一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，該成形設備包括用于制備鎂合金的熔煉?澆注罐和保護氣氛凝固罐。本發(fā)明的熔煉?澆注罐與保護氣氛凝固罐分別與抽真空裝置和保護氣體注入裝置連接。本發(fā)明可使鎂合金在真空條件下熔煉，在注入保護氣體的條件下制備完成并澆注，并在保護氣氛凝固罐內(nèi)注入保護氣體的情況下加壓凝固。本發(fā)明適應于生產(chǎn)復雜和薄壁的鎂合金鑄件，生產(chǎn)安全性高，鑄件表面無氧化缺陷，基本解決了夾渣、縮松、冷隔等內(nèi)部缺陷，組織致密，性能良好，滿足生產(chǎn)要求，易于推廣，鑄件成品率較高。
【專利說明】
一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料制備成形鑄造領域，尤其涉及一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備。
【背景技術】
[0002]鎂合金因具有比重輕(與塑料相近)、比強度高、比剛度接近于鋁合金、阻尼性、導熱性、切削加工性、鑄造性能好，電磁屏蔽能力強、尺寸穩(wěn)定、資源豐富、容易回收等一系列優(yōu)點，在汽車工業(yè)、通訊電子和航空航天等領域有著廣泛的應用空間。近年來，隨著汽車行業(yè)的輕量化，環(huán)?；枨笠约版V合金研發(fā)技術和回收利用技術的不斷進步，促進了鎂合金的快速發(fā)展。由于鎂合金熔體活性高、比熱容小、凝固區(qū)間大等，鑄造過程中很容易產(chǎn)生夾雜、冷隔等鑄造缺陷，因而難以鑄造復雜薄壁的鎂合金鑄件。
[0003]壓鑄是目前最普遍的鎂合金成形工藝，90%以上的鎂合金鑄件都是壓鑄件，但壓鑄只能成形尺寸較小、結構簡單的鑄件，并且由于氣孔的存在，鑄件不能進行熱處理或焊接，也不能進行比較深的機加工。
[0004]石膏漿料流動性好，復型能力強，石膏型保溫效果好，為鎂合金薄壁復雜鑄件的精密鑄造提供了一種選擇。石膏型熔模鑄造真空澆注增壓凝固技術由美國Tec-Cast(泰克)公司發(fā)明于20世紀60年代，主要用于鋁合金薄壁件鑄造。如果將該技術應用于鎂合金鑄造，其主要困難在于熔煉時鎂合金夾雜多、采用真空澆注增壓凝固技術澆注時破真空很容易導致鎂合金表面氧化。
[0005]對于鎂合金石膏型精密鑄造氧化問題，中國兵器工業(yè)第五研究所發(fā)明一種陶瓷石膏復合鑄型來解決鎂合金充型過程氧化及燃燒問題，此外還有報道在石膏型基礎粉中加入防燃劑，或抽真空澆注，將烘干的石膏型取出，清理型腔內(nèi)的雜質(zhì)，將抽真空管和真空栗連接，并將澆口密封，用真空栗抽至真空后開始澆注，該方法直接在鑄型型腔上安放排氣管，但以上幾種研究都是對石膏型進行相關改進，并且工藝比較復雜，不適用大批量工業(yè)生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明旨在提供一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，以克服現(xiàn)有技術中由于鎂合金在澆注過程容易發(fā)生燃燒或氧化、吸氣而導致鎂合金復雜薄壁件難以成形及夾雜、氣孔較多的技術問題。本發(fā)明的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備尤其適合用在復雜的薄壁件制備中。
[0007]具體而言，本發(fā)明提供一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述制備成形設備包括用于制備鎂合金的熔煉-澆注罐和保護氣氛凝固罐，所述熔煉-澆注罐與所述保護氣氛凝固罐相鄰側壁上設有輸送窗口，與所述保護氣氛凝固罐相通，所述輸送窗口上設有密封機構，用于保持所述熔煉-澆注罐與保護氣氛凝固罐之間的彼此相對密封；
