CN206936318U - 一种高真空金属成型设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高真空金属成型设备，包括熔炼装置、压射装置及成型模具，所述熔炼装置包括设有进料口及抽真空组件的熔炼室以及设于熔炼室内的熔炼坩埚组件，所述熔炼坩埚组件包括分瓣式坩埚及设于坩埚外侧的感应加热线圈、设于坩埚瓣体内部及底部的流体循环组件；所述压射装置包括压射料筒和压射组件；所述熔炼室设有出料口与压射料筒密封相连，坩埚组件设于出料口上方；所述压射料筒出料端与成型模具相连。本实用新型中的金属成型设备能够在较短的时间内使熔炼室达到高真空度，使熔炼的过程更加纯净、抽取真空的过程节省能耗。

Description

一种高真空金属成型设备

技术领域

本实用新型属于金属冶炼、铸造领域，具体涉及一种高真空金属成型设备以及该设备的使用方法。

背景技术

随着金属制品制造行业的逐渐发展，金属成型过程中出现的各类问题及相关问题越来越受到行业内研究者的重视。针对易氧化金属成型过程，现有技术中往往采用高真空金属成型工艺，在该工艺过程中对金属合金成型后的氧含量的要求以及其他各类杂质的引入日渐严格。

为了对易氧化金属成型过程进行精细控制，从而进一步提升易氧化金属成型制品的品质，行业内研究人员提出了许多不同的控制方案针对最原始的成型工艺进行了改进。如申请号为201310505183.8名为《金属成型设备》的中国专利的技术方案中提出了一种将熔炼室与模具装置均设于真空环境的金属成型设备，该方案尽管能够减少金属成型过程中气泡的产生，但是将压铸机的压射部分的结构一同放入真空仓体中会对真空环境造成不良影响，压射机构均存在放气的问题，尤其是压射油缸杆在压射过程中还会产生油气，不仅影响真空度的稳定，而且还会直接影响熔料过程中原料的纯度。

申请号为201310638433.5名为《一种高效高真空熔炼压铸方法及其成型设备》的中国专利中提出了一种将真空压铸机的抽真空装置与过渡料仓等其他机构之间分别通过抽气管道各自连接，然后再统一抽真空的方法，从而提高了真空压铸机的真空度和加工效率。该方案存在复杂化现有设备组成结构、真空度控制难、难以使所有部件处真空度均达到高真空的问题。

发明内容

除了上述背景技术中提到的方法以外，还提出有改进设备结构、增加抽真空设备功率等方法，但是上述所有方法均存在增加抽真空过程中能耗、设备结构改造带来的成本提升以及容易引入杂质的问题。为了解决所述现有技术的不足，本实用新型提供了一种无需对现有金属成型设备进行大幅改造即可满足高真空环境下进行金属成型的设备及该设备的使用方法。

本实用新型所要达到的技术效果通过以下方案实现：

本实用新型中提供的高真空金属成型设备，包括熔炼装置、压射装置及成型模具，其中所述熔炼装置包括设有进料口及抽真空组件的熔炼室以及设于熔炼室内的熔炼坩埚组件，所述熔炼坩埚组件包括分瓣式坩埚及设于坩埚外侧的感应加热线圈、设于坩埚瓣体内部及底部的流体循环组件；所述压射装置包括压射料筒和压射组件；所述熔炼室设有出料口与压射料筒密封相连，坩埚组件设于出料口上方；所述压射料筒出料端与成型模具相连。

进一步地，所述流体循环组件包括坩埚底部相隔开的进液集液器及出液集液器，所述进液集液器及出液集液器为封闭储液腔体，且各自设有进液口和出液口， 进液口连接外部液源；所述坩埚瓣体内分设有进液通路与出液通路，所述进液通路与进液集液器相连，所述出液通路与出液集液器相连，在坩埚瓣体内部及底部形成流体循环结构。

再进一步地，所述进液通路与出液通路为设于坩埚瓣体内部的通流孔，两孔路端部以封头相连，封头内部为互通结构。

再进一步地，所述坩埚瓣体内设有通流腔，还设有内部通液管和导流壁腔，所述导流壁腔两端分别与通流腔及进/出液集液器密封连接，形成液流通道；所述内部通液管一端密封连接进/出液集液器，另一端则穿过另一集液器、导流壁腔直通坩埚瓣体内的通流腔；所述内部通液管管径小于导流壁腔截面宽度以及坩埚瓣体内通流腔截面宽度，且内部通液管顶端低于坩埚瓣体内通流腔顶部。

