一种镁、铝等合金的液态加工工艺及专用设备的制作方法

专利名称：一种镁、铝等合金的液态加工工艺及专用设备的制作方法
技术领域：
本发明属于金属液态压力成型领域，尤其是一种镁、铝等合金的 液态加工工艺及专用设备。
背景技术：
镁的化学活性很强，在空气中，液态镁及其合金会迅速氧化、燃 烧，而且镁合金在熔炼温度下，其蒸汽压较高并很容易蒸发，因此在 熔炼与挤压压铸镁合金时首先要防止镁合金的蒸发、燃烧。此外，镁 合金虽然流动性高，但由于镁合金的比热较小、凝固潜热较小，所以 合金液的冷却速度快，在模具型腔中凝固迅速，必须要求大流量短充 型时间的快速给料方能避免镁合金铸件冷隔、欠铸或成型不良等铸造 缺陷，因此快速给料是镁合金制造工艺的难点。
目前镁合金的挤压铸造工艺基本是以开式浇铸、立式挤压方式进 行，其熔化保温定量喂料炉采用螺旋量泵和气压控制定量泵两种加料 方法，镁料由熔化保温定量喂料炉的保温室定量泵通过鹅颈管抽入压 射室，靠压射活塞高速射料充填型腔，鹅颈管与压射室入口是非封闭
的。如中国专利(专利号:CN02256766,专利名称 一种倾转式镁合 金熔炼炉浇注装置)公开了一种使用固态金属氟化物防止液态镁合金 氧化燃烧的方法和与之相匹配的镁合金封闭熔炼炉。该熔炼炉由两套 平行四连杆支撑机构、控制顶杆及啮合传动部分和槽型滑轨组成，其 浇注装置可保证浇注时镁液出口与模具浇口之间的距离较短且恒定 不变以减少镁液氧化。这种镁合金挤压压铸设备与熔化炉之间非全封 闭式连接容易造成镁合金浇口处燃烧氧化或铸件冷隔、欠铸或成型不 良等铸造缺陷，且压射活塞高速射料充填型腔则令模腔内较易困气， 易产生气孔和浇不足。
此外，镁合金压铸行业所普遍使用的机前炉主要为定量浇铸炉， 熔融合金由定量泵通过浇嘴流入压射室，利用冲头高速压入型腔。这 种方法虽可满足普通零件要求，但对于薄壁大平板或形状复杂大型零 件则无法满足铸造的质量特性要求。因为镁合金熔点低、冷却速度快， 浇铸时间较长会因镁合金温度降低较快而使零件无法保证充填完整， 靠冲头高速充填型腔则易产生气孔和浇不足，而且设备昂贵，维护成本高，对材料有特殊要求。
近年发展起来的立式闭模充型挤压铸造，是以压射机构进行补 縮，但其公称压力有限，并未达到挤压铸造的补縮比压要求，严格来 说，还不能算作真正意义上的挤压铸造。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种镁、铝等合金 的液态加工工艺及专用设备，该工艺及设备将成型机和熔化炉体一体 密封连接并采用立式加工，工艺简单科学，生产周期短，铸件质量高， 合金余料少，产品近于净尺寸成型。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的 一种镁、铝等合金的液态加工工艺，镁、铝等合金在熔化炉内的 熔化区内熔化，经输料管将液态镁、铝等合金输送至成型机模具型腔 内成型，该加工工艺的步骤是
(1) .在熔化炉内熔化的液态镁、铝等合金在熔化炉的保温区内经 搅拌器均匀搅拌进入活塞压射室；
(2) .设置在成型机上的切断刀阻断输料管，设置在成型机上的压 头回退形成型腔内的负压；
(3) .活塞压射室的给料活塞下移而在活塞压射室形成压力的同
时，切断刀回退开通输料管通道，液态镁、铝合金在活塞压射室及型 腔双重压力作用下填充型腔，然后切断刀再次阻断输料管，压头向型 腔内的镁、铝等合金施加压力；
(4) .型腔内的镁、铝合金在由液态转化为固态的过程中，压头始 终对型腔施加压力；
(5) .型腔内的镁、铝合金转化为固态后，动模上移，取下镁、铝 合金制件，然后进行下一个制件的制造。
而且，液态镁、铝等合金直接输入由压头、模具型腔、切断刀所 形成的封闭腔，同时该封闭腔又是液态镁、铝等合金的定量装置。
一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专用设备，由熔化炉、挤压 铸造成型机构成，熔化炉由熔化区、保温区构成，挤压铸造成型机由 合模油缸、合模底板、锁模机构油缸、格林柱、动模栅板、动模、型 腔、静模、下支架构成，其特征在于
