一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)及工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)及工藝，在上模和下模內(nèi)均設(shè)有電熱元件，電熱元件通過導(dǎo)線與溫度控制裝置相連接，上模和下模內(nèi)均設(shè)有冷卻通孔，冷卻通孔內(nèi)安放紫銅管，紫銅管是冷卻水、高壓氣體的共同通道，外部的冷卻水裝置、高壓氣體裝置相通，成形設(shè)備上設(shè)有的溫度控制裝置、接觸式測溫裝置、非接觸式測溫裝置、高壓氣體裝置、冷卻水裝置、位移傳感器、壓力傳感器均通過通訊導(dǎo)線與總控制系統(tǒng)相連接，成形設(shè)備通過導(dǎo)線連接成形設(shè)備控制系統(tǒng)。在成形過程中，既可保護模具并確保模具表面不損壞；又避免非晶態(tài)合金出現(xiàn)晶化現(xiàn)象。
【專利說明】一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)及工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，屬于非晶態(tài)金屬成形【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]金屬玻璃又稱非晶態(tài)合金，由于其獨特的無序微觀結(jié)構(gòu)，使其既有金屬和玻璃的優(yōu)點，又克服了它們各自的弊端。玻璃易碎，沒有延展性；但金屬玻璃的強度高于鋼，硬度超過高硬工具鋼，且具有一定的韌性和剛性，所以，人們稱金屬玻璃為“敲不碎、砸不爛”的“玻璃之王”。非晶態(tài)合金具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和耐蝕性等較好的力學、物理和化學性能，從而決定其應(yīng)用的領(lǐng)域非常廣泛，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003]鋯基非晶對于極限冷卻速度的要求較低，可以在低于lOOK/s以下的冷卻速度下得到完全的非晶態(tài)組織，因而針對鋯基非晶的零件有多種成形工藝。專利CN102877010A “一種鋯基塊體非晶合金鑄件的鑄造成形方式”公開了一種鋯基塊體非晶合金鑄件的鑄造成形方法，其鑄件的化學成分的3丨％是:Zr 35-45、Ti 11-16、Cu 10-15、Ni 8-12、Be 16-25，熔煉前對上述原材料用超聲波在酒精介質(zhì)中進行凈化處理，再將每一種平均分成兩份，按其各自的密度，由下到上兩次重復(fù)布料裝入坩堝中，布料時要避免原料銅和銅坩堝相接觸，以防止原料銅熔化時與銅坩堝發(fā)生粘結(jié)；然后合爐進行抽真空，充入0.05MPa的氬氣保護，開始加熱熔煉，在60KW、80KW、120KW各保持5分鐘后將功率加至140KW使合金熔體的溫度達到800°C以上。專利CN101164722A “一種非晶合金工件的制備加工凈成形一體化方法”公開一種非晶合金工件的制備加工凈成形一體化方法。該專利是把合金母料加熱熔化后注入可潰型模具中，待熔融合金冷卻后形成非晶態(tài)合金，模具潰型后對試件進行簡單的清理即可獲得所需工件。利用可潰型模具通過鑄造的方法制備出任何復(fù)雜形狀的臨界厚度在一定范圍內(nèi)的非晶合金工件，實現(xiàn)了復(fù)雜非晶合金工件的制備、力口工，凈成形一體化技術(shù)。
[0004]專利CN 1199747C “一種非晶合金精密零部件超塑性模鍛成形裝置及方法”公開了一種用于大塊非晶合金精密零部件超塑性模鍛成形的裝置及采用這種裝置制備大塊非晶合金精密零件的工藝?？梢猿尚瓮饫睆匠叽?.1?100mm、厚度尺寸0.1?50mm的各種復(fù)雜形狀零部件，如齒輪類、實心或?qū)嵭呐_階軸(錐度軸)類以及等軸類扁薄零件等。所發(fā)明的裝置由真空爐、可更換壓頭和模具三部分組成。專利CN 100473472C “金屬玻璃的成形方法”公開了一種金屬玻璃的成形方法。該方法在保持金屬玻璃的非晶質(zhì)的同時成形不產(chǎn)生表面缺陷的成形品，即便是薄壁或厚度不等的成形品或復(fù)雜形狀的成形品也可簡單地成形。非晶態(tài)合金在模具成形后，存在兩方面的問題:一是成形后如果直接通過模具的頂出系統(tǒng)頂出零件，由于零件在成形后還是過冷液態(tài)，頂出零件易導(dǎo)致零件損壞，如:頂穿、變形、破裂等；二是成形后如果讓成形零件在模具內(nèi)隨著模具空冷，將需要很長的冷卻時間，容易導(dǎo)致成形的零件部分晶化，無法得到完全的非晶態(tài)合金件，另外生產(chǎn)效率也很低。
