本申請(qǐng)涉及工業(yè)金屬成形技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，該工藝系統(tǒng)尤其適用于成形加工各種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和形狀簡(jiǎn)單或一般復(fù)雜的重要零件或基本不需要加工的零部件的生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中：

目前很多行業(yè)所加工的零件毛坯或一般復(fù)雜的重要零件或基本不需要加工的零部件主要是砂型鑄造。但鑄造件具有氣孔、粘砂、夾砂、砂眼、脹砂、冷隔、澆不足、縮松、縮孔、缺肉，肉瘤等常見的缺陷。這些鑄造缺陷一直是鑄造行業(yè)無(wú)法避免和難以解決的問(wèn)題。目前修復(fù)不合格鑄件的常規(guī)方法主要是進(jìn)行焊補(bǔ)，這種工藝需要熟練技術(shù)工人，同時(shí)修補(bǔ)時(shí)間長(zhǎng)并消耗大量寶貴材料。有時(shí)受修補(bǔ)部件材質(zhì)的影響，焊接還會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞加劇，造成部件報(bào)廢，加大了企業(yè)的生產(chǎn)成本。

例如：中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朿n201320216093.2；申請(qǐng)日2013.04.25；本實(shí)用新型涉及一種鋁合金重載車輪液態(tài)模鍛系統(tǒng)，包括鋁水爐、機(jī)械手、液態(tài)模鍛機(jī)、傳動(dòng)帶、鉆床、加熱爐、車床以及鈍化堆，所述液態(tài)模鍛機(jī)、傳動(dòng)帶、鉆床、加熱爐、車床以及鈍化堆依次順序設(shè)置并通過(guò)傳動(dòng)帶連接，液態(tài)模鍛機(jī)與傳動(dòng)帶之間的一側(cè)安裝有用于抓取工件的機(jī)械手，液態(tài)模鍛機(jī)的另一側(cè)間隔安裝一鋁水爐，在液態(tài)模鍛機(jī)與鋁水爐之間安裝有一用于區(qū)送原料鋁水的機(jī)械手。本發(fā)明采用液態(tài)模鍛機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的低壓鑄造機(jī)完成鋁合金車輪的成型，并且在設(shè)備之間采用傳動(dòng)生產(chǎn)線連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，優(yōu)化液態(tài)模鍛的生產(chǎn)工藝，批量產(chǎn)品合格率達(dá)到95％以上，提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

該申請(qǐng)中，制造出的鑄造件具有氣孔、粘砂、夾砂、砂眼、脹砂、冷隔、澆不足、縮松、縮孔、缺肉，肉瘤等常見的缺陷。

鑒于此，如何設(shè)計(jì)出一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)。

本申請(qǐng)的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)完成的，一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，包括液鍛機(jī)、感應(yīng)電爐、澆注機(jī)、數(shù)控沖床、自動(dòng)取件機(jī)以及自動(dòng)噴涂機(jī)，其中，金屬由感應(yīng)電爐加熱溶解并傾倒至澆注機(jī)中進(jìn)行澆筑，同時(shí)，液鍛機(jī)在澆筑后進(jìn)行加壓，金屬加壓成型后經(jīng)自動(dòng)取件機(jī)取出至數(shù)控沖床上進(jìn)行加工，再由自動(dòng)取件機(jī)取至自動(dòng)噴涂機(jī)上進(jìn)行噴涂。

液鍛機(jī)包括設(shè)在其上下兩側(cè)的主油缸與輔助油缸，輔助油缸的上部設(shè)有主缸活塞，主缸活塞的中間位置設(shè)有輔助活動(dòng)橫梁，液鍛機(jī)側(cè)部設(shè)有側(cè)杠與增壓缸。

感應(yīng)電爐包括坩堝，坩堝的上部設(shè)有蓋板，坩堝兩側(cè)設(shè)有耐火磚框，坩堝的側(cè)部圍繞有感應(yīng)線圈及防護(hù)板，防護(hù)板外側(cè)壁上設(shè)有冷卻水進(jìn)入的水管，感應(yīng)電爐的底部設(shè)有底座。

