專利名稱：一種非晶合金真空射料裝置及包括該真空射料裝置的壓鑄機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及壓鑄機，尤其涉及一種壓鑄機的真空射料裝置。
背景技術：
壓力鑄造簡稱壓鑄，是一種將合金的熔融體倒入料簡內，通過壓力將熔融體以高 速充填模具的型腔，并使熔融體在壓力下凝固而形成鑄件的鑄造方法。隨著熔融體冷卻過 程的加壓鑄造，既消除毛坯的縮孔縮松缺陷，也使毛坯的內部組織形成鍛態的破碎晶粒，毛 坯的綜合機械性能得到顯著的提高。另外，該工藝生產出來的毛坯，具有很好的外表面光潔度。與晶態合金相比，非晶合金由于在強度、硬度、沖擊斷裂能及耐腐蝕性等方面具有 明顯的優勢，從而引起各國學者的重視。自從20世紀年代大塊非晶合金成分選擇的三條原 則提出后，大塊非晶合金的制備取得了突破性的進展，不但發展出如Fe、Co、Zr、Ni,Mg, Pd、 Ti、Cu、Nd、La等多種大塊非晶合金材料系列，而且所獲得的非晶合金尺寸和所需要的臨界 冷卻速度也更具有實用意義。如&基大塊非晶合金的臨界冷卻速度達到lOK/s以下，最大 厚度可達30mm，完全可以通過普通金屬型鑄造法制備出用于結構材料的非晶合金材料。對于具有明顯的玻璃轉變、非常高的過冷液態穩定性和反晶化熱穩定性的非晶合 金，采用金屬型鑄造方法制備非晶合金零件的首選。中國實用新型專利CN200720119374. 0 提供了一種壓鑄大塊非晶合金的裝置，它包括銅模、加熱容器、噴嘴和壓射裝置，其中加熱 容器上設有加料口，噴嘴與銅模的型腔相連通，壓射裝置固定在加熱容器中，噴嘴與壓射裝 置相連通。此裝置可用于鑄造生產體積較大和結構復雜的產品。但由于非晶合金的液相溫 度區域較高，一般的模具材料無法滿足如此高的壓鑄溫度，而且非晶合金非常容易與模具 材料發生侵蝕作用，造成模具損耗非常大，生產成本高。塊體非晶合金在室溫無論是采用機加工還是塑性加工，其成型加工都十分困難， 是阻礙非晶合金材料應用的主要障礙之一。但塊體非晶合金在過冷液相區的較高溫度和較 低應變速率條件下，其應變速率敏感指數m值接近1，其塑性變形呈牛頓粘性流動特征，是 理想的超塑性材料。而且其較低的可加工溫度，使其在模具材料的選用、減少對模具的熱沖 擊方面更具優勢，很多學者投入大量精力研究利用非晶超塑性精密加工，克服非晶合金的 鑄造和室溫加工中存在困難，國內外有都有很多非晶合金超塑性成型相關專利，但沒有能 夠有效的解決非晶合金在低溫條件下進行超塑性成型的問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的問題是克服現有技術中，非晶合金壓鑄設備無法對非晶合 金進行低溫超塑性成型的問題。鑒于上述目的，本發明提供一種用于非晶合金壓鑄機的真空射料裝置，該真空射 料裝置包括料筒，以及可在所述料筒內往復運動的壓射部件，在料筒上設有進料口和出料口，在料筒進料口處設有冷卻裝置，在出料口處設有加熱裝置。本實用新型還提供一種非晶合金壓鑄機，所述壓鑄機包括熔煉室、模具、真空射料 裝置，所述熔煉室和所述模具分別與所述真空射料裝置密封連接，所述的真空射料裝置包 括料筒，以及可在所述料筒內往復運動的壓射部件，在料筒上設有進料口和出料口，在料筒 進料口處設有冷卻裝置，在出料口處設有加熱裝置。與現有的非晶合金壓鑄設備相比，本實用新型的非晶合金壓鑄機可以實現非晶在 低溫條件下進行超塑性成型，制備體積較大和結構復雜的非晶合金產品，從而提高模具使 用壽命以及產品非晶化程度避免高溫熔體對模具的侵蝕，產品晶化斷裂現象。
