一种液态模锻模具的机械系统的制作方法

本发明涉及液态模锻，具体涉及一种液态模锻模具的机械系统。

背景技术：

1、液态模锻（又称挤压铸造）技术因其能够消除铸件内部气孔和缩松，获得接近锻造性能的金属零件，已被广泛应用于航空航天及新能源汽车关键结构件的制造中。对于具有复杂侧向特征（如侧孔、倒扣）的异形件，通常采用带有侧向抽芯或侧向挤压功能的模具系统。

2、然而，现有的双向或多向液态模锻装备及模具系统在实际工程应用中仍存在以下显著的技术缺陷：

3、1.多源驱动导致的“时序失控”风险现有的侧向挤压通常依赖独立的液压缸驱动，其动作顺序完全由电气控制系统和位置传感器决定。在高温、高震动的铸造环境下，传感器易漂移或失效，导致侧向油缸在主模具合模未到位时提前动作，或在金属液未凝固时提前退回。这种“逻辑软连接”极易引发严重的“跑铝”事故甚至撞模损坏。

4、2.刚性挤压导致的“补缩失效”传统的侧向滑块多采用机械螺杆或液压刚性连接。当金属液在型腔内冷却凝固并发生体积收缩（shrinkage）时，刚性滑块无法自动跟进补充位移，导致挤压头与铸件表面脱离接触，有效比压瞬间归零。这使得铸件的侧向厚大部位极易产生二次缩松，无法满足高气密性要求。

5、3.高压工况下的“分型面溢流”液态模锻的比压通常高达100mpa以上。在如此巨大的内压作用下，传统模具的锁模机构若存在微小的弹性变形或装配间隙，就会导致动定模分型面“涨开”。液态金属在高压下会瞬间钻入缝隙形成飞边，不仅造成材料浪费，更严重的是会导致模具型面过早冲蚀失效。

6、综上所述，研发一种能够利用单一动力源实现绝对机械时序联动、具备凝固收缩自动补偿功能，且能利用锻造压力实现自增强密封的液态模锻模具系统，是目前该领域亟待解决的关键技术难题。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本发明提供了一种液态模锻模具的机械系统，包括；基础承载与浮动单元，用于提供模具系统的安装基准及合模反力，其包含底座平台以及设置于所述底座平台上的浮动支撑机构，所述浮动支撑机构被配置为允许模具组件在承压状态下产生轴向的弹性位移；垂直主驱动锻造单元，设置于所述基础承载与浮动单元上方，包含主驱动油缸及刚性连接于所述主驱动油缸输出端的上模具，所述上模具被配置为沿垂直轴线向下运动以封闭型腔并对液态金属施加主锻造压力；型腔承接与约束单元，设置于所述浮动支撑机构上并与所述上模具配合，包含下模座及固定于下模座内的下模具，所述下模具与所述上模具共同限定出用于容纳液态金属的成型型腔；非线性时序传动单元，刚性固接于所述垂直主驱动锻造单元的侧部并随其同步升降，所述非线性时序传动单元具有朝向侧方延伸的驱动轮廓面，该驱动轮廓面沿垂直方向依次划分为平行于垂直轴线的空行程段和相对于垂直轴线倾斜的增力驱动段；弹性蓄能侧向补缩单元，可滑动地设置于所述型腔承接与约束单元的侧壁，其输入端与所述非线性时序传动单元的驱动轮廓面抵接配合，输出端延伸至所述成型型腔内；所述弹性蓄能侧向补缩单元被配置为：在所述空行程段作用下保持静止，并在所述增力驱动段作用下，通过内部集成的弹性储能元件将垂直运动转换为指向成型型腔中心的侧向柔性挤压力。

2、进一步地，所述浮动支撑机构具体包括：刚性固定于所述底座平台的下固定座板；平行间隔设置于所述下固定座板上方的浮动承力板，所述下模座安装于该浮动承力板之上；均布于所述下固定座板与浮动承力板之间的高压弹性支撑组件，该组件由高压氮气弹簧或高强碟簧组构成，用于提供支撑浮动承力板及下模座重量的初始预紧力。

3、进一步地，所述浮动支撑机构还包括垂直贯穿所述浮动承力板并连接至下固定座板的精密导向限位组件；其中，所述浮动承力板被配置为具有两级位置状态：在非锻造状态下，受所述高压弹性支撑组件顶升并由所述精密导向限位组件约束于上限位；在主锻造压力施加并超过所述初始预紧力时，克服弹性阻力轴向下沉至下限位，利用该下沉位移消除模具分型面的间隙以实现高压密封。