进一步地，所述内部通液管和导流壁腔沿坩埚瓣体均匀分布。

进一步地，所述内部通液管近坩埚瓣体内通流腔侧端部为尖头管。

进一步地，所述感应加热线圈设为管式结构，一侧设为进液端，一侧设为出液端。

进一步地，所述分瓣式坩埚为铜或铜合金等其它低电阻高导热率材质；所述熔炼室还设有测温组件、真空度测量组件、放气组件。

本实用新型中还提供一种利用本实用新型中的高真空金属成型设备的使用方法，包括如下步骤：

S01：进料口进料；

S02：向流体循环组件内通热流体对坩埚以及熔炼室进行预热，热流体温度为30-300℃；

S03：预热后对熔炼室进行抽真空；

S04：抽真空结束后，利用感应加热线圈对坩埚内的原料进行加热熔炼；

S05：熔炼完毕后，倾倒熔液至压射料筒内，压射组件将熔液压至成型模具中，获得成型铸件。

进一步地，所述热流体为循环热水、循环热油或者循环热气。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中的金属成型设备能够在较短的时间内使熔炼室达到高真空度，使熔炼的过程更加纯净、抽取真空的过程节省能耗。

2、本实用新型中的金属成型设备真空仓体内仅设有熔炼装置，使抽取真空步骤的时间更短、抽取真空的难度更低，适合大规模化的使用，节省能源和人力。

3、使用本实用新型中的金属成型设备能够有效避免在熔炼的过程中引入坩埚内的杂质，影响熔炼合金的纯净度。

4、本实用新型中的金属成型设备无需针对现有设备进行大幅改造即可获得，且使用方法简单可靠，具有成本优势。

附图说明

图1为本实用新型中高真空金属成型设备的整体结构示意图；

图2为本实用新型中高真空金属成型设备熔炼装置与压射装置的组合结构示意图；

图3为本实用新型成型设备中熔炼装置的一种结构示意图；

图4为图3中熔炼装置的另一方向剖面示意图；

图5为本实用新型成型设备中熔炼装置的另一种结构示意图（去掉感应线圈）；

图6为图5中熔炼装置中中间位置剖视的部分剖视图；

图7为图5中熔炼装置的剖视图；

图8为本实用新型中熔炼装置坩埚瓣体内另一种流体循环组件的剖面结构示意图；

图9为图8中虚线处放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。

实施例中提供的高真空金属成型设备整体结构如附图1所示，包括熔炼装置1、压射装置2以及成型模具3，合金原料在熔炼装置中熔化炼制，然后将原料熔液倾倒至压射装置中，由压射装置压射至成型模具中铸造成型。本实用新型方案中使用的压射成型装置和模具装置可使用相适配的现有技术中的任何压射成型装置和模具装置。进一步地，为提升整体设备制动化的程度，还可设置于熔炼装置、压射装置及成型模具相连的控制系统，用于设备的整体控制。

如附图2所示，实施例中熔炼装置包括设有进料口15以及抽真空组件18的熔炼室13，即熔炼室为真空仓体，熔炼室内仅设有熔炼坩埚组件。熔炼坩埚组件包括分瓣式坩埚11以及设于坩埚外侧的感应加热线圈12、设于坩埚瓣体内部空腔及坩埚底部的流体循环组件。

压射装置包括压设料筒23、压射冲头22和压射杆21以及压射装置的驱动装置，熔炼室设有出料口19与压射料筒23通过密封圈密封相连，坩埚组件设于出料口上方，压射料筒出料端与成型模具相连。合金原料在坩埚种熔炼完毕后由出料口倒入，然后压射冲头在压射杆的带动下向出料端运动将合金熔液压射至成型模具中铸造成型。

本实用新型的发明人在实际工作中发现，影响合金制品氧含量、气泡量及熔炼纯度的最主要的影响因素存在于熔炼过程中，尤其是真空熔炼过程中。现有技术中，为了提升铸造过程整体的真空程度，许多技术方案中提出将压射装置、模具和熔炼装置均置于统一真空仓体或者分置于不同的真空仓体中，用完全抽取真空的方式达到高真空度的熔炼。在实际生产过程中，上述方法难以实现，实际生产过程中不仅包括熔炼铸造的过程，还包括测温、监控、记录等需要操作人员根据设备运作情况实时处理的一些工作步骤，若将所有部件均设为真空环境一方面为操作人员随机工作造成了较大的困扰，另一方面抽取真空的过程会非常困难，需抽取真空的空间愈大，真空抽取设备的功率要求越高，能耗则会呈指数级提升，而且很难达到10^-2Pa以下的高真空度。同时，在压射过程模具铸造过程中，均会排放气体，模具内部排出的还是混有清洗剂或者润滑剂的油气，这样的气氛无疑不利于真空环境的获取，甚至可以说是直接污染了设备整体的工作环境。在本实用新型中，发明人仅将最关键步骤中的熔炼装置设于单独的熔炼室中，使其在高真空环境中进行纯净熔炼，通过密封，使外部气体无法进入到成型设备内部中，尤其压射过程和模具成型过程为向外部环境排气的过程，本身就能够有效避免在合金产品温度较高时与外部空气相接触。故利用本实用新型的设计，使熔炼室内获得高真空环境即可达到纯净熔炼的目的。

