一种金属件制造方法和实现该方法的低压铸造锻压机

摘要

一种金属件制造方法和实现该方法的低压铸造锻压机，属于金属铸造技术，其方法的制造过程含有低压铸造和锻压两个阶段，实现该方法的装置包括低压铸造装置、支架、上模驱动机构、曲臂五铰链机构和控制系统，低压铸造装置包括对合组成模具型腔的上、下模，在上下模的合模面之间形成有密封导向面；组成支架下模安装件、驱动机构安装架和支杆成框架式，下模由下模安装件安装，上模由上模安装件安装，曲臂五铰链机构包括第一旋转臂、第二旋转臂、移动臂和两根支撑旋转臂，第一旋转臂和支撑旋转臂铰接组成曲臂组件，曲臂组件分别与上模安装件和驱动机构安装架铰接；控制系统控制上模驱动机构动作。实现了低压铸造、高压锻压的工艺，提高了金属件强度。

说明书

技术领域

  本发明属于金属铸造技术领域，尤其与一种能使铸件组织更致密的金属件制造方法和实现该方法的低压铸造锻压机。 

背景技术

低压铸造技术发展至今已相对较为成熟，以其金属液充型平稳、材料利用率高、耗能低的优势，成为一种轻合金铸件的重要制造方法，特别是在铝合金。铝合金铸件的生产量中，低压铸造品已占了大约50%。但是，通常的低压铸造品是自然成型，对于高强度要求的领域，其金属组织致密性还是达不到相应的要求，在模具型腔进液口附近的金属组织尤其疏松。传统的低压铸造装置主要包括配对组合的上模和下模、具有用于盛装金属液的密闭内腔的保温炉，上模和下模相对面上都设置半模腔，半模腔的内表面为模腔面，上模和下模对合时相对贴合的面为合模面，上模和下模的合模面贴合后组成完整的模具型腔，下模设置进液口，进液口连接伸入保温炉密闭内腔中金属液的升液管，保温炉密闭内腔与压力气源连通。通过压力气源向保温炉密闭内腔充入压力空气或惰性气体，将金属液压入升液管上升进入模具型腔，完成充型铸造。虽然金属液是通过一定的空气压力压入模具型腔，存在一定的压力，但是凝固结晶过程还是基本处于自然凝固，其金属组织致密性还是达不到相应的高强度要求。 

发明内容

本发明的目的旨在解决传统低压铸造成型的铸件无法达到高强度要求的问题，提供一种能提高铸件强度的金属件制造方法和实现该方法的低压铸造锻压机。 

为此，本发明采用以下技术方案：一种金属件制造方法，其特征是，该制造方法的制造过程含有低压铸造和锻压两个阶段；在低压铸造阶段，使用低压铸造装置实现金属液在模具型腔中的充型，模具型腔由上模和下模的半模腔对合组成，下模固定，上模由上模驱动机构通过曲臂五铰链机构传动驱动升降移动，在低压铸造阶段上模和下模的合模面间隔一段距离，该段距离设置为锻压运动间隙，使模具型腔尺寸大于设定尺寸；当金属液在模具型腔中凝固结晶一段时间，处于未硬化的半凝固状态时进入锻压阶段，上模驱动机构通过曲臂五铰链机构将下压力传动放大驱动上模下压，对模具型腔中的金属混合物产生锻压，上模和下模的合模面紧密贴合，模具型腔达到设定尺寸，使金属混合物边凝固边受压塑性变形成型。 