圖1為本實用新型提供的用于非晶合金壓鑄機的非晶合金真空射料裝置的剖視 圖；圖2為本實用新型的壓鑄機的構造的剖視圖；具體實施方式
現有技術中存在非晶合金壓鑄設備，但是這些壓鑄設備無法控制熔體在填充模具 時的溫度，非晶合金熔體在高溫條件下對于壓鑄模具具有很強的高溫腐蝕，因此，壓鑄模具 損耗很大，由此制備的非晶合金產品由于無法準確控制溫度，因而造成了產品晶化斷裂現 象嚴重的現象。發明人通過大量的實驗發現，非晶材料的超塑性性能對應變速率和變形溫 度非常敏感，只有在過冷液相區的較高溫度和較低應變速率條件下，才能保證非晶合金的 應變速率敏感指數m值接近1，而此時非晶合金的塑性變形呈現牛頓粘性流動特征，粘度不 隨應變速率的改變而改變；反之在低溫、高應變速率條件下，非晶合金的m值小于1，其塑性 變形呈現非牛頓粘性流動特征，粘度隨應變速率的增加而增加。一般說來，非晶合金的超塑 性成型須在較高溫度和很低的成型速率條件下進行，因此超塑性成型不能加工非常復雜的 零件，對非晶合金的溫度控制要求也很高，溫度控制不好就會造成裂紋或者非晶晶化現象， 造成非晶合金材料性能迅速下降，且用現有技術生產非晶合金其生產過程要求準備好的非 晶原料再進行升溫成型，因此生產流程較長，造成能源的浪費，同時生產效率低。為此，本實用新型提供一種用于非晶合金壓鑄機的非晶合金真空射料裝置100，該 真空射料裝置100包括料筒150，以及可在所述料筒150內往復運動的壓射部件140，在料 筒150上設有進料口 151和出料口 152，在料筒進料口處設有冷卻裝置170，在出料口處設 有加熱裝置180。以及一種非晶合金壓鑄機，所述壓鑄機包括熔煉室200、模具300、真空射料裝置 100，所述熔煉室200和所述模具300分別與所述真空射料裝置100密封連接，所述的真空 射料裝置100包括料筒150，以及可在所述料筒150內往復運動的壓射部件140，在料筒150 上設有進料口 151和出料口 152，在料筒進料口處設有冷卻裝置170，在出料口處設有加熱 裝置180。其中對于料筒的平均直徑為30_50mm，冷卻裝置可以為盤管冷卻器或蛇管冷卻 器，加熱裝置可以為感應加熱裝置或電阻棒加熱裝置，而冷卻裝置的長度為料筒長度的 1/4-1/2，加熱裝置的長度為料筒長度的1/4-1/3，設置加熱裝置的目的是保持非晶合金的溫度在過冷液相區內，如果加熱裝置長度太長則浪費了能源，只要保證非晶合金進入模具 300時溫度在Tg-Tn_即可，其中Tg為玻璃化轉變溫度，而Tn_為最容易形成非晶的溫度，在 現有技術中，非晶合金壓射時的壓射溫度要高于非晶合金的熔融溫度，而Tn。se溫度小于非 晶合金的熔融溫度，因此，本實用新型所提供的非晶合金壓鑄機射料裝置的工作溫度，要遠 小于現有技術中的壓射裝置的工作溫度。當非晶合金在Tg-Tn_溫度范圍內時，非晶合金具 有超塑性，因此只要將非晶合金的溫度保持在Tg-Tn_范圍內，即可保持非晶合金具有良好 的加工性能。由于冷卻裝置或加熱裝置是沿料筒設置，而且冷卻裝置或加熱裝置是通過對部分 料筒加熱或冷卻來實現對非晶合金冷卻或加熱，因此，所述的冷卻裝置的長度實際上指冷 卻裝置冷卻區域的長度，而加熱裝置的長度也指的是加熱裝置實際加熱區域的長度，而且 對于冷卻裝置的位置也沒有嚴格限定，只要能夠保證將從進料口進入的非晶合金熔體冷卻 至Tn。se以下即可，優選設置在進料口處，同樣對于加熱裝置設置的位置也沒有嚴格的限定， 只要能夠保證非晶合金最終從出料口流出時溫度保持在Tg-Tn。se范圍即可。由于采用本發明所提供的非晶合金壓鑄機時，是將非晶合金從液相線溫度導入成 型料筒內以大于非晶臨界冷卻速度冷卻至Tn。