本發(fā)明屬于金屬冶煉、鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種高真空金屬成型設(shè)備以及該設(shè)備的使用方法。

背景技術(shù)：

隨著金屬制品制造行業(yè)的逐漸發(fā)展，金屬成型過程中出現(xiàn)的各類問題及相關(guān)問題越來越受到行業(yè)內(nèi)研究者的重視。針對易氧化金屬成型過程，現(xiàn)有技術(shù)中往往采用高真空金屬成型工藝，在該工藝過程中對金屬合金成型后的氧含量的要求以及其他各類雜質(zhì)的引入日漸嚴(yán)格。

為了對易氧化金屬成型過程進(jìn)行精細(xì)控制，從而進(jìn)一步提升易氧化金屬成型制品的品質(zhì)，行業(yè)內(nèi)研究人員提出了許多不同的控制方案針對最原始的成型工藝進(jìn)行了改進(jìn)。如申請?zhí)枮?01310505183.8名為《金屬成型設(shè)備》的中國專利的技術(shù)方案中提出了一種將熔煉室與模具裝置均設(shè)于真空環(huán)境的金屬成型設(shè)備，該方案盡管能夠減少金屬成型過程中氣泡的產(chǎn)生，但是將壓鑄機的壓射部分的結(jié)構(gòu)一同放入真空倉體中會對真空環(huán)境造成不良影響，壓射機構(gòu)均存在放氣的問題，尤其是壓射油缸桿在壓射過程中還會產(chǎn)生油氣，不僅影響真空度的穩(wěn)定，而且還會直接影響熔料過程中原料的純度。

申請?zhí)枮?01310638433.5名為《一種高效高真空熔煉壓鑄方法及其成型設(shè)備》的中國專利中提出了一種將真空壓鑄機的抽真空裝置與過渡料倉等其他機構(gòu)之間分別通過抽氣管道各自連接，然后再統(tǒng)一抽真空的方法，從而提高了真空壓鑄機的真空度和加工效率。該方案存在復(fù)雜化現(xiàn)有設(shè)備組成結(jié)構(gòu)、真空度控制難、難以使所有部件處真空度均達(dá)到高真空的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

除了上述背景技術(shù)中提到的方法以外，還提出有改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)、增加抽真空設(shè)備功率等方法，但是上述所有方法均存在增加抽真空過程中能耗、設(shè)備結(jié)構(gòu)改造帶來的成本提升以及容易引入雜質(zhì)的問題。為了解決所述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種無需對現(xiàn)有金屬成型設(shè)備進(jìn)行大幅改造即可滿足高真空環(huán)境下進(jìn)行金屬成型的設(shè)備及該設(shè)備的使用方法。

本發(fā)明所要達(dá)到的技術(shù)效果通過以下方案實現(xiàn)：

本發(fā)明中提供的高真空金屬成型設(shè)備，包括熔煉裝置、壓射裝置及成型模具，其中所述熔煉裝置包括設(shè)有進(jìn)料口及抽真空組件的熔煉室以及設(shè)于熔煉室內(nèi)的熔煉坩堝組件，所述熔煉坩堝組件包括分瓣式坩堝及設(shè)于坩堝外側(cè)的感應(yīng)加熱線圈、設(shè)于坩堝瓣體內(nèi)部及底部的流體循環(huán)組件；所述壓射裝置包括壓射料筒和壓射組件；所述熔煉室設(shè)有出料口與壓射料筒密封相連，坩堝組件設(shè)于出料口上方；所述壓射料筒出料端與成型模具相連。

進(jìn)一步地，所述流體循環(huán)組件包括坩堝底部相隔開的進(jìn)液集液器及出液集液器，所述進(jìn)液集液器及出液集液器為封閉儲液腔體，且各自設(shè)有進(jìn)液口和出液口，進(jìn)液口連接外部液源；所述坩堝瓣體內(nèi)分設(shè)有進(jìn)液通路與出液通路，所述進(jìn)液通路與進(jìn)液集液器相連，所述出液通路與出液集液器相連，在坩堝瓣體內(nèi)部及底部形成流體循環(huán)結(jié)構(gòu)。

再進(jìn)一步地，所述進(jìn)液通路與出液通路為設(shè)于坩堝瓣體內(nèi)部的通流孔，兩孔路端部以封頭相連，封頭內(nèi)部為互通結(jié)構(gòu)。

