專利名稱：一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備及其工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備及其工藝。
背景技術：
在我國現有對鋁及鋁工件的成形，均采用澆注和壓鑄兩種工藝，兩種成形工藝的工件內部都不同程度地存在氣孔。壓鑄時因為物料呈噴射狀快速進入模具型腔內，來不及排放的氣體和氧化鋁，形成氣孔和工件內部組織變化，導致壓鑄件機械性能存在缺陷。澆注時物料不形成噴射狀但也會有氣孔產生，澆注工件機械性能較好，但不容易形成好的工作表面，特別是一些形狀特殊的工件不易成形。目前，對于工件內部的氣孔問題國內外均有在研討，對于真空壓鑄國內外也有在研究和探討。華中科技大學有學生的畢業論文討論但未進入實用，其采用的是利用真空將物料吸入料筒然后壓射。但真空吸力必須消耗平衡物料的自重，一旦處于平衡中就無法再吸料，還有物料如何輸送和終止輸送，這些技術問題都存在實施過程的困難。單一的壓鑄無法有效提高壓鑄件的機械性能，只是減少內部氣孔的形成而已。在日本、德國以及我國的武漢華中科技大學均有真空壓鑄機的相關報導，都是采用高溫物料噴射壓鑄，不易實現較好的工件機械性能，主要有三種以下方法。一是德國Vacural法，將熔鋁爐通過升液管與壓射室直接連接，只將熔液用抽真空方式吸入到壓射室內，接著繼續對型腔抽真空到預定值后再壓射成形。但是這個過程必須要關閉進料口，不然料筒和爐液面的落差勢能會減少型腔內的真空度。二是德國MFT法，其分為4個步驟①對料筒進行定量澆注物料，②壓射室活塞對物料慢壓射使壓射室內的空氣自然向型腔上方排放，繼而快速抽真空，③當壓射室活塞向前推進到給料占有壓射室空間的1/3 1/2時，立即關閉抽真空實現快速壓射，④壓射完畢實現保壓和留模冷卻；該方法對于料筒的物料進給是采用定量機構加料式，或是采用人工定量器加料方法；步驟②是利用真空吸能罐吸能原理，當打開真空閥就實現快速操真空，同時在模具設計時采用大澆口使熔液快速進入型腔，此時的能量來源于兩個方面一是真空吸力，二是料筒活塞的推進力。三是瑞士方達利真空壓鑄機，其工作原理和德國MFT法基本相同，都是采用料筒置于模具型腔下方，在模具的上方設置抽真空，先對料筒壓射室定量給料然后慢壓射抽真空，關閉真空閥后轉入快壓射。現有技術不論是普通壓鑄還是以上對比資料所列舉的幾種真空壓鑄方式，其工件的表面質量都是靠壓鑄機對模具型腔實施進料后期的快速壓射沖擊力以及壓強來實現的。這種方法雖然有良好的工件表面質量，但由于快速壓射造成物料是噴射狀進料從而影響最終工件的成形結晶和機械性能。

發明內容
鑒于現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種同時具有真空澆鑄的優良機械性能和高壓壓鑄的良好表面性能的真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備及其工藝。
為了實現上述目的，本發明的技術方案一是一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，包括熔鋁爐、保溫爐、料筒、料筒活塞、油缸、模具工裝組合件、真空緩沖罐和真空泵，所述熔鋁爐與保溫爐相連接且連接管上設置有啟閉閥，所述保溫爐經輸料管與料筒的下端側部相連接，所述油缸設置于料筒上方并驅動料筒活塞在料筒內上下運行，所述料筒進料口位于料筒活塞運行行程之中，所述料筒位于模具工裝組合件的上方，所述模具工裝組合件內設置有與料筒出料口相連通的鋁液澆注流道，所述鋁液澆注流道與模具型腔相連通，所述模具型腔的內室和澆冒頭經狹縫式抽真空通道與真空管道相連通，所述真空管道連接至真空緩沖罐，所述真空緩沖罐與真空泵相連接。