如附图3、附图4所示为实施例中提供的一种熔炼装置的结构组成，坩埚11外侧设有感应加热线圈12，其底部两侧设有流体循环组件的进出液口。附图5为实施例中提供的另一种熔炼装置的结构组成，附图5中省略了感应加热线圈以便更为清晰的看到坩埚以及流体循环组件的结构，如附图5所示，流体循环组件的进出液口设于坩埚底部。

附图6、附图7为附图5中流体循环组件进出液口设于底部的熔炼装置的详细剖视图。在该实施例中，流体循环组件包括坩埚底部相隔开的进液集液器408及出液集液器409，进液集液器及出液集液器为封闭储液腔体，且各自设有进液口403和出液口404， 进液口连接外部液源用以提供循环液体，坩埚瓣体内分设有进液通路405与出液通路406，进液通路405与进液集液器408相连，出液通路406与出液集液器409相连，在坩埚瓣体内部及底部形成流体循环结构。进液通路405与出液通路406为开设于坩埚瓣体内部的通流孔，在本实施例中，两孔路为非通孔，两孔路端部以封头407相连，封头内部为互通结构，由此形成液体循环的结构。

具体循环过程为：循环液体由进液口403泵入，进入进液集液器408并充满该集液器，在压力作用下，沿着进液通路405向上进入液路封头407填充整个封头，然后在压力作用下进入出液通路406，沿着出液通路进入出液集液器，最终由出液口404排出，完成循环过程。在本实施例的循环过程中，进液口与出液口、进液通路与出液通路、进液集液器与出液集液器可互换，只要能够实现流体循环过程即可。

如图8、图9所示为另一种熔炼装置的实施例。在该实施例中流体循环组件包括进液口402、出液口401、进液集液器413、出液集液器412。进液集液器和出液集液器为设于坩埚底部的储液腔体，进液集液器设于出液集液器之下，进液集液器407上设有进液口402，出液集液器406上设有出液口401，进液口402与外部液源（未标示）相连。每一坩埚瓣体均设有内部通液管414和导流壁腔410，导流壁腔410两端部分别与坩埚瓣体内通流腔1102以及出液集液器412密封连接，形成液流通道411。内部通液管414一端密封连接进液集液器413，另一端则穿过出液集液器412、导流壁腔410直通坩埚瓣体内的通流腔1102。

内部通液管管径小于导流壁腔截面宽度以及坩埚瓣体内通流腔截面宽度，且内部通液管顶端低于坩埚瓣体通流腔顶部。故循环液体的运动过程为：循环液体由进液口402输入，进入进液集液器413内部储液空间中，在进液压力下沿着内部通液管414的进液端持续向上运动，运动至内部通液管414顶端后流出，重力作用下，液体从坩埚瓣体内通流腔1102与内部通液管414之间的通道流至液流通道411，然后流至出液集液器412的内部储液空间中，最终由出液口401流出。循环液体流动方向如附图中箭头所示。在本实施例的循环过程中，进液口与出液口、进液通路与出液通路、进液集液器与出液集液器可互换，只要能够实现流体循环过程即可。

与现有技术中循环冷却组件仅设于坩埚侧边不同的是，本实用新型中的流体循环组件不仅设于坩埚侧边部，还包括坩埚底部的结构部分。利用本实施例中的流体循环组件的结构，一方面可以通过调整组件内循环液体的温度来调节坩埚温度，另一方面，通过集液器中液体的流转调整熔炼室内的温度。

在实际金属成型加工的过程中，设备还未开启时，整体设备温度低，一旦开启开始运转以后，温度上升，上述温差容易导致熔炼室内的露水凝结，尤其在比较潮湿的地区，在设备开启伊始，熔炼室内壁、坩埚、加热管上往往凝结有一层水汽，不仅给电气设备运行造成了隐患，而且给抽真空过程造成了额外的负担。利用本实用新型中的流体循环组件，在成型工艺伊始，即可通入高温液体，如高温水、高温油体或者高温空气，一方面预热坩埚，加速熔料过程，另一方面可以有效预热熔炼室内的空气，有助于去除水汽。同时，上述预热过程增加了熔炼室内气体分子的活跃程度，极为有助于抽真空过程。实践经验中利用本实用新型中的流体循环组件在熔炼之前预热熔炼室，由于真空仓体小且具有一定的温度，在此条件下抽真空非常容易达到高真空（小于5×10^-4Pa）状态，使熔炼过程保持纯净。在较为干燥、环境温度适中的条件下，熔炼伊始可使用本实用新型中的流体循环组件，也可不使用。本实用新型中的流体循环组件也可根据需要用于通冷却液源，用于冷却。

