本发明涉及非晶合金成型技术领域， 具体涉及一种非晶合金构件铸造成型设 备和工艺。 背景技术

±夬状非晶合金由于其具有独特的长程无序、 短程有序的原子排列结构， 表现 出一系列优异的物理、 化学和力学性能， 如高强度、 高弹性、 高断裂顿性、 高比 强度、 超塑性、 高耐蚀性、 突出的磁特性、 优良的成型性等， 从而越来越被广泛 的应用在航空、 航天以及民用领域。 目前， 非晶合金应用最为成功的性能是其突 出的软磁特性， 这方面取得了惊人的进歩和极大的效益。 以非晶合金作为磁性部 件的小型发动机以及变压器在商业上已经取得 初歩的成功。 Zr基非晶合金所具有 的高弹性， 使得其被作为结构件成功应用到了高尔夫球杆 的顶端， 网球拍等体育 用品之上， 非晶合金优异的成型性及超塑性使得它可以被 用来制备微小、 精密的 器件， 例如精密微型齿轮和轴承。 另外， 非晶合金还往往被用作涂层材料、 光学 材料和电极材料。

随着大块非晶应用的日益广泛， 非晶合金的加工和成型工艺也逐渐的受到了 广泛的关注， 从而为非晶合金进一歩发展铺平了道路。 例如非晶合金的悍接、 切 削、 精密铸造等等。 在铸造技术中， 当每次成型的所有动作完成后， 要实现原材 料的进给， 必然要破坏主腔室的真空， 或者造成气体的大量浪费， 这样会导致非 晶合金工件每次工作周期的延长和生产效率的 降低。 此外， 模具为了实现真空条 件下的成型， 添加了密封圈， 因而导致在充型过程中， 模腔周围没有排气孔， 使 得在非晶合金构件的表面容易形成气孔或者缩 孔。 此外， 已报道的技术中， 其真 空腔室或者保护气氛腔室都需要一段时间进行 抽取真空， 或者充入具有一定压力 的气体， 这些都导致非晶合金构件成型效率降低。 发明内容

本发明的目的在于提供一种非晶合金构件铸造 成型设备和工艺， 采用该铸造 成型设备进行非晶合金构件的制备， 能够有效提高非晶合金构件的成型效率和成 成型质量。

为实现上述目的， 本发明的技术方案是：

一种非晶合金构件铸造成型设备， 包括压射系统、 合金熔炼系统、 原材料进 给系统、 模具系统、 真空系统和及保护气氛系统， 其中：

合金熔炼系统：用于合金的熔炼，设于真空室 中，包括熔炼坩埚和加热装置， 所述加热装置采用感应线圈或者电阻丝对熔炼 坩埚加热； 所述加热装置设于熔炼 坩埚外；

压射系统： 包括压射筒、 压射机构、 压射杆和设于压射杆末端的压射活塞， 所述压射机构通过压射杆控制压射活塞在压射 筒内的运动， 压射筒上设有浇口 ·， 所述压射杆、 压射筒和压射活塞设于真空室内， 所述压射机构设于真空室外， 所 述压射杆与真空室之间采用波纹管实现真空密 封， 有效降低动态密封结构的漏气 概率；

原材料进给系统： 包括储料箱、 送料滑道和送料杆， 储料箱位于真空室中， 储料箱底部设有弹簧片， 使得储料箱内合金料能够向上移动； 通过送料杆将合金 料经过送料滑道送入熔炼坩埚中； 所述储料箱顶部设置盖体， 加入合金料后， 盖 体固定在储料箱上（对合金料顶端起到限位作 用），储料箱的侧壁上部设置相对应 的孔， 送料杆通过储料箱上的孔将合金料送入熔炼坩 埚中；

模具系统： 包括定模、 密封圈、 动模、 模腔、 排气通道、 定压单向阀门、 模 具浇道和合模开模机构； 其中： 合模开模机构用于控制动模和定模的开合， 动模 和定模闭合后， 其内形成模腔， 模腔通过模具浇道与压射筒实现连通， 模腔通过 排气通道实现与外界 ¾ ， 排气通道末端设有定压单向阀门， 动模和定模之间通 过密封圈实现密封；