進一步的，所述保溫爐內的上液面較模具型腔熔液接觸面高。 進一步的，所述保溫爐連接有空壓機且連接管道上設置有進氣閥門，所述保溫爐設置有壓力表、放氣閥門和安全閥。進一步的，所述輸料管靠近料筒進料口的一段上設置有輸料管加熱器。 進一步的，所述油缸的橫截面積較料筒的橫截面積大。進一步的，所述料筒的上端與料筒活塞桿相接觸部位安裝有密封件。進一步的，所述料筒活塞桿上設置有向桿內通冷卻水的冷卻水進出管。進一步的，所述狹縫式抽真空通道為扁平通道，其扁平口高度為0. 15^0. 25_。進一步的，所述熔鋁爐的上方設置有物料預熱區。進一步的，所述模具工裝組合件的下方設置有模具下行工作點和兩個模具工件分離預熱區。為了實現上述目的，本發明的技術方案二是一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形工藝，包括上述的一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，按以下步驟進行(I)將預熱好的鋁錠放入熔鋁爐進行過熱熔解，設定熔解的過熱溫度為680 800°C ；(2)熔解后的鋁液通過啟閉閥進入保溫爐進行保溫，原則上保溫的溫度控制在67(T780°C之間；(3)將模具工裝組合件與料筒相連接固定，初始時料筒活塞位于料筒的下端部并擋住料筒進料口，開啟真空閥、啟動真空泵使得模具型腔內空氣和料筒下方空氣經真空管道抽真空，使模具型腔及料筒均處于真空狀態；(4)在抽真空的同時，油缸推桿向上運行帶動料筒活塞向上行，當上行行程超過料筒進料口上方時停止上行，此時保溫爐通過輸料管與料筒相連通，鋁液在真空和鋁液自重的作用下實現從保溫爐快速澆注進入料筒和模具型腔；(5)當鋁液注滿至料筒活塞下側時，油缸推桿向下運行帶動料筒活塞向下運行使得過量的鋁液自動經料筒進料口返回保溫爐，當料筒活塞向下運行超過料筒進料口下方時就自動關閉料筒進料口進而自然形成定量進料，此時實現料筒活塞對工件加壓繼而料筒活塞繼續向下運行實現對工件施加高靜壓強以實現保壓，在保壓的同時對工件進行冷卻；(6)保壓冷卻后一定時間后，一般保壓時間控制在廣15秒，留模冷卻時間控制在5 30秒，油缸推桿向下運行，模具工裝組合件同時向下運行，料筒中的料頭隨同模具脫離料筒進入模具下行工作點；(7)在機械作用下，模具和工件平移至一模具工件分離預熱區，進行工件脫模處理；(8)當模具進入上述的模具工件分離預熱區后，位于另一模具工件分離預熱區已加熱處理的模具進入模具下行工作點同時上升和料筒結合，料筒活塞回位進行下輪工作。進一步的，在步驟(4)中，熔鋁爐與料筒相連接的輸料管靠近料筒進料口的一段上設置有輸料管加熱器，使得料筒進料口和料筒活塞接觸面的平面層熔液保持流動。
進一步的，在步驟(4 )中，對于較復雜工件和特殊要求工件需要增加自重真空澆注過程物料進給時與模具型腔接觸瞬間物料對型腔面的壓強，先向密閉的保溫爐沖入壓力氣體以加壓，鋁液最后在真空、鋁液自重和壓強的作用下實現從保溫爐快速澆注進入料筒和模具型腔。進一步的，在步驟(7)和(8)中，兩模具工件分離預熱區均設置有模具預熱裝置。本發明聚真空自重澆注與高壓保壓成形為一體，其具有以下優點。一、采用真空型腔使得工件在成形過程有效解決型腔氣體進入工件體內的問題。二、采用真空自重澆注使得澆注熔液進入型腔流速加快，在一定程度上可提高澆注件的機械性能，實驗證明當澆注熔液達到20m/s時的澆注件機械性能比較好。同時，工件用低壓澆注成形和高壓壓鑄成形相對比，低壓澆注成形的工件比高壓壓注成形的工件綜合機械強度好，因而對于很多特殊要求工件都不采用高壓壓鑄成形，而采用低壓澆注成形，比 如汽車輪轂就是采用低壓澆注成形。采用真空自重澆注成形，由于流速提高，不僅提高了澆注工件的機械性能，而且有效地減少了成形件的內部氣孔，大大地提高了澆注后工件質量。