再進(jìn)一步地，所述坩堝瓣體內(nèi)設(shè)有通流腔，還設(shè)有內(nèi)部通液管和導(dǎo)流壁腔，所述導(dǎo)流壁腔兩端分別與通流腔及進(jìn)/出液集液器密封連接，形成液流通道；所述內(nèi)部通液管一端密封連接進(jìn)/出液集液器，另一端則穿過另一集液器、導(dǎo)流壁腔直通坩堝瓣體內(nèi)的通流腔；所述內(nèi)部通液管管徑小于導(dǎo)流壁腔截面寬度以及坩堝瓣體內(nèi)通流腔截面寬度，且內(nèi)部通液管頂端低于坩堝瓣體內(nèi)通流腔頂部。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)部通液管和導(dǎo)流壁腔沿坩堝瓣體均勻分布。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)部通液管近坩堝瓣體內(nèi)通流腔側(cè)端部為尖頭管。

進(jìn)一步地，所述感應(yīng)加熱線圈設(shè)為管式結(jié)構(gòu)，一側(cè)設(shè)為進(jìn)液端，一側(cè)設(shè)為出液端。

進(jìn)一步地，所述分瓣式坩堝為銅或銅合金等其它低電阻高導(dǎo)熱率材質(zhì)；所述熔煉室還設(shè)有測溫組件、真空度測量組件、放氣組件。

本發(fā)明中還提供一種利用本發(fā)明中的高真空金屬成型設(shè)備的使用方法，包括如下步驟：

s01：進(jìn)料口進(jìn)料；

s02：向流體循環(huán)組件內(nèi)通熱流體對坩堝以及熔煉室進(jìn)行預(yù)熱，熱流體溫度為30-300℃；

s03：預(yù)熱后對熔煉室進(jìn)行抽真空；

s04：抽真空結(jié)束后，利用感應(yīng)加熱線圈對坩堝內(nèi)的原料進(jìn)行加熱熔煉；

s05：熔煉完畢后，傾倒熔液至壓射料筒內(nèi)，壓射組件將熔液壓至成型模具中，獲得成型鑄件。

進(jìn)一步地，所述熱流體為循環(huán)熱水、循環(huán)熱油或者循環(huán)熱氣。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明中的金屬成型設(shè)備能夠在較短的時間內(nèi)使熔煉室達(dá)到高真空度，使熔煉的過程更加純凈、抽取真空的過程節(jié)省能耗。

2、本發(fā)明中的金屬成型設(shè)備真空倉體內(nèi)僅設(shè)有熔煉裝置，使抽取真空步驟的時間更短、抽取真空的難度更低，適合大規(guī)?；氖褂?，節(jié)省能源和人力。

3、使用本發(fā)明中的金屬成型設(shè)備能夠有效避免在熔煉的過程中引入坩堝內(nèi)的雜質(zhì)，影響熔煉合金的純凈度。

4、本發(fā)明中的金屬成型設(shè)備無需針對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行大幅改造即可獲得，且使用方法簡單可靠，具有成本優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中高真空金屬成型設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中高真空金屬成型設(shè)備熔煉裝置與壓射裝置的組合結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明成型設(shè)備中熔煉裝置的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為圖3中熔煉裝置的另一方向剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明成型設(shè)備中熔煉裝置的另一種結(jié)構(gòu)示意圖（去掉感應(yīng)線圈）；

圖6為圖5中熔煉裝置中中間位置剖視的部分剖視圖；

圖7為圖5中熔煉裝置的剖視圖；

圖8為本發(fā)明中熔煉裝置坩堝瓣體內(nèi)另一種流體循環(huán)組件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為圖8中虛線處放大示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。

實施例中提供的高真空金屬成型設(shè)備整體結(jié)構(gòu)如附圖1所示，包括熔煉裝置1、壓射裝置2以及成型模具3，合金原料在熔煉裝置中熔化煉制，然后將原料熔液傾倒至壓射裝置中，由壓射裝置壓射至成型模具中鑄造成型。本發(fā)明方案中使用的壓射成型裝置和模具裝置可使用相適配的現(xiàn)有技術(shù)中的任何壓射成型裝置和模具裝置。進(jìn)一步地，為提升整體設(shè)備制動化的程度，還可設(shè)置于熔煉裝置、壓射裝置及成型模具相連的控制系統(tǒng)，用于設(shè)備的整體控制。