se以下的過冷液相區，然后對處于過冷卻液相 區非晶合金進行流變成型出非晶零件，而本發明中非晶合金的冷卻控制通過采用具有溫度 梯度的料筒實現，在料筒的一端控制溫度為非晶合金過冷液相區溫度，為實現上述的功能， 將非晶合金先導入料筒冷端從而獲得足夠的冷卻速度，待非晶合金溫度降至Tn_時，用壓 射機構將非晶合金慢慢轉移到料筒的出料端，此時要保持非晶合金溫度在Tg-Tn_范圍內， 因此在出料端對非晶合金進行加熱，通過溫度控制非晶合金溫度在過冷液相區溫度范圍 內，保證非晶合金處于可進行超塑性流變成型的狀態。料筒的冷端溫度控制可采用在進料口 151處設置盤管冷卻器或蛇管冷卻器，并在 冷卻管內通循環水或其他冷卻介質來實現，料筒的出料口 152處設置有感應加熱裝置或電 阻棒加熱裝置，通過設置加熱裝置來控制非晶合金在出料口的溫度。本實用新型中液態非晶合金先導入料筒料進料端，由于在進料端設置有冷卻裝 置，因此液態非晶在料筒內向周圍介質快速傳熱，這樣可以保證非晶的以大于臨界冷卻速 率冷卻下來。當非晶合金溫度降到τη_以下的溫度時，壓射桿將非晶合金轉入料筒出料端， 而在出料端由于設置有加熱裝置，從而使非晶合金溫度停留于過冷液相區溫度范圍之內， 從而可使非晶合金保持較低的粘度，保證了非晶合金進行流變成型的流變性能。圖2所示為本實用新型的壓鑄機的構造的剖視圖，本發明所提供的非晶合金壓鑄 機包括熔煉室200、模具300、真空射料裝置100，所述熔煉室200和所述模具300分別與所 述真空射料裝置100密封連接，所述的真空射料裝置100包括料筒150，以及可在所述料筒 150內往復運動的壓射部件140，在料筒150上設有進料口 151和出料口 152，在料筒進料口 處設有冷卻裝置170，在出料口處設有加熱裝置180。本實用新型所提供的非晶合金壓鑄機的工作流程如下在真空條件下，將稱重好 的合金坯料在熔煉室200中制備得到液態非晶合金，液態非晶合金的溫度在Tm以上，控溫 系統控制料筒兩端的溫度。將熔煉處理好的液態非晶合金通過進料口 151進入料筒150， 進入料筒150后液態非晶合金通過設置在進料口處的冷卻裝置170對液態非晶合金進行冷 卻，將液態非晶合金冷卻至Tn_-Tg，然后依靠壓射部件140慢慢將非晶合金轉入料筒用加
5熱裝置180加熱的區間，將非晶合金溫度保持在Tg-Tn。se溫度范圍內時，用壓射部件快速將 非晶合金料向前推進，非晶合金進入模具內，在模具內，將非晶合金以1-1000K/S的速度冷 卻至Tg以下，獲得非晶合金樣品。所述真空射料裝置還包括設置在所述壓射部件140與料筒150之間，以使所述壓 射部件140與料筒150形成密封的密封體130。優選地，采用膠圈等靜壓密封或磁力密封等 密封方式達到密封的目的。因此壓射部件140可以在驅動下在料筒150內往復運動。在壓鑄過程中，壓射區域是指從熔煉室200落入料筒150中的熔融體被壓射部件 140推壓填充到模具300的過程中壓射部件140與熔融體運動經過的區域。所述壓射區域 由所述真空射料裝置的內部區域、澆注通道的內部區域和模具300的內部區域組成。由于 所述料筒150的一端與模具300為密封連接，并且料筒150與位于其上方的熔煉室200也 是密封連接，因此對所述真空射料裝置100實現真空也就是對壓射區域實現了真空。本發明所提供的一種非晶合金壓鑄機，所述壓鑄機包括熔煉室200、模具300、真 空射料裝置100，所述熔煉室200和所述模具300分別與所述真空射料裝置100密封連接， 所述的該真空射料裝置100包括料筒150，以及可在所述料筒150內往復運動的壓射部件 140，在料筒150上設有進料口 151和出料口 152，在料筒進料口處設有冷卻裝置170，在出 料口處設有加熱裝置180。