一种实现所述金属件制造方法的低压铸造锻压机，包括低压铸造装置、支架、上模驱动机构和控制系统，低压铸造装置包括对合组成模具型腔的上模和下模，下模设置进液口与低压铸造装置的升液管连接，其特征是，所述的低压铸造锻压机还包括曲臂五铰链机构，所述的上模和下模的合模面与模腔面不连接，在合模面与模腔面之间形成与上模升降移动方向同向的密封导向面，对上模和下模的对合能起到导向作用，防止合模错位，减少合模定位销磨损，又能在上模和下模合模面未贴合的预合模位置时模具型腔就能处于密封状态；所述的支架包括下模安装件、驱动机构安装架和至少三根支杆，支杆竖向设置，下模安装件和驱动机构安装架分别固定于支杆，使支架构成具有内腔的框架式，下模固定于下模安装件上，上模由上模安装件支撑安装，上模安装件上设置有与所述支杆对应的支杆通孔，支杆穿过支杆通孔对上模安装件的升降起到导向限位作用，所述的曲臂五铰链机构至少包括两根第一旋转臂、两根第二旋转臂、一根移动臂和两根支撑旋转臂，第一旋转臂一端与上模安装件铰接，另一端与第二旋转臂的一端铰接，两第二旋转臂的另一端与同一移动臂的两端铰接，支撑旋转臂一端与驱动机构安装架铰接，以一根第一旋转臂和一根支撑旋转臂的相互铰接组成曲臂组件，移动臂与上模驱动机构连接，上模驱动机构安装于驱动机构安装架，曲臂组件由上模驱动机构通过移动臂、第二旋转臂传递驱动弯曲或伸直，通过曲臂五铰链机构能起到放大上模驱动机构提供的下压力，将上模驱动机构提供的较小下压力放大到锻压所需的较大的下压力；控制系统控制上模驱动机构动作。 

使用时，上模驱动机构在控制系统控制下驱动曲臂五铰链机构的曲臂组件作伸直运动，推动上模安装件连同上模下降，与下模对合，在上模和下模合模面相隔一段锻压运动间隙时的预合模位置，上模驱动机构停止驱动，上模停止下降，此时模具型腔尺寸大于设定尺寸，低压铸造装置开始供液，金属液通过升液管上升进入模具型腔，实现对模具型腔的充型，金属液在充型过程中逐渐结晶凝固，当金属液从满模具型腔后，停止供液，金属液在模具型腔中凝固结晶一段时间后，处于未硬化的半凝固状态时，上模驱动机构再次驱动曲臂五铰链机构的曲臂组件作伸直运动，推动上模安装件连同上模下降，曲臂组件伸直时上模和下模的合模面贴合，实现对模具型腔内的金属件毛坯锻压，使金属件尺寸达到设定的尺寸，在锻压过程中，金属纤维四向延长，提高强度和金属组织致命性。金属件硬化后，上模驱动机构驱动曲臂组件弯曲，拉动上模安装件连同上模上升，与下模脱离，实现开模，将金属件从模腔中取出，完成金属件的制造。 

作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括下述技术特征。 

所述的曲臂五铰链机构包括四根第一旋转臂、两根第二旋转臂、一根移动臂和四根支撑旋转臂，一根第二旋转臂同时与两根第一旋转臂铰接，以一根第二旋转臂驱动两个曲臂组件弯曲和伸直。 

所述的低压铸造锻压机还包括两根竖向的导向杆，所述的移动臂设置有两个与所述导向杆对应配合的导向通孔，由导向杆对移动臂的升降运动进行导向。 

所述的上模驱动机构为液压油缸，油缸缸体固定安装在驱动机构安装架上，油缸活塞与移动臂连接。 

所述的驱动机构安装架包括上支板、调节支板和距离调节机构，调节支板和上支板成面对面由隔套间隔一段距离并由螺栓相互固定，调节支板和上支板上设置与所述支杆相对应的支杆通孔，所述支杆穿过调节支板和上支板上的支杆通孔，所述的支撑旋转臂与调节支板铰接，所述的距离调节机构包括调节螺母、从动轮和主动轮，支杆后端设置有螺纹段，每根所述支杆螺纹段上套装一个所述的调节螺母，调节螺母夹于上支板和调节支板之间，每个调节螺母上固定一个所述的从动轮，从动轮的转动带动调节螺母转动，所述主动轮通过主动轮支撑装置支撑安装于所述上支板，并与所有从动轮传动连接，主动轮驱动所有从动轮同时同向转动，通过从动轮旋转带动调节螺母旋转，通过调节螺母与支杆的螺纹配合改变支杆与调节螺母的相对位置，从而调整调节支板和下模安装件之间的间距，可以适应不同厚度的模具。 