4、进一步地，所述垂直主驱动锻造单元进一步包括：

5、主驱动滑块，与所述主驱动油缸的活塞杆连接，并沿机架导柱做垂直往复运动，所述非线性时序传动单元通过键槽或螺栓刚性安装于该主驱动滑块的侧面；快换式连接座，设置于所述主驱动滑块的下表面。

6、进一步地，所述垂直主驱动锻造单元还包括具有随形冷却流道的上模仁，通过所述快换式连接座安装；其中，所述垂直主驱动锻造单元内部还集成有中心机械顶出机构，该机构包含贯穿所述主驱动滑块及上模仁中心的顶杆，所述顶杆被配置为在开模行程的末端动作，以将凝固后的工件从上模仁表面强制剥离。

7、进一步地，所述型腔承接与约束单元采用分体式镶拼结构，具体包括：

8、通用下模座，其底部通过螺栓固定于所述浮动支撑机构的浮动承力板上，所述通用下模座的侧壁开设有与所述侧向补缩单元位置对应的精密导向窗孔；和可拆卸成型镶块，嵌入安装于所述通用下模座的中心凹槽内，其内表面限定了铸件的底部和部分侧部轮廓。

9、进一步地，所述可拆卸成型镶块的侧壁设有与所述精密导向窗孔贯通的侧向挤压通道，该侧向挤压通道的内壁经过硬化及研磨处理，被配置为与所述弹性蓄能侧向补缩单元的输出端形成精密滑动密封配合，所述配合的径向间隙被限定为小于液态金属在挤压压力下的临界溢流间隙，以在该侧向挤压通道内建立对液态金属的物理阻隔。

10、进一步地，所述非线性时序传动单元具体包括：刚性安装座，通过键连接或螺钉紧固于所述垂直主驱动锻造单元的侧面，具备沿垂直方向的位置调节功能；以及复合型面时序凸轮，可拆卸地安装于所述刚性安装座上，其朝向所述侧向补缩单元的一侧形成有所述驱动轮廓面；所述驱动轮廓面由上至下依次连续平滑连接有直线保压段、过渡圆弧段和斜向增压段；其中，所述直线保压段的表面平行于主驱动油缸的运动轴线，其长度对应于模具闭合后金属液充填型腔所需的主行程，被配置为在滑过侧向补缩单元时不产生侧向位移分量；所述斜向增压段相对于主驱动油缸运动轴线的夹角为15°至25°，被配置为在主锻造过程的末端将垂直合模力分解为水平挤压力。

11、进一步地，所述弹性蓄能侧向补缩单元采用同轴伸缩式套筒结构，具体包括：外部传动滑套，可滑动地安装于所述下模座的滑槽内，其尾端转动连接有随动滚轮，所述随动滚轮被配置为与所述非线性时序传动单元的驱动轮廓面滚动接触；

12、内部挤压冲头，同轴插设于所述外部传动滑套的内腔中并可相对滑动，其前端延伸出外部传动滑套并进入所述侧向挤压通道；

13、高负荷碟簧组，串联设置于所述外部传动滑套的内底面与所述内部挤压冲头的尾端面之间，用于存储和释放挤压势能。

14、进一步地，所述弹性蓄能侧向补缩单元还包括预紧力调节压盖，螺纹连接于所述外部传动滑套的开口端，用于限定内部挤压冲头的最大伸出位移并调节所述高负荷碟簧组的初始预紧力；所述内部挤压冲头的前端外圆周面上还构造有真空截断台阶，该台阶被配置为：在所述外部传动滑套受驱动开始位移的初始阶段，优先越过并封闭所述型腔承接与约束单元中的排气道口，随后在高负荷碟簧组的推力下对型腔内的液态金属实施柔性补缩。

15、有益效果

16、采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

17、本发明通过非线性时序传动单元与基础浮动承载单元的协同作用，利用单一垂直主动力源实现了“先合模锁紧、后侧向增压”的绝对机械互锁，彻底消除了传统多源驱动系统的电气时序风险；同时，结合弹性蓄能侧向补缩单元的“刚柔耦合”机制，不仅通过浮动下沉利用锻造压力实现了分型面的自增强密封（零飞边），更利用存储的弹性势能对金属凝固过程中的体积收缩实施持续柔性补缩，从而在无需复杂控制系统的前提下，大幅提升了复杂异形液态模锻件的内部致密度与尺寸精度。