本發(fā)明屬于非晶態(tài)合金材料成形加工技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種塊狀非晶態(tài)合金高真空壓鑄成形設(shè)備和工藝。

背景技術(shù)：

近年來，隨著非晶態(tài)合金研究的不斷深入，形成了眾多的研究成果，例如，開發(fā)出一系列具有優(yōu)異非晶形成能力的合金體系；在非晶合金的形成、熔體結(jié)構(gòu)、變形機理等方面進行了廣泛的研究。因此，非晶態(tài)合金的應(yīng)用也受到了越來越多的關(guān)注，其中，非晶態(tài)合金的成形加工技術(shù)對于非晶材料的應(yīng)用起著決定性的影響，研究所、大學和商業(yè)公司等都在這方面做了很多的工作，開發(fā)出不同的非晶態(tài)合金成形技術(shù)，主要分為兩類，一類是液態(tài)成形技術(shù)，另一類是過冷液態(tài)區(qū)成形技術(shù)。其中第一類受到了更為廣泛的關(guān)注?；诖?，美國的專利US6021840、US6070643和中國專利CN102527982A報道了非晶合金工件的壓鑄設(shè)備，這些技術(shù)中，合金的抽真空通道和熔煉線圈相對分離，如果需要增大抽真空開口，腔體的尺寸必然增加，使得獲取高真空的時間加長，降低生產(chǎn)效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種塊狀非晶態(tài)合金高真空壓鑄成形設(shè)備和工藝，采用該鑄造成型設(shè)備進行非晶合金零部件和產(chǎn)品的制備，能夠有效提高非晶合金零部件和產(chǎn)品的成型效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種塊狀非晶態(tài)合金高真空壓鑄成形設(shè)備，該設(shè)備包括高真空壓室、高真空感應(yīng)加熱系統(tǒng)、高真空模具系統(tǒng)和真空系統(tǒng)；其中：

高真空壓室：包括料筒、壓射機構(gòu)和壓射桿，所述壓射桿能夠帶動壓射頭沿著料筒內(nèi)壁方向運動，通過所述壓射機構(gòu)控制壓射桿的運動方向和速度，所述壓射桿與料筒之間通過密封圈進行密封；

高真空感應(yīng)加熱系統(tǒng)：用于合金的熔煉和澆注，包括熔煉腔室和加熱器；所述熔煉腔室的底部開設(shè)澆口，澆口與料筒相連通并通過密封圈(或者波紋管)進行密封連接；所述熔煉腔室內(nèi)部設(shè)有熔煉坩堝，所述加熱器用于對熔煉坩堝內(nèi)合金的熔化，所述熔煉腔室的頂部連接給料機構(gòu)；

高真空模具系統(tǒng)：包括定模、密封圈、動模、模腔、定模抽真空通道、模具澆道和合模開模機構(gòu)；合模開模機構(gòu)用于控制動模和定模的開合，動模和定模閉合后，其內(nèi)形成模腔，模腔通過模具澆道與料筒實現(xiàn)連通，所述料筒的末端密封于定模上；模腔與定模內(nèi)開設(shè)的定模抽真空通道相連通，所述定模抽真空通道通過管道與真空管路相連；動模和定模之間通過密封圈實現(xiàn)密封；

真空系統(tǒng)：所述真空系統(tǒng)用于對熔煉腔室和模腔進行抽真空處理，通過真空管路接入熔煉腔室；所述真空系統(tǒng)的真空管路上還通過充氣管道連接氣瓶，充氣管道上設(shè)置充氣閥，使得所述鑄造成型設(shè)備能夠根據(jù)實際需求在真空或者惰性氣氛保護下進行工作。

該設(shè)備還設(shè)有同軸電極桿，同軸電極桿與加熱器相連接，通過電機驅(qū)動固定于同軸電極桿上的旋轉(zhuǎn)盤，使得加熱器帶動熔煉坩堝能夠旋轉(zhuǎn)到澆注所需角度，使熔煉坩堝內(nèi)的合金熔體經(jīng)由澆口進入料筒中。

所述加熱器采用感應(yīng)線圈或電阻絲套裝于熔煉坩堝外側(cè)對其進行加熱，所述熔煉坩堝為石英、三氧化二鋁、氧化鈣或者氮化硼材質(zhì)。

所述熔煉腔室上還設(shè)有用于測量熔煉坩堝中合金液溫度的紅外測溫儀和監(jiān)控合金熔化狀態(tài)的攝像頭。

所述設(shè)備還設(shè)有控制面板，用于對動模和定模的開合控制，以及對加熱器的溫度控制和壓射桿的運動控制。

利用所述設(shè)備進行塊狀非晶態(tài)合金高真空壓鑄成形的工藝，包括以下步驟：

(1)定模和動模之間依靠密封圈形成密封連接，定模抽真空通道通過管道與真空管路相連接，獲得密閉的模腔；

(2)將所需質(zhì)量的合金料經(jīng)過給料機構(gòu)送入到熔煉坩堝中；

(3)當成形設(shè)備實現(xiàn)密封后，通過真空系統(tǒng)抽取真空，使得模腔、料筒和熔煉腔室內(nèi)都獲得所需真空度；當需要在真空條件下進行工作時，直接進行步驟(4)，當需要在惰性氣氛保護下進行工作時，打開充氣閥，進行充氣，充入所需壓力的保護氣氛；

