本發(fā)明有關(guān)于一種鑄鍛成型方法及其裝置，尤指一種將金屬的鑄造方法與鍛壓方法相互結(jié)合，一次性實現(xiàn)金屬成型，將成型流程大大縮短，并可降低生產(chǎn)成本的鑄鍛成型方法及其裝置。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)小型金屬配件會采用精密鑄造或者精密模鍛的工藝方式生產(chǎn)，例如運動器材(高爾夫球頭、打擊面)、殼狀結(jié)構(gòu)(電子部品機殼、表殼)、小型五金配件、汽車零組件等；其中，精密鑄造首先要制作準備一鑄模，其設(shè)有一模穴，該模穴具有預定成品的規(guī)格；接著，將蠟液注入該鑄模的模穴以形成一蠟?zāi)＃蛔栽撃Ｑㄈ〕鲈撓災(zāi)?，再將該蠟?zāi)＝{形成一高分子砂漿殼模；接著，加熱使蠟?zāi)Ｈ刍鞒鲈撎沾蓺ね饽?；再將融熔金屬液注入該陶瓷殼外模以形成一初胚。最后，將該初胚再?jīng)數(shù)道表面加工，即可制得預定規(guī)格的成品。

其中，精密鑄造中殼模制作周期長，工藝復雜，其鑄造后的金屬表面會產(chǎn)生松散且較厚的生成物(α-Ti)，其機械強度較差，且殼模為一次性使用無法重復使用。

另外，精密模鍛方式其制程首先選用由鍛造用碳鋼或合金鋼制成的一金屬塊，接著使該金屬塊經(jīng)過數(shù)個鍛模的數(shù)次鍛壓處理。在鍛造過程中，由于各鍛模的模穴依序一連串形成形狀變化，因此可逐漸使該金屬塊的外形輪廓同步鍛壓成對應(yīng)形狀的初胚。最后，將該初胚再經(jīng)數(shù)道表面加工，即可制得預定規(guī)格的成品。

雖然，該鍛造成型的成品具有均勻且結(jié)構(gòu)強度高等優(yōu)點，但是由于鍛造過程使用過多鍛模數(shù)量，其容易導致開模及制造成本過高、不適合大量生產(chǎn)、不易制造復雜造型及鍛模易因施壓變形而必需經(jīng)常更換等缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決此課題，本發(fā)明提供一種可將金屬的鑄造方法與鍛壓方法相互結(jié)合，一次性實現(xiàn)金屬成型，將成型流程大大簡化縮短，并可降低生 產(chǎn)成本的技術(shù)手段。

為達成上述的目的，本發(fā)明的鑄鍛成型方法至少藉由一熔煉室、一鑄造室、一頂壓系統(tǒng)及真空系統(tǒng)完成鑄鍛成型；其中，先提供一金屬模具組裝至該鑄造室內(nèi)，再將一金屬物料置放于該熔煉室，以及在真空狀態(tài)下進行加熱，此時該鑄造室同時進行預熱，待該熔煉室內(nèi)的金屬物料形成熔融狀時，且對該鑄造室進行抽真空后，將熔融狀的金屬物料充填至該金屬模具，再啟動該頂壓系統(tǒng)對該金屬模具進行鍛造成型，完成半固態(tài)成品，待冷卻后則完成本發(fā)明鑄鍛成型的成品。

依據(jù)上述技術(shù)特征，進一步設(shè)有氣體提供系統(tǒng)，藉以提供厭氧氣體至該坩鍋內(nèi)。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述真空系統(tǒng)對該熔煉室的坩鍋內(nèi)進行抽真空，其真空度系達0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述氣體提供系統(tǒng)所提供的厭氧氣體為氬氣或氮氣。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述真空系統(tǒng)設(shè)有至少一真空泵。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述真空系統(tǒng)設(shè)有第一、第二真空泵；其中，該第一真空泵為機械泵，可對該熔煉室及鑄造室形成低真空，該第二真空泵為魯氏泵，可對該熔煉室及鑄造室形成高真空。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述金屬物料為鈦、鈦合金、鋁合金或不銹鋼。

