发明公布-201910230239.0-一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统及方法
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<blockquote>
<p>以下内容整理自《发明公布-201910230239.0-一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统及方法.pdf》</p>
</blockquote><p>(19)中华人民共和国国家知识产权局</p>
<p>(12)发明专利申请</p>
<p>(10)申请公布号 CN 109909471 A</p>
<p>(43)申请公布日 2019.06.21</p>
<p>(21)申请号 201910230239 .0</p>
<p>(22)申请日 2019 .03 .26</p>
<p>(71)申请人 东北大学</p>
<p>地址 110819 辽宁省沈阳市和平区文化路3</p>
<p>号巷11号</p>
<p>(72)发明人 李琦</p>
<p>孙祥坤 吴健</p>
<p>(74)专利代理机构 沈阳东大知识产权代理有限</p>
<p>公司 21109</p>
<p>代理人 梁焱</p>
<p>(51)Int .Cl .</p>
<p>B22D 17/08(2006 .01)</p>
<p>B22D 17/32(2006 .01)</p>
<p>B22D 17/30(2006 .01)</p>
<p>B22D 17/20(2006 .01)</p>
<p>CN 109909471 A</p>
<p>权利要求书3页</p>
<p>(54)发明名称</p>
<p>一种合金成分在线可调的多金属注射成型</p>
<p>系统及方法</p>
<p>(57)摘要</p>
<p>一种合金成分在线可调的多金属注射成型</p>
<p>系统及方法，</p>
<p>系统包括多个注射装置、多个压射</p>
<p>装置、</p>
<p>过渡模块、</p>
<p>混合模块和模具，</p>
<p>各过渡室入口</p>
<p>通道从过渡室向外部的方向向下，</p>
<p>且各过渡室入</p>
<p>口通道的轴线与水平面的夹角为β；</p>
<p>多个压射装</p>
<p>置的压室的轴线为同一个圆的直径延长线，</p>
<p>圆的圆心位于过渡室的轴线上；</p>
<p>方法为：</p>
<p>(1 )准备</p>
<p>合金原料；</p>
<p>( 2 )坩埚预热和压射装置预热；</p>
<p>( 3 )合</p>
<p>金原料融化倒入各储液箱；</p>
<p>( 4 )计算过渡室和混</p>
<p>合室的预设温度；</p>
<p>(5)设定各注射液压缸行程(6)</p>
<p>设定推进速度；</p>
<p>(7)混合室电磁搅拌；</p>
<p>将过渡室和</p>
<p>混合室加热至预设温度；</p>
<p>( 8 )启动各压射装置的</p>
<p>压射液压缸，</p>
<p>直至完成多金属注射成型。本发明</p>
<p>的方法提高了不同时间段合金成分的稳定性和</p>
<p>均匀性。</p>
<p>说明书7页</p>
<p>附图5页</p>
<p>CN 109909471 A</p>
<p>1/3 页</p>
<p>1 .一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>由机械部分和控制部分组成，</p>
<p>机械部分包括多个注射装置、多个压射装置、过渡模块、</p>
<p>混合模块和模具，</p>
<p>控制部分由主控</p>
<p>计算机和装配有PLC的操作台组成；</p>
<p>所述的模具、</p>
<p>混合模块和过渡模块同时位于定模板内并</p>
<p>从上到下排列；</p>
<p>其特征在于：</p>
<p>过渡模块设有多个过渡室入口通道将过渡室与过渡模块的外</p>
<p>部连通；</p>
<p>各过渡室入口通道从过渡室向外部的方向向下，</p>
<p>且各过渡室入口通道的轴线与水</p>
<p>平面的夹角为β；</p>
<p>所述的压射装置包括压室、压射冲头和压射液压缸，</p>
<p>压室穿过定模板与过</p>
