一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备及工艺方法

本发明属于材料加工，具体涉及一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备及工艺方法。

背景技术：

1、铸造成形与模锻成形是金属热成形领域中发展最早、最成熟的两类工艺。

2、铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造技术的制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件。同时，铸造可以达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本，并在一定程度上减少了加工时间。但是，通过铸造获得的产品会产生较多的缺陷。一方面，铸件在凝固过程中会出现粗大的柱状晶，影响铸件的力学性能；另一方面，铸件的致密度较低，极易产生气孔、缩孔、缩松、裂纹等缺陷。

3、锻造是通过锻锤或压力机上对固态金属坯料施加压力，使其发生塑性变形，来获得所需形状、尺寸和性能的锻件。与铸件相比，金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。对铸锭进行锻造时，由于金属发生塑性变形和再结晶，原有的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，偏析、疏松、气孔、夹渣等缺陷得到压实和焊合，组织变得更加致密，金属的力学性能提高。锻造能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，提高零件的使用寿命。

4、模锻是锻造工艺的一种，是利用模具使坯料变形而获得锻件的方法。模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件，但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。此外，固态金属塑性变形时的流动性不如液态，所需成形压力较大，对成形设备的吨位也有较高要求。

技术实现思路

1、本发明针对上述技术问题，而提供一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备及工艺方法。

2、一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，它包括上油缸、导柱i、冲头、六角螺母i、模具压板、导轨i、侧油缸、输料筒、输料活塞、加热棒i、加热棒ii、下油缸、活塞i、顶杆、活塞ii、活塞iii、加热棒iii、加热棒iv、型腔、下模、上模、导轨ii、六角螺母ii和导柱ii；

3、所述上油缸与下油缸之间设置有导柱i和导柱ii。

4、进一步的，所述冲头安装在上油缸的正中心区域，在液压的驱动下，上油缸沿导柱i和导柱ii上下往复运动，冲头则会在上油缸的带动下随之上下往复运动。

5、进一步的，所述上模、下模、顶杆、活塞ii和冲头同轴安装，型腔位于下模内，冲头向下运动时可伸入型腔内部，顶杆上表面与型腔下表面在同一水平面上，顶杆下表面则紧贴活塞ii，活塞ii安装在下油缸内部，在液压的驱动下，活塞ii可带动顶杆上下运动，从而将型腔内形成的零件顶出。

6、进一步的，所述加热棒i、加热棒ii、加热棒iii、加热棒iv位于下模内部，且在型腔两侧呈对称分布，通电后用来对上模与下模进行加热，其温度受加热系统控制。

7、进一步的，所述导轨i、导轨ii分别与活塞i、活塞iii同轴安装，模具压板固定在导轨i、导轨ii上，模具压板上部由六角螺母i、六角螺母ii固定，活塞i、活塞iii安装于下油缸内部，在液压的驱动下，活塞i、活塞iii可带动导轨i、导轨ii、模具压板上下运动。

8、进一步的，所述输料筒、输料活塞与侧油缸同轴安装，输料活塞紧贴输料筒内部，输料筒与型腔相连，在液压的驱动下，输料活塞可沿输料筒左右往复运动。

9、进一步的，所述冲头在安装过程中与上模内表面留有1～2mm的间隙。

10、进一步的，所述输料筒与型腔相连，输料筒中容纳液态金属或半固态金属。

11、进一步的，所述冲头、上模与下模均采用45钢材质。

12、基于上述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备的工艺方法，它按以下步骤实现：

13、一、模具的贴合与加热：

14、采用金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，下油缸带动模具压板，使上模与下模贴合，然后上油缸带动冲头，使冲头工作部分的上表面与上模内表面贴合，再给加热棒i、加热棒ii、加热棒iii和加热棒iv通电，进而对上模与下模进行加热，使其温度升至280～320℃；

