一种大型铝合金零件挤压铸造的供液方法及其装置与流程

本发明涉及挤压铸造，具体涉及一种大型铝合金零件挤压铸造的供液方法及其装置。

背景技术：

挤压铸造也称液态模锻，该工艺是将一定的液态或半固态金属浇入模具型腔，通过挤压冲头以一定的挤压力作用于液态金属上，使之充分结晶、凝固和成形，从而获得所需形状零件的一种材料净精确成形方法。用这种工艺方法使液态金属在高压下凝固，能获得可热处理的高致密铸件。其中间接挤压铸造可以生产大型、复杂、尺寸精确的零件，代表着挤压铸造的主要发展方向。

现行的间接挤压铸造成形方法，由于主要采用装有浇勺的机械手臂或者人工盛取液态金属浇注入压室的方法，存在如下明显的缺点与不足：

1)用浇勺从坩埚中盛取金属熔体从压室口浇注，液态金属暴露在空气中，易氧化，且难以准确控制液态金属的浇注量；

2)用浇勺从坩埚中盛取金属熔体，金属熔体直接与无保温措施的浇勺接触并且暴露在空气中，会有大量的热量损耗，与预设的浇注温度相差甚远；

3)为了防止压射前液态金属温度下降导致的质量缺陷，需要提高其熔炼温度，或者额外增加压室加热系统，能量消耗大；

4)液态金属从上至下地浇入压室，容易造成气体和夹杂物的卷入；

5)现行的间接挤压铸造设备的各个装置位置固定且难以移动，对设备的故障维修和保养造成困难。

中国发明专利cn200910041401.0设计了一种利用电磁力作用将液态金属充填模具型腔的间接挤压铸造方法及其装置，该方法使液态金属通过封闭的传输管道进行传输与充型，在金属液充型时有效的减少了氧化和吸气。但是该方法依然采用传统的供液方式，金属在熔化炉中熔化后通过传统方式注入该装置中，仍旧会有热损耗、氧化、吸气等问题。中国发明专利cn200310111172.8在利用立式压力机进行间接挤压铸造过程中，设计了一种压室侧定量浇注装置。采用这种浇注方式能使浇注过程不受开、合模影响，从而提高生产效率。但是用该装置浇注时，液态金属利用重力从高处浇入压室，仍然容易造成气体和夹杂物的卷入；压室需要存储所有的液态金属，当生产大型零件时，挤压冲头运动距离很长，会增加压室和挤压冲头之间的摩擦和磨损，降低了两者的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种封闭式、自动化、高效率、质量好、安全性能高的一种大型铝合金零件挤压铸造的供液装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明至少采用如下之一的技术方案。

一种大型铝合金零件挤压铸造的供液装置，包括大容量熔化炉、自动机械手、坩埚式熔化保温炉、保温炉、传输管道和电磁泵；保温炉与铸造的压室之间通过传输管道连接，电磁泵安装在保温炉出口与传输管道入口的连接处；自动机械手将大容量熔化炉中的液态金属转移至坩埚式熔化保温炉，坩埚式熔化保温炉连接自动倾斜单元，且自动倾斜单元将坩埚式熔化保温炉中液态金属自动转移至保温炉中。

进一步的，所述自动倾斜单元为由电机控制的t形螺纹顶升连杆机构。

进一步的，坩埚式熔化保温炉的炉盖安装自动除气单元。

进一步的，所述自动除气单元为由电机控制的石墨转子，石墨转子插入坩埚式熔化保温炉中，石墨转子进入液态金属中旋转，使氢气浮出。

进一步的，传输管道可拆卸式分段连接，保温炉采用池式反射炉。

进一步的，所述供液装置还包括移动导轨、支架和保温炉托盘，坩埚式熔化保温炉和自动倾斜单元安装在底部设置有导轮的支架上，保温炉安装在底部设置有导轮的托盘上，坩埚式熔化保温炉支架和保温炉托盘在移动轨道上可移动。移动导轨通过螺纹固定在地面上，实现保温炉和坩埚式熔化保温炉的灵活移动。

进一步的，所述供液装置还包括第一液位传感器、第二液位传感器和plc控制器，第一液位传感器设置在保温炉中，第二液位传感器设置在坩埚式熔化保温炉中，自动倾斜单元、自动机械手、电磁泵、自动除气单元和两液位传感器均与plc控制器电连接。

进一步的，大容量熔化炉根据所需要生产的铸件的量来决定，保温炉的容量在保证连接不断的供应的情况下，尽可能小，溶液在除气后短时间内就得到利用，保证生产用熔液的质量，并且方便卸料以及移动。例如，保温炉的有效容积满足10~15个零件的生产；坩埚式熔化保温炉的有效容量为保温炉的1～2倍，大容量熔化炉的有效容量为保温炉的8~10倍。