澆注機(jī)包括翻轉(zhuǎn)架，翻轉(zhuǎn)架底側(cè)設(shè)有重力傳感器，翻轉(zhuǎn)架頂端設(shè)有中間包澆注，翻轉(zhuǎn)架的側(cè)端上設(shè)有位移傳感器，位移傳感器的低端設(shè)有澆注機(jī)伺服電機(jī)，重力傳感器與伺服電機(jī)統(tǒng)一由澆注機(jī)外側(cè)的plc控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

數(shù)控沖床包括油壓式平衡裝置以及設(shè)置在其上部的重載絲杠，重載絲杠的側(cè)部設(shè)有沖床伺服電機(jī)，平衡裝置的中間位置上設(shè)有對(duì)稱肘桿。

自動(dòng)取件機(jī)包括基座以及設(shè)置在基座上的液壓手臂，液壓手臂的前端設(shè)有夾取手爪。

自動(dòng)噴涂機(jī)包括支座，支座上設(shè)有調(diào)節(jié)桿，調(diào)節(jié)桿頂端設(shè)有橫向的氣缸，氣缸的端頭上設(shè)有噴頭。

本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、機(jī)械性能高、成形性高、成品率高、材料利用率高、設(shè)備投資小、產(chǎn)品成本低。

2、金屬鑄件在該工藝下實(shí)現(xiàn)無(wú)砂、無(wú)冒口、高品質(zhì)綠色環(huán)保，將操作人員從繁瑣的生產(chǎn)工作中解放出來(lái)。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本申請(qǐng)中液鍛機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本申請(qǐng)中感應(yīng)電爐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本申請(qǐng)中澆注機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本申請(qǐng)中數(shù)控沖床的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本申請(qǐng)中自動(dòng)取件機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本申請(qǐng)中自動(dòng)噴涂機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本申請(qǐng)中系統(tǒng)的工藝流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

本申請(qǐng)中所述的一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，包括液鍛機(jī)1、感應(yīng)電爐2、澆注機(jī)3、數(shù)控沖床4、自動(dòng)取件機(jī)5以及自動(dòng)噴涂機(jī)6，其中，金屬由感應(yīng)電爐2加熱溶解并傾倒至澆注機(jī)3中進(jìn)行澆注，同時(shí)，液鍛機(jī)1在澆注后進(jìn)行加壓，金屬加壓成型后經(jīng)自動(dòng)取件機(jī)5取出至數(shù)控沖床4上進(jìn)行加工，再由自動(dòng)取件機(jī)5取至自動(dòng)噴涂機(jī)6上進(jìn)行噴涂。；具有機(jī)械性能高、成形性高、成品率高、材料利用率高、設(shè)備投資小、產(chǎn)品成本低；金屬鑄件在該工藝下實(shí)現(xiàn)無(wú)砂、無(wú)冒口、高品質(zhì)綠色環(huán)保，將操作人員從繁瑣的生產(chǎn)工作中解放出來(lái)的效果。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

本發(fā)明提出一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，該工藝是一種介于鑄造和模鍛之間的金屬成形工藝，是使注入模腔的金屬在高壓下凝固成型，然后施加機(jī)械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時(shí)易流動(dòng)和鍛造技術(shù)使已凝固的封閉硬殼進(jìn)行塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固并強(qiáng)制消除因凝固收縮形成的縮孔，以獲得無(wú)任何鑄造缺陷的液鍛件。液態(tài)模鍛工藝技術(shù)集鑄造的廣泛適用性和鍛造的高性能于一身，可以對(duì)任何材質(zhì)的鑄件實(shí)現(xiàn)廣義的無(wú)冒口鑄造，是無(wú)砂無(wú)冒口高品質(zhì)綠色鑄造技術(shù)。該工藝具有工藝流程短、能顯著提高生產(chǎn)效率、材料消耗少、能源消耗少、減少勞動(dòng)強(qiáng)度、實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化整形操作，將操作人員從繁瑣的生產(chǎn)工作中解放出來(lái)。