真空系统： 包括真空机组和真空罐体， 真空机组通过阀门 II连接真空罐体， 真空罐体通过管道连接真空室， 所述真空罐体连接真空室的管道上设有阀门 III； 保护气氛系统： 包括保护气氛气瓶以及与之相连接的储气罐， 储气罐再通过 管道连接到真空室； 所述保护气氛气瓶与储气罐相连接的管道上设 有阀门 I， 储 气罐连接真空室的管道上设有阀门 IV。 所述送料杆将合金料送入熔炼坩埚中， 加热熔化后的合金料通过浇口进入压 射筒内。

所述真空室上设有用于测量熔炼坩埚中合金液 温度的红外测温仪以及监控合 金熔化状态的摄像头。

所述铸造成型设备还设有控制面板， 用于对动模和定模的开合控制、 加热装 置的温度控制和压射杆的运动控制。

所述铸造成型设备能够根据实际需求在真空或 者正压气氛下进行工作。

所述保护气氛气瓶内装有惰性气体。

所述模具系统中的定压单向阀门安装在在定模 和 /或动模上，定压单向阀门的 数量为一个或多个， 数目根据工件的尺寸和形状进行确定。

所述熔炼坩埚为三氧化二铝材质或氮化硼材质 ； 或者， 熔炼坩埚为带有陶瓷 涂层的石墨坩埚。

禾拥上述设备进行非晶合金构體造成型工艺， 包括以下歩骤：

( 1 )定模和动模之间依靠密封圈形成密封连接，� �气通道装有定压单向阀门， 最终获得密闭的模腔；

(2)将装满合金料的储料箱装入真空室，通过储 料箱底部的弹簧片将合金料 向上推移， 送料杆向左移动， 将合金料经过送料滑道送入熔炼坩埚；

(3)打开阀门 II， 通过真空机组使得真空罐实现真空， 当模具实现密封后， 打开阀门 III， 使得模腔、 压射筒和储料箱内都获得所需真空度； 当需要在真空条 件下进行工作时， 直接进行歩骤， 当需要在正压保护气氛下进行工作时， 打开阀 门 I， 向储气罐内充入一定压力的保护气氛， 然后打开阀门 IV， 使得真空室、 模 腔、 压射筒和储料箱内都获得所需压力的保护气氛 ， 压力通过定压单向阀门进行 设置；

(4)通过加热装置将合金料熔化，禾 U用翻转机构将合金熔体通过浇口倒入压 射筒内， 随后压射杆以一定速度和加载力向左通过压射 活塞将合金熔体挤入模腔 中， 在合金熔体充樹莫腔的过程中， 定压单向阀门打开， 使得模腔中多余的气体 排气通道排出；

(5)合金熔体在模腔中充型完毕冷却后，通过充 气管道充入与外界压力平衡 的气体（当使用正压保护气氛条件下工作时， 可以省略充气过程)， 打开模腔， 整 个工件的铸造成型流程完毕； (6)重新开始下一个流程。

上述铸造成型工艺中， 在第一个流程中合金熔化和充型的过程中， 通过真空 机组使得真空罐实现高真空， 贝 IJ在下一个流程中省略相应操作（下一流程为� ��真 空条件下工作时)；或者，在第一个流程中合� �熔化和充型的过程中，打开阀门 I， 向储气罐内充入一定压力的保护气氛， 贝 IJ在下一个流程中省略相应操作（下一流 程为在正压保护气氛下工作时)。

上述铸造成型工艺中， 在真空下进行工作的时候， 真空度为 10- ² Pa。

上述铸造成型工艺中， 在具有正压保护气氛条件下工作的时候， 保护气体压 力介于 1-1.5个大气压之间。

本发明设备及工艺可用于非晶合金构件的制备 ， 如： Zr基非晶合金、 Ί 基非 晶合金、 Fe基非晶合金、 Ni基非晶合金、 A1基非晶合金、 Mg基非晶合金或 Cu 基非晶合金； 也可用于活性金属如 Ti合金、 A1合金和 Mg合金工件的制备。

