真空压铸成型装置的制作方法

1.本实用新型涉及新型压铸技术领域，具体地，涉及一种真空压铸成型装置。


背景技术：

2.非晶合金是指金属熔体在超急冷凝固过程中，原子来不及有序排列结晶，得到的一种没有晶粒、晶界的新型金属材料，又称为“金属玻璃”或“液态金属”。由于无序的原子结构，非晶合金通常具有高强度、高硬度、高表面光洁度、优异的耐腐蚀性等，被认为是21世纪最具有应用前景的革命性新的材料之一，在军工航天、消费电子、体育器械、生物医疗等领域具有广泛的应用前景。研究表明，非晶合金仅在消费电子领域的市场容量超过百亿元级别。当前，非晶合金的制备方法主要为吸铸、水淬、3d打印等，然而这些方法很难实现复杂结构零件的批量制备，无法满足工业化生产的要求。压铸工艺是将熔熔金属快速压射入模具型腔内，并在高压下凝固的一种工艺，具有冷却速率快、近净成型等特性，广泛应用于传统复杂结构铝、镁合金零件的成型。近年来，通过对传统压铸设备的改进，压铸工艺成功实现了大尺寸复杂结构非晶合金零件的成型及应用，受到了学术界和产业界的高度关注。
3.目前，非晶合金的压铸成型装备主要有两种形式。一种是如专利号为 us6805758b2、cn201110421420.3、cn201510118673.1、cn201320785547.8 及cn201320783965.3等所公开的卧式真空压铸机。该类真空压铸机是在传统标准卧式压铸机的基础上，利用感应熔杯替代汤勺进行合金熔炼给料，并将熔炼和压射系统密封在一个密闭环境中，实现全流程真空铸造的一种设备。该类压铸机在结构布局上最大的特征是卧式送液-卧式合模。然而，该类压铸设备仍存在技术不足：(1)熔融金属液体从卧式料筒进入立式模腔时，在内浇口附近极易发生湍流与卷气；(2)由于熔融金属液体的流动方向由横向变为竖向，横向的压射冲头的冲压应力很难完全传递入铸件的内部；(3)由于熔融金属液体从熔体入口进入卧式料筒后要经过稳定流动才能流入立式模腔，所以卧式料筒不能太短，而熔融金属液体在卧式料筒内流动的距离长，容易污染。
4.另一种非晶合金压铸成型装备是如专利号为cn201310714994.9所公开的立式压射-立式合模真空压铸机。该类压铸机在结构布局上最大的特征是垂直压射送料，立式合模。然而，立式非晶合金压铸机同样存在不足，由于金属液面方向与运动方向不垂直，使得立式合模方式不利于熔体进入型腔后的排气，易于在铸件内发生的流体充型动力学的不稳定。卷气、湍流、杂质的引入等均会造成非晶合金的过冷液体的不稳定，诱发晶化，降低非晶形成能力，降低产品的性能。
5.随着非晶合金产业化的进行及市场需求的扩大，产品的复杂程度及成型难度逐渐增加，开发出可有更高抽真空效率的，且可有效降低湍流卷气，提高产品的致密性及非晶形成能力的压铸成型设备对于促进非晶合金大规模产业化应用具有重要意义。