进一步地为了使加热均匀，在结构设计中，优选将内部通液管和导流壁腔沿坩埚瓣体均匀分布。在本实用新型中的流体循环组件中，由于坩埚多为柱体结构，故出液集液器和进液集液器设为中空圆环状的储液腔体，且各自设有出液口和进液口，每一坩埚瓣体分别设有内部通液管与之相连。在实际应用过程中，可根据实际需求设置集液器的形状、尺寸以及进出液路径，也可根据实际便于操作的情况设置进出液口的位置，上述在本实用新型方案技术上的改进均应落入本实用新型的保护范围。

本实施例中，为了便于出液，优选将内部通液管出液端设为尖头管，如附图8所示。

进一步地，本实施例中优选使用分瓣式铜坩埚，铜坩埚电阻小，且由于感应加热的电磁约束作用，熔料与坩埚为软接触或悬浮，且相对材料熔炼温度，坩埚温度低，不会引入杂质，从而提高产品的品质。

由于感应加热过程中感应线圈无可避免的会产生部分热量，故可将应加热线圈设为管式结构，如附图3所示，一侧设为进液端1202，一侧设为出液端1201，利用循环液体对其进行冷却，延长感应线圈的使用寿命。

进一步地，如附图2所示，本实施例的熔炼室中还可设有测温组件14、真空度测量组件16、放气组件17与整体设备配合使用，也可根据实际需要配置其他相关组件，在此不加赘述。

利用上述高真空金属成型设备的方法包括如下步骤：

S01：进料口进料；

S02：向流体循环组件内通热流体对坩埚以及熔炼室进行预热，热流体温度为30-300℃；在该步骤中使用的热流体可选择为循环热水、循环热油或者循环热气中的一种；

S03：预热后对熔炼室进行抽真空；

S04：抽真空结束后，利用感应加热线圈对坩埚内的原料进行加热熔炼；

S05：熔炼完毕后，倾倒熔液至压射料筒内，压射组件将熔液压至成型模具中，获得成型铸件。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种高真空金属成型设备，包括熔炼装置、压射装置及成型模具，其特征在于：

所述熔炼装置包括设有进料口及抽真空组件的熔炼室以及设于熔炼室内的熔炼坩埚组件，所述熔炼坩埚组件包括分瓣式坩埚及设于坩埚外侧的感应加热线圈、设于坩埚瓣体内部及底部的流体循环组件；

所述压射装置包括压射料筒和压射组件；所述熔炼室设有出料口与压射料筒密封相连，坩埚组件设于出料口上方；所述压射料筒出料端与成型模具相连。

2.如权利要求1所述高真空金属成型设备，其特征在于：

所述流体循环组件包括坩埚底部相隔开的进液集液器及出液集液器，所述进液集液器及出液集液器为封闭储液腔体，且各自设有进液口和出液口， 进液口连接外部液源；

所述坩埚瓣体内分设有进液通路与出液通路，所述进液通路与进液集液器相连，所述出液通路与出液集液器相连，在坩埚瓣体内部及底部形成流体循环结构。

3.如权利要求2所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述进液通路与出液通路为设于坩埚瓣体内部的通流孔，两孔路端部以封头相连，封头内部为互通结构。

4.如权利要求2所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述坩埚瓣体内设有通流腔，还设有内部通液管和导流壁腔，所述导流壁腔两端分别与通流腔及进/出液集液器密封连接，形成液流通道；所述内部通液管一端密封连接进/出液集液器，另一端则穿过另一集液器、导流壁腔直通坩埚瓣体内的通流腔；

所述内部通液管管径小于导流壁腔截面宽度以及坩埚瓣体内通流腔截面宽度，且内部通液管顶端低于坩埚瓣体内通流腔顶部。

5.如权利要求4所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述内部通液管和导流壁腔沿坩埚瓣体均匀分布。

6.如权利要求4所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述内部通液管近坩埚瓣体内通流腔侧端部为尖头管。

7.如权利要求1所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述感应加热线圈设为管式结构，一侧设为进液端，一侧设为出液端。

8.如权利要求1所述高真空金属成型设备，其特征在于：所述分瓣式坩埚为铜、铜合金或其它低电阻高导热率材质；所述熔炼室还设有测温组件、真空度测量组件、放气组件。