壓鑄過程中，熔融體從熔煉室200落入料筒150中，經過冷卻，然后，壓射部件140 高速經過料筒150，并將料筒150中的熔融體推壓至出料口 152處，由于在出料口 152處設 置有加熱裝置，通過加熱裝置對非晶合金進行熔融，使得非晶合金溫度保持Tg-Tn_范圍內， 然后經壓射部件140推壓至模具300中冷卻成型。在整個壓射過程中，真空射料裝置100、 熔煉室200和模具300 —直是一個真空密封的整體，因此原料一直處于真空保護狀態，不會 被氧化，本實用新型通過控制非晶合金在加工時的溫度，使非晶合金在壓射過程中保持在 Tg-Tnose溫度范圍內，從而對非晶合金進行塑性流變加工，一方面使得非晶合金可以在較低 溫度下進行塑性加工，同時避免了非晶合金在高溫時對模具的腐蝕，另外一方面降低了非 晶合金的生產成本，降低了能耗。
權利要求一種用于非晶合金壓鑄機的真空射料裝置(100)，其特征在于，該真空射料裝置(100)包括料筒(150)，以及可在所述料筒(150)內往復運動的壓射部件(140)，在料筒(1 50)上設有進料口(1 5 1)和出料口(152)，在料筒進料口處設有冷卻裝置(170)，在出料口處設有加熱裝置(180)。
2.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述料筒(150)的平均直 徑為 30-50mm。
3.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述真空射料裝置(100) 還包括設置在所述壓射部件(140)與料筒之間，以使所述壓射部件(140)與料筒形成密封 的密封體(130)。
4.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述的冷卻裝置(150)為 盤管冷卻器或蛇管冷卻器。
5.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述的加熱裝置(180)為 感應加熱裝置或電阻棒加熱裝置。
6.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述的冷卻裝置的長度為 料筒長度的1/4-1/2。
7.根據權利要求1所述的真空射料裝置(100)，其特征在于，所述的加熱裝置的長度為 料筒長度的1/4-1/3。
8.一種非晶合金壓鑄機，所述壓鑄機包括熔煉室(200)、模具(300)、真空射料裝置 (100)，所述熔煉室(200)和所述模具(300)分別與所述真空射料裝置(100)密封連接，所 述的真空射料裝置(100)為權利要求1-7中任意一項所述的真空射料裝置。
專利摘要本實用新型提供了一種非晶合金真空射料裝置及包括該真空射料裝置的壓鑄機，其中，該真空射料裝置包括料筒，以及可在所述料筒內往復運動的壓射部件，在料筒上設有進料口和出料口，在料筒進料口處設有冷卻裝置，在出料口處設有加熱裝置，同時還提供了一種具有該射料裝置的壓鑄機，本實用新型可用于非晶合金成型，其優點是采用流變成型的溫度相對較低，對成型模具材料的要求和損耗都明顯降低。
文檔編號B22D17/02GK201618837SQ200920262038
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月26日 優先權日2009年12月26日
發明者孫帥 申請人:比亞迪股份有限公司