[0005]專利CN 201164895A公開了一種非晶合金熱壓成型裝置，包括模架以及上、下加熱件，所述模架上設(shè)置有由壓力機操縱的上合模機構(gòu)和下合模機構(gòu)，所述上加熱件安裝在上合模機構(gòu)上并隨之運動，所述下加熱件固定在模架上。所述成型裝置還包括活動裝設(shè)在上合模機構(gòu)上的上模芯和安裝在下合模機構(gòu)上的下模芯，所述上、下模芯內(nèi)設(shè)置有用來通水的冷卻水管。所述上、下模芯內(nèi)設(shè)置有用來通水的冷卻水管，能夠迅速冷卻成形件，充分降低非晶合金在成形過程中的晶化，有效保持非晶合金的使用性能，并且模芯和加熱件之間可分離，成形過程中僅需對模芯升溫與冷卻，從而達到快速加熱非晶合金以及快速冷卻成形件的目的。該專利是以恒定的應(yīng)變速率成形。非晶態(tài)合金在成形過程中，其流動應(yīng)力與應(yīng)變速率、材料粘度成正比，其關(guān)系為A =3W.，其中os為非晶態(tài)合金的流動應(yīng)力，η
為非晶態(tài)合金的粘度，?為非晶態(tài)材料的應(yīng)變速率。n是一個與非晶態(tài)合金溫度密切相關(guān)的參數(shù)，如Zr46.75Τ?8.25Cu7.5NilOBe27.5非晶態(tài)合金，在玻璃化溫度Tg和晶化溫度Tx之間，H的變化范圍為16-1O12Pa.s，在固定的應(yīng)變速率10_3,下，其流動應(yīng)力的變化范圍為0.003-3000MPa。在成形過程中，如果以固定的應(yīng)變速率成形，將導(dǎo)致變形時間較長，使非晶態(tài)合金只能在盡量靠近Tg的溫度進行成形，而在Tg附近，非晶態(tài)合金的粘度較高，如果應(yīng)變速率太大，非晶態(tài)合金的流動應(yīng)力將增大，過大的流動應(yīng)力會導(dǎo)致非晶態(tài)合金破壞，也會因模具所受的壓力超過模具材料的屈服強度導(dǎo)致模具表面受損，或?qū)е履＞邠p壞。以固定的應(yīng)變速率成形，如果選擇的成形溫度遠離Tg，非晶態(tài)合金的粘度降低，但是此時可用于非晶態(tài)合金成形的時間大幅度減少，如果速率過慢，將導(dǎo)致非晶態(tài)合金在完全成形之前就已經(jīng)晶化，導(dǎo)致無法完成成形，也無法得到合格的非晶態(tài)合金零件。
[0006]在非晶態(tài)合金成形過程中，由于非晶態(tài)合金內(nèi)部無法達到溫度均勻，各個區(qū)域的變形也不均勻，導(dǎo)致各個區(qū)域的變形熱也不一樣，這更加劇了非晶態(tài)合金的溫度不均勻性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是克服上述不足，而提出了一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)及工藝。該系統(tǒng)能較好地實現(xiàn)升溫、冷卻和頂出工序，提高成形質(zhì)量。
[0008]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0009]一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，包括固定在成形設(shè)備的上工作臺的上模、固定在成形設(shè)備的下工作臺的下模、與下模底部相接的頂出機構(gòu)，在上模和下模內(nèi)均設(shè)有電熱元件，電熱元件通過導(dǎo)線與溫度控制裝置相連接，上模和下模內(nèi)均設(shè)有冷卻通孔，冷卻通孔內(nèi)安放紫銅管，紫銅管是冷卻水、高壓氣體的共同通道，與外部的冷卻水裝置、高壓氣體裝置相通，在上模和下模上有盲孔而且盲孔內(nèi)放置接觸式測溫裝置，在上模、下模形成的模腔處有測試坯料溫度的非接觸式測溫裝置，在上模和成形設(shè)備的上工作臺之間置有壓力傳感器，在下模和上模的接觸面處安放有位移傳感器，溫度控制裝置、接觸式測溫裝置、非接觸式測溫裝置、高壓氣體裝置、冷卻水裝置、位移傳感器、壓力傳感器均通過通訊導(dǎo)線與總控制系統(tǒng)相連接，成形設(shè)備通過導(dǎo)線連接成形設(shè)備控制系統(tǒng)。
