本發(fā)明涉及金屬成型，具體涉及金屬成型工藝。
背景技術(shù)：
非晶合金材料是由超急冷凝固，合金凝固時原子來不及有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金時長成無序結(jié)構(gòu)，沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在。
非晶合金有著不同于普通結(jié)晶態(tài)金屬材料的優(yōu)異的物理、化學性質(zhì)，有高屈服強度、高硬度、超彈性、高耐磨性、高耐腐蝕性等，且也有著優(yōu)異的鑄造性能，但又有比常規(guī)金屬溶液更苛刻的成型條件；其在成型過程中，非晶合金的組成元素在熔融狀態(tài)下，很容易與某些氣體元素發(fā)生反應(yīng)，形成異質(zhì)形核點，從而妨礙非晶合金的形成。
為了解決這些問題，行業(yè)內(nèi)也出現(xiàn)了一些真空壓鑄設(shè)備，對密閉真空室抽真空，使非晶溶液在整個成型過程中保持在真空環(huán)境下，避免非晶合金熔體在成型過程中合金元素的氧化。但是真空艙和模具密封不能完全隔絕空氣泄漏進入真空艙，非晶合金材料在真空艙內(nèi)熔融過程中會被氧化，這會影響產(chǎn)品合格率及非晶合金材料的重熔利用。
行業(yè)內(nèi)另外一種做法是把真空室抽真空，再往真空室內(nèi)注入惰性氣體形成正壓。正壓設(shè)計會帶來幾個弊端：第一真空艙既要滿足負壓設(shè)計要求又要滿足正壓設(shè)計要求，制造難度及成本都較高；第二熔融原料倒入料筒壓鑄過程，產(chǎn)品容易形成卷氣問題，導致產(chǎn)品內(nèi)部會有氣孔，影響產(chǎn)品合格率；第三原料在熔融過程中由于有充分的氣體形成足夠的熱交換，能量損失比較大，不節(jié)能環(huán)保；第四在加原料及開模過程中，會有惰性保護氣體向外部環(huán)境擴散，惰性氣體使用量增加，生產(chǎn)成本相對較高；第五在抽完真空后再充氣時，壓力越高所需的惰性氣體量越多，生產(chǎn)成本也會增加。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提出一種非晶金屬成型工藝，該工藝解決了行業(yè)內(nèi)現(xiàn)存的問題，產(chǎn)品制造成本降低，產(chǎn)品合格率提升，材料重熔利用大幅提升。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種非晶金屬成型方法，所述方法包括以下步驟：
提供一種金屬成型設(shè)備，所述金屬成型設(shè)備包括：送料裝置、熔煉裝置、壓射裝置、抽真空裝置、氣氛保護裝置以及固定模板和模具，其中所述模具包括動模、定模，所述動模和所述定模閉模后形成模腔；所述送料裝置設(shè)有料倉并安裝于所述熔煉裝置上；所述熔煉裝置設(shè)有真空室和位于所述真空室內(nèi)的熔化容器；所述壓射裝置包含壓射筒和壓射頭，所述壓射筒設(shè)置于所述固定模板內(nèi)并設(shè)有溶體入口，且所述壓射頭用于將熔化的物料壓射入所述模腔；所述抽真空裝置用于為所述料倉、所述真空室和所述模腔抽真空，以及所述氣氛保護裝置用于向所述真空室提供保護氣體；
對所述真空室和所述模腔抽真空并實時監(jiān)測，直到達到預定真空度；
向所述真空室提供保護氣體并實時監(jiān)測，直到所述真空室內(nèi)的氣壓達到預定壓力，其中該預定壓力為負壓或常壓；
將所述料倉中的物料送入所述熔化容器并將物料熔化；以及
通過所述壓射裝置將熔化后的物料壓射至所述模具的模腔。
一實施例中，在壓射成型后，將所述壓射頭停留在所述壓射筒內(nèi)，并且所述模具打開，取走產(chǎn)品。
