CN206717005U - 非晶金属成型设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种非晶金属成型设备。该设备包括：送料装置、熔炼装置、压射装置、抽真空装置、气氛保护装置以及固定模板和模具，其中模具包括动模和定模，动模和定模闭模后形成模腔；送料装置设有料仓并安装于熔炼装置上；熔炼装置设有真空室和位于真空室内的熔化容器；压射装置包含压射筒和压射头，压射筒设置于固定模板内并设有熔体入口，且压射头用于将熔化的物料压射入模腔；抽真空装置与料仓、真空室和模腔连接，用于为料仓、真空室和模腔抽真空，气氛保护装置用于向真空室提供保护气体；以及料仓与真空室之间设有可操作地启闭的隔断机构。本实用新型的非晶金属成型设备能够降低所采用的设备的制造成本，且所制造的产品的质量大大提升。

Description

非晶金属成型设备

技术领域

本实用新型涉及金属成型，具体涉及金属成型工艺。

背景技术

非晶合金材料是由超急冷凝固，合金凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金时长成无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。

非晶合金有着不同于普通结晶态金属材料的优异的物理、化学性质，有高屈服强度、高硬度、超弹性、高耐磨性、高耐腐蚀性等，且也有着优异的铸造性能，但又有比常规金属熔液更苛刻的成型条件；其在成型过程中，非晶合金的组成元素在熔融状态下，很容易与某些气体元素发生反应，形成异质形核点，从而妨碍非晶合金的形成。

为了解决这些问题，行业内也出现了一些真空压铸设备，对密闭真空室抽真空，使非晶熔液在整个成型过程中保持在真空环境下，避免非晶合金熔体在成型过程中合金元素的氧化。但是真空舱和模具密封不能完全隔绝空气泄漏进入真空舱，非晶合金材料在真空舱内熔融过程中会被氧化，这会影响产品合格率及非晶合金材料的重熔利用。

行业内另外一种做法是把真空室抽真空，再往真空室内注入惰性气体形成正压。正压设计会带来几个弊端：第一真空舱既要满足负压设计要求又要满足正压设计要求，制造难度及成本都较高；第二熔融原料倒入料筒压铸过程，产品容易形成卷气问题，导致产品内部会有气孔，影响产品合格率；第三原料在熔融过程中由于有充分的气体形成足够的热交换，能量损失比较大，不节能环保；第四在加原料及开模过程中，会有惰性保护气体向外部环境扩散，惰性气体使用量增加，生产成本相对较高；第五在抽完真空后再充气时，压力越高所需的惰性气体量越多，生产成本也会增加。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种非晶金属成型工艺，该工艺解决了行业内现存的问题，产品制造成本降低，产品合格率提升，材料重熔利用大幅提升。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种非晶金属成型设备，所述金属成型设备包括：送料装置、熔炼装置、压射装置、抽真空装置、气氛保护装置以及固定模板和模具，其中

所述模具包括动模和定模，所述动模和所述定模闭模后形成模腔；

所述送料装置设有料仓并安装于所述熔炼装置上；

所述熔炼装置设有真空室和位于所述真空室内的熔化容器；

所述压射装置包含压射筒和压射头，所述压射筒设置于所述固定模板内并设有熔体入口，且所述压射头用于将熔化的物料压射入所述模腔；

所述抽真空装置与所述料仓、所述真空室和所述模腔连接，用于为所述料仓、所述真空室和所述模腔抽真空，所述气氛保护装置用于向所述真空室提供保护气体；以及

所述料仓与所述真空室之间设有可操作地启闭的隔断机构。

一实施例中，所述金属成型设备进一步包括监测装置，用于在金属成型设备的运行过程中，对所述真空室的真空度以及所述真空室内的惰性气体的压力进行监测。

一实施例中，所述隔断机构为电磁阀或气动阀。

一实施例中，所述真空室的外壁上设有抽真空口和保护气体接口，其中所述抽真空口和所述保护气体接口分别与抽真空装置和惰性气体源连接。

一实施例中，所述压射头与所述压射筒之间为间隙配合。

一实施例中，所述固定模板设有朝向所述真空室内部开口的凹腔，其中所述熔体入口位于所述凹腔内。

通过本申请的非晶金属成型设备，在压射时，可降低金属熔液卷入气体而形成气孔等缺陷的概率，产品质量得到提升。另一方面保护气体为负压或常压，对真空室的制造难度降低，减少了设备的制造成本和维护成本； 其保护气体负压或常压，也减少了保护气体的使用量，惰性气体成本也随之减少。