[0010]所述的高壓氣體裝置包括與高壓氣體通道入口相連的分水器，分水器通過高壓氣體控制閥與儲氣罐相連，儲氣罐通過油水分離器與空氣壓縮機連接，高壓氣體通道出口通過集水器與冷卻水池連接。
[0011]所述的冷卻水裝置包括與冷卻水通道入口相連的分水器，分水器通過冷卻水控制閥、水泵與過濾器連接，過濾器與冷卻水池連接，冷卻水通道出口通過集水器與冷卻水池連接。
[0012]所述高壓氣體裝置、冷卻水裝置共用一個分水器、一個集水器和一個冷卻水池，紫銅管一端與分水器相連接，另一端與集水器相連接，冷卻水和高壓氣體最終均排入冷卻水池。
[0013]所述的電熱元件安放在上模和下模的加熱通孔內(nèi)，電熱元件與加熱通孔以間隙配合的形式安裝。
[0014]所述的紫銅管與冷卻通孔以過渡配合的形式安裝。
[0015]在玻璃化溫度之前及玻璃化初期，非晶態(tài)合金的粘度值極高(超過10_12Pa.s)，非晶態(tài)合金的硬度和強度遠高于模具材料的硬度和強度。為了保護模具不被破壞，以模具材料的屈服強度和坯料最大成形面積作為成形壓力的計算依據(jù)。成形壓力F =
0.8XPXA(F為成形壓力，單位為牛頓(N)，P模具材料的屈服強度，單位為兆帕(MPa)，A是非晶態(tài)合金坯料與模具的接觸面積，單位為平方毫米(mm2)，0.8是安全系數(shù)，無量綱)。通過總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送信號，啟動成形設(shè)備，對于非晶態(tài)合金坯料施加壓力，由位于上模頂部的壓力傳感器測試非晶態(tài)合金坯料所受的瞬時壓力，并將壓力值實時地反饋給總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的壓力值控制成形設(shè)備的伺服閥，將非晶態(tài)合金坯料所受的壓力控制在設(shè)定的值；同時，總控制系統(tǒng)向溫度控制裝置發(fā)送信號，由溫度控制裝置給電熱元件供電，通過電熱元件對模具和非晶態(tài)合金坯料進行加熱。由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置；由非接觸式測溫裝置實時地測試非晶態(tài)合金坯料的溫度信號，并將測試得到非晶態(tài)合金坯料的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置。當非接觸式測溫裝置測試得到的非晶態(tài)合金坯料的溫度達到設(shè)置的成形溫度之后，總控制系統(tǒng)給溫度控制裝置發(fā)送信號，斷開電熱元件的電力供應(yīng)，停止對模具進行加熱；在加熱過程中，當非晶態(tài)合金的溫度高于玻璃化溫度時，非晶態(tài)合金就以較慢的應(yīng)變速率開始緩慢變形；隨著非晶態(tài)合金溫度的逐漸升高，材料的粘度越來越小，非晶態(tài)合金的應(yīng)變速率越來越大；在成形過程中，始終有壓力傳感器、總控制系統(tǒng)和成形設(shè)備的伺服閥將成形壓力控制在設(shè)定的值。當模具完全閉合之后，將由位移傳感器向總控制系統(tǒng)發(fā)送信號，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備停止給上工作臺提供動力。同時，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，打開高壓氣體控制閥，通過連接管路將高壓氣體通入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中，利用高壓氣體對于模具進行冷卻。在通高壓氣體5秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，打開冷卻水控制閥，冷卻水通過連接管路進入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管，加快模具的冷卻速度。在冷卻過程中，由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置。當接觸式測溫裝置測試得到的上模和下模的溫度均達到設(shè)置的冷卻溫度后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉冷卻水控制閥，然后打開高壓氣體控制閥，通過高壓氣體將管路及安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中的冷卻水排除干凈。