如附圖2所示，實施例中熔煉裝置包括設(shè)有進(jìn)料口15以及抽真空組件18的熔煉室13，即熔煉室為真空倉體，熔煉室內(nèi)僅設(shè)有熔煉坩堝組件。熔煉坩堝組件包括分瓣式坩堝11以及設(shè)于坩堝外側(cè)的感應(yīng)加熱線圈12、設(shè)于坩堝瓣體內(nèi)部空腔及坩堝底部的流體循環(huán)組件。

壓射裝置包括壓設(shè)料筒23、壓射沖頭22和壓射桿21以及壓射裝置的驅(qū)動裝置，熔煉室設(shè)有出料口19與壓射料筒23通過密封圈密封相連，坩堝組件設(shè)于出料口上方，壓射料筒出料端與成型模具相連。合金原料在坩堝種熔煉完畢后由出料口倒入，然后壓射沖頭在壓射桿的帶動下向出料端運動將合金熔液壓射至成型模具中鑄造成型。

本發(fā)明的發(fā)明人在實際工作中發(fā)現(xiàn)，影響合金制品氧含量、氣泡量及熔煉純度的最主要的影響因素存在于熔煉過程中，尤其是真空熔煉過程中。現(xiàn)有技術(shù)中，為了提升鑄造過程整體的真空程度，許多技術(shù)方案中提出將壓射裝置、模具和熔煉裝置均置于統(tǒng)一真空倉體或者分置于不同的真空倉體中，用完全抽取真空的方式達(dá)到高真空度的熔煉。在實際生產(chǎn)過程中，上述方法難以實現(xiàn)，實際生產(chǎn)過程中不僅包括熔煉鑄造的過程，還包括測溫、監(jiān)控、記錄等需要操作人員根據(jù)設(shè)備運作情況實時處理的一些工作步驟，若將所有部件均設(shè)為真空環(huán)境一方面為操作人員隨機工作造成了較大的困擾，另一方面抽取真空的過程會非常困難，需抽取真空的空間愈大，真空抽取設(shè)備的功率要求越高，能耗則會呈指數(shù)級提升，而且很難達(dá)到10^-2pa以下的高真空度。同時，在壓射過程模具鑄造過程中，均會排放氣體，模具內(nèi)部排出的還是混有清洗劑或者潤滑劑的油氣，這樣的氣氛無疑不利于真空環(huán)境的獲取，甚至可以說是直接污染了設(shè)備整體的工作環(huán)境。在本發(fā)明中，發(fā)明人僅將最關(guān)鍵步驟中的熔煉裝置設(shè)于單獨的熔煉室中，使其在高真空環(huán)境中進(jìn)行純凈熔煉，通過密封，使外部氣體無法進(jìn)入到成型設(shè)備內(nèi)部中，尤其壓射過程和模具成型過程為向外部環(huán)境排氣的過程，本身就能夠有效避免在合金產(chǎn)品溫度較高時與外部空氣相接觸。故利用本發(fā)明的設(shè)計，使熔煉室內(nèi)獲得高真空環(huán)境即可達(dá)到純凈熔煉的目的。

如附圖3、附圖4所示為實施例中提供的一種熔煉裝置的結(jié)構(gòu)組成，坩堝11外側(cè)設(shè)有感應(yīng)加熱線圈12，其底部兩側(cè)設(shè)有流體循環(huán)組件的進(jìn)出液口。附圖5為實施例中提供的另一種熔煉裝置的結(jié)構(gòu)組成，附圖5中省略了感應(yīng)加熱線圈以便更為清晰的看到坩堝以及流體循環(huán)組件的結(jié)構(gòu)，如附圖5所示，流體循環(huán)組件的進(jìn)出液口設(shè)于坩堝底部。