(1) .熔化炉在保温区中设置一给料区，该给料区设置在活塞的活 塞腔内，该活塞腔连通有一输料管且该输料管直接与挤压铸造成型机 的型腔连通；
(2) .在静模上安装有一切断刀，该切断刀设置在成型机静模上的 输料管上用于通断输料管；
(3).在成型机的动模上安装有上压头，静模上安装有下压头，该 两个压头均连通型腔并对封闭型腔内的合金液体施压。
而且，所述的熔化炉在保温区方向的活塞腔内安装有进料门、进 料连杆、压力保险片以及该压力保险片的提拉连杆。
而且，所述的输料管可自加热熔化合金并保温。
而且，所述的切断刀由固装在静模下部下支架上的液压油缸驱动。
而且，所述的下压头由液压油缸驱动。
而且，在静模下部下支架上还安装有一调节切断刀进给位置的螺 杆移动装置。
而且，所述的进料门由进料连杆控制开启，该进料连杆由固装在 熔化炉上的气或液压缸驱动。
本发明的优点和有益效果为
1. 本发明将成型机和熔化炉体紧密连接为一个密封体，合金液体 始终在密闭条件下工作，以防止镁合金蒸发、燃烧，有效地减少了冷 却和氧化环节。
2. 本发明省却了压射室，通过熔化炉的给料活塞向合金加压使合 金直接充满模具型腔，减少合金热损失，节约能源，提高了生产效率。
3. 本发明采用立式结构，可实现一炉多机，节约能源，减少占地 面积，有效利用空间；而且由于合金是从模具底部进入型腔，使气体 始终在液面上部，避免裹气现象，有利于气体的顺利排出，减少气孔， 提高零件内部质量。
4. 本发明可生产高低端产品，在生产低端产品时只充满切断即 可；而生产高端产品时，由于在合金由液态转化为固态的过程中始终 施加大于100MPA的挤压力和冲击力，可实现液固态挤压和液态模 锻，使合金内部组织更加致密紧实，提高零件的机械性能达1/3以上。
5. 本发明在熔化炉中间保温室采用搅拌技术，可减少合金的成份 偏析现象并可制造复合基材料。
6. 本发明采用加工工艺，使零件几近净尺寸成型，减少浪费，减 少后续加工，成品率提髙，降低制造成本。
7. 本发明通过压头的反复动作可形成一定负压，有利于提高产品 性能，没有或少余料饼，可充分提高材料利用率。
8. 本发明将成型机和熔化炉体一体密封连接并采用立式加工方 法来解决低压铸造镁合金充型难的问题，縮短了生产节拍，提高了制
件质量，减少了合金余料，产品近于净尺寸成型；且维护方便，成本 低廉，制件可直接进行焊接和热处理，也可应用于现有的普通压铸机 上的技术改造。本发明的应用将使压铸行业增加一项新的技术平台， 为提高镁、铝等合金产品质量寻找到一条新的途径。


图1为本发明的总体结构示意图； 图2为图1的熔化炉的俯视放大图； 图3为图1的熔化炉的结构放大图4为本发明的镁、铝合金液液压传动原理示意图。
具体实施例方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描 述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
工艺部分
本镁、铝等合金的液态加工工艺，镁、铝合金在熔化炉内的熔化 区内熔化，经输料管将液态镁、铝等合金输送至成型机中由切断刀、 压头和模具型腔所形成的空间内成型，其加工工艺的步骤是
(1) .在熔化炉内熔化的液态镁、铝合金在熔化炉的保温区内经搅 拌器均匀搅拌进入活塞压射室；
(2) .设置在成型机静模上的切断刀阻断输料管，设置在成型机上 的上、下压头回退形成型腔内的负压；
(3) .活塞压射室的给料活塞下移而在活塞压射室形成压力的同 时，切断刀回退开通输料管通道，液态镁、铝合金在活塞压射室及型 腔负压双重压力作用下填充型腔，然后切断刀再次阻断输料管，上、 下压头向型腔内的镁、铝等合金施加压力；
(4) .型腔内的镁、铝合金在由液态转化为固态的过程中，上、下 压头始终对型腔施加挤压力，其压力为100MPa以上；
(5) .型腔内的镁、铝等合金转化为固态后，动模上移，取下镁、 铝合金制件，然后进行下一个制件的制造。
专用设备部分
本镁、铝合金的液态加工工艺所使用的专用设备，由熔化炉及成 型机(本实施例以挤压铸造成型机为例进行叙述)两部分构成，二者