在通高壓氣體2秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，然后，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備的上工作臺上升，打開模具，接著，成形設(shè)備控制系統(tǒng)給下工作臺中的頂出系統(tǒng)發(fā)送信號，將成形后的非晶態(tài)合金零件頂出模具。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]在玻璃化溫度之前及玻璃化初期，非晶態(tài)合金的粘度值極高(超過10~12Pa.S)，非晶態(tài)合金的硬度和強度遠高于模具材料的硬度和強度。為了保護模具不被破壞，以模具材料的屈服強度和坯料最大成形面積作為成形壓力的計算依據(jù)。根據(jù)模具材料的屈服強度選擇成形壓力，保護模具，確保模具表面不損壞。
[0018]在成形過程中，通過壓力傳感器控制設(shè)備對非晶態(tài)合金坯料施加恒定的壓力。在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)，當非晶態(tài)合金進入玻璃化溫度Tg和晶化溫度Tx之間時，非晶態(tài)合金坯料以非恒定的應(yīng)變速率邊加熱邊成形。在高粘度區(qū)，以較小的速率緩慢成形，在低粘度區(qū)以較大的速率快速成形，減小成形時間，提高生產(chǎn)效率。
[0019]通過非恒定的應(yīng)變速率和恒壓力的方法成形非晶態(tài)合金，減少非晶態(tài)合金的成形時間，可以更好地避免非晶態(tài)合金的晶化現(xiàn)象。
[0020]由于使用冷卻水作為上模和下模的冷卻介質(zhì)，若冷卻水直接跟上模和下模接觸，易導(dǎo)致上模和下模被腐蝕，會降低上模和下模的使用壽命；產(chǎn)生的銹蝕物也會對冷卻水造成污染，也會大大降低冷卻水泵、管道、閥門的使用壽命。為了防止這種情況的發(fā)生，在上模和下模的冷卻孔中安裝了紫銅管，紫銅管和冷卻通孔采用過渡配合的方式進行裝配。
[0021 ] 在對上模、下模和非晶態(tài)合金坯料進行加熱時，存留在上模和下模中的冷卻水會吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度。另外，存留在上模和下模中的冷卻水會由于上模和下模的高溫而汽化，產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽。為了避免上模和下模中的冷卻水在加熱過程吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度，并防止高溫、高壓蒸汽對模具、管道、溫度控制裝置、操作人員等造成危害，在電熱元件對上模和下模進行加熱前，利用高壓空氣將上模、下模和管道中的冷卻水排出，讓模具的冷卻水道中只存在空氣。
[0022]非晶態(tài)合金在上模和下模之間成形后，非晶態(tài)合金、上模和下模的溫度遠高于水的汽化溫度，此時若直接往安裝在上模和下模內(nèi)的紫銅管通入冷卻水，將導(dǎo)致冷卻水瞬間汽化，產(chǎn)生高壓，會對模具、管道、溫度控制裝置、操作人員等造成危害。為了防止這種情況的發(fā)生，在往安裝于上模和下模內(nèi)的紫銅管通入冷卻水之前，先通高壓氣體，將安裝于上模和下模內(nèi)的紫銅管溫度降低，然后再通入冷卻水，加快冷卻速度。
[0023]本發(fā)明成形工藝以非恒定的應(yīng)變速率對非晶態(tài)合金成形，在整個成形過程中控制非晶態(tài)合金的流動應(yīng)力，避免非晶態(tài)合金在成形過程中損壞，也對成形模具進行保護，避免過大的成形力導(dǎo)致模具表面損壞或整體破壞。為了實現(xiàn)對非晶態(tài)合金以非恒定的應(yīng)變速率成形，在提出的成形工裝中設(shè)置壓力傳感器及位移傳感器。通過壓力傳感器控制整個變形過程中的壓力，通過位移傳感器判斷模具已經(jīng)完全合模，非晶態(tài)合金零件已經(jīng)完全成形。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0025]圖2為高壓氣體裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0026]圖3為冷卻水裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖4為上模的結(jié)構(gòu)圖；