附圖6、附圖7為附圖5中流體循環(huán)組件進(jìn)出液口設(shè)于底部的熔煉裝置的詳細(xì)剖視圖。在該實施例中，流體循環(huán)組件包括坩堝底部相隔開的進(jìn)液集液器408及出液集液器409，進(jìn)液集液器及出液集液器為封閉儲液腔體，且各自設(shè)有進(jìn)液口403和出液口404，進(jìn)液口連接外部液源用以提供循環(huán)液體，坩堝瓣體內(nèi)分設(shè)有進(jìn)液通路405與出液通路406，進(jìn)液通路405與進(jìn)液集液器408相連，出液通路406與出液集液器409相連，在坩堝瓣體內(nèi)部及底部形成流體循環(huán)結(jié)構(gòu)。進(jìn)液通路405與出液通路406為開設(shè)于坩堝瓣體內(nèi)部的通流孔，在本實施例中，兩孔路為非通孔，兩孔路端部以封頭407相連，封頭內(nèi)部為互通結(jié)構(gòu)，由此形成液體循環(huán)的結(jié)構(gòu)。

具體循環(huán)過程為：循環(huán)液體由進(jìn)液口403泵入，進(jìn)入進(jìn)液集液器408并充滿該集液器，在壓力作用下，沿著進(jìn)液通路405向上進(jìn)入液路封頭407填充整個封頭，然后在壓力作用下進(jìn)入出液通路406，沿著出液通路進(jìn)入出液集液器，最終由出液口404排出，完成循環(huán)過程。在本實施例的循環(huán)過程中，進(jìn)液口與出液口、進(jìn)液通路與出液通路、進(jìn)液集液器與出液集液器可互換，只要能夠?qū)崿F(xiàn)流體循環(huán)過程即可。

如圖8、圖9所示為另一種熔煉裝置的實施例。在該實施例中流體循環(huán)組件包括進(jìn)液口402、出液口401、進(jìn)液集液器413、出液集液器412。進(jìn)液集液器和出液集液器為設(shè)于坩堝底部的儲液腔體，進(jìn)液集液器設(shè)于出液集液器之下，進(jìn)液集液器407上設(shè)有進(jìn)液口402，出液集液器406上設(shè)有出液口401，進(jìn)液口402與外部液源（未標(biāo)示）相連。每一坩堝瓣體均設(shè)有內(nèi)部通液管414和導(dǎo)流壁腔410，導(dǎo)流壁腔410兩端部分別與坩堝瓣體內(nèi)通流腔1102以及出液集液器412密封連接，形成液流通道411。內(nèi)部通液管414一端密封連接進(jìn)液集液器413，另一端則穿過出液集液器412、導(dǎo)流壁腔410直通坩堝瓣體內(nèi)的通流腔1102。

內(nèi)部通液管管徑小于導(dǎo)流壁腔截面寬度以及坩堝瓣體內(nèi)通流腔截面寬度，且內(nèi)部通液管頂端低于坩堝瓣體通流腔頂部。故循環(huán)液體的運動過程為：循環(huán)液體由進(jìn)液口402輸入，進(jìn)入進(jìn)液集液器413內(nèi)部儲液空間中，在進(jìn)液壓力下沿著內(nèi)部通液管414的進(jìn)液端持續(xù)向上運動，運動至內(nèi)部通液管414頂端后流出，重力作用下，液體從坩堝瓣體內(nèi)通流腔1102與內(nèi)部通液管414之間的通道流至液流通道411，然后流至出液集液器412的內(nèi)部儲液空間中，最終由出液口401流出。循環(huán)液體流動方向如附圖中箭頭所示。在本實施例的循環(huán)過程中，進(jìn)液口與出液口、進(jìn)液通路與出液通路、進(jìn)液集液器與出液集液器可互換，只要能夠?qū)崿F(xiàn)流體循環(huán)過程即可。

與現(xiàn)有技術(shù)中循環(huán)冷卻組件僅設(shè)于坩堝側(cè)邊不同的是，本發(fā)明中的流體循環(huán)組件不僅設(shè)于坩堝側(cè)邊部，還包括坩堝底部的結(jié)構(gòu)部分。利用本實施例中的流體循環(huán)組件的結(jié)構(gòu)，一方面可以通過調(diào)整組件內(nèi)循環(huán)液體的溫度來調(diào)節(jié)坩堝溫度，另一方面，通過集液器中液體的流轉(zhuǎn)調(diào)整熔煉室內(nèi)的溫度。