經實驗采用同結構同材料同外形工件分別采用自重真空澆注和普通壓鑄對比，其抗拉強度可提高20. 3%，伸長率可提高83. 1%，韌度和抗彎性的提高非常明顯，抗彎性能提高一倍以上，表面外觀性能肉眼觀察沒有區別。三、采用先真空自重澆注、后高壓保壓的真空自重澆注成形壓鑄工藝，保證了成形工件既有真空澆鑄的優良機械性能，又有高壓壓鑄的良好表面性能，特別適用于低熔點金屬材料和鋁合金、鉛合金、鎂合金等低熔點合金。四、采用先真空自重澆注、后高壓保壓的真空自重澆注成形壓鑄工藝，易實現大壓力加壓保壓。因為本發明進料完全依靠真空、自重以及勢能和熔液壓強來實現，后面的加壓保壓主要是完善工件表面質量和對特形面的特別部位填充以及冷卻過程工件收縮的補充，同時也對熔液增加靜壓力。但該方法不同于現有壓鑄機，現有技術若工件特形、物料質量大的壓鑄則必須采用大噸位液壓系統，因為必須有足夠的料筒面積、容積和壓力來保證工件的快速成形和加壓。而本發明根據公式S1XF1=S2XF2，采用設備設置油缸壓力小、油缸面積大而料筒面積小的辦法實現料筒工作的大壓力加壓，由于液體的壓力傳遞與在單位平方面積的傳遞壓力相同，從而實現小驅動大壓力的加壓保壓目的。關鍵是后期的加壓保壓工作過程中無需大壓注量，只求單位面積壓力，從加壓動作到保壓動作過程中料筒活塞的運行行程很短，只需滿足冷縮工件以及表面美觀所需的物料填補量和工件內部結構的緊密性所需要的填補料即可。


圖I為本發明實施例的構造示意圖。圖2為保溫爐的構造示意圖。圖3為模具及料筒抽真空示意圖。圖4為模具及料筒進料示意圖。圖5為模具及料筒多余料液回流示意圖。圖6為料筒活塞對模具及料筒料液加壓示意圖。圖7為料筒活塞對模具及料筒料液保壓示意圖。
圖中I-熔鋁爐，2-啟閉閥，3-保溫爐，4-輸料管加熱器，5-料筒，6_料筒活塞，7-油缸，8-模具工裝組合件，9-真空管道，10-真空閥，11-真空緩沖罐，12-真空泵，13-輸料管，14-鋁液澆注流道，15-澆冒頭，16-狹縫式抽真空通道，17-進氣閥門，18-壓力表，19-放氣閥門，20-安全閥，21-空壓機，22-密封件，23-冷卻水進出管，A-模具下行工作點，B、C-模具工件分離預熱區，D-物料預熱區。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明做 進一步的闡述。參考圖f 2，一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，包括熔鋁爐I、保溫爐
3、料筒5、料筒活塞6、油缸7、模具工裝組合件8、真空緩沖罐11和真空泵12，所述熔鋁爐I與保溫爐3相連接且連接管上設置有啟閉閥2，所述保溫爐3經輸料管13與料筒5的下端側部相連接，所述油缸7設置于料筒5上方并驅動料筒活塞6在料筒5內上下運行，所述料筒5進料口位于料筒活塞6運行行程之中，所述料筒5位于模具工裝組合件8的上方，所述模具工裝組合件8內設置有與料筒5出料口相連通的鋁液澆注流道14，所述鋁液澆注流道14與模具型腔相連通，所述模具型腔的內室和澆冒頭15經狹縫式抽真空通道16與真空管道9相連通，所述真空管道9連接至真空緩沖罐11，所述真空緩沖罐11與真空泵12相連接。在本實施例中，所述保溫爐3連接有空壓機21且連接管道上設置有進氣閥門17，所述保溫爐3設置有壓力表18、放氣閥門19和安全閥20，可先向密閉的保溫爐3沖入壓力氣體以加壓以增加自重真空澆注過程物料進給時與模具型腔接觸瞬間物料對型腔面的壓強，滿足較復雜工件和特殊要求工件的澆注。在本實施例中，所述輸料管13靠近料筒5進料口的一段上設置有輸料管加熱器4，以保證料筒5進料口和料筒活塞6接觸面平面層溶液的流動性，也就是保證工藝溫度，應注意物料流通必須通暢。