一种电磁感应加热的金属类液态成型设备及工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种电磁感应加热的金属类液态成型设备及工艺方法，该设备通过各功能装置配合使得金属在熔炼、充型过程中实现精密成型，同时提供基于上述设备而实现的工艺方法，当固态金属材料在预加热装置内加热达既定温度后移入熔炼装置并迅速熔融后，抽出炉底塞棒使液态金属在重力作用下塌落进入流道装置并进入液态金属成型模具腔体内；通过模具加热装置的加热使流入模具腔体内的液态金属的温度仍保持其在熔炼装置内时的温度，液态金属成型模具内的熔体在静态或动态状态中进入快速冷却凝固，能够解决现有铸造工艺中存在的缺陷，工艺方法过程更可靠实用，适用于对精密度要求较高的金属产品铸造。

【技术实现步骤摘要】


本专利技术涉及金属铸造的
，更具体地说，涉及一种电磁感应加热的金属类液态成型设备及工艺方法。

技术介绍

传统的铸造行业的铸造工艺如重力铸造、消失模铸造、离心铸造、砂型铸造、低压铸造、熔模铸造等铸造工艺，一般均采用高于金属熔点的过剩温度及型腔加热工艺进入铸造过程；然液态金属在流道、型腔内充型的整个过程仍然是降温过程，因此，一些液相线与固相线温差较小、流动性较差、热含量较小的金属如变形铝合金则很难用传统的铸造工艺使其精密成型；同时液态金属进入流道后的流动状态伴随着失热降温及凝固过程，且具有很大的不可控性，致使凝固后的成型金属部件的机械性难以实现进一步提升。
如上所述，目前国内外铸造行业所有种类的铸造工艺，均不能使得进入型腔后液态金属一直保持熔炼炉内的温度，若液态收缩和凝固收缩所缩减的体积得不到补足，则在铸件的最后凝固部位均会形成一些孔洞。用变形铝合金作为铸造用铝合金材料，目前在国内、国际业界尚未发现新的、具有开创性的工艺及装备系统。特别是变形铝合金精密成型工程，国际国内均已从国家角度列为基础制造业重大技术进步举措，但就目前的研发状态及相关进展来看，国内并不乐观，特别是对变形铝合金的液态精密成型工艺尚未有实质性进展。
目前国内外在轻金属精密成型工艺技术及装备的研究方面，还基本囿于铸造行业的传统工艺范式及锻造工艺的传统范式二者的组合之中徘徊；譬如传统的铸造用铝合金的铸造工艺中的熔炼方式及装备仍然转移并直接用于液态铸锻工艺中来，致使变形铝合金在长时间的熔炼保温过程中吸氢、渣化，并由于其粘度过大难于渣、铝分离，特别是在模具流道及模腔内更难实现渣、铝分离，从而难于实现精密成型；其二，其模锻过程的前提条件又囿于传统的锻造工艺，在已经凝固了的坯件的某一端面上实施锻造，因此锻造力不能够对坯件整体实施锻造力的影响，故难以对整个坯件内部组织实现消除铸态痕迹、补缩、细化晶粒等工艺过程，其产品亦不能焊接及热处理；坯件的力学性能非但不能达到变形铝合金的水平，甚至无法实现精密成型；其三，其锻造过程的模具设计还基本囿于锻造工艺的模具设计之中，使用凸、凹模，亦即是凹模内浇入汤料，凸模浸入汤料之中占位性下移、充型；凸模与凹模合模后即产生锻造过程且仅能生产简单零部件；但由于热结和冷隔的存在，锻造过程终结后，仍然存在热结，其热结部位的凝固收缩已经无法实现补缩的工艺过程。
综上讨论，变形铝合金精密成型工艺装备体系及模具体系及熔炼加热、充型过程及成型后的温度控制、模具材质等工艺主体装备及周边工艺装备的配套性及适应性应该具有创新性的工艺需求，需一种创新概念的工艺性的整合才能应对。