15、二、金属的浇铸与充填：

16、控制侧油缸驱动液压，带动输料活塞将输料筒中的液态金属或半固态金属注射至型腔内并充满；

17、三、对充填金属进行加压：

18、待液态金属或半固态金属充满型腔后，在液压的驱动下上油缸带动冲头对液态金属或半固态金属施加压力，冲头下压高度为1～2mm；

19、四、分离模具，取出零件：

20、待液态金属或半固态金属冷却并凝固后，在液压的驱动下上模与下模分离，顶杆(13)将零件从下模中顶出。

21、进一步的，步骤三中所述压力为90～110mpa。

22、本发明的优点在于：

23、(1)本发明中针对现有技术存在的问题，提出了一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备及工艺方法，解决了现有设备暂无法进行该工艺方案的问题；本发明对液态金属或半固态金属施加压力进行成形，既能提高金属在成形过程中的流动性，降低成形所需的压力，又可以大幅度减少缩孔、缩松、气孔等缺陷，使组织致密度增加，提高零件质量。

24、(2)本发明与传统的铸造(一次加工)、模锻成形(二次加工)相比，本发明将金属的浇铸过程与锻造过程整合为一步操作，使得原有的先铸后锻过程得以简化，从而提高生产效率、降低生产成本。

25、本发明设备适用于金属注射浇铸-模锻一体化成形工艺。

技术特征：

1.一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于它包括上油缸(1)、导柱i(2-1)、冲头(3)、六角螺母i(4-1)、模具压板(5)、导轨i(6-1)、侧油缸(7)、输料筒(8)、输料活塞(9)、加热棒i(10-1)、加热棒ii(10-2)、下油缸(11)、活塞i(12-1)、顶杆(13)、活塞ii(12-2)、活塞iii(12-3)、加热棒iii(10-3)、加热棒iv(10-4)、型腔(14)、下模(15)、上模(16)、导轨ii(6-2)、六角螺母ii(4-2)和导柱ii(2-2)；

2.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述冲头(3)安装在上油缸(1)的正中心区域，在液压的驱动下，上油缸(1)沿导柱i(2-1)和导柱ii(2-2)上下往复运动，冲头(3)则会在上油缸(1)的带动下随之上下往复运动。

3.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述加热棒i(10-1)、加热棒ii(10-2)、加热棒iii(10-3)、加热棒iv(10-4)位于下模(15)内部，且在型腔(14)两侧呈对称分布，通电后用来对上模(16)与下模(15)进行加热，其温度受加热系统控制。

4.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述输料筒(8)、输料活塞(9)与侧油缸(7)同轴安装，输料活塞(9)紧贴输料筒(8)内部，输料筒(8)与型腔(14)相连，在液压的驱动下，输料活塞(9)可沿输料筒(8)左右往复运动。

5.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述冲头(3)在安装过程中与上模(16)内表面留有1～2mm的间隙。

6.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述输料筒(8)与型腔(14)相连，输料筒(8)中容纳液态金属或半固态金属。

7.根据权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备，其特征在于所述冲头(3)、上模(16)与下模(15)均采用45钢材质。

8.基于权利要求1所述一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备的工艺方法，其特征在于，它按以下步骤实现：

9.权利要求8所述基于一种金属注射浇铸-模锻一体化成形设备的工艺方法，其特征在于步骤三中所述压力为90～110mpa。

技术总结一种金属注射浇铸‑模锻一体化成形设备及工艺方法，它属于材料加工技术领域。设备：上油缸、导柱I、冲头、六角螺母I、模具压板、导轨I、侧油缸、输料筒、输料活塞、加热棒I、加热棒II、下油缸、活塞I、顶杆、活塞II、活塞III、加热棒III、加热棒IV、型腔、下模、上模、导轨II、六角螺母II和导柱II。方法：模具的贴合与加热；金属的浇铸与充填；对充填金属进行加压；脱模取件。本发明对液态金属或半固态金属施加压力进行成形，提高金属在成形过程中的流动性，降低成形所需压力，大幅度减少缩孔、缩松、气孔等缺陷，组织致密度增加，提高零件质量。将金属的浇铸过程与锻造过程整合为一步操作，提高生产效率、降低生产成本。技术研发人员：程远胜,王智睿受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11