參見圖7中所示；工藝流程的核心主要由澆注、加壓、保壓和脫模四個(gè)基本工序組成。所述澆注工序是所述自動(dòng)澆注機(jī)將熔煉合格的金屬熔體澆入模具模腔或壓室中；所述加壓工序利用所述立式擠壓雙動(dòng)液鍛機(jī)向金屬熔體施加壓力；所述保壓工序是金屬熔體充滿模腔后，所述立式擠壓雙動(dòng)液鍛機(jī)持續(xù)對(duì)金屬熔體施加一定值得壓力，直至金屬熔體全部凝固為止；所述脫模工序是自動(dòng)取件機(jī)將成形工件從模具的模腔中取出。

參見圖1至圖7中所示，一種金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)，包括液鍛機(jī)1、感應(yīng)電爐2、澆注機(jī)3、數(shù)控沖床4、自動(dòng)取件機(jī)5以及自動(dòng)噴涂機(jī)6，其中，金屬由感應(yīng)電爐2加熱溶解并傾倒至澆注機(jī)3中進(jìn)行澆注，同時(shí)，液鍛機(jī)1在澆筑后進(jìn)行加壓，金屬加壓成型后經(jīng)自動(dòng)取件機(jī)5取出至數(shù)控沖床4上進(jìn)行加工，再由自動(dòng)取件機(jī)5取至自動(dòng)噴涂機(jī)6上進(jìn)行噴涂。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

液鍛機(jī)1包括設(shè)在其上下兩側(cè)的主油缸101與輔助油缸102，輔助油缸102的上部設(shè)有主缸活塞103，主缸活塞103的中間位置設(shè)有輔助活動(dòng)橫梁104，液鍛機(jī)1側(cè)部設(shè)有側(cè)杠105與增壓缸106。

所述立式擠壓雙動(dòng)的液鍛機(jī)1由主油缸、輔助油缸、主缸活塞及其液態(tài)模鍛壓頭、輔助活動(dòng)橫梁、側(cè)缸、增壓器組成。所述立式擠壓雙動(dòng)液鍛機(jī)加工工件的尺寸范圍：長(zhǎng)度≦1000mm、寬度≦1000mm、高度≦1000mm。所述立式擠壓雙動(dòng)的液鍛機(jī)1在加壓工序施加的密實(shí)壓比即使液態(tài)金屬收縮的壓力(液態(tài)模鍛過(guò)程中金屬熔體所承受的壓強(qiáng))為：有色金屬及其合金：15～100mpa、鐵件：15～100mpa、鋼件：50～200mpa；所述密實(shí)壓比參數(shù)選擇依據(jù)為：液鍛力與液態(tài)模鍛壓頭承壓面積之比；所述液鍛力范圍：20～200mpa。所述立式擠壓雙動(dòng)液鍛機(jī)在保壓工序施加的鎖模力即克服液態(tài)金屬對(duì)模具的撐脹力，始終能使模具緊緊閉合的施加力：≦5000000公斤力；保壓時(shí)間：1～3min。所述立式擠壓雙動(dòng)液鍛機(jī)在脫模工序中的脫模力即將工件頂出模腔時(shí)受到的阻力：f脫模力＝μ×p壓力；所述μ＝0.3～0.5是工件被頂出模腔時(shí)的摩擦系數(shù)；所述p壓力＝10～20mpa。

所述立式擠壓雙動(dòng)的液鍛機(jī)1為液態(tài)模鍛工藝核心設(shè)備，具有持壓功能即能夠在跟蹤金屬熔體的收縮過(guò)程中，使壓力始終保持在模鍛設(shè)定的壓力；根據(jù)液鍛工藝要求，能自動(dòng)調(diào)節(jié)油缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度且運(yùn)動(dòng)速度大；開檔距離大。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

感應(yīng)電爐2包括坩堝203，坩堝203的上部設(shè)有蓋板201，坩堝203兩側(cè)設(shè)有耐火磚框202，坩堝203的側(cè)部圍繞有感應(yīng)線圈204及防護(hù)板205，防護(hù)板205外側(cè)壁上設(shè)有冷卻水206進(jìn)入的水管，感應(yīng)電爐2的底部設(shè)有底座207。

