一种定量浇注方法及定量浇注装置、成形装置

摘要

本发明公开了一种定量浇注方法及定量浇注装置、成形装置。定量浇注方法包括如下步骤：步骤一，准备储液容器，在储液容器内设定容积与所需金属液体积相等的定量腔；步骤二，将熔炉中金属液注入储液容器的定量腔中，直至定量腔注满时停止注液；步骤三，将定量腔内金属液全部注入模具的模腔中。本发明中金属液以体积作为定量单位，这样在进行定量浇注的过程中，可通过控制储液容器的定量腔容积，实现金属液的定量，以定量腔的空间充满与否作为衡量金属液是否达到定量体积，省去了测量金属液质量的测量仪器，因此本发明中定量浇注方法具有使得金属液的定量精度高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种定量浇注方法及定量浇注装置、成形装置。

背景技术

法兰类零件一般是采用某种成形方法成形，然后对其制件进行机械加工以获得最终产品。法兰零件分为普通法兰零件和具有内法兰的法兰零件。对于普通法兰的零件，成形方法较多，可以采用铸造方法，如压铸、低压铸造等，也可以采用塑性成形方法，如锻造、挤压、辗压等，其中铸造方法成本较低，但由于其工艺特点，产品组织、力学性能及气密性不高，成品率低，质量不易保证，特别是对于压力容器、高压开关密封容器法兰，则无能为力。锻造法兰的组织和力学性能较好，但是锻造方法加工余量大，材料利用率低，加工成本高；挤压方法具有制件性能好，精度高等特点，但是模具结构复杂，成形压力的，加工成本高；辗压成形可以保证产品质量，降低成本，但需要专门设备。对于具有内法兰的法兰零件，铸造方法同样适用，缺点同样明显；塑性加工方法的难度增加，成本更高。而对于非轴对称内法兰孔的法兰零件，锻造挤压工艺的难度更大，辗压成形不具可行性。

液态模锻是介于铸造成形和塑性成形之间的一种新工艺，集中了这两种工艺的优点。液态模锻工艺是对浇入模具内的液态金属施以较高的机械压力，使其凝固时消除铸造缺陷并产生一定塑性变形，从而获得高质量制件的一种方法。具有省力节能和材料利用率高的特点，其制件的力学性能可以接近或达到同种合金的锻件水平。为了提高液锻件的精度和成形质量，需要进行定量浇注。目前，自动定量浇注方式主要有机械式浇注、气压式浇注和电磁泵自动定量浇注，其中，机械式浇注由于在裸露的环境中工作造成金属液体的氧化夹杂增多，会降低铸件质量，且污染环境；气压式浇注存在着输送过程中金属液体流动不稳定及输送过程不易控制等问题，易产生气孔，影响铸件质量；电磁泵定量浇注技术能克服这些缺陷，电磁作用还能提高铸件的性能，但是电磁泵定量浇注的方法技术难度大，成本高，从而限制其发展。同时，已有的自动定量浇注方式的都是以金属液的质量作为标准来实现定量浇注，这样在浇注设备上需设置称量金属液质量的检测仪器，使得检测数据受到检测仪器的误差因素的很大影响，导致浇注量的定量精度不高。另外，现有定量浇注都是在模具开启的情况下进行，金属液的浇注过程和模具的合模相互干涉，影响液压模锻的形成效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高金属液定量精度的定量浇注方法，同时还提供了一种专用于实施该定量浇注方法的定量浇注装置和使用该定量浇注装置的成形装置。

为了实现以上目的，本发明中定量浇注方法的技术方案如下：

定量浇注方法，包括如下步骤：

步骤一，准备储液容器，在储液容器内设定容积与所需金属液体积相等的定量腔；

步骤二，将熔炉中金属液注入储液容器的定量腔中，直至定量腔注满时停止注液；

步骤三，将定量腔内金属液全部注入模具的模腔中，直至定量腔放空。

在步骤三中，金属液经输液通道进入模腔，该输液通道在模腔上的开设位置高于金属液注入液锻模后形成预备液的高度，该模腔是模具的上、下模闭合而成的比液锻模腔容积大的闭合模腔，输液通道连通在定量腔和闭合模腔之间。