(4)通過加熱器將熔煉坩堝內(nèi)的合金料熔化，利用電機帶動旋轉(zhuǎn)盤、同軸電極桿、熔煉坩堝和加熱器一起翻轉(zhuǎn)，將熔煉坩堝內(nèi)的合金熔體通過澆口倒入料筒內(nèi)，隨后壓射桿以設(shè)定速度和加載力通過壓射頭將合金熔體擠入模腔中；

(5)合金熔體在模腔中充型完畢冷卻后，通過管道和真空管路充入與外界壓力平衡的氣體，打開模腔，整個工件的鑄造成型流程完畢；

(6)重新開始下一個流程。

該工藝中，在真空下進行工作的時候，真空度為10^-3Pa-10^-2Pa。

該工藝中，在惰性氣氛保護下工作的時候，保護氣體壓力為100Pa。

該工藝用于Zr基非晶合金、Ti基非晶合金、Fe基非晶合金、Ni基非晶合金、Al基非晶合金、Mg基非晶合金或Cu基非晶合金材料及其構(gòu)件的壓鑄成形加工，也適用于Al合金、Mg合金、Zn合金、Cu合金或Ti合金的晶態(tài)壓鑄材料及其構(gòu)件的壓鑄成形加工。

本發(fā)明原理如下：

本發(fā)明主要用于非晶合金零部件和產(chǎn)品的制備制備，可以實現(xiàn)在真空和惰性氣氛保護下進行非晶合金構(gòu)件鑄造成型。本發(fā)明將熔煉電極、熔煉腔室和真空系統(tǒng)進行有效的改進和結(jié)合，使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)大大簡化，加熱系統(tǒng)采用同軸電極進行合金的加熱熔化，一方面有效提高加熱效率，另外一方面與抽真空通道有機結(jié)合，簡化了腔體結(jié)構(gòu)，獲得了高的抽真空效率，獲得高的真空度，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明中采用同軸電極進行合金的加熱熔化，提高加熱效率。

2、簡化了腔體結(jié)構(gòu)，提高了真空的抽取速率。

3、降低生產(chǎn)能耗，提高生產(chǎn)效率，從而降低生產(chǎn)成本。

4、該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護成本很低，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)自動化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鑄造成型設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為同軸電極結(jié)構(gòu)俯視示意圖。

其中：1-壓鑄機、2-壓射頭、3-壓射桿、4-壓射機構(gòu)、5-真空機組、6-真空管路、7-給料機構(gòu)、8-紅外測溫儀、9-攝像頭、10-控制面板、11-定模、12-模腔、13-管道、14-定模抽真空通道、15-密封圈、16-動模、17-合模開模機構(gòu)、18-模具澆道、19-料筒、20-加熱器、21-熔煉坩堝、22-澆口、23-熔煉腔室24-充氣管道、25-充氣閥、26-氣瓶、27-截止閥、28-感應(yīng)電源、29-同軸電極桿、30-旋轉(zhuǎn)盤、31-電機。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，但是應(yīng)當理解本發(fā)明的保護范圍并不受具體實施方式的限制。

如圖1-2所示，本發(fā)明鑄造成型設(shè)備包括高真空壓室、高真空感應(yīng)加熱系統(tǒng)、高真空模具系統(tǒng)和真空系統(tǒng)，其中：

高真空壓室：包括料筒19、壓射機構(gòu)4和壓射桿3；所述料筒19的上部開口用于合金熔體的進入，料筒的一端與壓射桿3密封連接，料筒的另一端伸入模具中并與膜腔相連通。所述壓射桿3的頂端安裝壓射頭2，壓射桿3能夠帶動壓射頭2沿著料筒19內(nèi)壁方向運動，壓射桿3與料筒19之間通過密封圈進行密封，使壓射桿在運動過程中能夠保證壓室的真空不泄露；通過所述壓射機構(gòu)4控制壓射桿3的運動方向和速度。

