以是多个，多个所述加热组件在所述第一锻造模1和所述第二锻造模2内均匀分布。以尽可能保证对于工件5均匀加热。
在具体实施时，判断是否进行锻造、热处理等，以及对于工件5的冷却及加热过程都要以工件5的温度为参照。因此，需要实时或每间隔一定时间获取工件5的温度，具体地，为了获取工件5的温度，所述第一锻造模1和/或所述第二锻造模2内还设有温度传感器6，所述温度传感器6用于测量所述第一锻造模1、所述第二锻造模2和/或所述工件5的温度。
所述温度传感器6的作用主要在于：在铸造成形后，当所述温度传感器6检测的温度达到第一温度后，进行锻造。具体实施时，不同的合金材料对应的第一温度不同，如，某牌号的铝合金的第一温度为680℃到720℃，在具体实施时，可以选择685℃、690℃、695℃、700℃、705℃、710℃、715℃等，当然，第一温度也可以是680℃到720℃之间的任意一个温度范围，如690℃到710℃；某牌号的镁合金的第一温度为700℃到770℃，在具体实施时，可以选择705℃、710℃、715℃、720℃、725℃、730℃、735℃、740℃、745℃、750℃、755℃、760℃、765℃等，当然，该牌号的镁合金的第一温度也可以设置为700℃到770℃之间的任意一个温度范围，如，720℃到750℃等；某牌号的钛合金第一温度为1600℃到1900℃，在具体实施时，可以选择1620℃、1640℃、1660℃、1680℃、1700℃、1720℃、1740℃、1760℃、1780℃、1800℃、1820℃、1840℃、1860℃、1880℃等，当然，该牌号的镁合金的第一温度也可以设置为1600℃到1900℃之间的任意一个温度范围，如，1700℃到1800℃等。
所述温度传感器6还用于在第三状态下测量所述第一锻造模1、所述第二锻造模2和/或所述工件5的温度；以控制冷却组件3对第一锻造模1和/或所述第二锻造模2快速冷却，直到所述温度传感器6检测到的温度不大于第二温度。第二温度为淬火或固熔结束时的温度。在具体实施时，不同的合金材料对应的第二温度不同，如，某牌号的铝合金的第二温度为450℃到470℃，在具体实施时，可以选择455℃、460℃、465℃等，当然，该牌号的第二温度也可以是450℃到470℃之间的任意一个温度范围，如458℃到462℃；某牌号的镁合金的第二温度为270℃到435℃，在具体实施时，可以选择275℃、280℃、285℃、290℃、295℃、300℃、305℃、310℃、315℃、320℃、325℃、330℃、335℃、340℃、345℃、350℃、355℃、360℃、365℃、370℃、375℃、380℃、385℃、390℃、395℃、400℃、405℃、410℃、415℃、420℃、425℃、430℃等，当然，该牌号的镁合金的第二温度也可以设置为270℃到435℃之间的任意一个温度范围，如，290℃到415℃等；某牌号的钛合金第二温度为700℃到1000℃，在具体实施时，可以选择710℃、720℃、730℃、740℃、750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃、830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃、900℃、910℃、920℃、930℃、940℃、950℃、960℃、970℃、980℃、990℃等，当然，该牌号的镁合金的第二温度也可以设置为700℃到1000℃之间的任意一个温度范围，如，700℃到900℃等。
在具体实施时，即，温度传感器6可以是测温电偶，通过测温电偶直接测量工件5的温度，具体测量时，可以每间隔一段时间，通过测温电偶测量工件5的温度。
所述温度传感器6还用于在第四状态下，测量所述第一锻造模1、所述第二锻造模2和/或所述工件5的温度，以控制冷却组件3和/或所述加热组件4，直到所述温度传感器6的检测结果保持在第三温度的时长达到设定时长。第三温度为退火温度。在具体实施时，对于不同的合金材料对应的第三温度不同，且保温时间也不同。例如，某牌号铝合金的第三温度为280℃到290℃，例如，可以是282℃、284℃、286℃、288℃等，对应的设定时长可以是2到4个小时；在具体实施时，该牌号铝合金可以是在285℃保温3个小时。某牌号的镁合金的第三温度为345℃到355℃，例如，可以是347℃、349℃、351℃、353℃等，其对应的设定时长可以是3.5到4.5小时，在具体实施时，该牌号镁合金可以是在350℃保温4个小时。某牌号钛合金的第三温度为540℃到560℃，例如，可以是542℃、544℃、546℃、548℃、550℃、552℃、554℃、556℃、558℃等，其对应的设定时长可以是4到6个小时，在具体实施时，该牌号的钛合金可以是在550℃下保温5个小时。