技术实现思路

为了解决上述现有技术存在的不足，本专利技术提供一种新型的采用电磁感应加热的金属类液态精密成型设备及其工艺方法。
为了实现上述方案之功能要求，本专利技术所采用的技术方案是：
一种电磁感应加热的金属类液态成型设备，包括预加热装置、在惰性气体保护下的熔炼装置、与熔炼装置相连接的用于液态金属充型的流道装置、液态金属成型模具以及模具加热装置，金属材料在预加热装置内加热达既定温度后移入熔炼装置变成熔融状态，所述熔炼装置内设有用于控制液体金属流入流道装置的炉底塞棒，当打开炉底塞棒时液态金属在重力作用下塌落进入流道装置，并经流道装置进入液态金属成型模具腔体内，所述液态金属成型模具腔体内设有用于控制液态金属静态或动态凝固的模具控温装置，所述模具加热装置为电磁感应加热装置。
优选的，所述熔炼装置包括非金属感应管式炉和电感控制箱，所述非金属感应管式炉内设有非金属熔炼炉胆，所述炉底塞棒设置在非金属熔炼炉胆的底部与流道装置入口相连接的位置。
优选的，所述非金属熔炼炉胆的底部设有与炉底塞棒相匹配的倒圆台形出口，所述倒圆台形出口与流道装置的入口相连接。
优选的，所述非金属熔炼炉胆内设有电磁震动装置或超声波震动装置，所述液态金属成型模具内设有超声波震动装置。
更优选的，所述液态金属成型模具由非金属复合材料构成，其内设有液态金属降温补缩腔以及惰性气体的进气通道与排气通道。
基于上述的电磁感应加热的金属类液态成型设备而实现的一种工艺方法，其步骤包括，
将固态金属材料放在预加热装置内进行加热；
当固态金属材料在预加热装置内加热达既定温度后移入熔炼装置并迅速熔融后，抽出炉底塞棒，液态金属在重力作用下塌落进入流道装置，并经流道装置进入液态金属成型模具腔体内；
通过模具加热装置的加热使流入模具腔体内的液态金属的温度仍保持其在熔炼装置内时的温度，在快速阶梯性降低模具加热装置温度的同时，使得液态金属成型模具内的熔体在静态或动态状态中进入快速冷却凝固。
上述工艺步骤中的改进，当固态金属材料在熔炼装置内熔融后，加入非金属纤维或非金属颗粒使其成为金属-非金属复合材料，此时通过熔炼装置的电磁搅拌力或超声波搅拌力均化非金属复合材料在金属熔体内的分布。
上述工艺步骤中的改进，液态金属进入液态金属成型模具型腔后由模具加热装置即时磁感应加热，使得金属熔体保持熔点温度范围，当停止加热后电磁感应力消失，液态金属在重力作用下塌落，此时液态金属成型模具会大量吸热、散热导致熔体迅速降温实现精密成型。
上述工艺步骤中的改进，当液态金属流体进入液态金属成型模具后，立刻启动模具加热装置及超声波振动装置，使液态金属温度保持在同一水平充型；当液态金属液面停留在液态金属成型模具的外模入口的水平面后，立刻停止加热或分段停止加热、或按既定温度曲线控制电磁强度降温并最终停止加热，并在既定时刻停止超声波震荡。
上述工艺步骤中的改进，当进入熔体降温、凝固并直至完全凝固及固态降温过程时，通过模具控温装置控制液态金属成型模具腔体内金属熔体的温度直至金属凝固。
本专利技术的有益效果：本专利技术的一种电磁感应加热的金属类液态成型设备，通过各功能装置配合使得金属在熔炼、充型过程中实现精密成型，其中液态金属成型模具由耐高温、耐急冷急热、耐熔融态金属腐蚀、抗氧化、导热性好、具有高温强度的非金属复合材料制作而成，在模具加热装置的即时磁感应加热过程中，液态金属成型模具不会被加热，有利于熔体迅速降温实现精密成型；同时提供基于该设备而实现的工艺方法，当固态金属材料在预加热装置内加热达既定温度后移入熔炼装置并迅速熔融后，抽出炉底塞棒，液态金属在重力作用下塌落进入流道装置，并进入液态金属成型模具腔体内；通过模具加热装置的加热使流入模具腔体内的液态金属的温度仍保持其在熔炼装置内时的温度，在快速阶梯性降低模具加热装置温度的同时，使得液态金属成型模具内的熔体在静态或动态状态中进入快速冷却凝固，能够解决现有铸造工艺中存在的缺陷，工艺方法过程更可靠实用，适用于对精密度要求较高的金属产品铸造。
附图说明
下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本专利技术的剖面结构示意图；
图2是图1中A-B-C处的剖面结构示意图。
具体实施方式
参见图1-2，本专利技术提供的一种电磁感应加热的金属类液态成型设备，包括预加热装置1、在惰性气体保护下的熔炼装置2、与熔炼装置2相连接的用于液态金属充型的流道装置4、液态金属成型模具5以及模具加热装置6，金属材料3在预加热装置1内加热达既定温度后移入熔炼装置2变成熔融状态，所述熔炼装置2内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：包括预加热装置（1）、在惰性气体保护下的熔炼装置（2）、与熔炼装置（2）相连接的用于液态金属充型的流道装置（4）、液态金属成型模具（5）以及模具加热装置（6），金属材料（3）在预加热装置（1）内加热达既定温度后移入熔炼装置（2）变成熔融状态，所述熔炼装置（2）内设有用于控制液体金属流入流道装置（4）的炉底塞棒，当打开炉底塞棒时液态金属在重力作用下塌落进入流道装置（4），并经流道装置（4）进入液态金属成型模具（5）腔体内，所述液态金属成型模具（5）腔体内设有用于控制液态金属静态或动态凝固的模具控温装置，所述模具加热装置（6）为电磁感应加热装置。