所述感應(yīng)電爐熔煉“陶氏”高耐磨合金的工藝流程的一般步驟是：加料熔化、造渣脫氧、出爐。所述加料熔化工序中的參數(shù)：電流值：900～1000a、電壓值：3000～5000v、溫度：1500～1800℃、熔煉時(shí)間：60分鐘。

所述感應(yīng)電爐，為利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)行熔煉金屬的設(shè)備，在plc控制系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功率。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

澆注機(jī)3包括翻轉(zhuǎn)架302，翻轉(zhuǎn)架302底側(cè)設(shè)有重力傳感器31，翻轉(zhuǎn)架302頂端設(shè)有中間包澆注303，翻轉(zhuǎn)架302的側(cè)端上設(shè)有位移傳感器305，位移傳感器305的低端設(shè)有澆注機(jī)伺服電機(jī)306，重力傳感器31與伺服電機(jī)306統(tǒng)一由澆注機(jī)3外側(cè)的plc控制系統(tǒng)304進(jìn)行控制。

所述自動(dòng)的澆注機(jī)3由中間澆注包、翻轉(zhuǎn)機(jī)架、伺服電機(jī)推進(jìn)裝置、重量和位移傳感器、plc控制系統(tǒng)組成。所述自動(dòng)澆注機(jī)的澆筑量是工件毛坯、料餅、澆注系統(tǒng)等工藝輔料的總和；所述澆注量的質(zhì)量是工件質(zhì)量和工藝輔料質(zhì)量之和；所述澆注量的質(zhì)量范圍為：1～500kg；所述澆注量體積：v工件毛坯+v收縮+v工藝余料≤v澆注≤v壓室；澆注溫度：1000～1800℃；澆注時(shí)的內(nèi)澆口流速：0.05～1.5mm/s。

所述全自動(dòng)的澆注機(jī)3，是金屬液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)的重要設(shè)備，可以自動(dòng)控制澆注量和澆注斷流時(shí)間。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

數(shù)控沖床4包括油壓式平衡裝置401以及設(shè)置在其上部的重載絲杠402，重載絲杠402的側(cè)部設(shè)有沖床伺服電機(jī)403，平衡裝置401的中間位置上設(shè)有對(duì)稱肘桿404。

所述數(shù)控沖床4由油壓式平衡裝置、重載絲杠、伺服電機(jī)、對(duì)稱肘桿等組成。所述數(shù)控沖床4由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)重載絲杠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去除料餅、澆道等工藝余料；所述數(shù)控沖床4標(biāo)稱壓力：f標(biāo)稱壓力≤40噸；所述數(shù)控沖床4的滑塊行程：s滑塊行程≤500mm；所述數(shù)控沖床最大裝模高度：hmax≤1000mm。

所述數(shù)控沖床4，在數(shù)控系統(tǒng)的控制下，自動(dòng)去除料餅、澆道等工藝余料。

本發(fā)明所生產(chǎn)的產(chǎn)品已經(jīng)涵蓋軸套、盤蓋、叉架和箱體等各大類零件，涉及的材料有鋁、銅、鋅、鎂、鋼鐵及其復(fù)合材料。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

自動(dòng)取件機(jī)5包括基座503以及設(shè)置在基座503上的液壓手臂502，液壓手臂502的前端設(shè)有夾取手爪501。

所述自動(dòng)取件機(jī)5由夾取手爪、液壓手臂、機(jī)座組成。所述夾取手爪由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)；所述自動(dòng)取件機(jī)的夾取工件質(zhì)量：1kg≤w工件≤500kg；所述自動(dòng)取件機(jī)的夾取工件尺寸：20mm≤φ工件≤600mm；所述自動(dòng)取件機(jī)5的夾取工件引拔行程：20mm≤s引拔行程≤500mm；所述自動(dòng)取件機(jī)5的夾取工件時(shí)的引拔力：10kgf≤f引拔力≤2000kgf。