另一實施例中，壓射成型后，在開模過程中，將所述壓射頭停留所述壓射筒內(nèi)部位于所述溶體入口的靠近所述模具的一側(cè)，并在所述動模和所述定模閉模后將所述壓射頭退回到原位，并使得所述真空室保持負壓或常壓，等待下一次壓射。
另一實施例中，向所述料倉加入物料，并在加入物料之后，將所述料倉封閉并對所述料倉抽真空。
另一實施例中，所述料倉與所述真空室之間設(shè)有可操作地啟閉的隔斷機構(gòu)，其中向所述料倉加入物料過程中，所述隔斷機構(gòu)關(guān)閉，并在加入物料之后對所述料倉抽真空；在完成對所述料倉抽真空后，所述隔斷機構(gòu)打開以將物料送入所述熔化容器，以及在所述料倉中的物料送入所述熔化容器后，所述隔斷機構(gòu)關(guān)閉。
另一實施例中，當所述料倉的原料進入熔化容器內(nèi)部以后，使用所述隔斷機構(gòu)隔開加料倉與真空室，并向加料倉中加入原料，然后抽真空，等待下一次壓射成型開始。
另一實施例中，所述保護氣體為惰性氣體。
另一實施例中，所述保護氣體為氦、氖、氬、氪、氙和氡中的一種或者多種。
另一實施例中，所述預定壓力為0.03～1個大氣壓。
另一實施例中，壓射過程中，對所述模腔持續(xù)抽真空。
另一實施例中，在進行預定次數(shù)的壓射成型之后，當所述真空室內(nèi)的保護氣體的濃度下降到預定值之后，再次對所述真空室充入保護氣體。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種非晶金屬成型設(shè)備，所述金屬成型設(shè)備包括：送料裝置、熔煉裝置、壓射裝置、抽真空裝置、氣氛保護裝置以及固定模板和模具，其中
所述模具包括動模和定模，所述動模和所述定模閉模后形成模腔；
所述送料裝置設(shè)有料倉并安裝于所述熔煉裝置上；
所述熔煉裝置設(shè)有真空室和位于所述真空室內(nèi)的熔化容器；
所述壓射裝置包含壓射筒和壓射頭，所述壓射筒設(shè)置于所述固定模板內(nèi)并設(shè)有溶體入口，且所述壓射頭用于將熔化的物料壓射入所述模腔；
所述抽真空裝置與所述料倉、所述真空室和所述模腔連接，用于為所述料倉、所述真空室和所述模腔抽真空，所述氣氛保護裝置用于向所述真空室提供保護氣體；以及
所述料倉與所述真空室之間設(shè)有可操作地啟閉的隔斷機構(gòu)。
一實施例中，所述金屬成型設(shè)備進一步包括監(jiān)測裝置，用于在金屬成型設(shè)備的運行過程中，對所述真空室的真空度以及所述真空室內(nèi)的惰性氣體的壓力進行監(jiān)測。
一實施例中，所述隔斷機構(gòu)為電磁閥或氣動閥。
一實施例中，所述真空室的外壁上設(shè)有抽真空口和保護氣體接口，其中所述抽真空口和所述保護氣體接口分別與抽真空裝置和惰性氣體源連接。
一實施例中，所述壓射頭與所述壓射筒之間為間隙配合。
一實施例中，所述固定模板設(shè)有朝向所述真空室內(nèi)部開口的凹腔，其中所述熔體入口位于所述凹腔內(nèi)。
通過本申請的非晶金屬成型方法，在壓射時，可降低金屬溶液卷入氣體而形成氣孔等缺陷的概率，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。另一方面保護氣體為負壓或常壓，對真空室的制造難度降低，減少了設(shè)備的制造成本和維護成本；其保護氣體負壓或常壓，也減少了保護氣體的使用量，惰性氣體成本也隨之減少。
附圖說明