附图说明

图1示出本实用新型的金属成型设备的结构示意图。

图2是图1的金属成型设备的一部分的结构示意图。

图3是沿图1的A-A线剖切的金属成型设备的剖视图，其中为清楚起见，未示出部分结构。

图4是根据本实用新型的一实施例的非晶金属成型方法的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。

如图1-3所述，金属成型设备10包括模具装置1、压射装置2、真空熔炼装置3、加料装置4、抽真空装置6以及气氛保护装置和控制装置(图未示)，其中真空熔炼装置3和其他装置的连接都采用真空密封，抽真空装置3为模具装置1、压射装置2以及加料装置4抽真空。模具装置1与真空熔炼装置3密封连接并用于所压铸产品的成型。加料装置4连接于真空熔炼装置3，用于向真空熔炼装置3内的熔化容器添加金属原材料。真空熔炼装置3用于在真空环境下加热金属材料，尤其是非晶金属材料。

压射装置2的一部分位于真空熔炼装置3的真空室内，用于将熔化后的金属材料压射入模具装置1。控制装置用于控制整个金属成型设备10的运行。控制装置设置成与加料装置和压射装置相配合，使得在将物料添加至加料装置的熔化容器时维持真空装置的真空室的气体氛围(气压)，并使得在模具装置的开模过程中和合模过程中均维持真空室的气体氛围。控制装置包括监测装置，用于在金属成型设备10的运行过程中，监控真空室的真空度以及真空室内的惰性气体压力。监测装置可以包括压力传感器等能够实现上述目的的任何合适的元器件。气氛保护装置与真空室的保护气体接口35连接，用于为真空室及 模具提供保护气体。具体地，抽真空装置负责把真空室及模具抽到要求的真空值，之后停止抽真空，气氛保护装置负责向真空室及模具输入保护气体。

保护气体通常为惰性气体，惰性保护气体密度大于等于空气密度，可以是氦、氖、氩、氪、氙、氡等中的一种或者多种。

真空熔炼装置3设有真空室31和熔化容器32，熔化容器32位于真空室31内并用于熔化来自加料装置1的物料。熔化容器能够将来自加料仓的非晶料加热熔化为熔体。这里，熔化容器32为坩埚。坩埚置于感应线圈33内，通过感应加热方式来熔化坩埚内的金属材料。在熔化完成后，熔化容器32能够从一个位置移动到另一个位置同时保温。真空室31的外壁上设有加料口311和抽真空口312。加料口311与加料装置4连接，物料经由该加料口311进入真空室31内的熔化容器32中。抽真空口312与抽真空装置连接，用于对真空室31抽真空。

加料装置4加料装置安装于真空室的加料口31上。加料装置4设置成在将物料添加至熔化容器32的同时维持真空室31的气体氛围。加料装置4包括加料仓41、仓盖42以及隔断机构44，其中仓盖42密封连接于加料仓的顶部，隔断机构44布置于加料仓41的底部开口与真空室31的加料口311之间。隔断机构44具有打开状态和关闭状态，其中当隔断机构44处于打开状态时，加料仓41内的物料穿过隔断机构进入熔化容器12，而当隔断机构44处于关闭状态时，隔断机构44阻挡加料仓41内的物料落入熔化容器12并将真空室31与加料仓41密封间隔开。在仓盖42上还设有手柄43，拨动手柄43时可开启仓盖42。

隔断机构44设置成每次被打开时，预定数量的物料落入熔化容器32。应理解的是，也可以通过对加料仓的设计来实现当打开隔断机构44时，预定数量的物料落入熔化容器32。隔断机构44可由阀门构成。阀门的入口与加料仓的底部开口密封连接，阀门的出口与真空室的加料口密封连接。一实施例中，阀门是电磁阀或气动阀。