所述的从动轮为齿轮，所述的主动轮为齿轮，所述的距离调节机构还包括一传动齿轮，传动齿轮与所有的从动轮啮合，主动轮与传动齿轮啮合。 

所述的支杆为四根，成四方形四角分布。 

所述的上模安装件上的支杆通孔为侧方开口的U形凹槽式通孔，开口朝向与相对两个通孔连线方向一致，U形底部一侧孔壁与导向杆之间具有间隙，由于在铸造时的高温使在模具附近的导杆前端、上模安装件都会产生膨胀，设置开口和间隙，能使上模安装件从导杆高温端滑移到低温端过程中，不会产生卡件和挤压。 

所述从动轮轮齿直接成形于调节螺母上，形成一体式结构。 

所述的低压铸造锻压机还包括一个上模位置感应装置，该上模位置感应装置感应到上模下降到达预合模位置时，向控制系统发送信号，由控制系统控制上模驱动机构停止动作。 

本发明可以达到以下有益效果：通过设置曲臂五铰链机构传递和放大驱动机构提供的合模力，在铸造阶段合模时预留锻压运动间隙，实现了低压铸造、高压锻压的制造工艺，制成的金属件金属组织致密、均衡，能消除气孔、缩松、缩孔等铸造缺陷，提高了金属件的强度。 

附图说明

图1是本发明的立体结构图。 

图2是本发明主视方向示意图。 

图3是图2的A-A剖视图。 

图4是图2的B-B剖视图。 

图5是本发明模低压铸造时上模和下模的示意图。 

图6是本发明模锻压时上模和下模的示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。 

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。 

如图1～图6所示： 

本发明的金属件制造方法，其制造过程含有低压铸造和锻压两个阶段；在低压铸造阶段，使用低压铸造装置实现金属液在模具型腔中的充型，模具型腔由上模10和下模11的半模腔对合组成，下模11固定，上模10由驱动机构通过曲臂五铰链机构传动驱动升降移动，在低压铸造阶段上模10和下模11的合模面间隔一段距离，该段距离设置为锻压运动间隙，使模具型腔尺寸大于设定尺寸；当金属液在模具型腔中凝固结晶一段时间，处于未硬化的半凝固状态时进入锻压阶段，驱动机构通过曲臂五铰链机构将下压力传动放大驱动上模10下压，对模具型腔中的金属混合物产生锻压，上模10和下模11的合模面紧密贴合，模具型腔达到设定尺寸，使金属混合物边凝固边受压塑性变形成型。

实现上述金属件制造方法的低压铸造锻压机，包括低压铸造装置、支架、导向杆15、曲臂五铰链机构、上模驱动机构和控制系统，低压铸造装置包括对合组成模具型腔的上模10和下模11，下模11设置进液口与低压铸造装置的升液管13连接，所述的上模10和下模11的合模面与模腔面不连接，在合模面与模腔面之间形成与上模10升降移动方向同向的密封导向面，对上模10和下模11的对合能起到导向作用，防止合模错位，减少合模定位销磨损，又能在上模10和下模11合模面未贴合的预合模位置时模具型腔就能处于密封状态； 

所述的支架包括下模安装件12、驱动机构安装架和四根支杆5，四根支杆5成四方形四角分布并且竖向设置，下模安装件12和驱动机构安装架分别固定于支杆5，使支架构成具有内腔的框架式，下模11固定于下模安装件12上，所述的驱动机构安装架包括上支板2、调节支板3和距离调节机构，调节支板3和上支板2成面对面由隔套18间隔一段距离并由螺栓相互固定，调节支板3和上支板2上设置与所述支杆5相对应的支杆通孔，所述支杆5穿过调节支板3和上支板2上的支杆通孔，所述的支撑旋转臂6与调节支板3铰接，所述的距离调节机构包括调节螺母17、从动轮19、主动轮20和传动齿轮21，支杆5后端设置有螺纹段，每根所述支杆螺纹段上套装一个所述的调节螺母17，调节螺母17夹于上支板2和调节支板3之间，从动轮19为齿轮，所述的主动轮20为齿轮，从动轮19轮齿直接成形于调节螺母17上，形成一体式结构，从动轮19的转动带动调节螺母17转动，传动齿轮21与所有的从动轮19啮合，主动轮20与传动齿轮21啮合，所述主动轮20通过主动轮支撑装置4支撑安装于所述上支板2，并与所有从动轮19通过传动齿轮21传动连接，主动轮20驱动所有从动轮19同时同向转动，通过从动轮19旋转带动调节螺母17旋转，通过调节螺母17与支杆5的螺纹配合改变支杆5与调节螺母17的相对位置，从而调整调节支板3和下模安装件12之间的间距，可以适应不同厚度的模具。