本发明原理如下：

本发明铸造成型设备上添加了原料的进给系统 ，使得原材料补给的周期延长。 在真空或者保护气氛系统中引入高真空罐和储 气罐， 当设备在熔炼和挤铸脱模、 装模的时候， 可以预先对真空罐和储气罐进行抽取真空和充 入正压的保护气氛， 随后通过阀门很快的实现工作的真空度或者一 定压力的保护气氛， 这些都有效的 缩短了每次非晶构件的工作周期， 提高了生产效率。 此外， 该设备结构简单， 制 造和维护成本很低， 能够实现连续自动化生产。

本发明主要用于非晶合金构件的制备， 可以实现在真空和正压气体保护下进 行非晶合金构件挤铸成型， 本发明中的设备需要实现的真空或者正压保护 气氛空 间大幅度减小， 在模具上添加排气口， 有效解决合金构件成型过程中表面微小缩 孔的形成， 提高非晶合金构件质量。 通过使用高真空罐或者保护气体罐， 有效解 决成型过程中真空或者正压保护气氛的获得， 缩短成型周期， 节约生产成本， 极 大提高生产效率。

本发明具有以下优点：

1、 在设备上添加了原料的进给系统， 使得原材料补给的周期延长。

2、 有效的缩短了每次非晶构件的工作周期， 提高了生产效率。 附图说明 图 1为本发明铸造成型设备结构示意图。

其中： 1-保护气氛气瓶； 2-储气罐； 3-阀门 I、 5-阀门 II、 7-阀门 III、 30-阀门 IV； 4-真空机组； 6-真空罐； 8-红外测温仪； 9-摄像头； 10-控制面板； 11-定模； 12-模腔； 13-密封圈； 14-排气通道； 15-动模； 16-定压单向阀门； 17-合模开模机 构； 18-模具浇道； 19-压射筒； 20-加热装置； 21-熔炼坩埚； 22-送料滑道； 23-真 空室； 24-送料杆； 25-合金料； 26-储料箱； 27-弹簧片； 28-波纹管； 29-压射机构； 31-浇口； 32-压射活塞； 33-压射杆。 具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述， 但是应当理解本发明的保护范围并不 受具体实施方式的限制。

如图 1所示， 本发明非晶合金构件铸造成型设备包括压射系 统、 合金熔炼系 统、 原材料进给系统、 模具系统、 真空系统和及保护气氛系统， 其中：

合金熔炼系统： 用于合金的熔炼， 设于真空室 23中， 包括熔炼坩埚 21和加 热装置 20， 所述熔炼坩埚 21为三氧化二铝材质或氮化硼材质； 或者， 熔炼坩埚 21为带有陶瓷涂层的石墨坩埚； 所述加热装置 20采用感应线圈或者电阻丝对熔 炼坩埚 21加热； 所述加热装置 20设于熔炼坩埚 21外。

压射系统：包括压射筒 19、压射机构 29、压射杆 33和设于压射杆 33末端的 压射活塞 32，所述压射机构 29通过压射杆 33控制压射活塞 32在压射筒 19内的 运动， 压射筒 19上设有浇口 31; 所述压射杆 33、 压射筒 19和压射活塞 32设于 真空室 23内， 所述压射机构 29设于真空室 23夕卜， 所述压射杆 33与真空室 23 之间采用波纹管 28实现真空密封， 有效降低动态密封结构的漏气概率；

原材料进给系统：包括储料箱 26、送料滑道 22和送料杆 24，储料箱 26位于 真空室 23中，储料箱 26底部设有弹簧片 27， 使得储料箱 26内合金料 25能够向 上移动； 通过送料杆 24将合金料 25经过送料滑道 22送入熔炼坩埚 21中， 加热 熔化后的合金料 25通过浇口 31进入压射筒 19内。所述储料箱 26顶部设置盖体， 加入合金料后， 盖体固定在储料箱 26上（对合金料顶端起到限位作用）， 储料箱 26的侧壁上部设置相对应的孔，送料杆 24通过储料箱 26上的孔将合金料送入熔 炼坩埚 21中；