本发明中定量浇注装置的技术方案如下：

定量浇注装置，包括用于连接在熔炉和模具之间的储液容器，储液容器内设有用于容纳金属液的定量腔及用于将定量腔的容积扩大或压缩到与所需金属液体积相等的调节结构。

调节结构包括滑动密封装配在储液容器内的容量调节器和用于锁定容量调节器在储液容器内位置的定位机构，所述定量腔是由容量调节器在储液容器内隔出的可调腔室。

定位机构为螺旋传动机构，螺旋传动机构包括螺纹连接在储液容器上的定位丝杆，定位丝杆连接在容器调节器上。

储液容器上设有处于定量腔的顶部的排气口。

本发明中成形装置的技术方案如下：

成形装置，包括熔炉、液锻模具和浇注装置，浇注装置为处于熔炉和液锻模具之间的定量浇注装置，该定量浇注装置包括连接在熔炉和液锻模具之间的储液容器，储液容器内设有用于容纳金属液的定量腔及用于将定量腔的容积扩大或压缩到与所需金属液体积相等的调节结构，容量腔连接在熔炉的炉腔和液锻模具的模腔之间。

调节结构包括滑动密封装配在储液容器内的容量调节器和用于锁定容量调节器在储液容器内位置的定位机构，所述定量腔是由容量调节器在储液容器内隔出的可调腔室。

定量腔的底部设有排液口，排液口上设有可控制其封上和让开排液口的排液阀，排液阀为由液压缸控制的锥阀。

储液容器的定量腔高于熔炉的炉腔和液锻模具的模腔。

本发明中金属液以体积作为定量单位，这样在进行定量浇注的过程中，可通过控制储液容器的定量腔容积，实现金属液的定量，且定量腔的容积可在金属液进入之前设定，无需边浇注边测量，以定量腔的空间充满与否作为衡量金属液是否达到定量体积，省去了测量金属液质量的测量仪器，也就避免了测量仪器误差对定量精度的影响，因此本发明中定量浇注方法具有使得金属液的定量精度高的优点。

附图说明

图1是本发明的成形装置的实施例的结构示意图；

图2是在图1中液锻模具制备的液锻件的结构示意图。

具体实施方式

本发明中成形装置的实施例：如图1所示，该成形装置是一种具有内外法兰的法兰零件的自动定量浇注液态模锻，主要由液锻模具、熔炉15和定量浇注装置组成。液锻模具适用于制备如图2所示的法兰液锻件，该法兰液锻件包括圆环形的外法兰部101，外法兰部101的内沿上立设有同轴设置的筒体部分102，筒体部分102的内壁上凸设有与外法兰部101平齐的内法兰部103。

熔炉15采用气压式注射装置，该气压式注射装置由熔炉15及其上装配的将熔炉15中金属液16排出的注液装置组成，注液装置是连接在熔炉15上的气源装置14，气源装置14的注气管插入熔炉15内，且注气管的插入端管口处于金属液的液面以上。

定量浇注装置为容积式定量装置。容积式定量装置包括通过注射管13连通在熔炉15上方的储液容器，注射管13的下端插入熔炉15内的金属液16的液面以下、上端连通在储液容器的顶部，储液容器为带有加热保温功能的储液桶8，储液桶8内设有用于容纳金属液的定量腔及用于将定量腔的容积扩大或压缩到与所需金属液体积相等的调节结构。调节结构包括滑动密封装配在储液桶中的活塞式的容量调节器7和可以锁定容量调节器7在储液桶8内位置的定位机构，定量腔是由容量调节器7在储液桶8内隔出的可调腔室，定位机构为螺旋传动机构，螺旋传动机构包括螺纹连接在储液桶8上的定位丝杆6，定位丝杆6连接在容器调节器7上、以在推动容量调节器7移动后锁定其位置。储液桶8上还设有处于定量腔顶部的排气口，排气口中装配有能够导通气体但不能使金属液体通过的排气装置10，排气装置10上设有若干密集布置的排气微孔。储液桶8的底部还开设有处于定量腔的腔壁上、以用于排空定量腔中金属液的排液口，排液口上设有可控制其开关的排液阀，排液阀为锥阀，排液阀包括用于与排液口锥面密封配合而封上排液口的阀杆11，阀杆11沿竖向滑动密封装配在储液桶8的顶部桶壁上于排液口的上方的位置处，阀杆11的上端从储液桶8的上方伸出，伸出端上连接有用于控制其封上和让开排液口的液压缸9，液压缸的活塞杆通过带动阀杆伸缩而控制排液口的开关。储液桶8处于液锻模具的上方，且储液桶8的排料口通过竖向倾斜设置的输液管12连接液锻模具。

