TW201600199A - 在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及方法，該在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及方法在金屬成型裝置內部熔化金屬填入模具母模仁地成型，在阻止了外部空氣流入裝置內部的狀態下把裝置內部的空氣抽到外部形成高度真空狀態，在該環境下熔解金屬後成型，從而得以防止金屬熔湯由於接觸空氣所導致的物性變化，從而能夠成型出優質精密的金屬產品。

Description

在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及方法
本發明係關於一種金屬成型裝置及方法，尤其是一種在真空環境下把金屬熔化予以鑄造或鍛造成型的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及方法。
鑄造金屬的鑄造裝置及鍛造金屬的鍛造裝置包括水平式壓鑄機、垂直式壓鑄機、擠壓鑄造機、低壓鑄造機、模具重力鑄造機及熔湯鍛造機等。該裝置為了連續作業而在另行配備的熔解爐熔化金屬並且在大氣中溶化金屬。
然而，在大氣中讓金屬熔化時金屬熔湯接觸大氣而使得金屬急劇氧化的同時，異物會侵入金屬熔湯而生成浮渣(Dross)。浮渣雖然稍微具備了阻止接觸大氣的效果，卻會在金屬熔化過程中妨礙到持續攪拌作業而難以連續供應優質熔化的金屬熔湯。
為了解決該問題由先前技術揭示了在真空環境下讓熔解金屬後成型的裝置及方法。大韓民國專利注冊第10-01144770-0000號“利用電子攪拌的輕金屬真空熔解裝置及利用它的真空熔解方 法”、注冊第10-1123645-0000號“在真空環境下以模具對輕金屬進行鑄造成型的方法及其裝置”、注冊第10-1144767-0000號“輕金屬的真空熔解裝置及利用它的真空熔解方法”、注冊第10-1013207-0000號“輕金屬的真空熔解裝置及利用它的真空熔解方法”、注冊第10-0550144-0000號“壓鑄機的真空裝置”、注冊第10-0572589-0000號“垂直真空熔湯鍛造機”、注冊第10-0572581-0000號“真空重力模具鑄造機”、注冊第10-0572583-0000號“垂直真空擠壓鑄造機的產品成型方法及其裝置”等。
本發明的目的在於，改善先前揭示的在真空環境下熔解金屬並予以成型的裝置及方法，簡化結構、實現高度真空環境並且在該真空環境下熔化金屬並成型，從而能夠生產高品質的精密金屬產品。
本發明在金屬成型裝置內部熔化金屬後填入模具母模仁予以成型，在阻止了外部空氣流入裝置內部的狀態下，在把裝置內部的空氣抽到外部實現高度真空狀態的環境下熔解金屬並成型。
根據本發明一實施例的在真空環境下把金屬熔解並成型 的裝置，包括：模具，形成模具母模仁而讓金屬成型；熔解套筒，內部中空並連通所述模具母模仁下面地安裝而把所投入的金屬熔解；及加壓柱塞，在所述熔解套筒內部被柱塞桿推動前進並且把熔解的金屬推動填入模具母模仁；在所述加壓柱塞後方形成連通熔解套筒的空間而讓所述金屬的成型過程中透過加壓柱塞與熔解套筒內部牆面的間隙掉落的金屬渣滓匯聚到所述空間，讓所述熔解套筒內部與模具母模仁維持密封狀態並且阻止空氣流入所述空間地形成，配備了具有各自連通所述模具母模仁與空間的排氣管之排氣裝置而利用所述排氣裝置在模具母模仁與熔解套筒及空間同時抽出空氣。
根據本發明的一實施例的在真空環境下把金屬熔解並成型的方法，包括：形成在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，所述裝置包括：模具，具有讓金屬成型的模具母模仁；熔解套筒，內部中空並連通所述模具母模仁下面地安裝而把所投入的金屬熔解；加壓柱塞，在所述熔解套筒內部被柱塞桿推動前進而把熔解的金屬推動填入模具母模仁；及空間，形成於所述加壓柱塞後方並且連通熔解套筒卻阻止外部空氣流入，讓金屬成型過程中透過加壓柱塞與熔解套筒內部牆面的間隙掉落的金屬渣滓匯聚於該空間；讓所述熔解套筒開放並投入需要熔解的金屬，把需要熔解的金屬投入熔解套筒完畢後，在模具合體的狀態下從所述模具母模仁與熔解套筒及所述空間同時抽出空氣而形成真空狀態。
本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置在讓內部成為高度真空狀態的情形下把金屬熔解並成型而得以防止金屬熔湯由於接觸空氣所導致的物性變化，與此同時，在加壓柱塞後方形成空間用來另行匯聚金屬成型過程中發生的渣滓而得以防止渣滓混入所成型的金屬，進而實現品質優異的精密金屬產品成型。
100‧‧‧主體架(body frame)
200‧‧‧固定臺板
300‧‧‧模具
302‧‧‧模具母模仁
320‧‧‧可動模具
322‧‧‧沖壓部
340‧‧‧固定模具
400‧‧‧熔解套筒
402‧‧‧空間
410‧‧‧感應加熱線圈
420‧‧‧蛇腹管(bellows)
460‧‧‧套筒支撐架
470‧‧‧支撐棒
480‧‧‧封閉凸緣
500‧‧‧加壓柱塞
510‧‧‧柱塞桿
520‧‧‧支持塊
600‧‧‧排氣裝置
610‧‧‧排氣管
700‧‧‧頂出板
710‧‧‧頂出銷
800‧‧‧可動臺板
820‧‧‧係桿
900‧‧‧開閉缸
910‧‧‧缸桿(tie bar)
920‧‧‧缸支撐架
圖1是示出本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置的概略結構之概念例示圖。
圖2是示出本發明的其它實施例讓熔解套筒下降並投入金屬之例示圖。
圖3是示出用來讓本發明所用加壓柱塞冷卻的結構之例示圖。
圖4到圖7是示出本發明的裝置在真空環境下把金屬熔解並成型的過程之例示圖。
圖8到圖11是示出本發明的其它實施例在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置的概略結構概念之例示圖
本發明提供一種在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置及其方法，為了在金屬成型的模具裝置內部實現高度真空環境並 且在該真空環境下熔化金屬並成型，其包括：模具，具有讓金屬成型的模具母模仁；熔解套筒，內部中空並連通所述模具母模仁下面地安裝而把所投入的金屬熔解；及加壓柱塞，在所述熔解套筒內部前進並且把熔解的金屬推動填入模具母模仁；讓所述熔解套筒內部與模具母模仁維持密封狀態，在所述加壓柱塞後方形成連通熔解套筒並且阻止外部空氣流入的空間，配備排氣裝置而讓所述空間與模具母模仁及熔解套筒內部形成真空狀態。
下面結合圖1到圖11詳細說明本發明。
圖1是示出本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置的概略結構之概念例示圖，圖2是示出讓熔解套筒下降並投入金屬之例示圖，圖3是示出用來讓本發明所用加壓柱塞冷卻的結構之例示圖。
如圖所示，本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置包括：模具(300)，具有作為金屬成型空間的模具母模仁(302)；熔解套筒(400)，熔解所述金屬；及加壓柱塞(500)，把所述熔解套筒(400)熔解的金屬推動而填入所述模具(300)。
模具(300)分成可動模具(320)與固定模具(340)並且在可動模具(320)上昇時模具母模仁(302)開放。在可動模具(320)與固定模具(340)相接的處所安裝密封件而在相接時封閉模具母模仁(302)。
固定模具(340)堅固地固定在具備一定面積的板型態固定 臺板(200)的上表面。固定臺板(200)由主體架(100)以距離地板一定高度的方式給予支持。
可動模具(320)的下端沿着固定在所述固定臺板(200)地豎立的係桿(820)上昇與下降。在係桿(820)上形成可動臺板(800)，所述可動模具(320)固定在可動臺板(800)而可動臺板(800)沿着所述係桿(820)上昇與下降，從而讓可動模具(320)上昇與下降。
可動臺板(800)的上昇與下降是憑藉模具開閉缸(900)實現的。模具開閉缸(900)固定在固定於係桿(820)上端的缸支撐架(920)，透過缸桿(910)的前進與後退動作驅動可動臺板(800)。
可以在可動模具(320)安裝頂出板(700)以便讓模具母模仁(302)中成型的產品脫模。頂出板(700)具有貫穿可動模具(320)抵達模具母模仁(302)的頂出銷(710)並且憑藉頂出銷(710)的前進而得以使得在模具母模仁(302)成型的產品從可動模具(320)分離。
熔解套筒(400)的內部中空而形成管型態。而且，熔解套筒(400)的材質可以由陶瓷構成的絕緣體形成。熔解套筒(400)的外周纏腰感應加熱線圈(410)而得以對熔解套筒(400)內的金屬直接感應加熱。熔解套筒(400)貫穿固定臺板(200)並且上端相接固定模具(340)的下部地安裝。因此熔解套筒(400)內部與模具母模仁(302)互相連通。此時，為了把熔解套筒(400)與下部模具(300)相接的處所封閉而需要安裝密封件。
請參閱圖2，熔解套筒(400)可上昇與下降地構成。配備套筒支撐架(460)而得以支持熔解套筒(400)下端，所述套筒支撐架 (460)的上端沿着固定在固定臺板(200)的支撐棒(470)上昇與下降而使得熔解套筒(400)上昇與下降。根據該構成方式，讓熔解套筒(400)下降即可把需要熔解的金屬投入熔解套筒(400)。
熔解套筒(400)的下端封閉地形成。套筒支撐架(460)則形成能夠堵住熔解套筒(400)下端的槽而使得熔解套筒(400)下端插入套筒支撐架(460)地固定，另一方面，套筒支撐架(460)還貫穿地形成了連通熔解套筒(400)內部的孔，所述孔下端被封閉而使得熔解套筒(400)下端被封閉。憑此，在熔解套筒(400)上端相接固定模具(340)地被封閉的狀態下而得以阻止空氣流入熔解套筒(400)內部地予以封閉。
所述孔的尺寸與熔解套筒(400)內徑維持一致地形成較佳，但不限定於此。
所述孔的封閉可以利用封閉凸緣(480)實現。封閉凸緣(480)以堵住形成於套筒支撐架(460)的孔的下端地固定。此時，後述柱塞桿(510)貫穿所述封閉凸緣(480)，在套筒支撐架(460)與封閉凸緣(480)相接的處所及柱塞桿(510)貫穿的處所安裝密封件以便儘量增強封閉性能。
加壓柱塞(500)具有活塞型態而在熔解套筒(400)內部進行前進與後退動作。其形成於憑藉缸而動作的柱塞桿(510)的上端並進行前進與後退動作，柱塞桿(510)可以利用聯軸器(coupling)連接到憑藉缸進行前進與後退動的缸桿。
投入熔解套筒(400)內部的金屬熔解後加壓柱塞(500)前 進而把金屬熔湯推動填入模具母模仁(302)。該加壓柱塞(500)的後方形成一定大小的空間(402)。所述空間(402)即使加壓柱塞(500)後退到底也不會相接封閉凸緣(480)地形成。在金屬成型過程中透過加壓柱塞(500)與熔解套筒(400)內部牆面的間隙掉落的金屬渣滓匯聚到該空間(402)。因此金屬渣滓不會混入所成型的金屬，加壓柱塞(500)具有冷卻手段進行冷卻。為此，請參閱圖3，可以讓柱塞桿(510)與加壓柱塞(500)內部中空地形成而且貫穿其內部地安裝管並透過所述管投入冷卻水進行冷卻。但不限定於此，可以根據需要而使用其它手段。
本發明為了如前所述地在金屬成型裝置內部形成真空而配備排氣裝置(600)。排氣裝置(600)透過複數個排氣管(610)讓模具母模仁(302)與熔解套筒(400)內部及加壓柱塞(500)後方所形成的空間(402)成為真空。由於模具母模仁(302)與熔解套筒(400)是連通的，因此一個排氣管(610)連通模具母模仁(302)而在模具母模仁(302)與熔解套筒(400)內部抽出空氣，另一個排氣管(610)則連通所述空間(402)抽出空氣。由於如前所述地同時抽出空氣，因此本發明如前所述地使得在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置內部能夠迅速形成真空狀態。
前面所說明的本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置能夠把進行成型功能的裝置內部完全封閉，因此可以在裝置內部成為高度真空狀態的情形下熔解金屬並予以成型。而且，在加壓柱塞(500)後方形成空間(402)另行匯聚金屬渣滓而得以防 止金屬渣滓混入金屬並且反複進行成型作業。
下面詳細說明利用前述本發明的在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置在真空環境下把金屬熔解並成型的過程。圖4到圖7是示出本發明的裝置在真空環境下把金屬熔解並成型的過程之例示圖。
首先，把需要熔解的金屬投入熔解套筒(400)內部。讓圖4所示可動模具(320)上昇開放模具母模仁(302)後噴射高壓空氣清掃內部，然後噴射脫膜劑與潤滑油。之後，讓加壓柱塞(500)上昇到稍微低於熔解套筒(400)入口的位置後把需要熔解的金屬置於加壓柱塞(500)上。該狀態屬於加壓柱塞(500)上昇的狀態，因此能夠把金屬輕輕地置於上表面而得以防止加壓柱塞(500)損傷。
之後，請參閱圖5，讓加壓柱塞(500)下降並且開始對投入的金屬加熱地讓可動模具(320)下降並且與固定模具(340)合體而封閉模具母模仁(302)。然後，讓加壓柱塞(500)下降到能夠輕易地把電磁感應力傳遞給金屬的位置。與此同時，驅動排氣裝置(600)透過排氣管(610)從模具母模仁(302)與熔解套筒(400)及加壓柱塞(500)後方所形成的空間(402)同時抽出空氣營造出高度真空狀態。
投入的金屬被充分加熱並熔解時，請參閱圖6，讓加壓柱塞(500)上昇把熔解的金屬填入模具母模仁(302)內部。然後，放置一定時間予以冷卻而使得金屬按照模具母模仁(302)形狀成型。
冷卻完畢後，請參閱圖7，讓可動模具(320)上昇。此時，成型的產品粘在可動模具(320)地上昇，讓加壓柱塞(500)後退後再 讓頂出板(700)下降而透過頂出銷(710)使得成型產品從可動模具(320)分離。之後，經過研磨或塗色之類的後處理後完成產品。
反複進前述過程地在真空環境下熔解金屬並予以成型，在金屬成型過程中掉到加壓柱塞(500)與熔解套筒(400)內部牆面間隙的金屬渣滓則匯聚到空間(402)而需要定期清掃所述空間(402)。
下面詳細說明屬於本發明的技術思想之各種實施例。圖8到圖11是示出本發明的實施例在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置的概略結構概念之例示圖。
請參閱圖2，在模具(300)合體的狀態下讓熔解套筒(400)下降而與模具(300)分離，把需要熔解的金屬裝入熔解套筒(400)內後讓熔解套筒(400)上昇貼緊模具(300)，在模具母模仁(302)與熔解套筒(400)及加壓柱塞(500)後方所形成的空間(402)同時抽出空氣營造出高度真空狀態並加熱金屬。之後，讓加壓柱塞(500)上昇後把熔解的金屬填入模具母模仁(302)內部。
請參閱圖8，模具母模仁(302)與熔解套筒(400)能夠以地平線為基準在斜線上上下配置。亦即，以地平線為基準傾斜地形成。該結構是為了把熔解的金屬傾斜地填入模具母模仁(302)內而採取的結構。
請參閱圖9，本發明可以配備複數個熔解套筒(400)，各個熔解套筒(400)上形成加壓柱塞(500)。根據該結構，在複數個熔解套筒(400)熔解金屬後填入模具母模仁(302)而得以提高金屬成 型速度，與此同時，所成型的產品尺寸較大時可以一次性地填入較多金屬而得以便利地成型各種產品。
請參閱圖10，加壓柱塞(500)後方所形成的空間(402)可以由蛇腹管(bellows)(420)形成。蛇腹管(420)由波紋管型態構成並且上端堅固地貼緊套筒支撐架(460)而下端處於封閉狀態，而且下端由柱塞桿(510)貫穿。如前所述地利用蛇腹管(420)形成空間(402)而得以確保足夠大小的空間(402)並收容較多金屬渣滓，根據柱塞桿(510)的上昇與下降而使得蛇腹管(420)實現收縮與膨脹，因此能夠儘量減少和柱塞桿(510)外周的摩擦。
請參閱圖11，本發明可以適用於在真空環境下熔解金屬並鍛造的裝置。此時可動模具(320)上形成沖壓部(322)，熔解的金屬被加壓柱塞(500)推動上來時所述可動模具(320)下降而使得所述沖壓部(322)對熔解的金屬施加壓力地成型。此時，加壓柱塞(500)受到相當大的壓力並且受到朝後退的力量而需要採取穩定地支持柱塞桿(510)的手段，該手段就是支持塊(520)。
例如，柱塞桿(510)可以利用聯軸器連接到憑藉缸進行前進與後退動作的缸桿而進行前進與後退動作，此時，可以配備支持塊(520)給予支持，該支持塊(520)形成“之”字型態的槽包裹缸桿地支持聯軸器下方。
另一方面，如前所述地鍛造金屬時，也可以在所述沖壓部(322)對熔解的金屬施加壓力時和加壓柱塞(500)一起加壓。
100‧‧‧主體架(body frame)
200‧‧‧固定臺板
300‧‧‧模具
302‧‧‧模具母模仁
320‧‧‧可動模具
400‧‧‧熔解套筒
402‧‧‧空間
410‧‧‧感應加熱線圈
460‧‧‧套筒支撐架
470‧‧‧支撐棒
480‧‧‧封閉凸緣
500‧‧‧加壓柱塞
510‧‧‧柱塞桿
600‧‧‧排氣裝置
610‧‧‧排氣管
700‧‧‧頂出板
710‧‧‧頂出銷
800‧‧‧可動臺板
820‧‧‧係桿