為達成上述的目的，本發(fā)明另提供一種鑄鍛成型裝置，其至少包含：一熔煉室、一鑄造室、一頂壓統(tǒng)及真空統(tǒng)，該熔煉室設(shè)有爐蓋、坩鍋及第一加熱單元，該第一加熱單元對該坩鍋進行加熱，該爐蓋供蓋合于該熔煉室上方；該鑄造室設(shè)于該熔煉室一側(cè)，該鑄造室設(shè)有一容置空間可供容置金屬模具，另有一導管連通于該坩鍋及該容置空間；該頂壓系統(tǒng)設(shè)于該鑄造室一側(cè)，其設(shè)有一控制單元、第二管路、動力單元及頂壓模桿，該第二管路分別與該控制單元及該動力單元連接，而該頂壓模桿則與該動力單元連接，由該動力單元提供該頂壓模桿朝該容置空間位移的動力；以及該真空系統(tǒng)分別對該熔煉室及鑄造室進行抽真空，而該真空系統(tǒng)設(shè)有至少一真空泵。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述鍛成型裝置進一步設(shè)有一氣體提供系統(tǒng)，設(shè)于該熔煉室一側(cè)，其設(shè)有一儲存桶及第一管路，該第一管路連通該儲存桶及該熔煉室，用以提供厭氧氣體至該坩鍋內(nèi)。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述真空系統(tǒng)設(shè)有第一、第二真空泵，該第一真空泵為機械泵，可對該熔煉室及鑄造室形成低真空，該第二真空泵為魯氏泵，可對該熔煉室及鑄造室形成高真空。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述動力單元為油壓加壓缸。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述鑄造室進一步設(shè)有第二加熱單元。

依據(jù)上述技術(shù)特征，所述第一加熱單元為加熱線圈，且該第一加熱單元繞設(shè)于該坩鍋外，該第二加熱單元為加熱線圈或熱電阻。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明中鑄鍛成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2所示為本發(fā)明中鑄鍛成型方法的流程步驟示意圖。

圖3所示為本發(fā)明鑄鍛成型成品的金相組織示意圖。

圖4所示為現(xiàn)有精密鑄造成品的金相組織示意圖。

圖號說明：

熔煉室1

爐蓋11

坩鍋12

第一加熱單元13

鑄造室2

容置空間21

導管22

氣體提供系統(tǒng)3

儲存桶31

第一管路32

頂壓系統(tǒng)4

控制單元41

第二管路42

動力單元43

頂壓模桿44

真空系統(tǒng)5

第一真空泵51

第二真空泵52

金屬模具6

柱狀晶組織71

松散的生成物72

等軸晶組織73。

具體實施方式

請參閱圖1所示為本發(fā)明鑄鍛成型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。首先，本發(fā)明的鑄鍛成型方法藉由一鑄鍛成型裝置完成鑄鍛成型；其中，該鑄鍛成型裝置至少包含：一熔煉室1、一鑄造室2、一氣體提供系統(tǒng)3、一頂壓系統(tǒng)4及真空系統(tǒng)5；該熔煉室1設(shè)有爐蓋11、坩鍋12及第一加熱單元13，該第一加熱單元13對該坩鍋12進行加熱，該爐蓋11供蓋合于該熔煉室1上方，可將該坩鍋12封閉，該第一加熱單元13可以為加熱線圈，且該第一加熱單元13繞設(shè)于該坩鍋12外。

該鑄造室2設(shè)于該熔煉室1一側(cè)，如圖所示的實施例中，該鑄造室2位于該熔煉室1的下方，該鑄造室2設(shè)有一容置空間21可供容置金屬模具6，另有一導管22連通于該坩鍋12及該容置空間21。而該鑄造室2進一步設(shè)有第二加熱單元(圖位示)，可對該鑄造室2進行加熱，該第二加熱單元可以為加熱線圈或熱電阻。

該氣體提供系統(tǒng)3設(shè)于該熔煉室1一側(cè)，其設(shè)有一儲存桶31及第一管路32，該第一管路32連通該儲存桶31及該熔煉室1，用以提供厭氧氣體至該坩鍋12內(nèi)，該厭氧氣體為氬氣或氮氣。

該頂壓系統(tǒng)4設(shè)于該鑄造室2一側(cè)，其設(shè)有一控制單元41、第二管路42、動力單元43及頂壓模桿44，該第二管路42分別與該控制單元41及該動力單元43連接，而該頂壓模桿44則與該動力單元43連接，由該動力單元43提供該頂壓模桿44朝該容置空間21位移的動力；其中，該頂壓系統(tǒng)4可以為油壓系統(tǒng)，而該動力單元43為油壓加壓缸，且如圖 所示的實施例中，該頂壓模桿44位于該容置空間21之下；當然，該頂壓模桿亦可位于該容置空間的旁側(cè)。

該真空系統(tǒng)5其分別對該熔煉室1及鑄造室2進行抽真空，而該真空系統(tǒng)5設(shè)有至少一真空泵，如圖所示的實施例中，該真空系統(tǒng)5設(shè)有第一、第二真空泵51、52，該第一真空泵51為機械泵，可對該熔煉室1及鑄造室2形成低真空，該第二真空泵52為魯氏泵，可對該熔煉室1及鑄造室2形成高真空；其中，利用該第一、第二真空泵51、52相互串聯(lián)使用，可取得大排氣量且高真空度的系統(tǒng)。

