CN105772692A - 一种金属零件的成形方法及成形装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属零件的成形方法及成形装置。金属零件的成形方法包括以下步骤：步骤一，将成形装置的液锻上模和液锻下模闭合而围合成闭合模腔，闭合模腔处于比液锻件成形的最终位置高的闭合位置；步骤二，将熔炉中金属液经输液通道注入处于闭合位置的闭合模腔中；步骤三，液锻上模和液锻下模相对压缩，将含有金属液的闭合模腔压缩到最终位置，使闭合模腔中的液态金属凝固成形。本发明中金属液是在液锻上模和液锻下模闭合成封闭的闭合模腔后，再通过封闭的输送通道和斜流道进入闭合模腔中，这样将避免金属液在进入闭合模腔前接触大气环境，减少了液态模锻中金属液在大气环境中暴露的时间，提高了终锻的铸件的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属零件的成形方法及成形装置。
背景技术
目前，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。但液态模锻前要将金属液注到模具中，常规的浇注方法劳动强度大，在裸露的环境中工作容易引起金属液体的氧化杂质增多，降低铸件质量，且污染环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够进行定量浇注的金属零件的液态模锻成形方法，同时本发明还提供了一种专用于实施该金属零件的成形方法的成形装置。
为了实现以上目的，本发明中金属零件的成形方法的技术方案如下：
金属零件的成形方法，包括以下步骤：
步骤一，将成形装置的液锻上模和液锻下模闭合而围合成闭合模腔，闭合模腔处于比液锻件成形的最终位置高的闭合位置；
步骤二，将熔炉中金属液经输液通道注入处于闭合位置的闭合模腔中；
步骤三，液锻上模和液锻下模相对压缩，将含有金属液的闭合模腔压缩到最终位置，使闭合模腔中的金属液在压力下发生流动、结晶和凝固收缩成形为液锻件。
在步骤二中，金属液在注满处于闭合位置的闭合模腔时停止注入。
停止金属液注入的方法是：去除熔炉上的注射压力，关闭输液通道的出口，并使输液通道中多余的金属液倒流至熔炉中。
本发明中成形装置的技术方案如下：
成形装置，包括用于相对闭合的液锻上模和液锻下模，液锻上模和液锻下模在相对闭合后具有用于形成液锻件的最终模锻尺寸的最终位置和比最终位置高的闭合位置，闭合模腔在闭合位置的容积大于最终位置的容积，液锻下模上开设有用于在闭合位置时连通闭合模腔的模具流道，模具流道通过输送管连通有熔炉，模具流道和输送管组成用于在熔炉和闭合模腔之间将金属液和大气隔开的输送流道。
还包括用于控制输液通道通断的控制阀。
控制阀为用于控制模具流道的出口通断的单向阀，单向阀用于使金属液单向流入闭合模腔中、并在闭合位置的闭合模腔注满时使模腔中金属液的回流。
单向阀包括沿上下方向导向移动装配在液锻上模上的阀杆，阀杆的下端为用于堵上模具流道的密封端，并在阀杆和液锻上模之间设置有用于向下压动阀杆的弹簧。
液锻下模上设有上端开口的凹模及其内上下滑动密封装配的顶出器，所述模具流道具有处于顶出器下方的斜流道和固定在斜流道的出口上的导管，导管沿上下方向滑动密封穿装在顶出器上。
液锻上模上设有沿上下方向滑动密封装配的型芯，所述闭合位置的闭合模腔为当型芯顶压配合在顶出器的顶面时、型芯的外周面和凹模的内壁面之间的环形腔室，且顶出器的顶面上设有在注液位时连通在导管和闭合模腔之间的横向浇道。
熔炉和输液通道均处于闭合模腔的下方。
本发明中金属液是在液锻上模和液锻下模闭合成封闭的闭合模腔后，再通过封闭的输液通道进入闭合模腔中，这样将避免金属液在进入闭合模腔前接触大气环境，从而减少了液态模锻中金属液在大气环境中暴露的时间，优化了成形时的工作环境，同时减少了金属液中氧化杂质的含量，提高了液锻件的质量。
进一步的，金属液是在注满闭合模腔时停止注入的，同时在关闭导管的出口的情况下，将输液通道中多余的金属液倒流回熔炉中，即通过低压铸造的方式向闭合模腔中注入金属液，再通过液态模锻的方式使金属液一定压力下发生流动、结晶和凝固收缩成形为液锻件，这样可通过闭合模腔的容积控制金属液的进液量，无需在熔炉和模具之间设置定量浇注装置，从而缩短了工艺步骤、简化了成形装置的结构，使得这种成形装置在普通的液压机上即可使用。
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是本发明的成形方法制备的液锻件的结构示意图。
附图中，液锻件1、内凸模2、型芯3、压缩弹簧4、阀杆5、阀弹簧6、外凸模7、固定套8、上模座9、下模座10、水冷套11、凹模12、垫板13、顶杆14、顶出器15、导管16、输送管17、注气管18、熔炉19、金属液20、环形槽a、斜流道c、横向浇道b。
具体实施方式
本发明中成形装置的实施例：如图1所示，该成形装置是一种带有内法兰的铝合金法兰零件的复合成形装置，主要由液锻模具和浇注***两部分组成。待制备的液锻件的结构如图2所示。
液锻模具主要由上下相对设置的液锻上模和液锻下模组成，其中液锻上模用于连接在液压机的活动横梁上，液锻下模用于连接在液压机的工作台上，以通过液锻上模和液锻下模的往复开合来通过液态模锻的方式制备如图2所示的液锻件1。
液锻上模包括用于与液压机的活动横梁连接的上模座9，上模座9的下端通过螺钉连接有用于固定凸模的固定套8；所述凸模包括同轴套装的外凸模7和内凸模2；通过固定套8上的沉孔和外凸模7上的法兰配合使用将外凸模7轴向顶压固定在上模座9上，用同样方法由外凸模7将内凸模2固定在上模座9上；内凸模2的下端设有处于外周上的环形的成形止口，该成形止口的壁面和外凸模7的内壁面围成环形的成形槽，用于成形法兰零件的圆筒部分；外凸模7的内壁面和内凸模2的外壁面之间采用过渡配合，并在内凸模2的配合面上开设有沿竖向延伸的排气沟槽，该排气沟槽的槽壁面和外凸模7的配合面围成排气间隙，排气间隙的缝隙狭小，使得低压铸造过程中只能供气体通过而不会流入金属液。内凸模2内沿上下方向滑动密封装配有型芯3，型芯3的上端设有外法兰，该外法兰的高度小于内凸模2的上端沉孔的深度，且两者之间的差值大于液锻上模自闭合位置到最终位置的压下量h；型芯3的上端还同轴开设有上端开口、下端封闭的安装盲孔，安装盲孔内装配有向下压动型芯3的压缩弹簧4，使得型芯3在模具闭合后与下模顶出器15接触，从而与凸模、凹模、顶出器共同围成闭合模腔。
液锻下模包括用于与液压机的工作台连接的下模座10，下模座10上通过螺钉固定连接有垫板13和凹模12，凹模12处于垫板13的上方，在垫板13上设置有与凹模12的内壁滑动密封装配的顶出器15，顶出器15下面设有顶杆14，顶杆14沿上下方向滑动装配在垫板13和下模座10中，顶杆14与顶出器15组成顶出机构，顶杆14与液压机的顶出缸传动连接；垫板13上开设有自上而下向远离顶杆的方向倾斜的斜流道c，该斜流道c的下端口为进口、上端口为出口。凹模12的内壁面上开设有同轴设置的环形槽a，该环形槽a供金属液冷却凝固后形成法兰零件外周的凸筋，以通过凸筋在液锻上模回程时迫使液锻件1滞留于凹模12中，而后在顶出时凸筋会产生少量变形而不影响液锻件1的顶出。凹模12的外周上套装有水冷套11，用于在模具温度过高时通水冷却，导出模具中的热量，使其在较适宜的温度下工作。
斜流道c的出口处有一个圆孔，圆孔内固定安装有导管16，导管16内孔与斜流道c连通；导管16上端穿装在顶出器15中，且导管16与顶出器15沿上下方向滑动密封配合，在顶出器15的顶面上开设有横截面为上宽下窄的梯形的横向浇道b，横向浇道b的一端可与导管16相通、另一端和闭合模腔相通；导管16上方同轴设置有上端带有法兰的阀杆5，阀杆5处于型芯3中上大下小的台阶孔中，阀杆5的杆部与台阶孔中的小孔滑动密封装配，阀杆5的法兰处在台阶孔的大孔中，可以阻止阀杆5的从台阶孔中脱出，阀杆5的上面顶装有阀弹簧6，使阀杆5在合模时具有向下的力。阀弹簧6、阀杆5与导管16在合模状态下构成控制阀，控制阀为控制金属液单向流动至闭合模腔中的单向阀。阀杆5的下端具有锥销结构，导管16的上端管口具有锥孔结构，阀杆5的锥销部分与导管口部的锥孔在插套配合时相互形成锥面配合；注射过程中，金属液的注射压力可以克服阀弹簧6的弹力而顶开阀杆5，实现低压浇注；浇注完成后，注射压力撤销，阀杆5在弹簧力的作用下与导管16关闭，对闭合模腔封闭。
浇注***处于闭合模腔的下方，浇注***是一种低压浇注***，包括熔炉19，熔炉19用于加热和储存金属液20，熔炉19和斜流道c之间通过输送管17连通，输送管17的上端连接在斜流道c的进口上，输送管17的下端***熔炉19内，且输送管17的下端口处于金属液20的液面下方。熔炉19上还设有用于将金属液通过输液通道注入闭合模腔中的注液装置，注液装置包括插装在熔炉19的炉盖上的注气管18和压缩空气气源，注气管18的下端***熔炉19内，且注气管18的下端管口处于金属液20的液面上方，以通过注气管向熔炉的中注入压缩空气后，由空气压力将金属液20压入液锻模具的闭合模腔中，在此过程中输送管17、斜流道c、导管16和横向浇道b依次相通而形成沟通熔炉内腔和模腔的输液通道，整个输液通道的通道壁将金属液和大气环境隔开。
斜流道c、导管16和横向浇道b依次相通而形成模具流道，该模具流道与输液管17共同构成沟通熔炉内腔和横向浇道的输液通道。输液通道与熔炉、注液装置等组成浇注***。
本发明中金属成形方法的实施例：该成形方法是一种带有内法兰的铝合金法兰零件的复合成形方法，主要用于成形如图2所示的铝合金法兰零件的液锻件，该液锻件由环形的法兰盘21及其上端同轴设置的筒体22组成。
成形方法包括如下步骤：
1）将成形装置的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低压浇注***的熔炉19中；
3）将液锻上模和液锻下模预热至一定温度；
4）在模腔各表面喷涂涂料后，液压机下行到闭合位置，此时成形装置的液锻上模和液锻下模闭合，由液锻上模和液锻下模围合闭合模腔，如图1中液锻模具的右半部分；
5）将压缩空气通入熔炉19中，使炉中金属液20在压力作用下通过由输送管17、斜流道c、导管16、横向浇道b注入闭合模腔，此时阀杆5会在金属液的压力作用下上行使通道打开，闭合模腔中的气体经液锻上模内的排气间隙排出；
6）闭合模腔充满后，导管16及以下输液通道的金属液倒流到熔炉19中，阀杆5在弹性件6作用下将导管16关闭，使闭合模腔完全封闭；
7）液压机带动液锻模的液锻上模再次加压下行至最终位置，使金属液在一定压力下发生流动、结晶和凝固收缩成形为液锻件；
8）保压结束，液锻上模回程，顶出机构上行，使液锻件脱模，而后顶出机构回程；
9）重复上述4）～8），完成下一个零件的成形。
在后序工艺中，将步骤8）得到的零件进行少量后续切削加工和热处理即得法兰产品。当模具温度太高时，可在水冷套14中通入水对模具进行冷却。
由于控制阀处于横向通道b的入口处，控制阀关闭后，横向通道b中的金属液会滞留其中，凝固后与液锻件连为一体，在步骤8）中与液锻件一同脱模。
在上述实施例中，成形方法和成形模具是专用于法兰零件的，在其他实施例中，该成形方法和成形装置也可以适用于其他金属零部件的成形，对应的成形模具的液锻上模和液锻下模需要根据对应零部件的具体形状适应调整。
由上述实施例可知，本发明的金属成形方法可以按照如下步骤实施：
步骤一，将成形装置的液锻上模和液锻下模闭合而围合成闭合模腔，闭合模腔处于比液锻件成形的最终位置高的闭合位置；
步骤二，将熔炉中金属液经输液通道注入处于闭合位置的闭合模腔中；
步骤三，液锻上模和液锻下模相对压缩，将含有金属液的闭合模腔压缩到最终位置，使闭合模腔中的液态金属凝固成形。
Claims (10)
1.金属零件的成形方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将成形装置的液锻上模和液锻下模闭合而围合成闭合模腔，闭合模腔处于比液锻件成形的最终位置高的闭合位置；
步骤二，将熔炉中金属液经输液通道注入处于闭合位置的闭合模腔中；
步骤三，液锻上模和液锻下模相对压缩，将含有金属液的闭合模腔压缩到最终位置，使闭合模腔中的金属液在压力下发生流动、结晶和凝固收缩成形为液锻件。
2.根据权利要求1所述的金属零件的成形方法，其特征在于，在步骤二中，金属液在注满处于闭合位置的闭合模腔时停止注入。
3.根据权利要求2所述的金属零件的成形方法，其特征在于，停止金属液注入的方法是：去除熔炉上的注射压力，关闭输液通道的出口，并使输液通道中多余的金属液倒流至熔炉中。
4.成形装置，包括用于相对闭合的液锻上模和液锻下模，液锻上模和液锻下模在相对闭合后具有用于形成液锻件的最终模锻尺寸的最终位置和比最终位置高的闭合位置，闭合模腔在闭合位置的容积大于最终位置的容积，其特征在于，液锻下模上开设有用于在闭合位置时连通闭合模腔的模具流道，模具流道通过输送管连通有熔炉，模具流道和输送管组成用于在熔炉和闭合模腔之间将金属液和大气隔开的输送流道。
5.根据权利要求4所述的成形装置，其特征在于，还包括用于控制输液通道通断的控制阀。
6.根据权利要求5所述的成形装置，其特征在于，控制阀为用于控制模具流道的出口通断的单向阀，单向阀用于使金属液单向流入闭合模腔中、并在闭合位置的闭合模腔注满时使模腔中金属液的回流。
7.根据权利要求6所述的成形装置，其特征在于，单向阀包括沿上下方向导向移动装配在液锻上模上的阀杆，阀杆的下端为用于堵上模具流道的密封端，并在阀杆和液锻上模之间设置有用于向下压动阀杆的弹簧。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述的成形装置，其特征在于，液锻下模上设有上端开口的凹模及其内上下滑动密封装配的顶出器，所述模具流道具有处于顶出器下方的斜流道和固定在斜流道的出口上的导管，导管沿上下方向滑动密封穿装在顶出器上。
9.根据权利要求8所述的成形装置，其特征在于，液锻上模上设有沿上下方向滑动密封装配的型芯，所述闭合位置的闭合模腔为当型芯顶压配合在顶出器的顶面时、型芯的外周面和凹模的内壁面之间的环形腔室，且顶出器的顶面上设有在注液位时连通在导管和闭合模腔之间的横向浇道。
10.根据权利要求4至7中任意一项所述的成形装置，其特征在于，熔炉和输液通道均处于闭合模腔的下方。
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- 2016-05-17 CN CN201610325064.8A patent/CN105772692B/zh active Active
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