[0008]所述熔煉-澆注罐內(nèi)置有熔煉爐、坩禍、第一澆鑄模具驅(qū)動裝置、澆鑄模具和第一滑道，并且所述熔煉-澆注罐與抽真空裝置和保護氣體注入裝置相連通，所述熔煉-澆注罐的頂部還設置有穿過其頂壁的加料桶，下層放置中間合金，上層放置變質(zhì)劑、加料-攪拌器，所述坩禍置于熔煉爐內(nèi)，用于容納并熔化鎂合金，所述熔煉爐和所述坩禍上設置有水口，所述熔煉爐上設有坩禍傾轉(zhuǎn)機構，用以驅(qū)動坩禍使其向所述澆鑄模具傾轉(zhuǎn)，所述澆鑄模具位于所述熔煉爐側部、所述水口下方并且放置于所述第一滑道上，所述第一澆鑄模具驅(qū)動裝置與所述澆鑄模具相連，用于驅(qū)動所述澆鑄模具在所述第一滑道上運動；
[0009]所述保護氣氛凝固罐包括壓力控制裝置、模具輸入輸出口、第二澆鑄模具驅(qū)動裝置(11)和第二滑道(12)，所述第一滑道和所述第二滑道分別位于所述輸送窗口的兩側，所述澆鑄模具能由一個滑道通過所述輸送窗口后置于另一滑道上。
[0010]進一步地，所述輸送窗口的密封機構包括第一密封圈、密封滑板、導桿、升降氣缸以及導套，所述升降氣缸與所述密封滑板之間用所述導套連接，所述升降氣缸、所述導套和所述導桿各2個，分別置于所述密封滑板兩側，所述密封滑板沿兩側的所述導桿運動，所述第一密封圈用于實現(xiàn)所述密封滑板與所述制備-澆注罐的密封。
[0011]進一步地，所述熔煉-澆注罐的頂部設置有密封蓋板，所述熔煉-澆注罐的上部采用所述密封蓋板與外部隔離，所述加料桶穿過所述密封蓋板并指向所述坩禍。
[0012]進一步地，所述第二澆鑄模具驅(qū)動裝置前端設有連接環(huán)，所述澆鑄模具的對應位置設有鎖緊機構，所述鎖緊機構包括推桿、彈簧，所述彈簧置于所述推桿上，所述彈簧和所述推桿的組合體有2個，彼此相對放置構成鎖緊機構，所述鎖緊機構可套住所述第二澆鑄模具驅(qū)動裝置前端的連接環(huán)，實現(xiàn)連接。
[0013]進一步地，所述加料-攪拌器的攪拌部位采用六葉片結構。
[0014]進一步地，所述加料桶包括球閥、鉸接蓋和橡膠圈，采用鉸接蓋和橡膠圈密封，所述加料桶中裝有中間合金和變質(zhì)劑，通過所述球閥控制加料速度。
[0015]進一步地，所述水口內(nèi)置有陶瓷過濾網(wǎng)。
[0016]進一步地，所述抽真空裝置、所述保護氣體注入裝置與所述熔煉-澆注罐側壁相連通，所述壓力控制裝置與所述保護氣氛凝固罐側壁相連通。
[0017]進一步地，所述保護氣體注入裝置用于注入保護氣體。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明所提供的一種鎂合金薄壁件一體化制備成形的設備具有如下優(yōu)點:
[0020]一、通過對熔煉-澆注罐抽真空后熔煉，防止了鎂合金熔煉過程中燃燒、氧化、吸氣等，避免了鑄件夾渣和氣孔等缺陷，同時，保證了石膏型腔在真空下澆注，便于鎂合金液充型，利于復雜薄壁件成形，提高鑄件的表面質(zhì)量及內(nèi)部組織結構。
[0021]二、通過保護氣體注入裝置向保護氣氛凝固罐注入保護氣體，防止鎂合金破真空時表面氧化、燃燒等，通過對石膏型鎂液表面施加壓力，促使鎂合金熔液加速補縮，既能防止鑄件產(chǎn)生縮松缺陷，使合金組織致密，又能防止鑄件表面氧化、燃燒，從而有利于薄壁件的成形。
[0022]三、本發(fā)明的設備結構巧妙，可操作性強，將熔煉-澆注罐與保護氣氛凝固罐巧妙地連接在一起，既方便了澆鑄模具的送入又保證了在送入澆鑄模具時的真空狀態(tài)，并且澆注完成后可以方便地注入保護氣體對產(chǎn)品進行加壓保壓，制備過程一氣呵成，使產(chǎn)品的性能更加優(yōu)異。
[0023]因此采用本發(fā)明的設備生產(chǎn)出的鎂合金鑄件安全性高，適于生產(chǎn)復雜和薄壁的鎂合金鑄件，鑄件表面無氧化缺陷，基本解決了鑄件內(nèi)部的夾渣、縮松、冷隔等缺陷，組織致密，性能良好，滿足生產(chǎn)要求;該裝置易于推廣，適合鎂合金復雜薄壁件小規(guī)?；a(chǎn)，鑄件成品率較高。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明鎂合金薄壁件一體化制備成形設備的結構示意圖；
[0025]圖2為圖1中B位置的放大示意圖及密封滑板25和導桿28的結構示意圖；
[0026]圖3為圖1中A位置第二石膏型推拉氣缸與石膏型碰撞連接機構的放大示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明鎂合金薄壁件一體化制備成形設備的加料-攪拌器結構示意圖。