模具系统： 包括定模 11、 密封圈 13、 动模 15、 模腔 12、 排气通道 14、 定压 单向阀门 16、模具浇道 18和合模开模机构 17；其中：所述定压单向阀门 16安装 在在定模 11和 /或动模 15上， 定压单向阀门 16的数量为一个或多个， 数目根据 工件的尺寸和形状进行确定;合模开模机构 17用于控制动模 15和定模 11的开合， 动模 15和定模 11闭合后， 其内形成模腔 12， 模腔 12通过模具浇道 18与压射筒 19实现 ¾ ， 模腔 12通过排气通道 14实现与外界 ¾ ， 排气通道 14末端设有 定压单向阀门 16， 动模 15和定模 11之间通过密封圈 13实现密封；

真空系统：包括真空机组 4和真空罐体 6，真空机组 4通过阀门 II 5连接真空 罐体 6，真空罐体 6通过管道连接真空室 23，所述真空罐体 6连接真空室 23的管 道上设有阀门 ΠΙ7;

保护气氛系统： 包括保护气氛气瓶 1以及与之相连接的储气罐 2， 保护气氛 气瓶 1内装有惰性气体。储气罐 2通过管道连接到真空室 23; 所述保护气氛气瓶 1与储气罐 2相连接的管道上设有阀门 I 3， 储气罐 2连接真空室 23的管道上设 有阀门 IV30。

所述真空室 23上设有用于测量熔炼坩埚 21中合金液温度的红外测温仪 8以 及监控合金熔化状态的摄像头 9。

所述铸造成型设备还设有控制面板 10，用于对动模 15和定模 11的开合控制、 加热装置 20的温度控制和压射杆 33的运动控制。

所述铸造成型设备能够根据实际需求在真空或 者正压气氛下进行工作。

禾拥上述设备进行非晶合金构件铸造成型工艺 ， 包括以下歩骤：

(1 )定模 11和动模 15之间依靠密封圈 13形成密封连接，排气通道 14装有 定压单向阀门 16， 最终获得密闭的模腔 12;

(2)将装满合金料 25的储料箱 26装入真空室 23，通过储料箱 26底部的弹 簧片 27将合金料 25向上推移， 送料杆 24向左移动， 将合金料 25经过送料滑道 22送入熔炼坩埚 21;

(3)打开阀门 115， 通过真空机组 4使得真空罐 6实现真空， 当模具实现密 封后， 打开阀门 ΠΙ7, 使得模腔 12、压射筒 19和储料箱 26内都获得所需真空度; 当需要在真空条件下进行工作时， 直接进行歩骤（4)， 当需要在正压保护气氛下 进行工作时，打开阀门 1 3， 向储气罐 2内充入一定压力的保护气氛，然后打开阀 门 IV30,使得真空室 23、模腔 12、压射筒 19和储料箱 26内都获得所需压力的保 护气氛， 压力通过定压单向阀门 16进行设置； (4)通过加热装置 20将合金料 25熔化，禾 1J用翻转机构将合金熔体通过浇口 31倒入压射筒 19内， 随后压射杆 33以一定速度和加载力向左通过压射活塞 32 将合金熔体挤入模腔 12中，在合金熔体充±纖腔 12的过程中， 定压单向阀门 16 打开， 使得模腔 12中多余的气体排气通道 14排出；

(5)合金熔体在模腔 12中充型完毕冷却后， 通过充气管道充入与外界压力 平衡的气体（当使用正压保护气氛 牛下工作时，可以省略充气过程)，打开模腔� � 整个工件的铸造成型流程完毕；

(6)重新开始下一个流程。

上述铸造成型工艺中， 在第一个流程中合金熔化和充型的过程中， 通过真空 机组 4使得真空罐 ό实现高真空， 贝 IJ在下一个流程中省略相应操作（下一流程为 在真空条件下工作时)；或者，在第一个流程� �合金熔化和充型的过程中，打开阀 门 I 3，向储气罐内充入一定压力的保护气氛，贝 IJ在下一个流程中省略相应操作 (下 一流程为在正压保护气氛下工作时)。

上述铸造成型工艺中， 在真空下进行工作的时候， 真空度为 10— ² Pa。

上述铸造成型工艺中， 在具有正压保护气氛条件下工作的时候， 保护气体压 力介于 1-1.5个大气压之间。