在本實施例中，所述油缸7的橫截面積較料筒5的橫截面積大。根據油缸7橫截面積和料筒5橫截面積(S)以及壓力(F)的反比關系(油缸活塞SI/料筒活塞S2=料筒F2/油缸F1)，采用大直徑油缸、小直徑料筒，可在同等功率情況下提高料筒壓力，易于實現大壓力保壓和加壓。在本實施例中，本發明整個真空閉合回路易于控制高真空度，所述料筒5的上端與料筒活塞桿相接觸部位安裝有密封件22，以保證系統工作的真空度。所述料筒活塞桿上設置有向桿內通冷卻水的冷卻水進出管23，以保證設備的正常工作。本發明由于進料是采用真空自重法，無需依靠料筒活塞6推進給料，因此可以不用對料筒活塞6進行潤滑，可有效地減少工件因潤滑而產生的氣體。在本實施例中，所述夾縫式真空通道16為扁平通道，其扁平口高度為
0.15^0. 25mm,以使得夾縫式真空通道16只能流通氣體而不能流通熔液且必須易于清理。在本實施例中，所述熔鋁爐I的上方設置有物料預熱區D ;所述模具工裝組合件8的下方設置有模具下行工作點A和兩個模具工件分離預熱區B、C。參考圖廣7，一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形工藝，按以下步驟進行。(I)將預熱好的鋁錠放入熔鋁爐I進行過熱熔解，鋁的熔接溫度為660. 4°C，設定熔解的過熱溫度為680 800°C ;但熔解時必須注意熔解的過熱溫度不宜過高，應根據實際工件、工藝等條件而定。過熱的熔液在熔解過程中吸收空氣中的水氣使之分解成H2和02，這樣就會使水氣中的H2進入鋁熔液中，而鋁熔液中的氫氣含量是隨著溫度的升高而上升。當700°C時每IOOg的鋁熔液含有IOml的氫氣，當900°C時則上升到30ml，但這是可逆的，如900°C的鋁熔液下降到700°C時則氫氣的含量就從30ml/100g下降到10ml/100g。(2)熔解后的鋁液通過啟閉閥2進入保溫爐3進行保溫，保溫的溫度視其工件的工藝條件而定，結構復雜、工件料面薄的工件溫度應適當高些，結構簡單、工件料道大的工件溫度應控制小些，原則上保溫的溫度控制在67(T780°C之間。(3)將模具工裝組合件8與料筒5相連接固定，初始時料筒活塞6位于料筒5的下端部并擋住料筒5進料口，開啟真空閥10、啟動真空泵12使得模具型腔內空氣和料筒下方空氣經真空管道9抽真空，使模具型腔及料筒5均處于真空狀態；但這一過程中有一技術問 題就是模具的真空吸口的處理，模具的夾縫式真空通道16必須是只能流通氣體而不能流通熔液且必須易于清理。解決辦法是夾縫式真空通道16采用扁平通道，一般控制通道扁平口高度在0. 15mnT0. 25mm之間，寬度和長度根據實際工件和工藝情況而定，可以阻止熔液進入夾縫式真空通道16，金屬熔液的表面張力大，隨著溫度的變化表面張力會有明顯變化，可以通過調整熔液溫度和扁平口高度的方法來阻止熔液進入夾縫式真空通道16。(4)在抽真空的同時，油缸7推桿向上運行帶動料筒活塞6向上行，當上行行程超過料筒5進料口上方時停止上行，此時保溫爐3通過輸料管13與料筒5相連通，鋁液在真空和鋁液自重的作用下實現從保溫爐3快速澆注進入料筒5和模具型腔。在實施中，熔鋁爐I與料筒5相連接的輸料管13靠近料筒5進料口的一段上設置有輸料管加熱器4，以保證料筒5進料口和料筒活塞6接觸面平面層溶液的流動性，也就是保證工藝溫度，應注意物料流通必須通暢。(5)當鋁液注滿至料筒活塞6下側時，油缸7推桿向下運行帶動料筒活塞6向下運行使得過量的鋁液自動經料筒5進料口返回保溫爐3，當料筒活塞6向下運行超過料筒5進料口下方時就自動關閉料筒5進料口進而自然形成定量進料，此時實現料筒活塞6對工件加壓繼而料筒活塞6繼續向下運行實現對工件施加高靜壓強以實現保壓，在保壓的同時對工件進行冷卻，冷卻分為自然冷卻和介質冷卻兩種，自然冷卻是靠模具自身熱傳導散發熱量所進行的冷卻，介質冷卻就是在模具中導入冷卻介質進行強制冷卻。 