为了便于工件脱模，所述第二锻造模2上还设有顶出器21，所述顶出器21用于在经过所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态和所述第四状态后，将工件5顶出，以实现工件与所述第二锻造模2脱模。
在具体实施时，为了保证第一锻造模1与第二锻造模2能够准确合模，还包括导向块7；所述导向块7设置于所述第一锻造模1的侧面，且所述导向块7与所述第一锻造模1之间滑动连接，且所述第一锻造模1与所述导向块7之间的滑动方向与所述第一锻造模1靠近或远离所述第二锻造模2的方向一致。
在具体实施时，为了保证冷却效果，第一锻造模1上和第二锻造模2上均设置有两个冷却组件3。以第二锻造模2为例，第二锻造模2上设有两个冷却组件3，即，第二锻造模2上设有两个高压进液口31，两个出液口32和两个冷却液道33。在具体布置上，在第二锻造模2相对的两端面上，每端分别设置成各设置一个高压进液口31和一个出液口32，且该两个端面中，每个端面上的高压进液口31通过一个所述冷却液道33与另一端面上的出液口32连通。如此设置，在冷却时，第二锻造模2上的两个冷却液道33内的冷却液流向相反，能够使第二锻造模2的两端冷却速度基本持平，避免冷却过程中两端的温差过大，有利于整体快速降温。
实施例2
请参照图3，本实施例是针对实施例1提出的一种金属一体化加工方法，其中，包括以下均于实施例1所述的金属一体化加工装置中依次进行的步骤，
S1，向第二锻造模2中注入液态金属，合模后冷却，将第一锻造模1与所述第二锻造模2之间的液态金属铸造成形。步骤S1，对应实施例1中在第一状态下对应的压力铸造。使用时，将第一锻造模1与第二锻造模2打开，向第二锻造模2中注入液态金属，并加压合模；向冷却组件3内注入高压冷却液，使工件5冷却成形，完成铸造过程。通过冷却组件3主动冷却降温，能够降低铸造所需要的时间。在具体实施时，对于冷却速度的控制，可以根据金属材料的不同而进行调整，在具体实施时，为了达到较好的铸造效果，不同的金属对应的冷却速度以及冷却结束时温度也不相同。例如，某牌号的铝合金在铸造的过程中冷却时，应当在2分钟内降低到200℃左右；某牌号的镁合金在铸造的过程中冷却时，应当在2分钟内降低到220℃左右；某牌号的钛合金在铸造冷却时，应当在2分钟内降低到260℃左右。
S2，将铸造成形的工件5冷却或加热到第一温度，在第一温度下进行锻造；此步骤对应实施例1中的第一状态，在具体实施时，压力铸造完成后，监测铸造成形后的工件5的温度，在具体实施时，可以用第一锻造模1或第二锻造模2的温度来表示工件5的温度，实时监测安装在第一锻造模1或第二锻造模2内的温度传感器6，在另一方面，也可以每隔设定时间获取温度传感器6的检测结果。当温度传感器6的检测结果达到第一温度时，开始进行锻造。具体实施时，所述第一温度可以是一个具体温度值，也可以是一个温度范围，具体地，所述第一温度可以设置为最佳锻造温度范围。在此过程中，必要时，还可以通过加热组件4对工件5进行加热，使整个锻造过程均处于最佳锻造温度范围内。
S3，在第一锻造模1与第二锻造模2合模时通过冷却组件3将锻造后的工件5快速冷却到第二温度。具体实施时，本步骤对应实施例1中的第三状态。在具体实施时，通过第一锻造模1与第二锻造模2合模，能够在淬火或固熔时对工件进行约束。如此，能够实现防止本步骤中工件发生变形。在本步骤中，温度传感器6实时检测或每间隔一定的时间进行检测，在设定的时长内达到第二温度后，结束本步骤。具体地，为了快速冷却，可以增大冷却水的压力，使流经冷却液道33的水量增加。
S4，在第一锻造模1与第二锻造模2合模时工件5的温度调节到第三温度，并保持设定时长。本步骤对应实施例1中的第四状态，在具体实施时，通过冷却组件3和/或加热组件4对第一锻造模1和第二锻造模2之间的工件进行保温，具体地，在达到第三温度后，停止高压冷却液进入模具，通过加热组件4进行保温。在具体实施时，第三温度为退火温度，其可以是固定的温度值，也可以是一个温度范围。保温达到设定时长后，结束本步骤。在具体实施时，对不同材料，所需要的保温时长不同，具体可参照实施例1。由于退火是在第一锻造模1和第二锻造模2的约束下进行的，能够实现退火变形最小化，能够有效消除残余应力。需要指的是，发明中所指的通过冷却组件3和加热组件4对第一锻造模1和第二锻造模2之间的工件进行保温，是指在需要加热时，使用加热组件4进行加热，在需要冷却时，通过冷却组件3进行降温，以达到保温的目的，而非指同时使加热组件4与冷却组件3工作。
