一种采用四工位机构控制的合金熔体真空定量浇注设备与方法与流程

本发明涉及一种采用四工位机构控制的合金熔体真空定量浇注设备与方法，主要应用于铝合金及镁合金的压铸、挤压铸造、重力铸造，属于铸造设备领域。

背景技术：

铝合金及镁合金因其比强度大、质量轻，铸造性能良好等特点，被广泛地应用于航空航天、汽车、建筑等领域，并在这些领域发挥着越来越重要的作用。伴随着科技的不断发展和进步，也不断地对铝合金及镁合金的性能提出更高的要求。

由于铝合金及镁合金中的铝元素和镁元素均为化学性质极为活泼的元素，很容易与空气中的氧气发生反应而被氧化。因此，在铝合金及镁合金的浇注过程中，如果能够保证熔体不与或者少与空气接触，就能减少合金在浇注过程中的氧化，减少合金熔体内的氧化夹杂，从而最终减少合金铸件的缺陷，提高合金铸件的性能。同时，如果能够在浇注时实现合金的精确定量，就能提高材料的利用率，减少原材料的浪费，减少铸件成型后的二次加工，从而降低生产成本，提高生产效率。因此，在铝合金及镁合金浇注领域，解决氧化和定量这两大技术问题对行业的重要性不言而喻。

中国专利授权号为CN103153501B的发明专利公开了一种名称为“用于计量熔料的装置和方法以及铸造机”的专利。该专利能够初步实现对合金熔体在隔绝空气的情况下进行的定量浇注。其方法是采用非金属材料制造的圆形密封容器放于合金熔体中，在对圆形密封容器抽真空的作用下，使熔体吸入圆形密封容器。当密封容器内达到一定的熔体量时停止抽真空。移动密封容器到浇注位置后，控制系统阀门打开向密封容器中充入惰性气体让熔体流出，浇入到指定位置，当到达额定的浇注时间或者额定的密封容器剩余重量后自动停止，等待下一铸造循环。此技术存在一定的缺点：一、虽然在摄取和转移合金熔体的过程中使用惰性气体和密封容器保证了熔体与空气的隔绝，但是在浇注时从密封容器中排放出的熔体就会不可避免地接触到空气，导致熔体被氧化。二、在浇注时，如果密封容器与压室或料筒距离过远，会导致熔体流出时呈紊流状态，容易产生卷气；如果密封容器与压室或料筒距离过近，流出的熔体有可能粘附到密封容器的外壁，造成熔体的污染和损失。

为解决上述技术问题，我们发明了具有独立排液和排气功能的定量浇注装置，而如何通过简单的方式实现排气口和排液口的独立开闭，在定量摄取和浇注过程中实现灵活快捷的排气和排液操作，具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提供采用四工位机构控制的合金熔体真空定量浇注设备，能够通过一台驱动系统实现多个排气塞和排液塞的开启/关闭，在摄取和浇注全过程实现对合金熔体的保护，防止其氧化，污染及卷气。

为实现上述目的，本发明采取技术方案如下：

一种采用四工位机构控制的合金熔体真空定量浇注设备，包括T字形横梁，真空定量浇注装置，驱动及传动装置、反馈信号接收装置、控制系统，

所述T字形横梁一端连接驱动及传动装置，一端连接用以控制真空定量浇注装置移动的机械装置，下端连接真空定量浇注装置；

所述真空定量浇注装置包含锥形容器罐、气体填充管，所述锥形容器罐呈上宽下窄的形状；所述气体填充管位于锥形容器罐的内部，与其同心；所述气体填充管下端突出于锥形容器罐的下端，即气体填充管最下端低于锥形容器罐的最下端，且气体填充管下端开口有一定的收缩；

所述驱动及传动装置包括四工位的驱动机构、连接件、排气口关闭塞、排液口关闭塞、所述驱动机构通过连接件分别与排气口关闭塞、排液口关闭塞刚性连接，并将驱动机构的运动传递给排气口关闭塞和排液口关闭塞，所述排液口关闭塞位于气体填充管下端的排气口处，所述排液口关闭塞为两个，分别位于排液口关闭塞两侧的排液口处，所述排气口关闭塞位于排液口关闭塞下方，

所述四工位的驱动机构可通过连接件驱动排气口关闭塞和排液口关闭塞同时往复运动，使其停留在不同的位置，以实现排气口和排液口的独立开启/关闭。

所述的四工位包括：

第一工位：驱动机构下行，排气口关闭塞关闭排气口、排液口关闭塞打开排液口，

第二工位：驱动机构继续下行，排气口关闭塞关闭排气口、排液口关闭塞关闭排液口，

第三工位：驱动机构继续下行，排气口关闭塞打开排气口、排液口关闭塞关闭排液口，

第四工位：驱动机构上行，排气口关闭塞打开排气口、排液口关闭塞打开排液口。

优选的，所述密封容器还包括上盖，所述上盖将锥形容器罐和气体填充管进行密封，上盖与密封容器的连接处、所述上盖与气体填充管的连接处、以及所述上盖上的所有孔均设有密封垫圈防止漏气。