在實施中，對于較復雜工件和特殊要求工件需要增加自重真空澆注過程物料進給時與模具型腔接觸瞬間物料對型腔面的壓強，可在步驟(4)中采用對密閉保溫爐3沖入壓力氣體的方法，具體單位面積加壓值根據工藝而定，可設定加壓> 12kg/cm2范圍調整，鋁液最后在真空、鋁液自重和壓強的作用下實現從保溫爐快速澆注進入料筒和模具型腔。根據油缸7橫截面積和料筒5橫截面積⑶以及壓力(F)的反比關系(油缸活塞SI/料筒活塞S2=料筒F2/油缸Fl)，采用大直徑油缸、小直徑料筒，可在同等功率情況下提高料筒壓力，易于實現大壓力保壓和加壓。因為經過真空澆注后，在模具型腔和料筒5中已充滿溶液。最后的加壓和保壓，是為了改變澆注工件的表面狀態和防止工件產生收縮及皺褶、冷隔、縮孔、欠鑄等殘缺類缺陷。(6)保壓冷卻后一定時間后，具體時間視工件大小結構復雜程度而定，一般保壓時間控制在廣15秒，留模冷卻時間控制在5 30秒，油缸7推桿向下運行，模具工裝組合件8同時向下運行，料筒5中的料頭隨同模具脫離料筒5進入模具下行工作點A。(7)在機械作用下，模具和工件平移至模具工件分離預熱區B進行工件脫模處理，工件脫模處理包括模具和工件的分離、料頭和工件的分離。(8)當模具進入上述的模具工件分離預熱區B后，位于另一模具工件分離預熱區C已加熱處理的模具進入模具下行工作點A同時上升和料筒5結合，料筒活塞6回位進行下輪工作；兩模具工件分離預熱區B、C均設置有模具預熱裝置。本發明實施過程中一技術要點就是采用自重澆注過程中應保證熔液進入型腔和型腔接觸面瞬間熔液對型腔壁面的壓強。普通澆注熔液對壁面的瞬間壓強來自于澆口高度、熔液的比重和熔液的澆注沖力，因為這種澆注澆口高度有限，熔液進入型腔要克服流道磨擦力和由于模具和熔液溫差導致的熔液溫度下降表面張力速增、流動性減少，也就增加磨擦力，所以普通澆注熔液進入型腔和模具表面接觸面瞬間壓強> 0. 5kg/cm2 ;若在不考慮型腔內部磨擦力的情況下，則在料口高度為I. 3米高度時產生0. 5kg/cm2壓強。而本發明所采用的是自重真空高位槽法澆注，熔液進入型腔接觸面瞬間的壓強來自于型腔的真空度、熔液自重和保溫爐上液面和模具液體瞬間接觸面的高差以及保溫爐內的壓強(對于復雜工件還應對密閉的保溫爐施加壓力氣體)型腔真空度、熔液比重以及熔液的流動性(爐液溫度是影響流動性的關鍵指標)，決定了熔液流經模具澆口的流速以及熔液和模具瞬間接觸面的壓強，實際上是一種由勢能轉化的動能沖擊力，而這種勢能是由比重、高差、保溫爐內壓強和真空度決定的。以保溫爐上液面和模具型腔熔液接觸面高差為2. 6米設定，在不考慮模具流道和模具表面的摩擦力情況下，以0. 9個負壓真空度為準，則熔液和模具型腔接觸面的壓強為
I.9kg/cm2 ;若對保溫爐內施加3kg的壓力則為(I. 9+3) =4. 9kg/cm2，具體爐內加壓值以工 件、工藝要求為冷。這種工藝實際上是勢能向動能轉化的一種形式，對同一熔液而言最終決定壓強的是高度、流動性真空度以及模具和熔液的溫差和保溫爐內的壓強，對于一些結構復雜件可采取提高模具的預熱溫度，調高保溫爐相對于模具的高度保溫爐內施加壓力的辦法，本發明高位保溫爐的高低差是可調的。在實施過程中，在進行自重澆注結束瞬間立即實施加壓、保壓，應在型腔內熔液溫度> 640°C的工藝條件下實施，具體實施過程中的調整相對應于工件的工藝要求調整模具的預熱溫度和保溫爐熔液的保溫溫度。只采用自重真空澆注法高位保溫爐槽的高度是有限的，實際在工作過程中若熔液和型腔接觸面瞬間功能所產生的壓強不能滿足良好的表面性能要求，也解決不了工件收縮、填補的問題，而壓鑄則產生大壓力10(T300kg/cm2，因而能形成良好的表面，同時可防止縮孔收縮等問題。