在實際金屬成型加工的過程中，設(shè)備還未開啟時，整體設(shè)備溫度低，一旦開啟開始運轉(zhuǎn)以后，溫度上升，上述溫差容易導(dǎo)致熔煉室內(nèi)的露水凝結(jié)，尤其在比較潮濕的地區(qū)，在設(shè)備開啟伊始，熔煉室內(nèi)壁、坩堝、加熱管上往往凝結(jié)有一層水汽，不僅給電氣設(shè)備運行造成了隱患，而且給抽真空過程造成了額外的負(fù)擔(dān)。利用本發(fā)明中的流體循環(huán)組件，在成型工藝伊始，即可通入高溫液體，如高溫水、高溫油體或者高溫空氣，一方面預(yù)熱坩堝，加速熔料過程，另一方面可以有效預(yù)熱熔煉室內(nèi)的空氣，有助于去除水汽。同時，上述預(yù)熱過程增加了熔煉室內(nèi)氣體分子的活躍程度，極為有助于抽真空過程。實踐經(jīng)驗中利用本發(fā)明中的流體循環(huán)組件在熔煉之前預(yù)熱熔煉室，由于真空倉體小且具有一定的溫度，在此條件下抽真空非常容易達(dá)到高真空（小于5×10^-4pa）狀態(tài)，使熔煉過程保持純凈。在較為干燥、環(huán)境溫度適中的條件下，熔煉伊始可使用本發(fā)明中的流體循環(huán)組件，也可不使用。本發(fā)明中的流體循環(huán)組件也可根據(jù)需要用于通冷卻液源，用于冷卻。

進(jìn)一步地為了使加熱均勻，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，優(yōu)選將內(nèi)部通液管和導(dǎo)流壁腔沿坩堝瓣體均勻分布。在本發(fā)明中的流體循環(huán)組件中，由于坩堝多為柱體結(jié)構(gòu)，故出液集液器和進(jìn)液集液器設(shè)為中空圓環(huán)狀的儲液腔體，且各自設(shè)有出液口和進(jìn)液口，每一坩堝瓣體分別設(shè)有內(nèi)部通液管與之相連。在實際應(yīng)用過程中，可根據(jù)實際需求設(shè)置集液器的形狀、尺寸以及進(jìn)出液路徑，也可根據(jù)實際便于操作的情況設(shè)置進(jìn)出液口的位置，上述在本發(fā)明方案技術(shù)上的改進(jìn)均應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。

本實施例中，為了便于出液，優(yōu)選將內(nèi)部通液管出液端設(shè)為尖頭管，如附圖8所示。

進(jìn)一步地，本實施例中優(yōu)選使用分瓣式銅坩堝，銅坩堝電阻小，且由于感應(yīng)加熱的電磁約束作用，熔料與坩堝為軟接觸或懸浮，且相對材料熔煉溫度，坩堝溫度低，不會引入雜質(zhì)，從而提高產(chǎn)品的品質(zhì)。

由于感應(yīng)加熱過程中感應(yīng)線圈無可避免的會產(chǎn)生部分熱量，故可將應(yīng)加熱線圈設(shè)為管式結(jié)構(gòu)，如附圖3所示，一側(cè)設(shè)為進(jìn)液端1202，一側(cè)設(shè)為出液端1201，利用循環(huán)液體對其進(jìn)行冷卻，延長感應(yīng)線圈的使用壽命。

進(jìn)一步地，如附圖2所示，本實施例的熔煉室中還可設(shè)有測溫組件14、真空度測量組件16、放氣組件17與整體設(shè)備配合使用，也可根據(jù)實際需要配置其他相關(guān)組件，在此不加贅述。

利用上述高真空金屬成型設(shè)備的方法包括如下步驟：

s01：進(jìn)料口進(jìn)料；

s02：向流體循環(huán)組件內(nèi)通熱流體對坩堝以及熔煉室進(jìn)行預(yù)熱，熱流體溫度為30-300℃；在該步驟中使用的熱流體可選擇為循環(huán)熱水、循環(huán)熱油或者循環(huán)熱氣中的一種；

s03：預(yù)熱后對熔煉室進(jìn)行抽真空；

s04：抽真空結(jié)束后，利用感應(yīng)加熱線圈對坩堝內(nèi)的原料進(jìn)行加熱熔煉；

s05：熔煉完畢后，傾倒熔液至壓射料筒內(nèi)，壓射組件將熔液壓至成型模具中，獲得成型鑄件。

最后需要說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案而非對其進(jìn)行限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明實施例進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍。