一種液態(tài)金屬模鍛成型裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬成型工藝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種液態(tài)金屬模鍛成型裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁合金成型有鑄造和鍛造多種工藝，與鍛造相比，鑄造成型的零件容易獲得各種形狀，但其組織致密性先天不足，力學(xué)性能難以與鍛造相比。液態(tài)模鍛工藝作為一種液態(tài)成型方法可應(yīng)解決上述問(wèn)題，并能顯著提高液態(tài)成型零件的力學(xué)性能。
[0003]液態(tài)模鍛，又稱(chēng)擠壓鑄造、連鑄連鍛，是一種既具有鑄造特點(diǎn)，又類(lèi)似模鍛的新興金屬成形工藝。它是將一定量的被鑄金屬液直接澆注入涂有潤(rùn)滑劑的型腔中，并持續(xù)施加機(jī)械靜壓力，利用金屬鑄造凝固成形時(shí)易流動(dòng)的特點(diǎn)及鍛造技術(shù)，使已凝固的硬殼產(chǎn)生塑性變形，使金屬在壓力下結(jié)晶凝固，并強(qiáng)制消除因凝固收縮形成的縮孔縮松，以獲得無(wú)鑄造缺陷的液態(tài)模鍛制件。人們通常把這種方法稱(chēng)之為液態(tài)模鍛。
[0004]液態(tài)模鍛(擠壓鑄造)可分為兩大類(lèi):直接擠壓鑄造(direct squeeze casting)和間接擠壓鑄造(indirect squeeze casting)。直接擠壓工藝類(lèi)似于金屬模鍛，壓力直接施加于液態(tài)金屬的整個(gè)面上；間接擠壓工藝與壓鑄接近，壓力通過(guò)澆道間接作用于液態(tài)金屬上。間接擠壓鑄件內(nèi)部質(zhì)量低于直接擠壓件而高于壓鑄件。通常情況下，形狀簡(jiǎn)單的零件可以采用直接擠壓鑄造工藝，并可進(jìn)行熱處理進(jìn)一步提高性能；而形狀復(fù)雜的零件通常采用間接擠壓鑄造工藝，但間接擠壓鑄造工藝有時(shí)容易產(chǎn)生壓縮性氣孔，在熱處理時(shí)，膨脹會(huì)造成零件皮下氣孔，而導(dǎo)致報(bào)廢。此外，擠壓鑄造(或液態(tài)模鍛)容易產(chǎn)生較大的氧化物夾雜，在切削加工及表面拋丸處理時(shí)，由于暴露而造成零件報(bào)廢或者返工處理，增加了生產(chǎn)成本。
[0005]申請(qǐng)?zhí)枮?00910184256.1的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公布了一種擠壓鑄造用雙重液態(tài)模鍛模具，與擠壓鑄造設(shè)備的控制計(jì)算機(jī)相連，包括凹形的定模、與定模凹口相閉合的動(dòng)模、與定模除凹口外任一側(cè)所設(shè)內(nèi)澆口貫通相連的擠壓料筒及其擠壓活塞，以及設(shè)于動(dòng)模或定模中至少一個(gè)與控制計(jì)算機(jī)相連的擠壓沖頭，所述定模、動(dòng)模與擠壓沖頭圍成一吻合鑄件規(guī)格的型腔，所述各擠壓沖頭與動(dòng)模或定模之間形成間隙的滑動(dòng)配合，且擠壓沖頭連有鎖模機(jī)構(gòu)，鎖模狀態(tài)下各擠壓沖頭留有h距離的鍛壓量。該技術(shù)方案在擠壓充型后，附加加壓沖頭，并以此增加鑄件致密性，說(shuō)明附加沖頭的壓力很有效，但擠壓充型難以生產(chǎn)復(fù)雜形狀零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于加工復(fù)雜形狀零件，并能有效解決復(fù)雜零件液態(tài)模鍛成型時(shí)容易產(chǎn)生氣孔及氧化皮夾雜等問(wèn)題的液態(tài)金屬模鍛成型裝置及其使用方法。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0008]一種液態(tài)金屬模鍛成型裝置，該裝置與控制計(jì)算機(jī)相連，包括設(shè)有至少一個(gè)凹形腔的金屬定模以及與金屬定模相對(duì)設(shè)置的金屬動(dòng)模，所述的金屬動(dòng)模設(shè)有至少一個(gè)與凹形腔相適配的凹口，在工作狀態(tài)下，所述的凹口與凹形腔相閉合，共同構(gòu)成用于加工零件的型腔，所述的裝置還包括金屬澆注模，該金屬澆注模設(shè)有澆口杯、與澆口杯相連通的澆道以及封閉沖頭，該封閉沖頭一端與液壓缸傳動(dòng)連接，另一端插設(shè)在澆道上，所述的液壓缸通過(guò)電路與控制計(jì)算機(jī)相連接；
[0009]工作時(shí)，當(dāng)金屬定模、金屬動(dòng)模及金屬澆注模合模時(shí)，所述的澆道與型腔的結(jié)合處形成內(nèi)澆口，液態(tài)金屬通過(guò)澆口杯注入金屬澆注模的澆道，并經(jīng)內(nèi)澆口對(duì)型腔進(jìn)行充型，待液態(tài)金屬充滿型腔后，啟動(dòng)液壓缸，所述的封閉沖頭對(duì)型腔中的鋁合金液態(tài)金屬進(jìn)行擠壓及鍛造。