本發明采取在澆注完成后施以10(T300kg/ cm2的壓力，同時保壓f 15秒，留模冷卻5 30秒，這樣就能保證工件有良好的外表面和優良的機械性能。本發明在實施過程中對于一些結構較復雜工件在自重真空澆注過程因為模具內澆口阻力大工件物料在內澆口易被模具冷卻，會導致物料和模具瞬間接觸面的動能壓強下降而不能滿足工藝要求，這種狀況下光靠調整保溫爐高度的辦法是無法實現工藝要求，則應采用密閉的保溫爐加以壓力氣體，可在> 12kg/cm2的范圍內根據工藝條件進行加壓，這樣能有效地提高自重真空澆注速度和物料和模具瞬間的動能壓強，其增加壓力值對應于保溫爐壓力空氣加壓值。如圖2所示首先打開進氣閥門17，對保溫爐3加壓力空氣為定值(Tl2kg/Cm2，當物料到保溫爐3下位時，打開放氣閥門19，然后由熔鋁爐I進料到保溫爐3液面高位停止進料。本發明在自重真空澆注過程中給料定量是自定量過程，因為型腔和料筒在抽真空位置。圖3狀態時，對料筒5和型腔進行抽真空；當進入圖4狀態時實現自動澆注，由于真空吸力+物料自重+液面和模具型腔位高度差勢能+保溫爐內施加壓強，此時保溫爐3內的物料就會通過料筒5進料口實現自動給 料，并且充滿料筒活塞6下平面以下的所有抽真空空間，包括模具型腔空間實現自定量工作過程。本發明在熔液輸送過程中，都是在真空中進行，熔化后的液體不和空氣接觸。熔鋁爐I或保溫爐在完全熔解后的熔液上表層形成氧化層，可以有效地阻止熔液在熔化后再吸收氫氣；也可采用在密閉熔鋁爐I和密閉保溫爐充入惰性氣體的辦法，來減少熔液中的氫氣含量(熔液中的氣體主要是氫氣，含量占80、0%)。本發明在熔液進入真空型腔和料筒過程的開閉控制，是靠料筒活塞的上下運行而實現的。本發明不同于現有的真空壓鑄機，抽真空不是設置在高速鑄造前，而是設置在澆注進行的整個過程中；現有壓鑄機因料筒的注壓活塞快速運行，而必須采用潤滑劑進行潤滑。當抽真空時料筒活塞6處于圖3所示的位置時，關閉料筒5進料口進行抽真空工作。當達到真空度0. 9個大高壓時，料筒活塞6向上運行至圖4所示的位置，此時實現真空自重澆注，物料填滿型腔和料筒5下部空間。當處于圖5所示的位置時，料筒活塞6向下運行，料筒5下部則出現部份物料反溢回保溫爐3，當料筒活塞6下行到圖6所示的位置時實現加壓，由于壓力的作用，料筒活塞6會繼續下至圖7所示的位置，此時工作油泵實現低轉速大扭矩工作，料筒活塞6處于保壓階級。這樣從根本上解決了高溫爐液壓輸送過程的關閉控制，以及控制閥體的溫差影響，而導致熔液溫度、流動性以及性能的改變。同時排除了因使用潤滑劑潤滑料筒的注壓活塞，潤滑劑高溫分解所產生的氣體。本發明在熔鋁爐的上方設置物料預熱，利用熔鋁爐的熱傳導、熱輻射對物料進行加熱，加熱到500°C可先除物料表面的水分和結晶水，在500°C以下可去除表面水分，這樣可有效減少熔液中因物料表面水分分解而產生氫氣溶入熔液中，同時也可利用熱能。本發明因為采用真空自重澆注和大壓力加壓保壓相結合的辦法，只要設置小料筒、采用低功率的壓鑄機就能完成要大功率、大料筒才能實現的工件壓鑄。因為熔液是靠真空自重熔液壓強輸送，不需要靠大料筒壓射力輸送，這樣可減少液壓系統中驅動電機功率，有效地節能。如在液壓系統中采用永磁電機驅動增加轉速狀況下效果更好。本發明特別是對電機轉子澆壓鑄工藝的實施，能夠明顯地提高電機效率。目前電機轉子注鋁均采用壓鑄方法，由于型腔內空氣、料筒中的空氣以及過程中潤滑劑使用的分解氣體，造成轉子壓鑄后的鼠籠條以及兩端環內部出現大小不均的氣孔和大量的氧化鋁，從而影響了電機的效率。特別是目前發展高效電機，其轉子的鑄鋁質量是關鍵所在，本發明的實施可提高電機轉子的壓鑄質量從而提高電機效率，能夠產生顯著的經濟效益和社會效益，具有巨大的市場應用前景。本發明是在自重勢能真空澆注階段熔液進入型腔的瞬間和型腔接觸面的壓強視工藝條件而定，是由真空吸力+物料自重+保溫爐上液面和型腔物料接觸面落差壓強+對保溫爐施加空氣壓力的大小這幾種因素共同形成的勢能轉化而形成的。