加料口311的底部还连接有下料管45。下料管45的下段相对于竖直方向向下倾斜，从而当物料从加料口31掉落后，会首先落到倾斜的下段并降低速度，然后再落入熔化容器。由此，防止物料由于快速掉落在容器上而可能损坏 容器。

如图2-3所示，模具装置1包括固定模板11、定模12以及动模(图未示)，动模和定模能够分离或闭合，动模和定模闭合时在它们之间限定出模腔，固定模板与熔炼炉连接。固定模板11内设有料筒14。料筒14贯穿固定模板11。料筒14上设有熔体入口141且料筒14的中部设有压射通道142。定模12内设有浇口套15。压射通道142与浇口套15连通，从而压射头(也称为锤头)可在由压射通道142和浇口套15共同形成的通道内移动。这里，料筒也称为压射筒。固定模板11还设有朝向真空室31内部开口的凹腔143。熔体入口141位于凹腔143内。熔化容器32内的金属材料熔化完成后，熔化容器32可以移动至凹腔143中在熔体入口141上方，然后再将熔化的金属材料倒入熔体入口141。

压射装置2包括驱动器21、压射杆22和压射头23，其中压射杆22的一端与驱动器21连接，压射杆22的另一端与压射头23连接。由此，驱动器21能够驱动压射头在压射筒内移动。压射头23将熔融非晶合金熔体压射到模具的模腔内。压射头23设置成在模具装置1的开模过程中和合模过程中均维持真空室31的气体氛围，即维持真空室内的惰性气体的气压。压射头23与料筒14之间为间隙配合。压射头23与浇口套15之间为间隙配合。由此，可以在开模和合模过程中，保持真空室的气体氛围。驱动器21可以是任何可以驱动压射杆22往复运动的驱动机构。一优选实施例中，驱动器21为液压缸。液压缸的缸体安装于真空室外壁上。液压缸的活塞杆与压射杆22的一端连接并至少部分位于真空室内。

图4是根据本实用新型的一实施例的采用上述金属成型设备的非晶金属成型方法的流程图。所述方法包括以下步骤：

对真空室和模腔抽真空并实时监测，直到达到预定真空度；

向真空室提供保护气体并实时监测，直到真空室内的气压达到预定压力，

其中该预定压力为负压或常压；

将料仓中的物料送入熔化容器并将物料熔化；

通过压射装置将熔化后的物料压射至模具的模腔；

压射成型后，将压射头停留压射筒中。

具体地，首先，动模和定模闭合以后，通过设备的抽真空装置，对熔炼炉内部封闭腔室和模具腔体进行抽真空，达到所需工艺要求，抽真空停止。气氛保护装置开始向真空封闭腔室内部充惰性保护气体，保护气体要维持在负压或者是常压，一般可以是0.03～1个大气压之间，较佳地，在0.05～0.5个大气压之间。对加料仓加入非晶原料，加料仓含有可以与真空封闭腔室隔离开的隔断结构以及加料仓盖，加料完毕以后，通过隔断机构以及加料仓盖，对加料仓组成的小封闭空间进行抽真空操作，当加料仓真空度达到所需工艺要求后，非晶原料通过下料弯管进入到熔化容器内部，开始熔炼。整个加料过程没有外界空气进入到熔炼真空封闭腔室，有效的隔绝了非晶合金熔体与空气的接触，避免了非晶合金熔体与有害气体元素发生反应而很难获得非晶态结构，而且通过加料仓的隔断结构，只需要在加完料以后对加料仓组成的小封闭空间抽真空，不必对整个熔炼真空封闭腔室反复进行抽真空，大大缩短了生产周期的时间，生产成本也随之降低。在打开加料仓隔断机构开始通过下料弯管给熔化容器内部投放非晶合金的过程中，保护气体不会通过加料仓溢出，避免了保护气体压力太低，还需要通过气氛保护装置给封闭腔室通入保护气体，减少了保护气体使用成本。