<p>渡室入口通道连通，</p>
<p>压室从过渡室入口通道向外部的方向向下，</p>
<p>且压室的轴线与水平面的</p>
<p>夹角为α，</p>
<p>压射冲头位于压室内部，</p>
<p>且压射冲头与压射液压缸装配在一起；</p>
<p>压射冲头的上方</p>
<p>设有压室进料口，</p>
<p>压室进料口将压室与外部连通，</p>
<p>并装配有鹅颈导管连接套，；</p>
<p>压室外包覆</p>
<p>有压室保温装置，</p>
<p>压室保温装置内设有压室保温电阻丝用于加热，</p>
<p>并设有压射测温元件；</p>
<p>个压射装置的压室的轴线为同一个圆的直径延长线，</p>
<p>且该圆的圆心位于过渡室的轴线上；</p>
<p>所述的注射装置由鹅颈导管装置、注射液压装置和储液箱组成；</p>
<p>鹅颈导管装置由鹅颈导管</p>
<p>和鹅颈导管保温装置，</p>
<p>其中鹅颈导管的出口端外部套有鹅颈导管保温装置，</p>
<p>其中鹅颈导管</p>
<p>保温装置内部设有注射保温电阻丝用于加热保温；</p>
<p>鹅颈导管连接套将鹅颈导管的出口端与</p>
<p>压室进料口固定连接在一起，</p>
<p>使鹅颈导管的出料口与压室进料口连通；</p>
<p>鹅颈导管的进口端</p>
<p>装配有注射液压装置，</p>
<p>鹅颈导管上设有鹅颈导管进料口，</p>
<p>鹅颈导管进料口将鹅颈导管内部</p>
<p>与储液箱的坩埚内部连通；</p>
<p>注射液压装置的注射液压缸和注射冲头装配在一起，</p>
<p>其中注射</p>
<p>冲头位于鹅颈导管内鹅颈导管进料口的上方；</p>
<p>储液箱的坩埚外部装配有保温炉，</p>
<p>保温炉内</p>
<p>设有保温炉电阻丝用于加热，</p>
<p>坩埚测温元件插入坩埚内部，</p>
<p>坩埚上还设有保护气导管用于</p>
<p>通入保护气。</p>
<p>2 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的鹅颈导管的底端位于坩埚内的底部，</p>
<p>鹅颈导管的出口端位于坩埚外部，</p>
<p>注射液压缸</p>
<p>位于坩埚外部，</p>
<p>注射冲头位于坩埚内部。</p>
<p>3 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的过渡模块的过渡室的顶部与混合模块的混合室底部连通，</p>
<p>混合模块的混合室顶部与</p>
<p>模具内部空间连通。</p>
<p>4 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的过渡模块内设有过渡电阻丝环绕在过渡室外，</p>
<p>过渡模块内还装配有过渡模块测温元</p>
<p>过渡室由上部的圆柱体部分和下部的倒锥体部分组成，</p>
<p>其中过渡室入口通道位于倒椎</p>
<p>体部分的顶部。</p>
<p>5 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的混合模块内设有混合电阻丝环绕在混合室外，</p>
<p>混合模块内设有电磁感应线圈环绕在</p>
<p>混合室外用于电磁搅拌；</p>
<p>混合模块内还设有混合模块测温元件；</p>
<p>混合室由上方的圆柱体部</p>
<p>分和下方的圆台体部分组成，</p>
<p>圆柱体部分的横截面积等于圆台体部分顶面的面积。</p>
<p>6 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的压射液压缸上装配有压射伺服阀，</p>
<p>注射液压缸上装配有注射伺服阀；</p>
<p>压射伺服阀和</p>
<p>注射伺服阀的控制端与操作台装配在一起；</p>
<p>注射测温元件、</p>
<p>压射测温元件、</p>
<p>过渡模块测温元</p>
<p>件和混合模块测温元件的信号输出端与操作台装配在一起；</p>
<p>注射保温电阻丝、压室保温电</p>
<p>阻丝、</p>
<p>保温炉电阻丝、</p>
<p>过渡电阻丝、</p>
<p>混合电阻丝和模具电阻丝的信号输出端通过数据线与操</p>
<p>CN 109909471 A</p>
<p>2/3 页</p>