熔液流體處于環流狀態，這種環流是動能引起的，同時產生很大的壓強對型腔表面形成沖擊力，這種沖擊力的形成有利于特型面的表面質量，同時自然調整熔液溫差，熔液和型腔接觸面部份液體溫度下降，使熔液的流動性急速下降而影響工作表面質量。這種環流的作用使的液體自身進行熱平衡從而保證了流動性和工件表面質量，同時有利于含在熔液中的氫氣隨著液溫的下降而析出。而普通澆注動能很小無法克服模具和熔液接觸面阻力以及溫差所引起的流動性的急速下降，無法形成環流現象，對于簡單工件也只能是微弱的環流現象，沒有一定的環流流速和壓強無法形成好的工件表面，因而采用自重勢能真空澆注在這一階段就能獲得良好的工件表面質量和有效地減少熔液在澆注過程中內部氫氣含量，然后再加壓保壓，易獲得良好的成形工件。
本發明成形的工件表面質量是靠自重、勢能、真空自定量澆注完成后料筒活塞對物料上液面施加大靜壓強，根據在閉合容器中壓強等效傳遞原理，因而工件物料和模具型腔接觸面各點壓強一致。這種大靜壓強是根據大工作油缸、小壓注料筒之間的反比作用所產生力的反比來實現的，這種大靜壓強的作用形成了良好的工件表面質量。這種方法的使用使得模具使用壽命長，沒有對模具表面形成射流破壞，不易形成工件表面的冷縮現象，且保證了工件的內在機械性能。而目前的普通壓鑄或真空壓鑄最終成形表面的質量是靠澆注后共同對料筒活塞的快速壓射所產生的沖擊力和壓強來實現的。這種壓注方法雖然能獲得良好的表面質量，但由于快壓射物料對模具產生極大的射流沖擊力，在一定程度上影響了模具的使用壽命，由于物料是噴射狀進入最終，影響了工件的成形結晶和機械性能。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，包括熔鋁爐、保溫爐、料筒、料筒活塞、油缸、模具エ裝組合件、真空緩沖罐和真空泵，其特征在干所述熔鋁爐與保溫爐相連接且連接管上設置有啟閉閥，所述保溫爐經輸料管與料筒的下端側部相連接，所述油缸設置于料筒上方并驅動料筒活塞在料筒內上下運行，所述料筒進料ロ位于料筒活塞運行行程之中，所述料筒位于模具エ裝組合件的上方，所述模具エ裝組合件內設置有與料筒出料ロ相連通的鋁液澆注流道，所述鋁液澆注流道與模具型腔相連通，所述模具型腔的內室和澆冒頭經狹縫式抽真空通道與真空管道相連通，所述真空管道連接至真空緩沖罐，所述真空緩沖罐與真空泵相連接。
2.根據權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，其特征在于所述保溫爐連接有空壓機且連接管道上設置有進氣閥門，所述保溫爐設置有壓カ表、放氣閥門和安全閥。
3.根據權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，其特征在于所述輸料管靠近料筒進料ロ的一段上設置有輸料管加熱器。
4.根據權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，其特征在于所述油缸的橫截面積較料筒的橫截面積大。
5.根據權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，其特征在于所述料筒的上端與料筒活塞桿相接觸部位安裝有密封件；所述料筒活塞桿上設置有向桿內通冷卻水的冷卻水進出管。
6.根據權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，其特征在于所述熔鋁爐的上方設置有物料預熱區；所述模具エ裝組合件的下方設置有模具下行工作點和兩個模具エ件分離預熱區。