[0028]圖5是本發(fā)明鎂合金薄壁件一體化制備成形抗拉試樣。
【具體實施方式】
[0029]下面結合說明書附圖和實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例僅用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0030]如圖1所示，本實施例的鎂合金薄壁件一體化制備成形的設備包括用于制備鎂合金的熔煉-澆注罐I和保護氣氛凝固罐6。
[0031]熔煉-澆注罐I的上部采用密封蓋板2與外部隔離，在密封蓋板2上裝有加料桶3、加料-攪拌器4和第一觀察窗5，加料桶3采用鉸接蓋和橡膠圈密封，下層裝有中間合金和上層裝有變質(zhì)劑，通過球閥16控制加料，且與外部完全隔離。加料-攪拌器4的加料裝置置于密封蓋板2上部，攪拌裝置位于熔煉-澆注罐I內(nèi)，可對坩禍20內(nèi)的熔體進行加料或攪拌，加料-攪拌器4的攪拌裝置可以采用六葉片結構(如圖4所示)。
[0032]熔煉-澆注罐I與保護氣氛凝固罐6并排緊貼放置，二者相鄰側壁上設有石膏型22的輸送窗口，該輸送窗口可以開啟以便使恪煉-饒注罐I與保護氣氛凝固罐6相通，輸送窗口正常狀態(tài)下為關閉狀態(tài)，并采用密封機構實現(xiàn)密封，如圖2所示，密封機構包括第一密封圈
24、密封滑板25、導桿27、升降氣缸13以及導套28，升降氣缸13、導套28和導桿27各2個，分別置于密封滑板25兩側，密封滑板25在兩側升降氣缸13的帶動下依靠兩側導桿27上下運動，升降氣缸13與密封滑板25之間用導套28連接，兩個導桿27在與石膏型輸送窗口對應的位置處具有與密封滑板25尺寸匹配的凹槽，依靠導桿27的這種結構設計使得密封滑板25下滑到正對石膏型輸送窗口位置后，通過第二石膏型推拉氣缸12的推動可實現(xiàn)向左微移(圖中左側)，實現(xiàn)密封。在需要保持密封時，密封滑板25下滑到正對輸送窗口位置，開啟第二石膏型推拉氣缸11推動石膏型22頂緊密封滑板25與密封圈24緊密接觸實現(xiàn)密封，在需要開啟輸送窗口時，通過升降氣缸13帶動密封滑板25向上移動，進而允許石膏型22通過。
[0033]熔煉-澆注罐I的內(nèi)部設置熔煉爐19、坩禍20、第一石膏型推拉氣缸21、石膏型22、第一滑道23。如圖1所示，坩禍20置于熔煉爐19內(nèi)，用于容納并熔化鎂合金，熔煉爐19和坩禍20上設置有水口 18，水口 18內(nèi)置有陶瓷過濾網(wǎng)，熔煉爐19上設有坩禍傾轉(zhuǎn)機構17，用以驅(qū)動坩禍20使其向石膏型22傾轉(zhuǎn)，其采用氣缸推動實現(xiàn)澆注，從而實現(xiàn)澆注時坩禍20液面平穩(wěn)，并通過陶瓷過濾網(wǎng)防止熔體表面覆蓋著氧化物卷入液流澆入石膏型22中。石膏型22在澆注時置于熔煉爐19側部，水口 18下方并且放置于第一滑道23上，第一石膏型推拉氣缸21推動石膏型22在第一滑道23上向前移動，氣缸11退回時，依靠石膏型自身重力向后移動。熔煉-澆注罐I的側壁與抽真空裝置14和保護氣體注入裝置15相通，可對熔煉-澆注罐I抽真空或注入保護氣體。
[0034]石膏型22上設有推桿凹槽26，如圖3所示，第二石膏型推拉氣缸11前端碰觸到凹槽26，推動石膏型向前移動，用以對密封滑板25定位并使密封滑板25微移，從而實現(xiàn)膏型輸送窗口的密封。
[0035]繼續(xù)參照圖1，保護氣氛凝固罐6內(nèi)置有第二滑道12、第二石膏型推拉氣缸11，保護氣氛凝固罐6上部開有第二觀察窗7，右側開有鉸接門10，用于石膏型22的輸入輸出，用第二密封圈9和鉸接門10卡緊實現(xiàn)密封，壓力控制裝置8與保護氣氛凝固罐6內(nèi)側壁相通。