所述上模10由上模安装件9支撑安装，上模安装件9上设置有与所述支杆5对应的支杆通孔，支杆5穿过支杆通孔对上模安装件9的升降起到导向限位作用，该支杆通孔为侧方开口的U形凹槽式通孔，开口朝向与相对两个通孔连线方向一致，U形底部一侧孔壁与导向杆15之间具有间隙，由于在铸造时的高温使在模具附近的导向杆15前端、上模安装件9都会产生膨胀，设置开口和间隙，能使上模安装件9从导向杆15高温端滑移到低温端过程中，不会产生卡件和挤压，所述的上模驱动机构由控制系统控制，上模驱动机构为液压油缸1，油缸1缸体固定安装在上支板2上； 

所述的曲臂五铰链机构包括四根第一旋转臂8、两根第二旋转臂7、一根移动臂16和四根支撑旋转臂6，第一旋转臂8一端与上模安装件9铰接，另一端与第二旋转臂7的一端铰接，一根第二旋转臂7同时与两根第一旋转臂8铰接，两第二旋转臂7的另一端与同一移动臂16的两端铰接，支撑旋转臂6一端与所述调节支板3铰接，以一根第一旋转臂8和一根支撑旋转臂6的相互铰接组成曲臂组件，以一根第二旋转臂7驱动两个曲臂组件弯曲和伸直，移动臂16与液压油缸1的活塞杆连接，上模驱动机构安装于驱动机构安装架，曲臂组件由上模驱动机构通过移动臂16、第二旋转臂7传递驱动弯曲或伸直，通过曲臂五铰链机构能起到放大上模驱动机构提供的下压力，将液压油缸1提供的较小下压力放大到锻压所需的较大的下压力；

所述导向杆15竖向设置有两根，所述的移动臂16设置有两个与所述导向杆15对应配合的导向通孔，由导向杆15对移动臂16的升降运动进行导向。所述上模位置感应装置感应到上模10下降到达预合模位置时，向控制系统发送信号，由控制系统控制上模驱动机构的液压油缸1停止动作。

使用时，上模驱动机构在控制系统控制下驱动曲臂五铰链机构的曲臂组件作伸直运动，推动上模安装件9连同上模10下降，与下模11对合，在上模10和下模11合模面相隔一段锻压运动间隙时的预合模位置，上模驱动机构停止驱动，上模10停止下降，此时模具型腔尺寸大于设定尺寸，低压铸造装置开始供液，保温炉14内的金属液通过升液管13上升进入模具型腔，实现对模具型腔的充型，金属液23在充型过程中逐渐结晶凝固，当金属液充满模具型腔后，停止供液，金属液23在模具型腔中凝固结晶一段时间后，处于未硬化的半凝固状态时，上模驱动机构再次驱动曲臂五铰链机构的曲臂组件作伸直运动，推动上模安装件9连同上模10下降，曲臂组件伸直时上模10和下模11的合模面贴合，实现对模具型腔内的金属件22的毛坯锻压，使金属件22尺寸达到设定的尺寸，在锻压过程中，金属纤维四向延长，提高强度和金属组织致命性。金属件22硬化后，上模驱动机构驱动曲臂组件弯曲，拉动上模安装件9连同上模10上升，与下模11脱离，实现开模，将金属件22从模腔中取出，完成金属件22的制造。