圖1示出本發(fā)明的非晶金屬成型方法所采用的金屬成型設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的金屬成型設(shè)備的一部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是沿圖1的a-a線剖切的金屬成型設(shè)備的剖視圖，其中為清楚起見，未示出部分結(jié)構(gòu)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的非晶金屬成型方法的流程圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細說明，以便更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點。應(yīng)理解的是，附圖所示的實施例并不是對本發(fā)明范圍的限制，而只是為了說明本發(fā)明技術(shù)方案的實質(zhì)精神。
如圖1-3所述，金屬成型設(shè)備10包括模具裝置1、壓射裝置2、真空熔煉裝置3、加料裝置4、抽真空裝置6以及氣氛保護裝置和控制裝置(圖未示)，其中真空熔煉裝置3和其他裝置的連接都采用真空密封，抽真空裝置3為模具裝置1、壓射裝置2以及加料裝置4抽真空。模具裝置1與真空熔煉裝置3密封連接并用于所壓鑄產(chǎn)品的成型。加料裝置4連接于真空熔煉裝置3，用于向真空熔煉裝置3內(nèi)的熔化容器添加金屬原材料。真空熔煉裝置3用于在真空環(huán)境下加熱金屬材料，尤其是非晶金屬材料。
壓射裝置2的一部分位于真空熔煉裝置3的真空室內(nèi)，用于將熔化后的金屬材料壓射入模具裝置1?？刂蒲b置用于控制整個金屬成型設(shè)備10的運行。控制裝置設(shè)置成與加料裝置和壓射裝置相配合，使得在將物料添加至加料裝置的熔化容器時維持真空裝置的真空室的氣體氛圍(氣壓)，并使得在模具裝置的開模過程中和合模過程中均維持真空室的氣體氛圍?？刂蒲b置包括監(jiān)測裝置，用于在金屬成型設(shè)備10的運行過程中，監(jiān)控真空室的真空度以及真空室內(nèi)的惰性氣體壓力。監(jiān)測裝置可以包括壓力傳感器等能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的的任何合適的元器件。氣氛保護裝置與真空室的保護氣體接口35連接，用于為真空室及模具提供保護氣體。具體地，抽真空裝置負責把真空室及模具抽到要求的真空值，之后停止抽真空，氣氛保護裝置負責向真空室及模具輸入保護氣體。
保護氣體通常為惰性氣體，惰性保護氣體密度大于等于空氣密度，可以是氦、氖、氬、氪、氙、氡等中的一種或者多種。
真空熔煉裝置3設(shè)有真空室31和熔化容器32，熔化容器32位于真空室31內(nèi)并用于熔化來自加料裝置1的物料。熔化容器能夠?qū)碜约恿蟼}的非晶料加熱熔化為熔體。這里，熔化容器32為坩堝。坩堝置于感應(yīng)線圈33內(nèi)，通過感應(yīng)加熱方式來熔化坩堝內(nèi)的金屬材料。在熔化完成后，熔化容器32能夠從一個位置移動到另一個位置同時保溫。真空室31的外壁上設(shè)有加料口311和抽真空口312。加料口311與加料裝置4連接，物料經(jīng)由該加料口311進入真空室31內(nèi)的熔化容器32中。抽真空口312與抽真空裝置連接，用于對真空室31抽真空。
加料裝置4加料裝置安裝于真空室的加料口31上。加料裝置4設(shè)置成在將物料添加至熔化容器32的同時維持真空室31的氣體氛圍。加料裝置4包括加料倉41、倉蓋42以及隔斷機構(gòu)44，其中倉蓋42密封連接于加料倉的頂部，隔斷機構(gòu)44布置于加料倉41的底部開口與真空室31的加料口311之間。隔斷機構(gòu)44具有打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)，其中當隔斷機構(gòu)44處于打開狀態(tài)時，加料倉41內(nèi)的物料穿過隔斷機構(gòu)進入熔化容器12，而當隔斷機構(gòu)44處于關(guān)閉狀態(tài)時，隔斷機構(gòu)44阻擋加料倉41內(nèi)的物料落入熔化容器12并將真空室31與加料倉41密封間隔開。在倉蓋42上還設(shè)有手柄43，撥動手柄43時可開啟倉蓋42。