所述自動(dòng)取件機(jī)5，在plc控制系統(tǒng)控制中plc下，自動(dòng)按要求將出模后的產(chǎn)品取出并放置在規(guī)定位置。

本申請(qǐng)實(shí)施例中，

自動(dòng)噴涂機(jī)6包括支座603，支座603上設(shè)有調(diào)節(jié)桿602，調(diào)節(jié)桿602頂端設(shè)有橫向的氣缸601，氣缸601的端頭上設(shè)有噴頭604。

所述自動(dòng)噴涂機(jī)6可以自動(dòng)噴涂，可以通過(guò)豎向的調(diào)節(jié)桿602調(diào)節(jié)其自動(dòng)噴涂位置的高低，通過(guò)橫向的氣缸601調(diào)節(jié)噴頭604橫向位置的長(zhǎng)短。

本發(fā)明的液態(tài)模鍛工藝系統(tǒng)具有特點(diǎn)：

1機(jī)械性能高。由于半凝固狀態(tài)的金屬液在充足的壓力下凝固結(jié)晶,組織致密，晶粒細(xì)小,故所得制件的機(jī)械性能可以接近或達(dá)到模鍛件的水平。

2成形性高。液態(tài)金屬液的流動(dòng)性比固態(tài)時(shí)高,金屬流動(dòng)時(shí)不受任何阻力,能均勻地填充模具型腔，故可生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件。

3成品率高。液態(tài)模鍛時(shí),加工溫度比鑄造時(shí)低得多,制件在模內(nèi)收縮小,并又受三向壓應(yīng)力的影響,故不會(huì)形成氣孔與顯微疏松等缺陷。

4材料利用率高。與模鍛相比，由于沒(méi)毛邊及實(shí)心孔所損耗的金屬材料，故材料利用率可達(dá)95％以上。若與壓鑄工藝相比，液態(tài)模鍛工藝不需要設(shè)置澆口套、噴嘴、澆注系統(tǒng)等輔助消耗的金屬材料占制件的20％～30％。

5設(shè)備投資小。模鍛工藝要采用熱模鍛壓力機(jī)或摩擦壓力機(jī)等投資較高的設(shè)備。壓力鑄造需要專門的壓鑄機(jī)，設(shè)備投資昂貴，而液態(tài)模鍛既可用專用油壓機(jī)，也可用通用油壓機(jī)，設(shè)備投資較小。

6產(chǎn)品成本低。由于大大提高了產(chǎn)品的材料利用率，顯著降低設(shè)備投資和模具費(fèi)用，以及減少加熱所消耗的熱能，故產(chǎn)品成本比其他工藝降低。

采用本發(fā)明技術(shù)生產(chǎn)鑄鋼件，由于省去了冒口的重熔能耗，噸產(chǎn)品綜合能耗不超過(guò)700kgce，比鑄造生產(chǎn)減低30％左右。由于使用金屬型代替砂型，噸鑄件廢砂排放不超過(guò)1kg，比鑄造生產(chǎn)降低99％以上；由于無(wú)冒口，金屬液的工藝出品率普遍達(dá)到90％以上，比鑄造生產(chǎn)提高20～30個(gè)百分點(diǎn)；由于加壓冷卻、凝固和補(bǔ)縮，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定性顯著提高，鑄造廢品率小于1％，比鑄造生產(chǎn)降低1倍以上；由于無(wú)砂作業(yè)，固廢排放顯著減少，徹底根除鑄造行業(yè)的矽肺病。同樣按鑄件年產(chǎn)量5000萬(wàn)噸計(jì)算，采用本發(fā)明后，每年可以減少5000萬(wàn)噸以上的廢砂排放或處理；可以減少因廢品和冒口的重熔帶來(lái)的材料燒損至少40萬(wàn)噸以上，價(jià)值50多億元；減少1250萬(wàn)噸的熔煉耗電，按噸鋼熔煉耗電800度計(jì)算，每年可以減少電耗100億度

以上所述僅為本申請(qǐng)的實(shí)施例而已，而且，本申請(qǐng)中零部件所取的名稱也可以不同，并不限制本申請(qǐng)中的名稱。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的構(gòu)思和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。