使用所述装置进行供液时，利用自动机械手将大容量熔化炉中熔化的液态金属舀取并注入坩埚式熔化保温炉中，自动除气单元对坩埚式熔化保温炉中金属进行除气，然后自动倾斜单元作用于坩埚式熔化保温炉，将液态金属转移至保温炉中，保温炉中通入氮气保护液态金属，然后通过电磁泵将保温炉中液态金属导入压室。

一种大型铝合金零件挤压铸造的供液方法有三个供液阶段，第一阶段是将大量熔化炉中熔化的液态金属注入坩埚式熔化保温炉中并进行除气；第二阶段是坩埚式熔化保温炉通过倾斜的方式倒入保温炉；第三阶段是通过电磁泵利用电磁力将保温炉中的液态金属导入压室，最后充型挤压成形，充型完成的同时停止供液。

上述大型铝合金零件挤压铸造的供液方法除了第一次供液以外三个供液阶段由plc自动控制，第一次供液是指挤压铸造设备刚开始工作时所有溶液都在大容量熔化炉中，坩埚式熔化保温炉和保温炉中还没有溶液。当保温炉内的液态金属减少到一半时，保温炉内的液位传感器向plc控制箱发射信号开动坩埚式熔化保温炉的倾斜装置，坩埚式熔化保温炉倾斜向保温炉中输送液态金属。保温炉内的溶液高度达到设置的最高值时，保温炉内的液位传感器向plc控制箱发射信号停止坩埚式熔化保温炉的倾斜装置。编写plc程序，使倾斜装置开启时坩埚式熔化保温炉内的液位传感器信号不起作用；当坩埚式熔化保温炉中的液态金属减少到一半时，坩埚式熔化保温炉中的液位传感器向plc控制箱发射信号开动机械手，大容量熔化炉向坩埚式熔化保温炉中输送液态金属，当坩埚式熔化保温炉中的溶液高度达到设置最高值时，坩埚式熔化保温炉中的液位传感器向plc控制箱发射信号关闭机械手。

本发明与现有技术相比具有以下突出的优点：

1、本发明的方法使用三种炉各司其职，流水线式作业，与单熔炉相比，能保证高效率的供应与充足的液态金属供应量；

2、本发明的装置使得液态金属在供液过程中都处于封闭状态，避免与空气接触，解决了液态金属在供应过程中的氧化、吸气和热损耗的问题；液态金属在除气后半小时内得到利用，保证生产用金属液的质量；

3、保温炉容量较小，每一炉液态金属生产10个左右零件，液态金属在保温炉中停留时间不长，且保温炉中通入氮气保护，与大容量保温炉相比，能保证高质量液态金属。

4、本发明的装置的安装位置非常灵活，可根据不同的设备和情况调整装置的安装位置，轨道方向也可以随之改变；结构简便、自动化程度高，稳定性好，工艺设计巧妙，装置的结构设计合理。

5、若试验或生产过程中出现异常或有突发情况发生，能立即停止供液，并且由于保温炉容量小，可马上把全部铝液卸出，回大容量熔化炉循环利用，待故障解除后，可继续由坩埚式熔化保温炉提供液态金属恢复生产；

6、靠近挤压铸造设备的保温炉和坩埚式熔化保温炉可以通过轨道移动，输液管道采用可拆卸分段式连接设计，便于保护压室以及设备的故障维修和维护保养。

附图说明

图1为一种大型铝合金零件挤压铸造的装置的结构示意图；

其中：1—大容量熔化炉；2—自动机械手；3—坩埚式熔化保温炉；4—保温炉；5—电磁泵；6—传输管道；7—压室；8—自动倾斜单元；9—导轨；10—坩埚式熔化保温炉支架；11—导轮；12—保温炉托盘；13—第一液位传感器；14—plc控制器；15—第二液位传感器；16—石墨转子；17—炉盖。

图2为本发明中坩埚式熔化保温炉除气示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和附图对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施不限于此。