隔斷機構(gòu)44設(shè)置成每次被打開時，預定數(shù)量的物料落入熔化容器32。應(yīng)理解的是，也可以通過對加料倉的設(shè)計來實現(xiàn)當打開隔斷機構(gòu)44時，預定數(shù)量的物料落入熔化容器32。隔斷機構(gòu)44可由閥門構(gòu)成。閥門的入口與加料倉的底部開口密封連接，閥門的出口與真空室的加料口密封連接。一實施例中，閥門是電磁閥或氣動閥。
加料口311的底部還連接有下料管45。下料管45的下段相對于豎直方向向下傾斜，從而當物料從加料口31掉落后，會首先落到傾斜的下段并降低速度，然后再落入熔化容器。由此，防止物料由于快速掉落在容器上而可能損壞容器。
如圖2-3所示，模具裝置1包括固定模板11、定模12以及動模(圖未示)，動模和定模能夠分離或閉合，動模和定模閉合時在它們之間限定出模腔，固定模板與熔煉爐連接。固定模板11內(nèi)設(shè)有料筒14。料筒14貫穿固定模板11。料筒14上設(shè)有熔體入口141且料筒14的中部設(shè)有壓射通道142。定模12內(nèi)設(shè)有澆口套15。壓射通道142與澆口套15連通，從而壓射頭(也稱為錘頭)可在由壓射通道142和澆口套15共同形成的通道內(nèi)移動。這里，料筒也稱為壓射筒。固定模板11還設(shè)有朝向真空室31內(nèi)部開口的凹腔143。熔體入口141位于凹腔143內(nèi)。熔化容器32內(nèi)的金屬材料熔化完成后，熔化容器32可以移動至凹腔143中在熔體入口141上方，然后再將熔化的金屬材料倒入熔體入口141。
壓射裝置2包括驅(qū)動器21、壓射桿22和壓射頭23，其中壓射桿22的一端與驅(qū)動器21連接，壓射桿22的另一端與壓射頭23連接。由此，驅(qū)動器21能夠驅(qū)動壓射頭在壓射筒內(nèi)移動。壓射頭23將熔融非晶合金熔體壓射到模具的模腔內(nèi)。壓射頭23設(shè)置成在模具裝置1的開模過程中和合模過程中均維持真空室31的氣體氛圍，即維持真空室內(nèi)的惰性氣體的氣壓。壓射頭23與料筒14之間為間隙配合。壓射頭23與澆口套15之間為間隙配合。由此，可以在開模和合模過程中，保持真空室的氣體氛圍。驅(qū)動器21可以是任何可以驅(qū)動壓射桿22往復運動的驅(qū)動機構(gòu)。一優(yōu)選實施例中，驅(qū)動器21為液壓缸。液壓缸的缸體安裝于真空室外壁上。液壓缸的活塞桿與壓射桿22的一端連接并至少部分位于真空室內(nèi)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的采用上述金屬成型設(shè)備的非晶金屬成型方法的流程圖。所述方法包括以下步驟：
對真空室和模腔抽真空并實時監(jiān)測，直到達到預定真空度；
向真空室提供保護氣體并實時監(jiān)測，直到真空室內(nèi)的氣壓達到預定壓力，
其中該預定壓力為負壓或常壓；
將料倉中的物料送入熔化容器并將物料熔化；
通過壓射裝置將熔化后的物料壓射至模具的模腔；
壓射成型后，將壓射頭停留壓射筒中。
具體地，首先，動模和定模閉合以后，通過設(shè)備的抽真空裝置，對熔煉爐內(nèi)部封閉腔室和模具腔體進行抽真空，達到所需工藝要求，抽真空停止。氣氛保護裝置開始向真空封閉腔室內(nèi)部充惰性保護氣體，保護氣體要維持在負壓或者是常壓，一般可以是0.03～1個大氣壓之間，較佳地，在0.05～0.5個大氣壓之間。對加料倉加入非晶原料，加料倉含有可以與真空封閉腔室隔離開的隔斷結(jié)構(gòu)以及加料倉蓋，加料完畢以后，通過隔斷機構(gòu)以及加料倉蓋，對加料倉組成的小封閉空間進行抽真空操作，當加料倉真空度達到所需工藝要求后，非晶原料通過下料彎管進入到熔化容器內(nèi)部，開始熔煉。