一种金属液态模锻工艺系统的制作方法

本申请涉及工业金属成形技术领域，具体为一种金属液态模锻工艺系统，该工艺系统尤其适用于成形加工各种结构简单和形状简单或一般复杂的重要零件或基本不需要加工的零部件的生产工艺。

背景技术：

现有技术中：

目前很多行业所加工的零件毛坯或一般复杂的重要零件或基本不需要加工的零部件主要是砂型铸造。但铸造件具有气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂、冷隔、浇不足、缩松、缩孔、缺肉，肉瘤等常见的缺陷。这些铸造缺陷一直是铸造行业无法避免和难以解决的问题。目前修复不合格铸件的常规方法主要是进行焊补，这种工艺需要熟练技术工人，同时修补时间长并消耗大量宝贵材料。有时受修补部件材质的影响，焊接还会导致损坏加剧，造成部件报废，加大了企业的生产成本。

例如：中国专利申请号cn201320216093.2；申请日2013.04.25；本实用新型涉及一种铝合金重载车轮液态模锻系统，包括铝水炉、机械手、液态模锻机、传动带、钻床、加热炉、车床以及钝化堆，所述液态模锻机、传动带、钻床、加热炉、车床以及钝化堆依次顺序设置并通过传动带连接，液态模锻机与传动带之间的一侧安装有用于抓取工件的机械手，液态模锻机的另一侧间隔安装一铝水炉，在液态模锻机与铝水炉之间安装有一用于区送原料铝水的机械手。本发明采用液态模锻机代替传统的低压铸造机完成铝合金车轮的成型，并且在设备之间采用传动生产线连接，系统结构设计合理，优化液态模锻的生产工艺，批量产品合格率达到95％以上，提升生产效率，降低生产成本，提高产品质量。

该申请中，制造出的铸造件具有气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂、冷隔、浇不足、缩松、缩孔、缺肉，肉瘤等常见的缺陷。

鉴于此，如何设计出一种金属液态模锻工艺系统，克服上述现有技术中所存在的缺陷，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请的目的在于克服现有技术中存在的技术问题，而提供一种金属液态模锻工艺系统。

本申请的目的是通过如下技术方案来完成的，一种金属液态模锻工艺系统，包括液锻机、感应电炉、浇注机、数控冲床、自动取件机以及自动喷涂机，其中，金属由感应电炉加热溶解并倾倒至浇注机中进行浇筑，同时，液锻机在浇筑后进行加压，金属加压成型后经自动取件机取出至数控冲床上进行加工，再由自动取件机取至自动喷涂机上进行喷涂。

液锻机包括设在其上下两侧的主油缸与辅助油缸，辅助油缸的上部设有主缸活塞，主缸活塞的中间位置设有辅助活动横梁，液锻机侧部设有侧杠与增压缸。

感应电炉包括坩埚，坩埚的上部设有盖板，坩埚两侧设有耐火砖框，坩埚的侧部围绕有感应线圈及防护板，防护板外侧壁上设有冷却水进入的水管，感应电炉的底部设有底座。

浇注机包括翻转架，翻转架底侧设有重力传感器，翻转架顶端设有中间包浇注，翻转架的侧端上设有位移传感器，位移传感器的低端设有浇注机伺服电机，重力传感器与伺服电机统一由浇注机外侧的plc控制系统进行控制。

数控冲床包括油压式平衡装置以及设置在其上部的重载丝杠，重载丝杠的侧部设有冲床伺服电机，平衡装置的中间位置上设有对称肘杆。

自动取件机包括基座以及设置在基座上的液压手臂，液压手臂的前端设有夹取手爪。

自动喷涂机包括支座，支座上设有调节杆，调节杆顶端设有横向的气缸，气缸的端头上设有喷头。

本申请与现有技术相比，具有以下明显优点和效果：

1、机械性能高、成形性高、成品率高、材料利用率高、设备投资小、产品成本低。

2、金属铸件在该工艺下实现无砂、无冒口、高品质绿色环保，将操作人员从繁琐的生产工作中解放出来。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请中液锻机的结构示意图。

图2为本申请中感应电炉的结构示意图。

图3为本申请中浇注机的结构示意图。

图4为本申请中数控冲床的结构示意图。

图5为本申请中自动取件机的结构示意图。

图6为本申请中自动喷涂机的结构示意图。

图7为本申请中系统的工艺流程图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中所述的一种金属液态模锻工艺系统，包括液锻机1、感应电炉2、浇注机3、数控冲床4、自动取件机5以及自动喷涂机6，其中，金属由感应电炉2加热溶解并倾倒至浇注机3中进行浇注，同时，液锻机1在浇注后进行加压，金属加压成型后经自动取件机5取出至数控冲床4上进行加工，再由自动取件机5取至自动喷涂机6上进行喷涂。；具有机械性能高、成形性高、成品率高、材料利用率高、设备投资小、产品成本低；金属铸件在该工艺下实现无砂、无冒口、高品质绿色环保，将操作人员从繁琐的生产工作中解放出来的效果。