<p>作台连接，</p>
<p>操作台与计算机装配在一起。</p>
<p>7 .根据权利要求1所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型系统，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>所述的β＝20°</p>
<p>～30°</p>
<p>α＝β。</p>
<p>8 .一种合金成分在线可调的多金属注射成型方法，</p>
<p>其特征在于采用权利要求1所述的</p>
<p>系统，</p>
<p>包括如下步骤：</p>
<p>(1)准备合金原料；</p>
<p>当合金原料为N种时，</p>
<p>选择过渡室入口通道数量为N的过渡模块；</p>
<p>个过渡室入口通道连接一个压射装置，</p>
<p>每个压射装置装配一个注射装置；</p>
<p>(2)预先设定各合金原料对应的注射装置和压射装置，</p>
<p>分别将注射装置的储液箱内的</p>
<p>坩埚预热，</p>
<p>预热温度高于对应的合金原料的熔点10～30℃，</p>
<p>同时与该注射装置装配在一起</p>
<p>的压射装置的压室也分别加热到相同温度；</p>
<p>(3)将各合金原料分别加热至融化为液态合金原料，</p>
<p>然后分别倒入对应的注射装置的</p>
<p>储液箱内；</p>
<p>(4)计算过渡室和混合室的预设温度；</p>
<p>首先确定各合金原料的熔点温度，</p>
<p>设各合金原料</p>
<p>按熔点从高到低的顺序依次为M0、</p>
<p>M1、</p>
<p>M2……Mn-1、</p>
<p>Mn ，</p>
<p>当M0的质量达到或超过全部合金原料总</p>
<p>质量的50％时，</p>
<p>以M0的合金原料的熔点作为预设温度；</p>
<p>当M0的质量不到全部合金原料总质量</p>
<p>的50％时，</p>
<p>按M1、</p>
<p>M2……Mn-1的顺序逐个将各合金原料的质量计算到M0中，</p>
<p>直至总质量达到或</p>
<p>超过全部合金原料总质量的50％，</p>
<p>再以计算到其中的各合金原料中熔点温度最低的合金原</p>
<p>料的熔点作为预设温度；</p>
<p>当熔点温度最低的合金原料Mn的质量达到或超过全部合金原料总</p>
<p>质量的50％时，</p>
<p>以熔点温度最低的合金原料的熔点高出10～20℃作为预设温度；</p>
<p>(5)设定各注射液压缸行程，</p>
<p>控制注射装置进行一次注射时，</p>
<p>输送到压室的液态合金原</p>
<p>料刚好充满压室；启动各注射装置的注射液压缸，</p>
<p>分别将各注射装置内的液态合金原料注</p>
<p>射进各压室；</p>
<p>(6)设定各液压装置的压射液压缸推进速度分别为V1 、V2 、V3 ...Vn ，</p>
<p>并且各满足如下公</p>
<p>式中，</p>
<p>V为该液压装置内压射液压缸推进速度，</p>
<p>单位为m/s；</p>
<p>ρ为该液压装置内的液态合</p>
<p>金原料在凝固状态下的密度，</p>
<p>单位为kg/m ；</p>
<p>C为该液压装置内的液态合金原料占全部合金</p>
<p>原料的质量分数，</p>
<p>单位为％；</p>
<p>(7)通过电磁搅拌装置对混合模块内的混合室施加电磁搅拌；</p>
<p>将过渡室和混合室加热</p>
<p>至预设温度；</p>
<p>(8)同时启动各压射装置的压射液压缸，</p>
<p>按设定的推进速度V1、</p>
<p>V2 、</p>
<p>V3 ...Vn分别将各压室</p>
<p>内的液态合金原料压入过渡室，</p>
<p>并经由混合室在电磁搅拌作用下形成半固态浆料，</p>
<p>再进入</p>
<p>模具内，</p>
<p>完成多金属注射成型。</p>
<p>9 .根据权利要求8所述的一种合金成分在线可调的多金属注射成型方法，</p>
<p>其特征在于</p>
<p>各压室的总容积等于过渡室、</p>
<p>混合室和模具内部空间的总容积；</p>
<p>各压射</p><hr>
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