通过输料管8连接。本发明所涉及现有技术的熔化炉1包括熔化区2、 保温区3，在保温区内安装有一搅拌器4;所涉及现有技术的挤压铸 造成型机包括合模油缸9、合模底板10、锁模机构油缸11、格林柱 12、动模栅板14、动模15、型腔16、静模20及下支架19构成，动
模与静模之间为型腔，在一些成型机中还包括可调整定位位置的螺杆 移动装置23。本发明的创新部分在于 关于熔化炉
熔化炉在保温区中设置一给料区，该给料区设置在活塞7的活塞 腔内，该活塞腔连通输料管且该输料管与挤压铸造成型机的型腔相连 通连通；熔化炉在保温区方向的活塞腔内安装有进料门5、进料连杆 26，进料门由进料连杆控制开启并由固装在熔化炉上的气或液压缸 24驱动升降；在熔化炉活塞侧壁安装有一压力保险片6，该压力保险 片固装一提拉连杆25，通过该提拉连杆可更换压力保险片；本实施 例中的压力保险片设置为两个。
熔化炉及成型机之间的输料管为自加热熔化合金并保温管，实现 镁、铝等合金液的流动性，保证停机之后的再工作。
关于成型机
在静模上安装有一切断刀21，该切断刀设置在挤压铸造成型机
构静模上的输料管上用于阻断输料管，切断刀由固装在静模下部下支
架上的液压油缸22驱动，螺杆移动装置安装在静模下部的下支架上， 用于调节切断刀的进给位置。
在加工成型机的动模上安装上压头13、静模上安装下压头17， 静模上的下压头由液压油缸18驱动。上、下压头连通型腔并挤压型 腔内的合金液体。上、下压头可分别设置在动、静模的任何位置，因 其结构是现有技术，因此没有给出其具体结构。
本发明的工作原理为
本装置由右侧挤压机和左侧熔化炉组成，熔化炉分三个区域—— 即熔化区、保温搅拌区及活塞高压挤料区。目前，快速给料是镁合 金制造工艺的难点，而本装置是通过压力控制、大比压将镁合金快速 充入模具型腔，避免了中间环节，保证合金充满型腔。并且合金液从 底部进入，减少了裹气倾向。当进料门关闭后，上压头和下压头同时 回退，模具型腔形成负压，进料连杆回退，打开入料口，给料活塞快 速向下运动，合金液通过输料管进入模具型腔。当型腔内达到一定压 力时，切断刀顶出并关断输料管，紧接着上压头和下压头(可设计每
面为5个压头)同时对型腔进行挤压，可以形成100MP以上的压力， 使零件在三项压应力下成型。在全部生产过程中，输料管和模具型腔 始终保持加热状态，对于复杂零件，模具既有加热又有冷却，这样即 可以保证充填又可以保证质量和提高生产效率，从而可以保证镁、铝合金在液态在一定的压力下成型。由于合金液始终是在压力下工作， 当压力达到较高时，会对炉体造成一定的损坏，所以在给料缸压力区 下部炉壁上开设两个压力保险片；当液体压力超过极限时，两个保险 片被强行打开，起到泄压作用，保护炉体完好。
本发明取消了压射装置，熔化炉与挤压铸造成型机之间由输料管 紧密刚性连接为一个密封体，输料管具有加热保温结构，合金液体始 终在密闭环境中。熔化炉在保温区中增加一给料区，通过熔化炉的活 塞向合金液加压，合金液由熔化炉经输料管直接充满模具型腔，模具 型腔作为定量装置，定量非常准确。输料管与挤压铸造成型机之间设 置切断刀，由动模分型面与切断刀所形成的流道较宽，阻断后成薄片， 既使金属液容易注入，又容易清理。挤压铸造成型机中设计有上、下 压头结构；充液前，切断刀通道阻断，上、下压头回退形成型腔负压。 进行充液时，切断刀通道打开。合金液体将型腔充满后，通过压力传 感，由切断刀将充液通道阻断。合金是从模具底部进入型腔，可以一 炉多机的。
本发明根据型腔制件品质要求，型腔制件合金由液态转化为固态 的过程中，上、下压头可以是始终继续对型腔制件金属施加挤压力的。 压头对型腔制件金属施加挤压力和模锻冲击力，压力应大于100MPa。 生产的制件是可以进行焊接和热处理。当型腔制件品质要求不高时， 挤压头也可以是不施加压力的。
权利要求