[0036]在使用時，可以將鎂合金錠切塊放入熔化爐19和加料-攪拌器4中，同時在加料桶3中分別加入Mg-Zr中間合金碎料和C2Cl 6變質(zhì)劑;將熔煉-澆注罐I上的密封蓋板2、密封滑板25以及加料桶3上端蓋鎖緊密封;啟動抽真空裝置14，通過熔煉-澆注罐I側壁上的抽真空管道對熔煉-澆注罐I抽真空，抽真空是為了使后續(xù)制備過程中的鎂合金熔液與空氣完全隔離，可避免鎂合金熔液與氧發(fā)生燃燒。真空度達到5-10Pa之后，通電開始使鎂錠熔化，待坩禍20中鎂錠熔化后，啟動保護氣體注入裝置15，通過第二保護氣體管道注入適量0.3-1 %六氟化硫和99-99.7 % 二氧化碳氣混合氣體，使真空度達到10-15Pa;降下加料-攪拌器4，將加料-攪拌器4上鎂合金錠沉入坩禍20中進行二次加料。鎂錠完全熔化后，等到溫度到達700 °C?750°C時開啟加料桶3的球閥16加入變質(zhì)劑和中間合金，進行攪拌，轉(zhuǎn)速在100-200轉(zhuǎn)/分，時間5-10min。同時將石膏型22預熱到200 °C?400 °C等待澆注。保護氣體中比重較大的六氟化硫可以浮在鎂合金熔液上面，與鎂合金熔液發(fā)生反應，在鎂合金熔液表面生成MgF2等防護作用的表面膜，該表面膜致密度大，能夠阻止鎂合金熔液的蒸發(fā)。
[0037]熔體制備完成后，打開鉸接門10，放入預熱的石膏型22，將保護氣氛凝固罐6上的鉸接門10鎖緊，對保護氣氛凝固罐6抽真空，真空度達到10-15Pa時，開啟升降氣缸13，打開密封滑板25，將石膏型22推至熔煉-澆注罐I內(nèi)第一滑道23上準備澆注。
[0038]待石膏型22到達第一滑道23上后，通過第一石膏型推拉氣缸21調(diào)整石膏型22位置，啟動坩禍傾轉(zhuǎn)機構17將坩禍20傾斜進行澆注，同時左右移動石膏型22，以保證鎂合金熔液以平穩(wěn)速度在石膏型22型腔內(nèi)流動，通過鎂合金熔煉后即刻澆注，減少熔體溫降，避免石膏型22“憋氣”，提高了鎂合金熔體流動性，以克服石膏型22內(nèi)因鑄件的結構復雜而產(chǎn)生較大的阻力，這樣既能阻止鑄件產(chǎn)生冷隔，又能防止鑄件形成氧化夾渣、氣孔等缺陷，從而有利于薄壁件的成形。
[0039]鎂合金石膏型澆注結束后，立即用第一石膏型推拉氣缸21將石膏型22推入到保護氣氛凝固罐6中，放下密封滑板25，開啟第二石膏型推拉氣缸11推動石膏型22頂緊密封滑板
25。然后立即利用壓力控制裝置8將0.3-1%六氟化硫和99-99.7%二氧化碳氣混合氣體注入到保護氣氛凝固罐6，壓力升至400-500Pa，保壓時間10-15分鐘，并防止鎂合金破真空時表面氧化、燃燒等。通過對石膏型22鎂液表面施加壓力，促使鎂合金熔液加速補縮，既能防止鑄件產(chǎn)生縮松缺陷，使合金組織致密，又能防止鑄件表面氧化、燃燒，從而提高鎂合金薄壁件表面和內(nèi)在質(zhì)量。凝固結束時，保護氣氛凝固罐6泄壓到大氣壓，開啟鉸接門10，取出石膏型22。重復澆注、凝固的步驟即可實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。
[0040]如圖5所示，本發(fā)明的設備制備出的鑄件表面基本無氧化，這要遠好于目前現(xiàn)有設備所制備出的廣品。
[0041]雖然上面結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明的原理進行了詳細的描述，本領域技術人員應該理解，上述實施例僅僅是對本發(fā)明的示意性實現(xiàn)方式的解釋，并非對本發(fā)明包含范圍的限定。實施例中的細節(jié)并不構成對本發(fā)明范圍的限制，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，任何基于本發(fā)明技術方案的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均落在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述制備成形設備包括用于制備鎂合金的熔煉-澆注罐(I)和保護氣氛凝固罐(6)，所述熔煉-澆注罐(I)與所述保護氣氛凝固罐(6)相鄰側壁上設有輸送窗口，與所述保護氣氛凝固罐(6)相通，所述輸送窗口上設有密封機構，用于保持所述熔煉-澆注罐(I)與保護氣氛凝固罐(6)之間的彼此相對密封； 