一种连铸连锻装置及方法.pdf

本发明公开了一种连铸连锻装置及方法，包括模具、固定模具的工作台、开合模机构，以及压射缸，在机架上固定一个以上向模具方向施力的锻压缸，还具有温度控制装置、声波发射装置、传感器、连接装置及控制系统。本发明实时检测金属液的凝固状态，并且将信号传递给MCU，MCU控制锻打的时机，该加工装置及方法，不受周围环境温度的影响，提高了工业自动化的程度及工件的质量。

1.  一种连铸连锻装置，包括模具、固定模具的工作台、开合模机构，以及压射缸，在机架上固定一个以上向模具方向施力的锻压缸，其特征在于，还包括：
温度控制装置，所述温度控制装置是设置于模具内，用于使模具型腔周围由传感器一侧至锻压侧的温度逐渐升高的装置；
声波发射装置，所述声波发射装置是用于朝所述模具型腔方向发射声波的装置；
传感器，所述传感器位于声波发射装置同侧，是用于接收返回声波的装置；
连接装置，所述连接装置前端伸入模具内，尾端置于模具外并连接着所述传感器；
控制系统，所述控制系统是连接着所述传感器，用于接收传感器产生的信号与预设值比较，并控制着锻压装置启动锻压动作的系统。

2.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述温度控制装置的温度上升线为单向线。

3.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述传感器为压电晶体式传感器。

4.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述声波发射装置发射的声波为超声波。

5.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述连接装置前端面平行于其靠近的模具型腔底侧。

6.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述控制系统包括MCU与存储器，所述存储器中存储有预设定值。

7.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述模具型腔的底侧开设凹坑，所述凹坑与所述连接装置前端位置相对应。

8.  根据权利要求1所述的连铸连锻装置，其特征在于，所述声波发射装置与所述传感器为一体式装置。

9.  一种连铸连锻方法，具有模具合模步骤，向模具型腔注入金属液的步骤，锻打铸件步骤，开模取件步骤，其特征在于，还包括以下步骤：
a)由温度控制装置使模具型腔周围由传感器一侧至锻压侧的温度逐渐升高的步骤；
b)由声波发射装置向模具型腔发射声波的步骤；
c)由传感器接收返回的声波信号，然后转换为电信号，并将所述信号传到控制系统MCU的步骤；
d)由控制系统MCU调取预存储在存储器中的预定值，并将步骤c)中所产生的电信号值与所述预定值进行比较的步骤；
e)经步骤d)的比较当所述实际电信号值达到预定值时，控制系统启动锻打的步骤。