技术实现要素：

6.鉴于以上问题，本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种卧式合模-立
式压射的真空压铸装置，以实现高效率、低氧含量的合金熔炼，改善压铸填充过程的动力学不稳定性，减少湍流、卷气及杂质含量，提高产品的致密性、非晶形成能力及力学性能。而且，本实用新型不仅可以用于制备非晶合金，也可以用于实现铜合金、钛合金、高熵合金等易氧化或不易氧化金属材料的成型。
7.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
8.一种真空压铸成型装置，包括：
9.模具成型机构，包括与动模板连接的动模镶块，与定模板连接的定模镶块；
10.合模机构，用于驱动所述动模板水平移动，使得所述动模镶块与所述定模镶块闭合形成模具型腔；
11.熔炼-压射系统，包括：
12.立式料筒，其两端开口，固定在所述动模镶块与所述定模镶闭合的分型面下方，所述立式料筒的上端与模具型腔连通；
13.压射冲头，所述压射冲头竖向插入所述立式料筒中；
14.感应线圈，围绕在所述立式料筒的外周。
15.可选地，所述合模机构包括：
16.导柱，从所述动模板的四角穿过所述动模板，所述导柱的一端与定模板连接，所述导柱的另一端穿过尾板；
17.合模缸，包括缸体和伸缩杆，所述伸缩杆与所述尾板连接，
18.所述动模板与所述尾板驱动连接，从而通过所述合模缸的伸缩杆驱动动模板移动。
19.可选地，所述压射冲头的下端与立式的压射缸的可伸缩的压射杆连接。
20.可选地，所述感应线圈设置在所述料筒的缩颈处。
21.可选地，还设置有顶出机构，所述顶出机构包括顶出缸，所述顶出缸的伸缩杆穿过所述动模板以及动模镶块。
22.可选地，还包括增压蓄能器，所述增压蓄能器与压射缸的无杆腔连通。
23.可选地，所述压射冲头由钨、钼、钛合金或者陶瓷材料加工而成。
24.可选地，还包括对所述模具型腔进行抽真空的抽真空系统。
25.可选地，还设置有顶出机构，所述顶出机构包括固定件以及从所述固定件上延伸穿过所述动模板以及动模镶块的顶杆。
26.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
27.(1)相比较于非晶合金卧式真空压铸机，本实用新型通过卧式合模-立式压射的成型方法，可以避免熔融金属液体由直浇道进入卧式料筒时流体动力学不稳定，也可以减少熔融金属液体从卧式料筒进入立式模腔时在内浇口附近的流体动力学不稳定，从而减少湍流与卷气现象；
28.(2)由于卧式合模的模具型腔为竖向，立式压射的压射方向也为竖向，可以有利于凝固过程中压力向铸件的传递，提高产品的致密性，减少孔隙率；
29.(3)将料筒直接设置为熔炼室，可以大大降低熔炼室的体积，提高抽真空效率，减少浇注行程，降低压射过程中的热流损失及熔体污染。
30.(4)相比较于非晶合金立式真空压铸机，由于减少了湍流与卷气现象，可以使熔融
金属液体在立式模具型腔内部填充变得更加平稳，利于排气，有助于提高非晶形成能力及力学性能。
附图说明
31.通过结合下面附图对其实施例进行描述，本实用新型的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。
32.图1是卧式合模-立式压射非晶合金压铸机结构示意图；
33.图2是熔炼-压射系统和模具成型结构的局部结构示意图；
34.1.底座；2.熔炼-压射系统；3.模具成型机构；4.抽真空系统；5.定模板； 6.动模板；7.导柱；8.合模缸；9.尾板；10.动模镶块；11.定模镶块；12.顶杆； 13.顶板；14.垫板；15.支撑板；16.模具型腔；17.压射缸；18.压射杆；19.压射冲头；20.立式料筒；21.增压蓄能器；22.缩颈部；23.感应线圈；24.金属原料。
具体实施方式
35.下面将参考附图来描述本实用新型所述的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。