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上所作的进一步改进，相同之处不再赘述，以下仅对不同之处予以说明。
本实施例提出了一种金属一体化设备，其中，包括压力机和多个如实施例1所述的金属一体化加工装置；即，每一个压力机对应多个金属一体化加工装置。金属一体化加工装置在压力机上进行加压铸造和锻造。当锻造完成后，将金属一体化加工装置从压力机上移走，以进行较为耗时的热处理。通过这种方式，能够提高生产效率。
具体地，所述压力机能够与所述第一锻造模1连接，所述压力机用于在所述第一状态和所述第二状态下，驱动所述第一锻造模1向所述第二锻造模2靠近或远离。
在所述第三状态与所述第四状态下，所述第一锻造模1能够与所述压力机脱离，并与所述第二锻造模2一同从所述压力机上移开。
具体地，本实施例提出的金属一体化设备，仍是按照实施例2中的方法进行，涉及到方法的部分，可以参照实施例2，区别仅在于，步骤S1和S2在压力机上进行，执行步骤S3和S4前，需要将金属一体化加工装置从压力机上移走。
通过以上实施例所公开的装置、方法及设备，本发明至少具有以下有益效果：
本实施例通过在第一锻造模和第二锻造模内依次进行铸造、锻造、淬火、固熔和退火处理。能够使金属材料，尤其是铝合金、镁合金及钛合金等金属材料，实现铸造、锻造、淬火、固熔和退火处理多个工艺的连续处理，有利于缩短生产周期。
由于本实施例整个过程均在第一锻造模和第二锻造模内进行，且不需要在相邻工艺之间将工件完全冷却后再重新加热，因而能够减少整个生产过程中的能量消耗。由于第三状态和第四状态与铸造、锻造过程不处于同一车间内，避免了整个过程的所有热量散失在同一车间内，能够避免车间温度过高，有利于劳动保护。
本实施例将铸造、锻造、淬火、固熔和退火处理依次在第一锻造模和第二锻造模内进行，尤其是淬火、固熔和退火处理过程均在第一锻造模与第二锻造模合模的情况下进行的，因此，能够防止热处理过程及退火处理过程中发生变形，有利于保证产品与设计形状一致。
本实施例通过这种一体化生产工艺，物料转移、存储以及生产中所用的设备数量及种类减少，有利于降低生产成本和周期。
通过本实施例提出的一体化生产方法，由于减少工件数量，减少了多个工件之间焊接点的数量，能够提高强度。在同等强度下，能够大幅减轻重量，有利于轻量化设计。
以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种金属一体化加工装置，其特征在于：包括第一锻造模（1）和第二锻造模（2）；所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）具有相适配的形状；
所述第一锻造模（1）和/或所述第二锻造模（2）上设有冷却组件（3）和加热组件（4）；第一锻造模（1）上和第二锻造模（2）上均设置有两个冷却组件（3），第二锻造模（2）上设有两个高压进液口（31），两个出液口（32）和两个冷却液道（33），在第二锻造模（2）相对的两端面上，每端分别设置成各设置一个高压进液口（31）和一个出液口（32），且该两个端面中，每个端面上的高压进液口（31）通过一个所述冷却液道（33）与另一端面上的出液口（32）连通；
所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）具有以下使用状态：
第一状态下，所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）能够合模，以将二者之间的液态金属铸造成形；此状态下，向第二锻造模（2）中注入液态金属，合模后冷却，将第一锻造模（1）与所述第二锻造模（2）之间的液态金属铸造成形；
第二状态下，通过所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）对铸造成形的工件（5）进行锻造；此状态下，将铸造成形的工件（5）冷却或加热到第一温度，在第一温度下进行锻造；
第三状态下，在所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）合模状态时，通过所述冷却组件（3）对锻造后的工件（5）冷却，以进行淬火处理或固熔处理；此状态下，通过冷却组件（3）将锻造后的工件（5）快速冷却到第二温度；