10.  根据权利要求9所述的连铸连锻方法，其特征在于，还包括步骤，
d0)在控制系统的存储器中预设初始值的步骤。

一种连铸连锻装置及方法
技术领域
本发明涉及连铸连锻装置，特别涉及一种自动调节铸造后的锻造时间、提高锻造产品质量的装置。本发明还涉及连铸连锻的方法，特别涉及一种自动调节铸造后的锻造时间、提高锻造产品质量的连铸连锻方法。
背景技术
早期低压铸造、压力铸造、液态金属模锻(或称挤压铸造)所使用的设备，一般没有专用的锻造机构，即使是液态金属模锻设备，也仅是在完成液态金属注入模具型腔后，其压射缸继续对工件施以较之浇注更大的压力，以实现在工件冷却过程中保持适当的压力，但仍无法在模腔内直接实现锻打，因此铸件的显微组织仍为铸态组织，工件的质量仍欠佳。后来逐渐有了连铸连锻设备，但是液态金属在铸造型腔内的冷却时间不稳定，受周围环境温度变化或外界各种因素的影响较大，因而在预定的锻打时间，液态金属的凝固时间波动，造成工件良品率下降。
发明内容
本发明旨在提供一种不受外界环境温度影响、提高工件强度、降低成本、高自动化的连铸连锻装置。
本发明另一个目的在于提供一种不受外界环境温度影响、提高工件强度、大大增加工件良品率的连铸连锻方法。
本发明装置是这样实现的：一种连铸连锻装置，包括模具、固定模具的工作台、开合模机构，以及压射缸，在机架上固定一个以上向模具方向施力的锻压缸，还包括，温度控制装置，所述温度控制装置是设置于模具内，用于使模具型腔周围由传感器一侧至锻压侧的温度逐渐升高的装置；声波发射装置，所述声波发射装置是用于朝所述模具型腔方向发射声波的装置；传感器，所述传感器位于声波发射装置同侧，是用于接收返回声波的装置；连接装置，所述连接装置前端伸入模具内，尾端置于模具外并连接着所述传感器；控制系统，所述控制系统是连接着所述传感器，用于接收传感器产生的信号与预设值比较，并控制着锻压装置启动锻压动作的系统。
本发明的一种连铸连锻方法，具有模具合模步骤，向模具型腔注入金属液的步骤，锻打铸件步骤，开模取件步骤，还包括以下步骤：a)由温度控制装置使模具型腔周围由传感器一侧至锻压侧的温度逐渐升高的步骤；b)由声波发射装置向模具型腔发射声波的步骤；c)由传感器接收返回的声波信号，然后转换为电信号，并将所述信号传到控制系统MCU的步骤；d)由控制系统MCU调取预存储在存储器中的预定值，并将步骤c)中所产生的电信号值与所述预定值进行比较的步骤；e)经步骤d)的比较当所述实际电信号值达到预定值时，控制系统启动锻打的步骤。
本发明采用的连铸连锻装置及相应的控制系统，能够实时检测金属液的凝固状态，并且将信号传递给MCU，MCU控制锻打的时间，能够使工件的强度提高30％。同时加工成本降低30％，并且这种加工装置及方法，不受周围环境温度的影响，对当今工业高自动化生产来说是很有价值的。
附图说明
图1为本发明的连铸连锻装置主视图；
图2为本发明的连铸连锻装置工作状态示意图；
图3为本发明的连铸连锻装置与控制系统示意图；
图4为本发明的电信号变化曲线示意图；
图5为本发明的温度控制装置温度曲线示意图；
图6为本发明连铸连锻方法的流程图。
具体实施方式
下面结合图1至图6对本发明连铸连锻装置及方法做进一步详细说明。
由机架1、开合模机构2、固定模具3的工作台4和活动梁5以及压射缸6构成压铸机，在机架上固定多个可向模具方向施力的锻压缸7。如图2，锻压缸7固定在活动梁5上，可对模具开合方向可移动的镶块8施锻打力。
模具的两侧可安装侧压缸9，如图1，侧压缸用于从两侧压紧模具，其能保证液态金属冷却时和凝固后高温断打时的压力，侧压缸可在模具两侧对模具外壁对称施压，以提高模具耐锻打力的强度，提高模具使用寿命；同时，在零件加工好后，侧压缸可松开模具，便于抽芯。
本发明所述的连铸连锻装置，由于在机架上固定一个以上锻压缸，可向模具方向施力，在模腔中根据工件的形状设置可移动的镶块，锻压缸的锻造压力作用在镶块上，并通过镶块将锻打力作用于工件。所述的连铸连锻机工作时，按压铸工艺向模腔内注入液态金属并保持压力，以实现铸件的凝固补缩。待铸坯结晶凝固尚处于高温状态时，启动锻压缸，推动模腔的镶块将锻打力作用于工件12上，锻压缸可对镶块施持续的静压力，也可往复动作多次锻打工件。使用所述设备，可使工件在模腔内直接实现锻打，提高工件的质量。
如图3、图4，为了准确把握液态金属的凝固时间，本实施例使用了状态检测装置，具体就是用压电晶体式传感器10来检测液态金属的凝固时间，即在模具下方设置传感器10，同时设置声波发射装置12由下向上对着液态金属发射声波，优选纵或横向超声波，这样，超声波穿过固态金属及液态金属，由于二者密度和刚度的差异(液体刚度为零)，在其分界面会有一定的声波能量被反射回来，当液态金属开始凝固时，界面穿越性加强，声波返回的能量会减小，该能量返回并被压电晶体式传感器10接收，造成传感器的微量压变，并产生电信号E1。该传感器10联入系统电路中，电路中MCU连接的存储器14中预先存储一个值E0，MCU调取E0并将实际电信号值E1与E0进行比较，当E1逐渐降低达到E0时，表明液态金属已开始凝固，MCU发送指令，控制锻压缸7动作，开始锻打。这样，无论周围环境温度如何变化，都会对锻打时间掌握得很好，只需人为设置初始值E0，以进行比较，而在设备作业过程中，不需人为调整时间，从而提高自动化程度的同时，提高了工件12的质量。所述声波发射装置12与所述传感器10可以为一体式装置。
另外，为了使模具型腔中的液态金属在朝向传感器10一侧先凝固以利于探测，同时使其朝向锻打的一侧后凝固以易于锻打，在模具中设置温度调节控制装置13，以本实施例为例，使模具型腔附近的温度由下朝上逐渐升高。该温度控制装置13可以为加热的金属丝，或用冷却液体的流量和温度来实现，例如实现1℃/cm的温差。以冷却液体为例，在靠近模具型腔下侧附近流量大，在上侧流量小，这样就会利于模具型腔底部比上部温度低，从而使工件12底部121先凝固。如图5，温度可以是直线上升，如直线A，也可以是曲线上升，如曲线B、C所示。总体来说，温度变化线为单向直线或曲线，即该温度的变化可以是不均匀的，但温度的变化趋势必须是一致的，即由一侧到另一侧逐渐上升，并且温度较低的一侧是传感器10所在的一侧。例如，温度上升线可以为直线或类似抛物线形。
由于模具3的型腔及附近温度较高，压电晶体式传感器10不能够直接放置于模具内，需要设置连接装置。本方案中，在模具3下方开槽31，该槽31顶端开设螺纹孔，用一个顶端有螺纹的长形金属棒11伸入槽31并旋入螺纹孔内固定。金属棒11的顶端111与工件12的底侧121平行设置，以利于返回声波的接收。金属棒11的顶端111靠近模具型腔底侧。金属棒11的另一端，即下端伸出于模具外，设置有传感器10及声波发射装置12。该传感器10连接入系统控制电路中。
第二实施例中，在模具型腔的底侧开设凹坑，该凹坑底侧尽量平行于金属棒11的顶端111，在型腔内注入加热的金属液体后，由于凹坑小，局部散热快，并且温度控制装置13使型腔底侧温度稍低，那么在凹坑处的金属液必定率先凝结成工件的突出部122。金属棒11的顶端111与突出部122的位置相对应。工件的突出部122相对于工件12整体来说，是相当小的一部分，在经锻打，开模并取出工件后，可以将突出部122打掉或切割掉。上述开设的凹坑要求尺寸较窄，以使突出部122窄小，便于后期将突出部122从工件分离掉。
上述实施例中，锻压压力来自于正上方，传感器设置于模具下方，温度控制装置使模具的温度由下方向上方逐渐升高。当然，依据实际需要，模具也可以横向放置，例如，由左侧施加锻压力，传感器设置于模具右侧，温度控制装置使模具的温度由右侧向左侧逐渐升高，其它相同，不再赘述。
如图6，为本发明连铸连锻方法的流程图，由温度控制装置使模具型腔周围由传感器一侧至锻压侧的温度逐渐升高的步骤可以在最开始进行，也可以在模具合模以后进行，对本发明无影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。