36.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。如图1和图2 所示，真空压铸成型装置包括底座1、熔炼-压射系统2、合模机构、模具成型机构3、抽真空系统4。所述底座1为水平结构的布局，合模机构包括定模板 5、动模板6、导柱7、合模缸8、尾板9，用于安装、开合和锁紧模具以及顶出铸件。底座1上安装有板面竖向的定模板5和动模板6，动模板6的四角分别穿过有一根导柱7，各导柱7水平设置，导柱7的一端连接定模板5，导柱的另一端穿过尾板9，合模缸8的伸缩杆与尾板9连接，尾板9与动模板6驱动连接，例如，通过肘杆机构连接。通过合模缸8的伸缩杆伸缩来驱动动模板6沿着导柱7向靠近或远离定模板7的方向移动。
37.模具成型机构3设置在定模板5和动模板6的中间，包括与动模板6连接的动模镶块10，与定模板连接的定模镶块11，动模镶块10与定模镶块11 闭合后构成模具型腔16。
38.于所述模具成型机构3的动模镶块10与定模镶块11的分型面下方竖直设置有熔炼-压射系统2，所述的立式料筒的中心线在模具成型机构分型面内。所述的熔炼-压射系统2包括一压射缸17、压射杆18、压射冲头19、立式料筒20、增压蓄能器21、感应线圈23。所述的压射杆18上端与压射冲头19连接，下端插入压射缸17，所述的压射冲头19插入立式料筒20中，与所述立式料筒为滑动密封。所述立式料筒的下段设有一缩颈部22，热感应线圈23安装在缩颈部22外侧，与电源连接，电源通过控制电流、电压等参数调控熔炼温度。所述的增压蓄能器21与压射缸17连接，具体说，是与压射缸17的无杆腔连通，为压射杆的运动提供能量。
39.进一步地，还具有抽真空系统4，所述抽真空系统包括真空泵、真空管道以及在真空管道上的控制阀，所述的抽真空系统4与模具成型机构3连接，具体说，是与模具型腔16连
通，用以对模具型腔16抽真空，实现从熔炼到成型全流程高真空。
40.进一步地，还设置有顶出机构，所述顶出机构可以是液压式，包括顶出缸31，所述顶出缸314的伸缩杆穿过所述动模板6以及动模镶块10。具体的，如图2中，可以是穿过动模板6后通过顶出孔32抵靠在垫板14的一侧，垫板14与顶杆12连接，顶板13通过支撑板15连接在动模板6上。顶杆12穿过顶板13和嵌入在顶板13上的动模镶块10。顶板13和动模镶块10随着动模板6的移动而移动，而顶杆12则在动模板向左离开定模板5的时候顶住铸件，可以通过顶出缸31调节顶出力。
41.或者所述顶出机构也可以是机械式，包括固定件以及从所述固定件上延伸穿过所述动模板6以及动模镶块10的顶杆12。
42.本实用新型压射冲头通过选材及温度控制，可以实现金属原料熔化但避免冲头过热失效。例如所述压射冲头可以是由钨、钼、钛合金或者陶瓷材料加工而成。
43.下面说明一下真空压铸成型装置的具体工作过程：合模缸8驱动动模板6 沿四根导柱7向左运动，与定模板5分开。压射杆18推动压射冲头19向上运行到立式料筒20中装有感应线圈23的缩颈部22下端。接下来，将金属原料24放入立式料筒20中，置于压射冲头19的上表面处；合模缸8驱动动模板6沿四根导柱7与定模5合模，使得动模镶块10与定模镶块11闭合后构成模具型腔16，并使模具成型机构3锁紧，锁紧可以是利用连接于尾板和动模板之间的肘杆机构30，肘杆机构的具体结构在此不做详述。
44.随后启动抽真空系统4，对模具型腔16以及与其连通的熔炼-压射系统2 的立式料筒内抽真空。当真空度到设定值后，启动感应线圈23，对立式料筒 20中的金属块料24快速加热升温，使其熔炼成金属熔液；当金属熔液温度到达设定的值后，通过压射杆18驱动压射冲头19上行，将金属熔液推压入模具型腔16中，实施压铸成型，并对铸件实施持续压力。当铸件冷却到设定的温度范围以下时，从模具型腔16上的抽气口向模具腔内输送空气泄压，然后合模缸8驱动动模板6向左运行，与定模板5分开，推板13通过推杆12将铸件顶出；进一步，压射杆18带动压射冲头19向下运行到装有感应线圈23 的缩颈部22下端，待放入金属原料24后再进入下一真空熔炼压铸成型循环。
45.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。