利用所述的设备进行合金熔体真空定量浇注的方法，利用驱动及传动装置驱动排气口关闭塞和排液口关闭塞，使其停留在不同的位置，以实现排气口和排液口的独立开启/关闭，所述的四工位包括：

第一工位：驱动机构下行，排气口关闭塞位于排气口中，从而关闭排气口；排液口关闭塞位于排液口上方，从而打开排液口，

第二工位：驱动机构继续下行，排气口关闭塞位于排气口中，从而关闭排气口；排液口关闭塞位于排液口中，从而关闭排液口，

第三工位：驱动机构继续下行，排气口关闭塞位于排气口下方，从而打开排气口；排液口关闭塞位于排液口中，从而关闭排液口，

第四工位：驱动机构上行，排气口关闭塞位于排气口上方，从而打开排气口；排液口关闭塞位于排气口上方，打开排液口。

在浇注过程中随着液面上移，机械装置带动真空定量浇注装置逐渐上移，该过程中根据需要选择是否打开排气口对模具或者压室通入惰性气体。

本发明的优点是：

1、本发明使用一个四工位气缸同步控制排液口关闭塞和排气口关闭塞，实现在摄取熔体，转移熔体、填充惰性气体、浇注熔体四个步骤中排气口和排液口互不干扰，在实现惰性气体保护浇注的同时最大程度地简化结构，同时实现多功能和提高可靠性。

2、本发明在浇注时移动真空定量浇注装置的排液口到压室或者料筒的底部，并在浇注过程中逐渐上移直至浇注结束，即能保证浇注过程中合金熔体不发生紊流而卷气，又能保证合金熔体不会因为和密封容器的外壁接触而被污染，并且该浇注过程中还可以同时充入惰性气体，在真空定量浇注装置上移导致压室内的惰性气体环境被破坏的情况下，可以实现惰性气体环境的随时形成；减少铸件气孔和夹杂，提高铸件质量。

3、本发明在密封容器内部设置一个惰性气体填充管，能够在浇注之前通过惰性气体填充管向压室或者料筒内通入惰性气体，保证合金熔体在浇注时处于惰性气体环境中，从而减少熔体的氧化和吸氢，减少铸件的气孔和氧化夹杂，提高铸件质量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的摄取熔体过程示意图。

图3为本发明转移熔体过程示意图。

图4为本发明填充惰性气体保护过程示意图。

图5为本发明浇注过程示意图。

图6为本发明浇注过程中惰性气体保护示意图。

图7为本发明浇注过程中真空定量浇注装置位置变化示意图。

其中，1—机械装置；2—固定装置；3—驱动及传动装置；4—真空定量浇注装置；5—反馈信号接收装置；6—控制系统；7—合金熔体；8—炉体；9—压室或者料筒；31—四工位气缸；32—活塞杆；33—连接件；41—密封容器；42—排气口关闭塞；43—排液口关闭塞；44—内部金属液面探针；45—外部金属液面探针；46—抽真空装置；47—惰性气体填充装置；411—锥形容器罐；412—惰性气体填充管；413—上盖；414—法兰盘；4131—孔一；4132—孔二；4133—孔三。