請同參閱圖2所示，本發(fā)明的鑄鍛成型方法至少包含下列步驟。

提供一金屬模具6，并將該金屬模具6組裝至該鑄造室2的容置空間21內(nèi)。

提供一坩鍋12，并將該坩鍋12組裝至該熔煉室1，且裝填一金屬物料(圖未示)于該坩鍋12內(nèi)，再將該爐蓋11蓋合于該熔煉室1上方，而將該坩鍋12封閉，并利用該真空統(tǒng)5對該坩鍋12內(nèi)進行抽真空，其真空度0.310-1Pa～1.010-1Pa，本發(fā)明利用至少一真空泵(例如機械泵及魯氏泵)，可由不同的真空泵的抽真空能力相互搭配，可達成高真空或低真空的需求；而裝填于坩鍋內(nèi)的金屬物料可為鈦、鈦合金(例如可為64鈦)、鋁合金或不銹鋼。

利用第二加熱單元加熱該金屬模具6，使其溫度為40℃至500℃。

當坩鍋內(nèi)的真空度達0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa時，則停止該真空系統(tǒng)5對該坩鍋12抽真空。

藉由該氣體提供系統(tǒng)3提供厭氧氣體至該坩鍋12內(nèi)；此時，該坩鍋12在真空度達0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa后，其坩鍋12內(nèi)充滿厭氧氣體(可以為氬氣或氮氣)，讓該坩鍋內(nèi)形成無氧環(huán)境，在后續(xù)加熱步驟時，可防止容置于坩鍋12內(nèi)的金屬物料形成氧化。

利用第一加熱單元13加熱該坩鍋12，加熱溫度達到該金屬物料的熔點，以將該金屬物料形成熔融狀。例如，若置放于坩鍋內(nèi)的金屬物料為鈦合金，則加熱溫度須達1600℃至1800℃，才得以將金屬物料完全形成熔融狀。

利用該真空系統(tǒng)5對該鑄造室的金屬模具6進行抽真空，其真空度 達0.3×10^-1Pa～1.0×10^-1Pa，可讓金屬模具6形成無氧環(huán)境。

將坩鍋12內(nèi)熔融狀的金屬物料經(jīng)由該導管22充填至該金屬模具6。此時，熔融狀的金屬物料其溫度較高(若為鈦合金其溫度達約1600℃至1800℃)，而充填至該金屬模具6后，因金屬模具6的溫度為40℃至500℃，具有降溫作用讓金屬物料形成半固態(tài)，而完成鑄造工序。

之后，再啟動該頂壓系統(tǒng)4對該金屬模具6進行鍛造成型，利用該控制單元41控制該動力單元43，使該頂壓模桿44朝該金屬模具6位移并提供壓力，以完成半固態(tài)成品。其中，該控制單元41可控制動力單元43施加的壓力及時間的設(shè)定及調(diào)整。

待冷卻后則完成成品。其中，本發(fā)明所應(yīng)用的產(chǎn)品運動器材(高爾夫球頭、打擊面)、殼狀結(jié)構(gòu)(電子部品機殼、表殼)、小型五金配件、汽車零組件等，且藉由本發(fā)明的成形方法及裝置，不僅在鑄造工序中熔融及冷卻金屬物料時，提供無氧環(huán)境，更在鍛造成型亦提供了無氧環(huán)境，可確保金屬物料在鑄造及鍛造成型過程中不會形成氧化，讓成品不易因氧化而形成松散的生成物，可提升成品的機械強度及延伸性。

請參閱圖3所示為本發(fā)明鑄鍛成型成品的金相組織示意圖，以及圖4所示為現(xiàn)有精密鑄造成品的金相組織示意圖。本發(fā)明鑄鍛成型成品中，均為非等軸柱狀晶組織71與等軸晶組織73形成的復合組織，相較于現(xiàn)有精密鑄造成品，其均為等軸晶組織73的生成物(α-Ti)72的分布區(qū)域較多較厚；再將本發(fā)明鑄鍛成型成品與現(xiàn)有精密鑄造成品分別進行抗拉強度、降伏強度及延伸率的測試，其測試結(jié)果如下表所示：

表1

由表1的測試結(jié)果可知，本發(fā)明鑄鍛成型成品在抗拉強度、降伏強度及延伸率相較于現(xiàn)有精密鑄造成品均有提升。