[0028]圖5為上模中接觸式溫度傳感器、電熱元件、冷卻管道的布置示意圖；
[0029]圖6為下模中接觸式溫度傳感器、電熱元件、冷卻管道的布置示意圖；
[0030]圖7為模具打開狀態(tài)；
[0031]圖8為模具閉合狀態(tài)；
[0032]圖9為非晶態(tài)合金零件頂出狀態(tài)；
[0033]1、總控制系統(tǒng)，2、溫度控制裝置，3、成形設(shè)備控制系統(tǒng)，4、冷卻水裝置，5、高壓氣體裝置，6、上模，7、壓力傳感器，8、成形設(shè)備的上工作臺，9、非接觸式溫度傳感器的信號采集模塊，10、接觸式溫度傳感器的信號采集模塊，11、非接觸式測溫裝置，12、位移傳感器，13、成形設(shè)備的下工作臺，14、頂出機構(gòu)，15、下模，16、非晶態(tài)合金坯料，17、冷卻水池，18、高壓氣體控制閥，19、儲氣罐，20、油水分離器，21、空氣壓縮機，22、壓力表，23、過濾器，24、水泵，25、冷卻水控制閥，26、水管接頭，27、冷卻水及高壓氣體通道，28、紫銅管，29、電熱元件，30、接觸式測溫裝置，31、分水器，32、集水器，33、非晶態(tài)合金零件。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合實施例進一步說明。
[0035]實施例
[0036]一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，包括固定在成形設(shè)備的上工作臺8的上模6、固定在成形設(shè)備的下工作臺13的下模15、與下模15底部相接的頂出機構(gòu)14，在上模6和下模15內(nèi)均設(shè)有電熱元件29，電熱元件29通過導(dǎo)線與溫度控制裝置2相連接，上模6和下模15內(nèi)均設(shè)有冷卻通孔，冷卻通孔內(nèi)安放紫銅管28，紫銅管28是冷卻水、高壓氣體的共同通道，與外部的冷卻水裝置4、高壓氣體裝置5相通，在上模6和下模15上有盲孔而且盲孔內(nèi)放置接觸式測溫裝置30，在上模6、下模15形成的模腔處有測試坯料溫度的非接觸式測溫裝置11，在上模6和成形設(shè)備的上工作臺8之間置有壓力傳感器7，在下模和上模的接觸面處安放有位移傳感器12，溫度控制裝置2、接觸式測溫裝置30、非接觸式測溫裝置11、高壓氣體裝置5、冷卻水裝置4、位移傳感器12、壓力傳感器7均通過通訊導(dǎo)線與總控制系統(tǒng)I相連接，成形設(shè)備通過導(dǎo)線連接成形設(shè)備控制系統(tǒng)3。
[0037]高壓氣體裝置5包括與高壓氣體通道入口相連的分水器31，分水器31通過高壓氣體控制閥18與儲氣罐19相連，儲氣罐19通過油水分離器20與空氣壓縮機21連接，高壓氣體通道出口通過集水器32與冷卻水池17連接。冷卻水裝置4包括與冷卻水通道入口相連的分水器31，分水器31通過冷卻水控制閥25、水泵24與過濾器23連接，過濾器23與冷卻水池17連接，冷卻水通道出口通過集水器32與冷卻水池17連接。
[0038]紫銅管28是冷卻水、高壓氣體的共同通道，紫銅管28 —端與分水器31相連接，另一端與集水器32相連接，冷卻水和高壓氣體最終均排入冷卻水池17。
[0039]總控制系統(tǒng)I與成形設(shè)備控制系統(tǒng)3利用通訊導(dǎo)線相連接；溫度控制裝置2、接觸式測溫裝置30、非接觸式測溫裝置11、高壓氣體裝置5、冷卻水裝置4、位移傳感器12、壓力傳感器7等通過通訊導(dǎo)線與總控制系統(tǒng)I相連接；電熱元件29通過導(dǎo)線與溫度控制裝置2相連接；高壓氣體裝置5和冷卻水裝置4通過分水器31與安放在上模和下模內(nèi)的紫銅管28連接。上模6固定于成形設(shè)備(如:萬能液壓試驗機、等)的上工作臺，下模15固定于成形設(shè)備的下工作臺。在上模6和成形設(shè)備的上工作臺8之間，放置有壓力傳感器7。在下模6和上模15的接觸面處，安放有位移傳感器12。