第四状态下，在所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）合模状态时，通过所述加热组件（4）将淬火或固熔后的工件（5）在退火温度下保温；在此状态下，将工件（5）的温度调节到第三温度，并保持设定时长。
2.根据权利要求1所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）用于在加工过程中，依次经过所述第一状态、第二状态、第三状态和第四状态，以在所述第一锻造模（1）和所述第二锻造模（2）之间，依次进行加压铸造、锻造和热处理。
3.根据权利要求2所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述冷却组件（3）包括高压进液口（31）、出液口（32）和冷却液道（33）；
所述高压进液口（31）和所述出液口（32）分别设置在所述冷却液道（33）的两端，所述高压进液口（31）与外部高压冷却液源连通。
4.根据权利要求3所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述冷却液道（33）弯曲穿设于所述第一锻造模（1）和/或所述第二锻造模（2）内。
5.根据权利要求3所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述加热组件（4）为电阻加热棒（41），所述电阻加热棒（41）与电源电连接，用于给所述第一锻造模（1）和/或所述第二锻造模（2）加热或保温，以实现对于工件（5）的加热或保温。
6.根据权利要求5所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述第一锻造模（1）和/或所述第二锻造模（2）内还设有温度传感器（6），所述温度传感器（6）用于测量所述第一锻造模（1）、所述第二锻造模（2）和/或所述工件（5）的温度；在铸造成形后，当所述温度传感器（6）检测的温度达到第一温度后，进行锻造；
所述温度传感器（6）还用于在第三状态下测量所述第一锻造模（1）、所述第二锻造模（2）和/或所述工件（5）的温度；以控制所述冷却组件（3）对所述第一锻造模（1）和/或所述第二锻造模（2）快速冷却，直到所述温度传感器（6）检测到的温度不大于第二温度；
所述温度传感器（6）还用于在第四状态下，测量所述第一锻造模（1）、所述第二锻造模（2）和/或所述工件（5）的温度，以控制所述冷却组件（3）和/或所述加热组件（4），直到所述温度传感器（6）的检测结果保持在第三温度的时长达到设定时长。
7.根据权利要求6所述的金属一体化加工装置，其特征在于：所述第二锻造模（2）上还设有顶出器（21），所述顶出器（21）用于在经过所述第一状态、所述第二状态、所述第三状态和所述第四状态后，将工件（5）顶出，以实现工件（5）与所述第二锻造模（2）脱模。
8.根据权利要求1-7任一项所述的金属一体化加工装置，其特征在于：还包括导向块（7）；
所述导向块（7）设置于所述第一锻造模（1）的侧面，且所述导向块（7）与所述第一锻造模（1）之间滑动连接，且所述第一锻造模（1）与所述导向块（7）之间的滑动方向与所述第一锻造模（1）靠近或远离所述第二锻造模（2）的方向一致。
9.一种金属一体化设备，其特征在于：包括压力机和多个如权利要求1-8任一项所述的金属一体化加工装置；
所述压力机能够与所述第一锻造模（1）连接，所述压力机用于在所述第一状态和所述第二状态下，驱动所述第一锻造模（1）向所述第二锻造模（2）靠近或远离；
在所述第三状态与所述第四状态下，所述第一锻造模（1）能够与所述压力机脱离，并从所述压力机上移开。
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|---|---|---|---|---|
| CN106391965A (zh) * | 2016-09-09 | 2017-02-15 | 武汉理工大学 | 带流体通道的铝合金锻造模具及其锻造工艺 |
| CN106825496A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-06-13 | 浙江天雅江涛动力有限公司 | 一种变形铝合金工件铸锻合一成型工艺 |
Also Published As
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|---|---|
| CN117300627A (zh) | 2023-12-29 |
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