本申请实施例中，

本发明提出一种金属液态模锻工艺系统，该工艺是一种介于铸造和模锻之间的金属成形工艺，是使注入模腔的金属在高压下凝固成型，然后施加机械静压力，利用金属铸造凝固成形时易流动和锻造技术使已凝固的封闭硬壳进行塑性变形，使金属在压力下结晶凝固并强制消除因凝固收缩形成的缩孔，以获得无任何铸造缺陷的液锻件。液态模锻工艺技术集铸造的广泛适用性和锻造的高性能于一身，可以对任何材质的铸件实现广义的无冒口铸造，是无砂无冒口高品质绿色铸造技术。该工艺具有工艺流程短、能显著提高生产效率、材料消耗少、能源消耗少、减少劳动强度、实现自动化整形操作，将操作人员从繁琐的生产工作中解放出来。

参见图7中所示；工艺流程的核心主要由浇注、加压、保压和脱模四个基本工序组成。所述浇注工序是所述自动浇注机将熔炼合格的金属熔体浇入模具模腔或压室中；所述加压工序利用所述立式挤压双动液锻机向金属熔体施加压力；所述保压工序是金属熔体充满模腔后，所述立式挤压双动液锻机持续对金属熔体施加一定值得压力，直至金属熔体全部凝固为止；所述脱模工序是自动取件机将成形工件从模具的模腔中取出。

参见图1至图7中所示，一种金属液态模锻工艺系统，包括液锻机1、感应电炉2、浇注机3、数控冲床4、自动取件机5以及自动喷涂机6，其中，金属由感应电炉2加热溶解并倾倒至浇注机3中进行浇注，同时，液锻机1在浇筑后进行加压，金属加压成型后经自动取件机5取出至数控冲床4上进行加工，再由自动取件机5取至自动喷涂机6上进行喷涂。

本申请实施例中，

液锻机1包括设在其上下两侧的主油缸101与辅助油缸102，辅助油缸102的上部设有主缸活塞103，主缸活塞103的中间位置设有辅助活动横梁104，液锻机1侧部设有侧杠105与增压缸106。

所述立式挤压双动的液锻机1由主油缸、辅助油缸、主缸活塞及其液态模锻压头、辅助活动横梁、侧缸、增压器组成。所述立式挤压双动液锻机加工工件的尺寸范围：长度≦1000mm、宽度≦1000mm、高度≦1000mm。所述立式挤压双动的液锻机1在加压工序施加的密实压比即使液态金属收缩的压力(液态模锻过程中金属熔体所承受的压强)为：有色金属及其合金：15～100mpa、铁件：15～100mpa、钢件：50～200mpa；所述密实压比参数选择依据为：液锻力与液态模锻压头承压面积之比；所述液锻力范围：20～200mpa。所述立式挤压双动液锻机在保压工序施加的锁模力即克服液态金属对模具的撑胀力，始终能使模具紧紧闭合的施加力：≦5000000公斤力；保压时间：1～3min。所述立式挤压双动液锻机在脱模工序中的脱模力即将工件顶出模腔时受到的阻力：f脱模力＝μ×p压力；所述μ＝0.3～0.5是工件被顶出模腔时的摩擦系数；所述p压力＝10～20mpa。

所述立式挤压双动的液锻机1为液态模锻工艺核心设备，具有持压功能即能够在跟踪金属熔体的收缩过程中，使压力始终保持在模锻设定的压力；根据液锻工艺要求，能自动调节油缸活塞的运动速度且运动速度大；开档距离大。

本申请实施例中，

感应电炉2包括坩埚203，坩埚203的上部设有盖板201，坩埚203两侧设有耐火砖框202，坩埚203的侧部围绕有感应线圈204及防护板205，防护板205外侧壁上设有冷却水206进入的水管，感应电炉2的底部设有底座207。

所述感应电炉熔炼“陶氏”高耐磨合金的工艺流程的一般步骤是：加料熔化、造渣脱氧、出炉。所述加料熔化工序中的参数：电流值：900～1000a、电压值：3000～5000v、温度：1500～1800℃、熔炼时间：60分钟。

所述感应电炉，为利用电磁感应原理将电能转变为热能进行熔炼金属的设备，在plc控制系统下实现自动控制功率。

本申请实施例中，

浇注机3包括翻转架302，翻转架302底侧设有重力传感器31，翻转架302顶端设有中间包浇注303，翻转架302的侧端上设有位移传感器305，位移传感器305的低端设有浇注机伺服电机306，重力传感器31与伺服电机306统一由浇注机3外侧的plc控制系统304进行控制。