[0040]通過電熱元件29對于上模6和下模15進行加熱，通過高壓氣體裝置5和冷卻水裝置4對于上模6和下模15進行冷卻，通過溫度控制裝置2對于上模和下模的溫度進行控制。在上模和下模的相應(yīng)部位加工有加熱通孔，用于安放電熱元件29，電熱元件29與加熱孔以間隙配合的形式進行安裝；在上模6和下模15的相應(yīng)部位加工有冷卻通孔，用于安放紫銅管28，紫銅管28與冷卻通孔以過渡配合的形式進行安裝。在上模和下模的相應(yīng)部位加工有放置接觸式測溫裝置30的盲孔，接觸式測溫裝置30安放在盲孔之內(nèi)并保證接觸式測溫裝置30的端部與盲孔的端部緊密接觸，確保接觸式測溫裝置30的測試精度及反應(yīng)速度。
[0041]帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)工作過程如下:
[0042]將非晶態(tài)合金坯料放置在成形模具的上模和下模之間，然后，通過總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送信號，啟動成形設(shè)備，對于非晶態(tài)合金坯料施加壓力，由位于上模頂部的壓力傳感器測試非晶態(tài)合金坯料所受的瞬時壓力，并將壓力值實時地反饋給總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的壓力值控制成形設(shè)備的伺服閥，將非晶態(tài)合金坯料所受的壓力控制在設(shè)定的值；同時，總控制系統(tǒng)向溫度控制裝置發(fā)送信號，由溫度控制裝置給電熱元件供電，通過電熱元件對模具和非晶態(tài)合金坯料進行加熱。
[0043]由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置；由非接觸式測溫裝置實時地測試非晶態(tài)合金坯料的溫度信號，并將測試得到非晶態(tài)合金坯料的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置。由于非晶態(tài)合金坯料是通過上模和下模的熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流進行加熱，非晶態(tài)合金的升溫會滯后于上模和下模。上模和下模的設(shè)置溫度一般比非晶態(tài)合金坯料的溫度高2?3度，溫度控制裝置采用PID (比例-積分-微分)控制器對于上模和下模的溫度進行控制，將上模和下模的最高溫度控制在設(shè)置的加熱溫度。溫度控制裝置對于上模、下模和非晶態(tài)合金坯料的溫度進行監(jiān)控，當非接觸式測溫裝置測試得到的非晶態(tài)合金坯料的溫度達到設(shè)置的成形溫度之后，總控制系統(tǒng)給溫度控制裝置發(fā)送信號，斷開電熱元件的電力供應(yīng)，停止對模具進行加熱。
[0044]在設(shè)置的溫度范圍內(nèi)，當非晶態(tài)合金進入玻璃化溫度Tg和晶化溫度Tx之間時，非晶態(tài)合金坯料以非恒定的應(yīng)變速率邊加熱邊成形。在高粘度區(qū)，以較小的速率緩慢成形，在低粘度區(qū)以較大的速率快速成形，減小成形時間，提高生產(chǎn)效率。通過非恒定的應(yīng)變速率和恒壓力的方法成形非晶態(tài)合金，減少非晶態(tài)合金的成形時間，可以更好地避免非晶態(tài)合金的晶化現(xiàn)象。
[0045]當模具完全閉合之后，將位移傳感器向總控制系統(tǒng)發(fā)送信號，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備停止給上工作臺提供動力。同時，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，打開高壓氣體控制閥，通過連接管路將高壓氣體通入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中，利用高壓氣體對于模具進行冷卻。在通高壓氣體5秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，打開冷卻水控制閥，冷卻水通過連接管路進入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管，加快模具的冷卻速度。在冷卻過程中，由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置。當接觸式測溫裝置測試得到的上模和下模的溫度均達到設(shè)置的冷卻溫度后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉冷卻水控制閥，然后打開高壓氣體控制閥，通過高壓氣體將管路及安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中的冷卻水排除干凈。在通高壓氣體2秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，然后，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備的上工作臺上升，打開模具，接著，成形設(shè)備控制系統(tǒng)給下工作臺中的頂出系統(tǒng)發(fā)送信號，將成形后的非晶態(tài)合金零件頂出模具。