熔化容器将非晶合金熔化成熔融的非晶合金，熔融的非晶合金从熔化容器加入到带有熔体入口的压射筒内，通过在压射筒内部的压射头，将熔融的非晶合金压射到压铸设备的定模和动模限定出的模腔内成型。压射过程中，动模和定模限定出的模腔持续抽真空，且由于熔炼封闭腔室内的保护气体为负压，优化了在压射过程中，金属熔液卷入气体而形成气孔等的缺陷，产品质量获得提升。压射成型后，动、定模打开，压射头停留在压射筒内部，且在压射筒的熔体入口左边，即靠近模具的一侧，例如图3的压射头位置二，保持真空室负压或常压。动、定模闭合后，模腔抽真空，使得有害气体浓度低于工艺要求，然后压射头后退到原位，例如图3的压射头位置一，真空室继续保持负压或常压，完成整个压射循环。在多个压射结束之后，在真空室内的保护气体的浓度下降到预定值之后，可以再次对真空室充入保护气体。

根据本方法，动模和定模闭合以后，通过设置有抽真空装置和气氛保护装置，当抽真空装置对封闭腔室内部以及模具腔体内部抽真空达到所需工艺要求 后停止抽真空，气氛保护装置开始向真空封闭腔室内部充惰性保护气体，惰性保护气体密度大于等于空气密度，可以是氦、氖、氩、氪、氙、氡等中的一种或者多种。保护气体要维持在负压或者是常压(一般可以是0.03—1个大气压之间)，在压射时，可降低金属熔液卷入气体而形成气孔等缺陷的概率，产品质量得到提升。另一方面保护气体为负压或常压，对真空室的制造难度降低，减少了设备的制造成本和维护成本；其保护气体负压或常压，也减少了保护气体的使用量，惰性气体成本也随之减少。

本方法中，在压射过程中，利用压射头隔断熔炼封闭腔室及动模和定模限定出的模腔，这样动模和定模限定出的模腔可以持续抽真空，且由于原先模腔内的保护气体为负压，在压铸过程中会被迅速被抽走，金属熔液卷入气体而形成气孔等的缺陷会被大大降低，产品质量获得提升。

需要指出的是，当原料进入熔化容器内部以后，使用隔断机构隔开加料仓与真空室，可以向加料仓中加入原料，然后抽真空，等待下一个循环开始，向加料仓加料的过程不会影响熔炼、压射、开模、取件的进行，缩短了生产周期。

以上已详细描述了本实用新型的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (6)

1.一种非晶金属成型设备，其特征在于，所述金属成型设备包括：送料装置、熔炼装置、压射装置、抽真空装置、气氛保护装置以及固定模板和模具，其中

所述模具包括动模和定模，所述动模和所述定模闭模后形成模腔；

所述送料装置设有料仓并安装于所述熔炼装置上；

所述熔炼装置设有真空室和位于所述真空室内的熔化容器；

所述压射装置包含压射筒和压射头，所述压射筒设置于所述固定模板内并设有熔体入口，且所述压射头用于将熔化的物料压射入所述模腔；

所述抽真空装置与所述料仓、所述真空室和所述模腔连接，用于为所述料仓、所述真空室和所述模腔抽真空，所述气氛保护装置用于向所述真空室提供保护气体；以及

所述料仓与所述真空室之间设有可操作地启闭的隔断机构。

2.如权利要求1所述的非晶金属成型设备，其特征在于，所述金属成型设备进一步包括监测装置，用于在金属成型设备的运行过程中，对所述真空室的真空度以及所述真空室内的惰性气体的压力进行监测。

3.如权利要求1所述的非晶金属成型设备，其特征在于，所述隔断机构为电磁阀或气动阀。

4.如权利要求1所述的非晶金属成型设备，其特征在于，所述真空室的外壁上设有抽真空口和保护气体接口，其中所述抽真空口和所述保护气体接口分别与抽真空装置和惰性气体源连接。

5.如权利要求1所述的非晶金属成型设备，其特征在于，所述压射头与所述压射筒之间为间隙配合。

6.如权利要求1所述的非晶金属成型设备，其特征在于，所述固定模板设有朝向所述真空室内部开口的凹腔，其中所述熔体入口位于所述凹腔内。