【技术特征摘要】
1.一种电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：包括预加热装置（1）、在惰性气体保护下的熔炼装置（2）、与熔炼装置（2）相连接的用于液态金属充型的流道装置（4）、液态金属成型模具（5）以及模具加热装置（6），金属材料（3）在预加热装置（1）内加热达既定温度后移入熔炼装置（2）变成熔融状态，所述熔炼装置（2）内设有用于控制液体金属流入流道装置（4）的炉底塞棒，当打开炉底塞棒时液态金属在重力作用下塌落进入流道装置（4），并经流道装置（4）进入液态金属成型模具（5）腔体内，所述液态金属成型模具（5）腔体内设有用于控制液态金属静态或动态凝固的模具控温装置，所述模具加热装置（6）为电磁感应加热装置。
2.根据权利要求1所述的电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：所述熔炼装置（2）包括非金属感应管式炉和电感控制箱，所述非金属感应管式炉内设有非金属熔炼炉胆，所述炉底塞棒设置在非金属熔炼炉胆的底部与流道装置（4）入口相连接的位置。
3.根据权利要求2所述的电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：所述非金属熔炼炉胆的底部设有与炉底塞棒相匹配的倒圆台形出口，所述倒圆台形出口与流道装置（4）的入口相连接。
4.根据权利要求3所述的电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：所述非金属熔炼炉胆内设有电磁震动装置或超声波震动装置，所述液态金属成型模具（5）内设有超声波震动装置。
5.根据权利要求1-4任一所述的电磁感应加热的金属类液态成型设备，其特征在于：所述液态金属成型模具（5）由非金属复合材料构成，其内设有液态金属降温补缩腔以及惰性气体的进气通道（7）与排气通道（8）。
6.一种电磁感应加热的金属类液态成型的工艺方法，其特征在于：其步骤包括，
将固态金属材料（3）放在预加热装置（1）内进行加热；
当固态金属材料（3）在...

【专利技术属性】
技术研发人员：高禹丰，高诗白，
申请(专利权)人：高诗白，高禹丰，
类型：发明
国别省市：广东;44