所述自动的浇注机3由中间浇注包、翻转机架、伺服电机推进装置、重量和位移传感器、plc控制系统组成。所述自动浇注机的浇筑量是工件毛坯、料饼、浇注系统等工艺辅料的总和；所述浇注量的质量是工件质量和工艺辅料质量之和；所述浇注量的质量范围为：1～500kg；所述浇注量体积：v工件毛坯+v收缩+v工艺余料≤v浇注≤v压室；浇注温度：1000～1800℃；浇注时的内浇口流速：0.05～1.5mm/s。

所述全自动的浇注机3，是金属液态模锻工艺系统的重要设备，可以自动控制浇注量和浇注断流时间。

本申请实施例中，

数控冲床4包括油压式平衡装置401以及设置在其上部的重载丝杠402，重载丝杠402的侧部设有冲床伺服电机403，平衡装置401的中间位置上设有对称肘杆404。

所述数控冲床4由油压式平衡装置、重载丝杠、伺服电机、对称肘杆等组成。所述数控冲床4由伺服电机驱动重载丝杠实现自动去除料饼、浇道等工艺余料；所述数控冲床4标称压力：f标称压力≤40吨；所述数控冲床4的滑块行程：s滑块行程≤500mm；所述数控冲床最大装模高度：hmax≤1000mm。

所述数控冲床4，在数控系统的控制下，自动去除料饼、浇道等工艺余料。

本发明所生产的产品已经涵盖轴套、盘盖、叉架和箱体等各大类零件，涉及的材料有铝、铜、锌、镁、钢铁及其复合材料。

本申请实施例中，

自动取件机5包括基座503以及设置在基座503上的液压手臂502，液压手臂502的前端设有夹取手爪501。

所述自动取件机5由夹取手爪、液压手臂、机座组成。所述夹取手爪由液压系统驱动；所述自动取件机的夹取工件质量：1kg≤w工件≤500kg；所述自动取件机的夹取工件尺寸：20mm≤φ工件≤600mm；所述自动取件机5的夹取工件引拔行程：20mm≤s引拔行程≤500mm；所述自动取件机5的夹取工件时的引拔力：10kgf≤f引拔力≤2000kgf。

所述自动取件机5，在plc控制系统控制中plc下，自动按要求将出模后的产品取出并放置在规定位置。

本申请实施例中，

自动喷涂机6包括支座603，支座603上设有调节杆602，调节杆602顶端设有横向的气缸601，气缸601的端头上设有喷头604。

所述自动喷涂机6可以自动喷涂，可以通过竖向的调节杆602调节其自动喷涂位置的高低，通过横向的气缸601调节喷头604横向位置的长短。

本发明的液态模锻工艺系统具有特点：

1机械性能高。由于半凝固状态的金属液在充足的压力下凝固结晶,组织致密，晶粒细小,故所得制件的机械性能可以接近或达到模锻件的水平。

2成形性高。液态金属液的流动性比固态时高,金属流动时不受任何阻力,能均匀地填充模具型腔，故可生产形状复杂的零件。

3成品率高。液态模锻时,加工温度比铸造时低得多,制件在模内收缩小,并又受三向压应力的影响,故不会形成气孔与显微疏松等缺陷。

4材料利用率高。与模锻相比，由于没毛边及实心孔所损耗的金属材料，故材料利用率可达95％以上。若与压铸工艺相比，液态模锻工艺不需要设置浇口套、喷嘴、浇注系统等辅助消耗的金属材料占制件的20％～30％。

5设备投资小。模锻工艺要采用热模锻压力机或摩擦压力机等投资较高的设备。压力铸造需要专门的压铸机，设备投资昂贵，而液态模锻既可用专用油压机，也可用通用油压机，设备投资较小。

6产品成本低。由于大大提高了产品的材料利用率，显著降低设备投资和模具费用，以及减少加热所消耗的热能，故产品成本比其他工艺降低。

采用本发明技术生产铸钢件，由于省去了冒口的重熔能耗，吨产品综合能耗不超过700kgce，比铸造生产减低30％左右。由于使用金属型代替砂型，吨铸件废砂排放不超过1kg，比铸造生产降低99％以上；由于无冒口，金属液的工艺出品率普遍达到90％以上，比铸造生产提高20～30个百分点；由于加压冷却、凝固和补缩，铸件质量稳定性显著提高，铸造废品率小于1％，比铸造生产降低1倍以上；由于无砂作业，固废排放显著减少，彻底根除铸造行业的矽肺病。同样按铸件年产量5000万吨计算，采用本发明后，每年可以减少5000万吨以上的废砂排放或处理；可以减少因废品和冒口的重熔带来的材料烧损至少40万吨以上，价值50多亿元；减少1250万吨的熔炼耗电，按吨钢熔炼耗电800度计算，每年可以减少电耗100亿度

以上所述仅为本申请的实施例而已，而且，本申请中零部件所取的名称也可以不同，并不限制本申请中的名称。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的构思和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。