所述熔煉-澆注罐(I)內(nèi)置有熔煉爐(19)、坩禍(20)、第一澆鑄模具驅(qū)動裝置(21)、澆鑄模具(22)和第一滑道(23)，并且所述熔煉-澆注罐(I)與抽真空裝置(14)和保護氣體注入裝置(15)相連通，所述熔煉-澆注罐(I)的頂部還設置有穿過其頂壁的加料桶(3)，下層放置中間合金，上層放置變質(zhì)劑、加料-攪拌器(4)，所述坩禍(20)置于熔煉爐(19)內(nèi)，用于容納并熔化鎂合金，所述熔煉爐(19)和所述坩禍(20)上設置有水口(18)，所述熔煉爐(19)上設有坩禍傾轉(zhuǎn)機構(17)，用以驅(qū)動坩禍(20)使其向所述澆鑄模具(22)傾轉(zhuǎn)，所述澆鑄模具(22)位于所述熔煉爐(19)側部、所述水口(18)下方并且放置于所述第一滑道(23)上，所述第一澆鑄模具驅(qū)動裝置(21)與所述澆鑄模具(22)相連，用于驅(qū)動所述澆鑄模具(22)在所述第一滑道(23)上運動； 所述保護氣氛凝固罐(6)包括壓力控制裝置(8)、模具輸入輸出口(10)、第二澆鑄模具驅(qū)動裝置(11)和第二滑道(12)，所述第一滑道(23)和所述第二滑道(12)分別位于所述輸送窗口的兩側，所述澆鑄模具(22)能由一個滑道通過所述輸送窗口后置于另一滑道上。2.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述輸送窗口的密封機構包括第一密封圈(24)、密封滑板(25)、導桿(28)、升降氣缸(13)以及導套(29)，所述升降氣缸(13)與所述密封滑板(25)之間用所述導套(29)連接，所述升降氣缸(13)、所述導套(29)和所述導桿(28)各2個，分別置于所述密封滑板(25)兩側，所述密封滑板(25)沿兩側的所述導桿(28)運動，所述第一密封圈(24)用于實現(xiàn)所述密封滑板(25)與所述制備-澆注罐(I)的密封。3.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述熔煉-澆注罐(I)的頂部設置有密封蓋板(2)，所述熔煉-澆注罐(I)的上部采用所述密封蓋板(2)與外部隔離，所述加料桶(3)穿過所述密封蓋板(2)并指向所述坩禍(20)。4.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述第二澆鑄模具驅(qū)動裝置(11)前端設有連接環(huán)，所述澆鑄模具(22)的對應位置設有鎖緊機構，所述鎖緊機構包括推桿(27)、彈簧(26)，所述彈簧(26)置于所述推桿(27)上，所述彈簧(26)和所述推桿(27)的組合體有2個，彼此相對放置構成鎖緊機構，所述鎖緊機構可套住所述第二澆鑄模具驅(qū)動裝置(11)前端的連接環(huán)，實現(xiàn)連接。5.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述加料-攪拌器(4)的攪拌部位采用六葉片結構。6.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述加料桶(3)包括球閥(16)、鉸接蓋和橡膠圈，采用鉸接蓋和橡膠圈密封，所述加料桶(3)中裝有中間合金和變質(zhì)劑，通過所述球閥(16)控制加料速度。7.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述水口(18)內(nèi)置有陶瓷過濾網(wǎng)。8.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述抽真空裝置(14)、所述保護氣體注入裝置(15)與所述熔煉-澆注罐(I)側壁相連通，所述壓力控制裝置(8)與所述保護氣氛凝固罐(6)側壁相連通。9.根據(jù)權利要求1所述的鎂合金薄壁件一體化制備成形設備，其特征在于，所述保護氣體注入裝置(15)用于注入保護氣體。
【文檔編號】B22D21/04GK105834409SQ201610339408
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】劉寶忠, 王狂飛, 張寶慶, 王有超, 尚顯光
【申請人】河南理工大學