本实施例给250t铝合金间接挤压铸造设备供液，所述供液装置的具体结构如图1所示。该装置是由大容量熔化炉1、自动机械手2、坩埚式熔化保温炉3、保温炉4、移动导轨9、传输管道6和电磁泵5、第一液位传感器13、plc控制器14和第二传感器15。它们之间及其与铸造机之间的联接关系如下：三种炉和压室7安装在一条直线上；大容量熔化炉1在坩埚式熔化保温炉3左侧；自动机械手2安装在大容量熔化炉1与坩埚式熔化保温炉3中间；坩埚式熔化保温炉3在保温炉4左侧；保温炉4与铸造机的压室7之间用可拆卸的传输管道6连接，电磁泵5安装在保温炉4出口与传输管道6入口的联接处；在坩埚式熔化保温炉3和保温炉4内各安装一个液位传感器；保温炉3和坩埚式熔化保温炉4安装在带有导轮的托盘12和支架10上，然后安装在移动导轨9上，移动导轨9通过螺纹固定在地面上，实现保温炉4和坩埚式熔化保温炉3的灵活移动。

坩埚式熔化保温炉3连接自动倾斜单元，且自动倾斜单元将坩埚式熔化保温炉3中液态金属自动转移至保温炉4中；坩埚式熔化保温炉2的炉盖17上安装自动除气单元，所述自动除气单元为由电机控制的石墨转子16，石墨转子16插入坩埚式熔化保温炉3中（如图2所述）。自动机械手2、坩埚式熔化保温炉的自动倾斜单元8、电磁泵5和液位传感器均与plc控制器14电性连接；保温炉4采用池式反射炉。

自动倾斜单元8为由电机控制的t形螺纹顶升连杆机构，t形螺纹顶升连杆机构由连杆、t型螺杆、减速驱动单元和电机组成。减速驱动单元与电机相连并固定在支架上，坩埚式熔化保温炉3是通过设置转轴连接在支架上的，连杆的一端刚性固定在坩埚式熔化保温炉3上，且这端和转轴固定连接，连杆的另一端与t型螺杆的连接方式是转轴连接，t型螺杆与减速驱动单元之间的连接是用t型螺母联接的，电机通过减速驱动单元驱动t型螺杆做上下运动，t型螺杆做上下运动带动连杆绕转轴的轴线转动，从而实现坩埚式熔化保温炉的倾斜。

本实施例中，生产一个铝合金板需要的液态金属为两公斤，保温炉4的最大容量为30公斤，坩埚式熔化保温炉3的最大容量为60公斤，大容量熔化炉1的最大容量为250公斤。本实例保温炉预设的最大容量为20公斤，预设的坩埚式熔化保温炉的最大容量为60公斤。

本实施例的工艺流程为：

（1）将铝合金材料放入大容量熔化炉中，开炉材料熔化；

（2）预热模具至280°c，清理定模具和动模具表面、喷涂料，利用铸造机合模油缸闭合模具，对模具施加锁模力。开启plc控制器；

（3）plc控制器14启动自动机械手2，从大容量熔化炉1中向坩埚式熔化保温炉3中输送铝液，当溶液达到预设坩埚式熔化保温炉的最大容量时停止自动机械手2；

（4）当溶液达到预设坩埚式熔化保温炉3的最大容量时，坩埚式熔化保温炉3中的第二液位传感器15发射信号，使plc控制器14开启自动除气装置给坩埚式熔化保温炉3内的液体除气；

（5）plc控制器14启动坩埚式熔化保温炉3的自动倾斜单元8，从坩埚式熔化保温炉3中向保温炉4中输送铝液，当溶液达到预设保温炉4的最大容量时停止自动倾斜单元8，保温炉4中通入氮气保护液态金属；

其中，3-5步为第一次供液，3、4步均由为人操作plc控制器控制机械手和倾斜装置来输送液态金属。

（6）启动电磁泵5，从保温炉4中通过传输管道6向压室7中输送液体；

（7）铸造机充型挤压；

（8）取出铸件。清理定模具和动模具表面、喷涂料，利用铸造机合模油缸闭合模具，对模具施加锁模力；

（9）从第6步开始重复上述步骤，进行下一个工作循环；

（10）当保温炉4内的液态金属减少到一半时，保温炉4内的第一液位传感器13向plc控制器14发射信号开动坩埚式熔化保温炉3的倾斜装置，坩埚式熔化保温炉3倾斜向保温炉4中输送液态金属。保温炉4内的液位高度达到设置的最高值时，保温炉4内的液位传感器向plc控制器14发射信号停止坩埚式熔化保温炉3的倾斜装置；

（11）当坩埚式熔化保温炉3中的液态金属减少到一半时，坩埚式熔化保温炉3中的第二液位传感器15向plc控制器14发射信号开动自动机械手2，大容量熔化炉1向坩埚式熔化保温炉3中输送液态金属，当坩埚式熔化保温炉3中的液位高度达到设置最高值时，坩埚式熔化保温炉3中的液位传感器向plc控制器14发射信号关闭自动机械手2。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。