7.ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形エ藝，其特征在于，包括如權利要求I所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，并按以下步驟進行(I)將預熱好的鋁錠放入熔鋁爐進行過熱熔解，設定熔解的過熱溫度為680 800°C ；(2)熔解后的鋁液通過啟閉閥進入保溫爐進行保溫，原則上保溫的溫度控制在67(T780°C之間；(3)將模具エ裝組合件與料筒相連接固定，初始時料筒活塞位于料筒的下端部并擋住料筒進料ロ，開啟真空閥、啟動真空泵使得模具型腔內空氣和料筒下方空氣經真空管道抽真空，使模具型腔及料筒均處于真空狀態；(4)在抽真空的同時，油缸推桿向上運行帶動料筒活塞向上行，當上行行程超過料筒進料口上方時停止上行，此時保溫爐通過輸料管與料筒相連通，鋁液在真空和鋁液自重的作用下實現從保溫爐快速澆注進入料筒和模具型腔；(5)當鋁液注滿至料筒活塞下側時，油缸推桿向下運行帶動料筒活塞向下運行使得過量的鋁液自動經料筒進料ロ返回保溫爐，當料筒活塞向下運行超過料筒進料口下方時就自動關閉料筒進料ロ進而自然形成定量進料，此時實現料筒活塞對エ件加壓繼而料筒活塞繼續向下運行對エ件施加高靜壓強以實現保壓，在保壓的同時對エ件進行冷卻；(6)保壓冷卻后一定時間后，一般保壓時間控制在f 15秒，留模冷卻時間控制在5 30秒，油缸推桿向下運行，模具エ裝組合件同時向下運行，料筒中的料頭隨同模具脫離料筒進入模具下行工作點；(7)在機械作用下，模具和エ件平移至一模具エ件分離預熱區，進行エ件脫模處理；(8)當模具進入上述的模具エ件分離預熱區后，位于另ー模具エ件分離預熱區已加熱處理的模具進入模具下行工作點同時上升和料筒結合，料筒活塞回位進行下輪工作。
8.根據權利要求7所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形エ藝，其特征在于在步驟(4)中，熔鋁爐與料筒相連接的輸料管靠近料筒進料ロ的一段上設置有輸料管加熱器，使得料筒進料口和料筒活塞接觸面的平面層熔液保持流動。
9.根據權利要求7或8所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形エ藝，其特征在于在步驟(4)中，對于較復雜エ件和特殊要求エ件需要増加自重真空澆注過程物料進給時與模具型腔接觸瞬間物料對型腔面的壓強，先向密閉的保溫爐沖入壓カ氣體以加壓，鋁液最后在真空、鋁液自重和壓強的作用下實現從保溫爐快速澆注進入料筒和模具型腔。
10.根據權利要求7所述的ー種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形エ藝，其特征在于在步驟(7)和(8)中，兩模具エ件分離預熱區均設置有模具預熱裝置。
全文摘要
本發明涉及一種真空自重澆注高靜壓強澆壓鑄成形設備，包括熔鋁爐，所述熔鋁爐與保溫爐相連接且連接管上設置有啟閉閥，所述保溫爐經輸料管與料筒的下端側部相連接，所述油缸設置于料筒上方并驅動料筒活塞在料筒內上下運行，所述料筒進料口位于料筒活塞運行行程之中，所述料筒位于模具工裝組合件的上方，所述模具工裝組合件內設置有與料筒出料口相連通的鋁液澆注流道，所述鋁液澆注流道與模具型腔相連通，所述模具型腔的內室和澆冒頭經狹縫式抽真空通道與真空管道相連通，所述真空管道連接至真空緩沖罐，所述真空緩沖罐與真空泵相連接。本發明還涉及相應的一種鑄造成形工藝。本發明保證了成形工件既有真空澆鑄的優良機械性能，又有高壓壓鑄的良好表面性能。
文檔編號B22D18/06GK102728815SQ201210258250
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月25日 優先權日2012年7月25日
發明者郭自剛 申請人:福安市廣源機電有限公司