1.一种镁、铝等合金的液态加工工艺，镁、铝等合金在熔化炉内的熔化区内熔化，经输料管将液态镁、铝等合金输送至成型机模具型腔内成型，其特征在于加工工艺的步骤是(1).在熔化炉内熔化的液态镁、铝等合金在熔化炉的保温区内经搅拌器均匀搅拌进入活塞压射室；(2).设置在成型机上的切断刀阻断输料管，设置在成型机上的压头回退形成型腔内的负压；(3).活塞压射室的给料活塞下移而在活塞压射室形成压力的同时，切断刀回退开通输料管通道，液态镁、铝合金在活塞压射室及型腔双重压力作用下填充型腔，然后切断刀再次阻断输料管，压头向型腔内的镁、铝等合金施加压力；(4).型腔内的镁、铝合金在由液态转化为固态的过程中，压头始终对型腔施加压力；(5).型腔内的镁、铝等合金转化为固态后，动模上移，取下镁、铝合金制件，然后进行下一个制件的制造。
2. 根据权利要求1所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺，其 特征在于液态镁、铝等合金直接输入由压头、模具型腔、切断刀所 形成的封闭腔，同时该封闭腔又是液态镁、铝等合金的定量装置。
3. —种如权利要求1所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的 专用设备，由熔化炉、挤压铸造成型机构成，熔化炉由熔化区、保温 区构成，挤压铸造成型机由合模油缸、合模底板、锁模机构油缸、格 林柱、动模栅板、动模、型腔、静模、下支架构成，其特征在于-(1) .熔化炉在保温区中设置一给料区，该给料区设置在活塞的活 塞腔内，该活塞腔连通有一输料管且该输料管直接与挤压铸造成型机 的型腔连通；(2) .在静模上安装有一切断刀，该切断刀设置在挤压铸造成型机 静模上的输料管上用于通断输料管；(3) .在挤压铸造成型机的动模上安装有上压头，静模上安装有下 压头，该两个压头均连通型腔并对压型腔内的合金液体施压。
4. 根据权利要求3所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专 用设备，其特征在于所述的熔化炉在保温区方向的活塞腔内安装有 进料门、进料连杆、压力保险片以及该压力保险片的提拉连杆。
5. 根据权利要求3所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专 用设备，其特征在于所述的输料管可自加热熔化合金并保温。
6. 根据权利要求3所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专 用设备，其特征在于所述的切断刀由固装在静模下部下支架上的液 压油缸驱动。
7. 根据权利要求3所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专 用设备，其特征在于所述的下压头由液压油缸驱动。
8. 根据权利要求6所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专 用设备，其特征在于在静模下部下支架上还安装有一调节切断刀进 给位置的螺杆移动装置。
9. 根据权利要求4所述的一种镁、铝等合金的液态加工工艺的专用设备，其特征在于所述的进料门由进料连杆控制开启，该进料连 杆由固装在熔化炉上的气或液压缸驱动。
全文摘要
本发明涉及一种镁、铝等合金的液态加工工艺及专用设备。其主要技术特点是熔化炉的给料区设置在活塞的活塞腔内，该活塞腔连通有一输料管且该输料管与成型机的型腔连通，液态镁、铝等合金直接输入由压头、模具型腔、切断刀所形成的封闭腔，加工成型。本发明将成型机和熔化炉体一体密封连接并采用立式挤压方法来解决低压铸造镁、铝合金充型难的问题，缩短了生产节拍，提高了铸件质量，减少了合金余料，产品近于净尺寸成型；且维护方便，成本低廉，制件可直接进行焊接和热处理，也可应用于现有的普通压铸机上的技术改造。本发明的应用将使压铸行业增加一项新的技术平台，为提高镁、铝合金产品质量寻找到一条新的途径。
文档编号B22D17/04GK101342584SQ20071005801
公开日2009年1月14日 申请日期2007年7月12日 优先权日2007年7月12日
发明者姚国志, 杨凤强 申请人:姚国志;杨凤强