具体实施方式

下面结合附图1至附图7和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明所述的合金熔体真空定量浇注设备，包括机械装置1、固定装置2、驱动及传动装置3、真空定量浇注装置4、反馈信号接收装置5、控制系统6。真空定量浇注装置4又包含密封容器41、排气口关闭塞42、排液口关闭塞43、内部金属液面探针44、外部金属液面探针45、抽真空装置46、惰性气体填充装置47。固定装置2为一T字形横梁，一端固定一个四工位气缸31，一端固定真空定量浇注装置4，最后一端固定在机械装置1上，这样既保证了四工位气缸31和真空定量浇注装置4的相对固定，同时使真空定量浇注装置可以在机械装置1的控制下移动或者转动。驱动及传动装置3包括一个四工位气缸31、活塞杆32和用来传动的连接件33。四工位气缸31固定在固定装置2上。连接件33为一个圆盘，其中心部位一个圆柱形推杆，两侧对称布置有两个圆柱形推杆。圆盘连接四工位气缸31的活塞杆32，中心圆柱形推杆连接排气口关闭塞42，两侧圆柱形推杆连接排液口关闭塞43，这样排气口关闭塞42和排液口关闭塞43能够在四工位气缸31的控制下实现开启和关闭。密封容器41由锥形容器罐411、惰性气体填充管412、上盖413、法兰盘414这四部分组成。其中，锥形容器罐411是由上部宽下部窄的两个圆柱形管组成的近似锥形的容器，上部开口较大，下部开口较小。惰性气体填充管412为一圆柱形管，下端开口缩小。惰性气体填充管412位于锥形容器罐411的内部，两者同轴心。惰性气体填充管412和锥形容器罐411通过法兰盘414固定在上盖413上，连接处有密封圈保证装置的气密性。连接件33的三个圆柱形推杆和内部金属液面探针44通过上盖413上面的通孔插入密封容器，通孔处设有密封圈保证装置的气密性。上盖413上面的孔一4131通过未画出的弹性补偿管连接抽真空装置46，孔二4132和孔三4133通过未画出的弹性补偿管连接惰性气体填充装置47。即，抽真空装置46通过孔一4131对密封容器41抽真空，惰性气体填充装置47通过孔二4132和孔三4133向密封容器41填充惰性气体。排气口关闭塞42为一圆柱形塞子，和惰性气体填充管412的下端内壁紧密配合，它一端连接到连接件33上，通过四工位气缸31的控制实现开闭。排液口关闭塞43为一环形塞子，和惰性气体填充管412下端外壁以及锥形容器罐411下端内壁配合，它的一端连接到连接件33上，通过四工位气缸31的控制实现开闭。排气口关闭塞42和排液口关闭塞43在装配时存在一定的轴向位置关系，这样可以保证在摄取、储存、浇注合金熔体7和填充惰性气体保护时两者不会相互干涉。内部金属液面探针44固定在上盖413上，作用是监测合金熔体液面是否达到指定高度，即合金熔体摄取量是否满足要求，其深度可以根据所需的合金熔体量进行调节。外部金属液面探针45固定在法兰盘414上，作用是检测密封容器41的底部是否浸入合金熔体7的液面下一定的深度，保证在液面以下摄取合金熔体7。内部金属液面探针44、外部金属液面探针45均电连接到反馈信号接收装置5，用将物理信号转换化为电信号。机械装置1、四工位气缸31、抽真空装置46、惰性气体填充装置47、反馈信号接收装置5均电连接到控制系统6上，以实现整个设备的自动控制。

本发明所述的合金熔体真空定量浇注设备的工作过程是：

1、确定浇注量，通过计算，确定密封容器41内合金熔体吸入高度，调整内部金属液面探针44高度，使其固定在相应高度；

2、通过控制系统6控制机械装置1使设备在炉体8内向下移动，直到外部金属液面探针45接触到合金熔体7的液面，外部金属液面探针45通过反馈信号接收装置5将信号传给控制系统6，在控制系统6的作用下，设备停止移动；

3、通过控制系统6控制四工位气缸31动作，使活塞杆32位于1工位，此时排液口关闭塞43打开，排气口关闭塞42保持关闭；

4、通过控制系统6启动抽真空装置46，通过孔一4131从密封容器41抽真空；

5、密封容器41内液面在内外压差的作用下上升，当合金熔体到达指定浇注量时，液面接触到内部金属液面探针44，内部金属液面探针44通过反馈信号接收装置5将信号传给控制系统6，在控制系统6作用下，气缸31动作，使活塞杆32位于2工位，排液口关闭塞43关闭，同时抽真空装置46停止抽真空；

6、控制系统6控制机械装置1移动定量浇注装置4到压室9，使其深入压室9足够的深度；

7、通过控制系统6，使气缸31动作，活塞杆32位于3工位，排气口关闭塞42打开，排液口关闭塞43保持关闭；

8、通过控制系统6启动惰性气体填充装置47，通过孔三4133向密封容器41内通入惰性气体，惰性气体通过惰性气体填充管412进入压室9；

9、惰性气体被通入压室9，一定时间后压室9内被惰性气体充满，在控制系统6的作用下，惰性气体填充装置47关闭，同时气缸31动作使活塞杆32恢复2工位，排气口关闭塞42关闭；

10、通过控制系统6控制气缸31动作，使活塞杆32位于1工位，排液口关闭塞43打开，排气口关闭塞42保持关闭，同时启动惰性气体填充装置47，向孔二4312内通入惰性气体，合金熔体在惰性气体推力及重力的作用下流入压室9；

11、在浇注过程中随着液面上移，控制系统6控制机械装置1带动真空定量浇注装置4逐渐上移，保证浇注过程中密封容器41即不会离合金熔体液面太高也不会浸入合金熔体，直至浇注完成；

同时该步骤还可以如下方式进行：真空定量浇注装置4逐渐上移实现浇注的过程中，气缸31动作使活塞杆32上移到达4工位，此时排液口关闭塞43和排气口关闭塞42均位于排气口和排液口上方，排气口和排液口均打开，浇注过程中伴随着惰性气体的通入，在真空定量浇注装置4上移导致压室9内的惰性气体环境被破坏的情况下，通过以上方式可以实现惰性气体环境的随时形成；

12、控制系统6控制气缸31动作，使活塞杆32位于2工位，排液口关闭塞43关闭，机械装置1带动真空定量浇注装置4移走，等待下一循环。

本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。