高真空感應(yīng)加熱系統(tǒng)：用于合金的熔煉和澆注，包括熔煉腔室23和加熱器20；所述熔煉腔室的底部開設(shè)澆口22，澆口22與料筒19相連通并通過密封圈(或者波紋管)進行密封連接；熔煉腔室23內(nèi)部設(shè)有熔煉坩堝21，所述加熱器20用于對熔煉坩堝21內(nèi)合金的熔化，熔煉腔室23的頂部連接送料機構(gòu)7。坩堝內(nèi)合金形成熔體后，通過坩堝的翻轉(zhuǎn)使合金熔體通過澆口澆注到料筒中，該過程通過同軸電極桿、旋轉(zhuǎn)盤和加熱器等實現(xiàn)；如圖2所示，同軸電極桿與加熱器20相連接，同軸電極桿29上固定旋轉(zhuǎn)盤30，通過電機31驅(qū)動固定于同軸電極桿29上的旋轉(zhuǎn)盤30旋轉(zhuǎn)一定角度，進一步使得加熱器20帶動熔煉坩堝21能夠旋轉(zhuǎn)到澆注所需角度，使熔煉坩堝21內(nèi)的合金熔體經(jīng)由澆口22進入料筒中。

所述加熱器20采用感應(yīng)線圈或電阻絲并通過感應(yīng)電源28對熔煉坩堝21進行加熱，所述熔煉坩堝21為石英、三氧化二鋁、氧化鈣或者氮化硼材質(zhì)，所述加熱器20設(shè)于熔煉坩堝21外。所述熔煉腔室23上還設(shè)有用于測量熔煉坩堝21中合金液溫度的紅外測溫儀8和監(jiān)控合金熔化狀態(tài)的攝像頭9。

高真空模具系統(tǒng)：包括定模11、密封圈15、動模16、模腔12、定模抽真空通道14、模具澆道18和合模開模機構(gòu)17。合模開模機構(gòu)17用于控制動模16和定模11的開合(通過控制動模的移動，實現(xiàn)動模和定模的開合)，動模16和定模11閉合后，其內(nèi)形成模腔12，模腔12通過模具澆道18與料筒19實現(xiàn)連通(膜腔同時也和熔煉腔室相連通)，模腔12與定模抽真空通道14相連通，定模抽真空通道14通過管道13與真空管路6相連；動模16和定模11之間通過密封圈15實現(xiàn)密封。

真空系統(tǒng)：所述真空系統(tǒng)用于對熔煉腔室23和模腔12抽真空處理，通過真空管路6接入熔煉腔室23，真空管路6上設(shè)有截止閥27；所述真空系統(tǒng)的真空管路6上還通過充氣管道24連接氣瓶26，充氣管道24上設(shè)置充氣閥25，使得所述鑄造成型設(shè)備能夠根據(jù)實際需求在真空或者惰性氣氛保護下進行工作。所述真空系統(tǒng)包括真空機組5，真空機組5包括機械泵、擴散泵(或者分子泵等高真空裝置)等真空器械。該系統(tǒng)中真管路6分為兩路，一路連接模腔，一路連接熔煉腔室，與熔煉腔室相連的通道和同軸電極結(jié)構(gòu)結(jié)合，簡化腔體結(jié)構(gòu)，增大了真空通道口徑。腔室和料筒之間通過管道密封連接，實現(xiàn)對料筒進行抽真空。

所述鑄造成型設(shè)備還設(shè)有控制面板10，用于對動模16和定模11的開合控制、對加熱器20的溫度控制和壓射桿3的運動控制。

利用上述設(shè)備進行非晶合金構(gòu)件鑄造成型工藝，包括以下步驟：

(1)定模11和動模16之間依靠密封圈15形成密封連接，定模抽真空通道14通過管道13與真空管路6相連接，獲得密閉的模腔12；

(2)將一定質(zhì)量的合金料經(jīng)過給料機構(gòu)7送入到熔煉坩堝21；

(3)當模具實現(xiàn)密封后，通過真空機組5和真空管路6抽取真空，使得模腔12、料筒19和熔煉腔室23內(nèi)都獲得所需真空度；當需要在真空條件下進行工作時，直接進行步驟(4)，當需要在惰性氣氛(氬氣、氮氣的一種或者混合氣體)保護下進行工作時，打開充氣閥25，進行充氣，充入所需壓力的保護氣氛；

(4)通過加熱器20將熔煉坩堝21內(nèi)的合金料熔化，利用電機31帶動旋轉(zhuǎn)盤30和同軸電極桿29動作，使熔煉坩堝21和加熱器20一起翻轉(zhuǎn)，將熔煉坩堝21內(nèi)的合金熔體通過澆口22倒入料筒19內(nèi)，隨后壓射桿3以一定速度和加載力向左通過壓射頭2將合金熔體擠入模腔12中。

(5)合金熔體在模腔12中充型完畢冷卻后，通過管道13和真空管路6充入與外界壓力平衡的氣體，打開模腔，整個工件的鑄造成型流程完畢；

(6)重新開始下一個流程。

其中，步驟1)和步驟2)的順序可以調(diào)換。

上述鑄造成型工藝中，在真空下進行工作的時候，真空度為10^-2Pa。

上述鑄造成型工藝中，在惰性氣氛保護下工作的時候，保護氣體壓力介于100Pa左右。