液锻模具主要由上下相对的上模1和下模2组成，上模1连接在液压机的活动横梁上，下模2连接在液压机的工作台上，以通过液压机的活动横梁升降，实现上模1和下模2的合模，且上模1和下模2在闭合过程中具有闭合位和液锻位，闭合位处于液锻位之前。下模2上的斜孔和输液管12组成了供金属液自厨液桶8流入模腔中的输液通道。在闭合位时，上模1和下模2闭合而形成容积比液锻模腔大的闭合模腔；自闭合位继续合模后，到达液锻位，并在液锻位时，上模1和下模2闭合而围成用于将其内的金属液压缩成液锻件的液锻模腔。

该成形装置的工作原理是：

1）将液锻模具安装在压力机上；

2）按成分配方对铝合金进行熔炼并置于定量浇注装置的熔炉15中；

3）将上模2和下模3预热至一定温度；

4）将压缩空气通入熔炉15中，使熔炉15中金属液16注入储液桶8中；

5）液压机带动液锻模具的上模1下行，使上模2进入下模3中形成闭合模腔，该闭合模腔为液锻模具的上模2和下模3闭合而成的比液锻模腔容积大的闭合模腔；

6）储液罐8上的液压缸9换位，使储液罐8内的金属液在重力作用下注入液锻模的凹模5中形成预备液4，而后液压缸9复位；

7）上模1再次下行，对金属液进行挤压和保压，直至上模和下模将闭合模腔压缩到最终位置，使闭合模腔中液态金属在一定压力下发生流动、结晶和凝固成形，再保压一定时间，使金属液在一定压力下冷却凝固成形；

8）保压结束，上模2回程，下模3顶出机构上行，顶出成形零件1，而后顶出机构回程；

9）重复上述4）～8），进行下一个零件的成形。

将步骤8）得到的零件1进行少量后续切削加工和热处理即得法兰产品。

本实施例中法兰零件通过如上成形装置液锻成形时，可以在普通液压机上进行，设备成本明显降低；成形压力比挤压成形明显降低，可以减小模具尺寸和设备吨位；成形模具结构简单可靠，对模具材料要求比挤压模具低；定量浇注装置与液锻模具结合，可以在模具闭合的状态下进行，减小了液锻模具的闭合行程；能够实现自动定量浇注，结构简单，定量准确，不污染环境；成形工艺简单，自动化程度高，劳动强度低，只需通过一次成形便可获得所需零件；材料的利用率高，加工余量小，降低了生产成本；成形零件晶粒细，不存在铸造缺陷，致密性好，且尺寸精度高，强度接近挤压成形零件，符合对法兰的质量要求。

另外，本发明不局限于上述实施例，其自动定量浇注装置还可用于其它形状和材质的液态模锻或其它需要定量浇注的铸造工艺中。改变上模2和下模3的形状，本发明的成形模具还可以成形具有圆形和非圆形内法兰的具有法兰的零件，或不带内外法兰的法兰零件。成形材料也可以是铜合金、锌合金、镁合金等。

在上述实施例中，定量浇注装置的储液桶处于液锻模具的上方，所以金属液可依靠自重进行输送，在其他实施例中，该储液桶也可以处于液锻模具的闭合模腔等高或比闭合模腔低的位置，这样金属液可依靠气体压注、活塞注射等方式进入闭合模腔，而此时储液桶的排液口可无需设置排液阀。且储液桶中定量腔的容积变化的调整也可以采用螺纹连接在储液桶中的堵塞、固定在储液桶内的隔膜等。锁定容量调节器在储液8内位置的定位机构也可以是液压缸。

在上述实施例中，储存金属液的容器是储液桶，在其他实施例中，该储液桶也可以用储液罐、储液池等替代。

本发明中定量浇注装置的实施例：本实施例中定量浇注装置的结构与上述实施例中定量浇注装置的结构相同，因此不再赘述。

本发明中定量浇注方法的实施例：该定量浇注方法包括如下步骤：

步骤一，准备储液容器，在储液容器内设定容积与所需金属液体积相等的定量腔；

步骤二，将熔炉中金属液注入储液容器的定量腔中，直至定量腔注满时停止注液；

步骤三，将定量腔内金属液全部注入模具的模腔中，直至定量腔放空。

另外，在需要在合模状态下进行浇注时，在步骤三中，金属液经输液通道进入模腔，该模腔是模具的上、下模闭合而成的比液锻模腔容积大的闭合模腔，输液通道包括开设在模具上与模腔连通的斜孔和连通该斜孔和定量腔之间的输液管，连通在定量腔和闭合模腔之间。

在上述实施例中，金属液是在液锻模具初步闭合的情况下开始注入的，而在其他实施例中，在液锻模具未闭合的情况下，金属液也可以注入下模的模腔中。