900‧‧‧開閉缸
910‧‧‧缸桿(tie bar)
920‧‧‧缸支撐架

Claims (9)

  1. 一種在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，包括：模具(300)，形成模具母模仁(302)而讓金屬成型；熔解套筒(400)，內部中空並連通所述模具母模仁(302)下面地安裝而把所投入的金屬熔解；及加壓柱塞(500)，在所述熔解套筒(400)內部被柱塞桿(510)推動前進並且把熔解的金屬推動填入所述模具母模仁(302)；在所述加壓柱塞(500)後方形成連通所述熔解套筒(400)的空間(402)而讓所述金屬的成型過程中透過所述加壓柱塞(500)與所述熔解套筒(400)內部牆面的間隙掉落的金屬渣滓匯聚到所述空間(402)，讓所述熔解套筒(400)內部與所述模具母模仁(302)維持密封狀態並且阻止空氣流入所述空間(402)地形成，配備了具有各自連通所述模具母模仁(302)與所述空間(402)的排氣管(610)之排氣裝置(600)而利用所述排氣裝置(600)在所述模具母模仁(302)與所述熔解套筒(400)及所述空間(402)同時抽出空氣。
  2. 如申請專利範圍第1項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，所述模具母模仁(302)與所述熔解套筒(400)以地平線為基準在斜線上上下配置而傾斜地形成。
  3. 如申請專利範圍第1項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，配備複數個所述熔解套筒(400)，在各個所述熔解套筒(400)熔解金屬並填入所述模具母模仁(302)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，所述空間(402)由蛇腹管(420)形成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，所述熔解套筒(400)和所述模具(300)分離地形成，可以在所述熔解套筒(400)與所述模具(300)分離的狀態下把需要熔解的金屬投入所述熔解套筒(400)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，所述可動模具(320)上形成沖壓部(322)，所述沖壓部(322)對熔解的金屬施加壓力地鍛造金屬，具有支持所述柱塞桿(510)的支持塊(520)以支撐荷重。
  7. 如申請專利範圍第6項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，其中，所述沖壓部(322)對熔解的金屬施加壓力時，所述加壓柱塞(500)上昇而和所述沖壓部(322)一起施加壓力。
  8. 一種在真空環境下把金屬熔解並成型的方法，包括： 形成在真空環境下把金屬熔解並成型的裝置，所述裝置包括：模具(300)，具有讓金屬成型的模具母模仁(302)；熔解套筒(400)，內部中空並連通所述模具母模仁(302)下面地安裝而把所投入的金屬熔解；加壓柱塞(500)，在所述熔解套筒(400)內部被柱塞桿(510)推動前進而把熔解的金屬推動填入所述模具母模仁(302)；及空間(402)，形成於所述加壓柱塞(500)後方並且連通所述熔解套筒(400)卻阻止外部空氣流入，讓金屬成型過程中透過所述加壓柱塞(500)與所述熔解套筒(400)內部牆面的間隙掉落的金屬渣滓匯聚於所述空間(402)；讓所述熔解套筒(400)開放並投入需要熔解的金屬，把需要熔解的金屬投入所述熔解套筒(400)完畢後，在所述模具(300)合體的狀態下從所述模具母模仁(302)與所述熔解套筒(400)及所述空間(402)同時抽出空氣而形成真空狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項所述在真空環境下把金屬熔解並成型的方法，其中，在所述加壓柱塞(500)前進到所述熔解套筒(400)入口相鄰位置的狀態下把需要熔解的金屬置於所述加壓柱塞(500)上，然後讓所述加壓柱塞(500)後退而把需要熔解的金屬投入所述熔解套筒(400)。
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