[发明专利]金属及其合金真空压铸成形装备及方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料加工领域，具体涉及一种金属及其合金真空压铸成形装备及方法。

背景技术

挤压铸造又称液态模锻，是一种介于铸造和模锻之间的金属成形技术。挤压铸造是将一定量的液态或半固态金属（以下简称金属液）直接浇注入凹模中，配合凸模封闭型腔，并在凸模上施加机械静压力，使金属液充满整个型腔；进而使金属液在压力下结晶、凝固和少量塑性变形。

与铸造相比，挤压铸造能够避免制件缩孔、缩松，进而细化晶粒，提高制件强度；与模锻相比，挤压铸造能够简化成形工序和降低成形压力（约为模锻力的1/5～1/3），同时挤压铸造件的性能能够接近锻件指标；无模锻飞边和铸造冒口，材料利用率高。所以，挤压铸造是一种省力、节能、省材的先进材料制造技术。

目前，挤压铸造技术主要分为直接挤压铸造和间接挤压铸造。直接挤压铸造成形方法与固态模锻相似，冲头直接加载于金属液上，能够制得性能与锻件相当、形状较为简单的制件。间接挤压铸造成形方法与压铸类似，模具于金属液浇注之前已经闭合，金属液通过挤压活塞注入型腔。

目前，直接挤压铸造技术和间接挤压铸造技术都存在一定的缺陷。直接挤压铸造技术实现金属及其合金复合材料制备比较困难，复合效果差，且无法完全实现近净成形。间接挤压铸造技术也存在以下缺陷：金属及其合金复合材料在制造过程中易出现气孔、缩松、缩孔，且金属液在充型的过程中易被氧化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服上述背景技术的不足，提供一种复合效果好、避免出现气孔、缩松、缩孔的金属及其合金真空压铸成形装备及方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，一种金属及其合金真空压铸成形装备，包括挤压铸造系统、输送系统、模具和熔化炉，所述熔化炉与输送系统相连，输送系统与挤压铸造系统相连，挤压铸造系统与模具相连，还设有抽真空系统；抽真空系统与挤压铸造系统相连；

所述挤压铸造系统包括从下至上依次设置的下梁、模具支撑梁、合模梁、上梁；

所述下梁和模具支撑梁之间设置有下缸，下缸位于下梁的中心位置，下缸的活塞前端与模具支撑梁连接；

所述合模梁和上梁之间设置有抽真空管、注料管和两个合模缸；所述抽真空管包括抽真空活塞，抽真空管和抽真空活塞为小间隙配合，抽真空管的侧壁设有连接孔；所述注料管包括注料活塞，注料管与注料活塞为小间隙配合，所述注料管的侧壁设有进料口；所述抽真空管和注料管均穿过合模梁，与合模梁活动连接；所述两个合模缸关于下缸或注料管的中心线对称，合模缸的活塞与合模梁连接；

所述上梁顶部设有注料缸和抽真空缸；所述抽真空缸为双作用伸缩式套筒液压缸，所述抽真空缸的一级活塞与抽真空管相连，所述抽真空缸的二级活塞与抽真空活塞相连，所述注料活塞与注料缸的活塞相连；

所述输送系统包括输送管道和加热装置，所述加热装置位于输送管道的外壁；所述输送管道上设置有进气阀门；

所述模具包括上模和下模，上模和下模之间活动连接；上模上分别开有与注料管相适配的注料孔和与抽真空管相适配的抽真空孔；所述下模内部为型腔结构。

进一步，所述熔化炉包括坩埚，所述坩埚的外壁设置有电加热装置，所述坩埚的上部设有炉盖，炉盖上设有气压平衡装置；所述输送管道的一端伸入坩埚内部，另一端与注料管的进料口连通。

进一步，所述抽真空系统包括抽真空管道、真空储气罐和三级罗茨真空泵，抽真空管道的一端与抽真空管的连接孔连通，另一端与真空储气罐连通；所述真空储气罐与三级罗茨真空泵连通。

进一步，所述下缸的活塞前端与模具支撑梁通过法兰和螺栓连接。

进一步，所述进料口距注料管的下端面的距离为10～400mm。

进一步，所述输送管道采用耐磨陶瓷复合管组装而成。

进一步，所述注料孔和抽真空孔的上端面均设有密封槽，密封槽中放置有耐高温金属缠绕柔性石墨垫片。

进一步，所述下模的型腔表面附有膨胀石墨。

进一步，所述上模和下模的贴合处均设有密封槽，密封槽内放置有耐高温石墨盘根。

一种金属及其合金真空压铸成形的方法，包括以下步骤：

（1）固态金属锭熔化：将固态金属锭放入坩埚中，关闭炉盖，熔化炉中形成密闭环境，打开气压平衡装置，并启动电加热装置，一段时间后，固态金属锭被熔化成金属液；

（2）安装模具：在下模的密封槽内放置耐高温石墨盘根，在下模的型腔中放入复合材料基体，将上模安放在下模上，将模具安装在模具支撑梁相对应的位置；