整個加料過程沒有外界空氣進入到熔煉真空封閉腔室，有效的隔絕了非晶合金熔體與空氣的接觸，避免了非晶合金熔體與有害氣體元素發(fā)生反應(yīng)而很難獲得非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，而且通過加料倉的隔斷結(jié)構(gòu)，只需要在加完料以后對加料倉組成的小封閉空間抽真空，不必對整個熔煉真空封閉腔室反復進行抽真空，大大縮短了生產(chǎn)周期的時間，生產(chǎn)成本也隨之降低。在打開加料倉隔斷機構(gòu)開始通過下料彎管給熔化容器內(nèi)部投放非晶合金的過程中，保護氣體不會通過加料倉溢出，避免了保護氣體壓力太低，還需要通過氣氛保護裝置給封閉腔室通入保護氣體，減少了保護氣體使用成本。
熔化容器將非晶合金熔化成熔融的非晶合金，熔融的非晶合金從熔化容器加入到帶有熔體入口的壓射筒內(nèi)，通過在壓射筒內(nèi)部的壓射頭，將熔融的非晶合金壓射到壓鑄設(shè)備的定模和動模限定出的模腔內(nèi)成型。壓射過程中，動模和定模限定出的模腔持續(xù)抽真空，且由于熔煉封閉腔室內(nèi)的保護氣體為負壓，優(yōu)化了在壓射過程中，金屬溶液卷入氣體而形成氣孔等的缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量獲得提升。壓射成型后，動、定模打開，壓射頭停留在壓射筒內(nèi)部，且在壓射筒的熔體入口左邊，即靠近模具的一側(cè)，例如圖3的壓射頭位置二，保持真空室負壓或常壓。動、定模閉合后，模腔抽真空，使得有害氣體濃度低于工藝要求，然后壓射頭后退到原位，例如圖3的壓射頭位置一，真空室繼續(xù)保持負壓或常壓，完成整個壓射循環(huán)。在多個壓射結(jié)束之后，在真空室內(nèi)的保護氣體的濃度下降到預定值之后，可以再次對真空室充入保護氣體。
根據(jù)本方法，動模和定模閉合以后，通過設(shè)置有抽真空裝置和氣氛保護裝置，當抽真空裝置對封閉腔室內(nèi)部以及模具腔體內(nèi)部抽真空達到所需工藝要求后停止抽真空，氣氛保護裝置開始向真空封閉腔室內(nèi)部充惰性保護氣體，惰性保護氣體密度大于等于空氣密度，可以是氦、氖、氬、氪、氙、氡等中的一種或者多種。保護氣體要維持在負壓或者是常壓(一般可以是0.03—1個大氣壓之間)，在壓射時，可降低金屬溶液卷入氣體而形成氣孔等缺陷的概率，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升。另一方面保護氣體為負壓或常壓，對真空室的制造難度降低，減少了設(shè)備的制造成本和維護成本；其保護氣體負壓或常壓，也減少了保護氣體的使用量，惰性氣體成本也隨之減少。
本方法中，在壓射過程中，利用壓射頭隔斷熔煉封閉腔室及動模和定模限定出的模腔，這樣動模和定模限定出的模腔可以持續(xù)抽真空，且由于原先模腔內(nèi)的保護氣體為負壓，在壓鑄過程中會被迅速被抽走，金屬溶液卷入氣體而形成氣孔等的缺陷會被大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量獲得提升。
需要指出的是，當原料進入熔化容器內(nèi)部以后，使用隔斷機構(gòu)隔開加料倉與真空室，可以向加料倉中加入原料，然后抽真空，等待下一個循環(huán)開始，向加料倉加料的過程不會影響熔煉、壓射、開模、取件的進行，縮短了生產(chǎn)周期。
以上已詳細描述了本發(fā)明的較佳實施例，但應(yīng)理解到，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改。這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。