[0046]利用夾持工具將非晶態(tài)合金零件從模具中拿出，然后，系統(tǒng)進入下一個工作循環(huán)。
[0047]在對上模、下模和非晶態(tài)合金坯料進行加熱時，存留在上模和下模中的冷卻水會吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度。另外，存留在上模和下模中的冷卻水會由于上模和下模的高溫而汽化，產(chǎn)生高溫、高壓的蒸汽。為了避免上模和下模中的冷卻水在加熱過程吸收過多的熱量而延緩模具的升溫速度，并防止高溫、高壓蒸汽對模具、管道、溫度控制裝置、操作人員等造成危害，在電熱元件對上模和下模進行加熱前，利用高壓空氣將上模、下模和管道中的冷卻水排出，讓模具的冷卻水道中只存在空氣。非晶態(tài)合金在上模和下模之間成形后，非晶態(tài)合金、上模和下模的溫度遠高于水的汽化溫度，此時若直接往安裝在上模和下模內(nèi)的紫銅管通入冷卻水，將導(dǎo)致冷卻水瞬間汽化，產(chǎn)生高壓，會對模具、管道、溫度控制裝置、操作人員等造成危害。為了防止這種情況的發(fā)生，在往安裝于上模和下模內(nèi)的紫銅管通入冷卻水之前，先通高壓氣體，將安裝于上模和下模內(nèi)的紫銅管降低，然后再通入冷卻水，加快冷卻速度。
[0048]由于使用冷卻水作為上模和下模的冷卻介質(zhì)，若冷卻水直接跟上模和下模接觸，易導(dǎo)致上模和下模被腐蝕，會降低上模和下模的使用壽命；產(chǎn)生的銹蝕物也會對冷卻水造成污染，也會大大降低冷卻水泵、管道、閥門的使用壽命。為了防止這種情況的發(fā)生，在上模和下模的冷卻孔中安裝了紫銅管，紫銅管和冷卻通孔采用過渡配合的方式進行裝配。
[0049]在上模和下模的相應(yīng)部位設(shè)置有位移傳感器，用于判斷模具是否處于完全閉合狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，包括固定在成形設(shè)備的上工作臺的上模、固定在成形設(shè)備的下工作臺的下模、與下模底部相接的頂出機構(gòu)，其特征是，在上模和下模內(nèi)均設(shè)有電熱元件，電熱元件通過導(dǎo)線與溫度控制裝置相連接，上模和下模內(nèi)均設(shè)有冷卻通孔，冷卻通孔內(nèi)安放紫銅管，紫銅管是冷卻水、高壓氣體的共同通道，與外部的冷卻水裝置、高壓氣體裝置相通，在上模和下模上有盲孔并盲孔內(nèi)放置接觸式測溫裝置，在上模、下模形成的模腔處有測試坯料溫度的非接觸式測溫裝置，在上模和成形設(shè)備的上工作臺之間置有壓力傳感器，在下模和上模的接觸面處安放有位移傳感器，溫度控制裝置、接觸式測溫裝置、非接觸式測溫裝置、高壓氣體裝置、冷卻水裝置、位移傳感器、壓力傳感器均通過通訊導(dǎo)線與總控制系統(tǒng)相連接，成形設(shè)備通過導(dǎo)線連接成形設(shè)備控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，其特征是， 所述的高壓氣體裝置包括與高壓氣體通道入口相連的分水器，分水器通過高壓氣體控制閥與儲氣罐相連，儲氣罐通過油水分離器與空氣壓縮機連接，高壓氣體通道出口通過集水器與冷卻水池連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，其特征是，所述的冷卻水裝置包括與冷卻水通道入口相連的分水器，分水器通過冷卻水控制閥、水泵與過濾器連接，過濾器與冷卻水池連接，冷卻水通道出口通過集水器與冷卻水池連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，其特征是，所述高壓氣體裝置、冷卻水裝置共用一個分水器、一個集水器和一個冷卻水池，，紫銅管一端與分水器相連接，另一端與集水器相連接，冷卻水和高壓氣體最終均排入冷卻水池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，其特征是，所述的電熱元件安放在上模和下模的加熱通孔內(nèi)，電熱元件與加熱通孔以間隙配合的形式安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶有冷熱循環(huán)的非晶態(tài)金屬玻璃成形系統(tǒng)，其特征是，所述的紫銅管與冷卻通孔以過渡配合的形式安裝。