[0010]所述的金屬動(dòng)模的凹口處還設(shè)有輔助沖頭，工作時(shí)，所述的封閉沖頭與輔助沖頭共同對(duì)型腔中的液態(tài)金屬進(jìn)行擠壓及鍛造。
[0011]所述的封閉沖頭為圓柱形封閉沖頭。
[0012]所述的封閉沖頭的形狀根據(jù)鑄件形狀及抽芯原則也可以設(shè)計(jì)為其他形狀，例如水平面、斜面或曲面等。
[0013]所述的封閉沖頭與液壓缸傳動(dòng)連接，在實(shí)際工作過(guò)程中，可以調(diào)節(jié)其擠壓速度和擠壓壓力；工作時(shí)，當(dāng)液態(tài)金屬澆注充型時(shí)，封閉沖頭處于后退位置，不阻礙液態(tài)金屬運(yùn)動(dòng)，待充型結(jié)束時(shí)，封閉沖頭向前運(yùn)動(dòng)并進(jìn)入金屬定模，封閉已經(jīng)充滿型腔的液態(tài)金屬空間。
[0014]所述的金屬澆注模采用球墨鑄鐵制備而成，并且所述的金屬定模、金屬動(dòng)模、封閉沖頭及輔助沖頭均采用熱作模具鋼制備而成。
[0015]一種液態(tài)金屬模鍛成型裝置的使用方法，該方法具體包括以下步驟:
[0016](I)對(duì)金屬定模、金屬動(dòng)模及金屬澆注模進(jìn)行充分預(yù)熱，并對(duì)金屬定模的凹形腔、金屬動(dòng)模的凹口、金屬澆注模的澆口杯及澆道分別噴涂脫模劑；
[0017](2)將金屬動(dòng)模與金屬定模合模，構(gòu)成型腔；
[0018](3)將金屬澆注模與金屬動(dòng)模、金屬定模合模，澆道與型腔的結(jié)合處形成內(nèi)澆口 ；
[0019](4)將液態(tài)金屬注入金屬澆注模的澆口杯，依次通過(guò)澆道及內(nèi)澆口對(duì)型腔進(jìn)行充型，待液態(tài)金屬充滿型腔后，立即啟動(dòng)液壓缸，推動(dòng)封閉沖頭，封閉沖頭進(jìn)入金屬定模，使型腔內(nèi)的液態(tài)金屬處于封閉空間，再啟動(dòng)輔助沖頭，封閉沖頭與輔助沖頭對(duì)液態(tài)金屬同時(shí)進(jìn)行擠壓，控制適當(dāng)?shù)膲毫?，直至液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬鑄件；
[0020](5)封閉沖頭與輔助沖頭繼續(xù)加壓至設(shè)定值，保壓，對(duì)固態(tài)金屬鑄件進(jìn)行鍛造，制得鑄件產(chǎn)品，卸壓，將封閉沖頭與輔助沖頭退回至初始位置，移動(dòng)金屬動(dòng)模，打開(kāi)型腔，取出鑄件產(chǎn)品，金屬澆筑模開(kāi)模，取出模內(nèi)凝固的金屬。
[0021]步驟(I)所述的預(yù)熱的溫度控制為200_250°C。
[0022]步驟⑷所述的壓力為1-1.5MPa。
[0023]步驟(5)所述的壓力為1.5_2MPa，保壓時(shí)間為5-15s，而具體保壓時(shí)間按照零件材料類(lèi)型及體積來(lái)確定。
[0024]在實(shí)際成型過(guò)程中，根據(jù)合金熔點(diǎn)將步驟⑷與步驟(5)的溫度控制在合金熔點(diǎn)以上 30-80°C。
[0025]本發(fā)明裝置中，各模具的動(dòng)作及程序均由計(jì)算機(jī)控制的可調(diào)整的機(jī)械及液壓自動(dòng)或者半自動(dòng)方式運(yùn)行。
[0026]本發(fā)明通過(guò)金屬模具內(nèi)的饒注系統(tǒng)饒注液態(tài)金屬充型，為了使液態(tài)金屬平穩(wěn)流動(dòng)，可采取傾斜模具的澆注方法，該方法具體為設(shè)計(jì)寬的內(nèi)澆口，在內(nèi)澆口處連接同等寬度澆口杯，與模具固定在一起，開(kāi)始時(shí)，澆口杯水平高度低于型腔，液態(tài)金屬澆注到澆口杯后，緩慢傾斜整個(gè)模具，使型腔低于澆口杯，液態(tài)金屬靠重力，沿較寬內(nèi)澆口同時(shí)注入型腔，避免窄的液流充型產(chǎn)生匯流卷氣，減少液相內(nèi)氣孔。模具內(nèi)設(shè)置有排氣槽和集渣槽，排氣槽設(shè)置在分型面上，排氣孔、集渣槽截面較小，可以通氣，但液態(tài)金屬不會(huì)從這里流出；在排氣槽靠近型腔一側(cè)，在適當(dāng)位置可設(shè)置流入體積略大的凹槽，以便將液態(tài)金屬前端的夾渣可以排到集渣槽內(nèi)，到這一點(diǎn)實(shí)際上與普通的金屬型重力鑄造成型相同，實(shí)踐證明可以獲得無(wú)氣孔和夾雜的鑄件。
[0027]普通的金屬型澆注必須通過(guò)體積較大的冒口及冷鐵措施對(duì)液態(tài)金屬凝固及冷卻過(guò)程的收縮給予補(bǔ)縮，以避免鑄件內(nèi)產(chǎn)生明顯的疏松缺陷。而本發(fā)明的不同之處在于，液態(tài)金屬充滿型腔后，在適當(dāng)位置采用封閉沖頭及輔助沖頭立即