7.利用權(quán)利要求1-6任一項所述的系統(tǒng)進行非晶態(tài)金屬玻璃成形的工藝，其特征是， 通過總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送信號，啟動成形設(shè)備，對于非晶態(tài)合金坯料施加壓力，由壓力傳感器測試非晶態(tài)合金坯料所受的瞬時壓力，并將壓力值實時地反饋給總控制系統(tǒng)，總控制系統(tǒng)根據(jù)反饋的壓力值控制成形設(shè)備的伺服閥，將非晶態(tài)合金坯料所受的壓力控制在設(shè)定的值；同時，總控制系統(tǒng)向溫度控制裝置發(fā)送信號，由溫度控制裝置給電熱元件供電，通過電熱元件對模具和非晶態(tài)合金坯料進行加熱；由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置，由非接觸式測溫裝置實時地測試非晶態(tài)合金坯料的溫度信號，并將測試得到非晶態(tài)合金坯料的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置；當非接觸式測溫裝置測試得到的非晶態(tài)合金坯料的溫度達到設(shè)置的成形溫度之后，總控制系統(tǒng)給溫度控制裝置發(fā)送信號，斷開電熱元件的電力供應(yīng)，停止對模具進行加熱；在加熱過程中，當非晶態(tài)合金的溫度高于玻璃化溫度時，非晶態(tài)合金就以較慢的應(yīng)變速率開始緩慢變形，隨著非晶態(tài)合金溫度的逐漸升高，材料的粘度越來越小，非晶態(tài)合金的應(yīng)變速率越來越大，在成形過程中，始終有壓力傳感器、總控制系統(tǒng)和成形設(shè)備的伺服閥將成形壓力控制在設(shè)定的值；當模具完全閉合之后，將由位移傳感器向總控制系統(tǒng)發(fā)送信號，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備的控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備停止給上工作臺提供動力；同時，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，打開高壓氣體控制閥，通過連接管路將高壓氣體通入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中，利用高壓氣體對于模具進行冷卻，在通高壓氣體5秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，打開冷卻水控制閥，冷卻水通過連接管路進入安裝在模具內(nèi)部的紫銅管，加快模具的冷卻速度；在冷卻過程中，由接觸式測溫裝置實時地測試上模和下模的溫度信號，并將測試得到上模和下模的溫度信號實時地反饋給溫度控制裝置，當接觸式測溫裝置測試得到的上模和下模的溫度均達到設(shè)置的冷卻溫度后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置和冷卻水控制裝置發(fā)送信號，關(guān)閉冷卻水控制閥，然后打開高壓氣體控制閥，通過高壓氣體將管路及安裝在模具內(nèi)部的紫銅管中的冷卻水排除干凈；在通高壓氣體2秒鐘后，總控制系統(tǒng)給高壓氣體裝置發(fā)送信號，關(guān)閉高壓氣體控制閥，然后，總控制系統(tǒng)給成形設(shè)備控制系統(tǒng)發(fā)送信號，成形設(shè)備的上工作臺上升，打開模具，接著，成形設(shè)備控制系統(tǒng)給下工作臺中的頂出系統(tǒng)發(fā)送信號，將成形后的非晶態(tài)合金零件頂出模具。
【文檔編號】B21J13/14GK104209435SQ201410428520
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】賀連芳, 李輝平, 趙麗芬, 楊肖丹 申請人:山東科技大學