CN104368790A - 一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法，在波动高压铸锻一次成型机上，采用保温转液装置将液态金属输送到模具入口，再采用压力把液态金属输入模腔内压力铸造，待液态金属充满模腔后0.01～2S，瞬时完成对模腔内液态或半固态金属的波动高压锻造，完成压铸锻造一次成型，具体包括压力铸造和波动高压锻造步骤，严格控制工艺参数。采用本发明提供的方法，在同一生产周期中对液态或者半固态金属进行压力铸造和波动高压锻造一次成型，制备出的零部件相比传统压铸件在缩孔数量上明显减少，强度和延伸率得到明显提高。本发明提供的方法特别适合生产形状复杂、强度要求高的精密机械零部件，其制造成本低，且不影响生产效率。
Description
技术领域
本发明属于金属材料液态成型技术领域，具体地说本发明涉及一种金属材料从液态到高性能零部件的金属液态波动高压铸锻一次成型的方法。
背景技术
液态金属压力铸造因成本低，效率高，可制备复杂形状的产品，而被广泛应用，但液态金属熔体在高压、高速下射入模具型腔，容易导致型腔中的气体难以排除以及紊流导致铸件内形成气孔、缩孔和疏松等缺陷，特别是压铸形状复杂、性能要求高的精密机械零部件成品率低，影响其性能，如汽车用结构件。因此，国内外研究人员纷纷研究新的铸造方法及成型设备。目前已有的成型技术如半固态射铸、真空压铸和挤压铸造技术应运而生。半固态射铸成型设备投资大，工艺控制困难；真空压铸成型的***密封复杂，真空度难以控制，真空阀极易堵塞，清理频繁；挤压铸造成型充型速度太慢，影响生产效率。基于以上原因，上述成型方法均难以实现产业化。
已公开的专利文献(公开号为CN103834836A)提供了一种压铸锻造铝合金的制造方法，采用压铸和一次锻造、二次锻造及后续热处理和机械处理工艺，制备一种新型压铸铝合金。专利文献(公开号为CN103418771A)揭示一种金属件的铸锻成型方法，使熔融状态的金属原料降温形成金属件，然后再对金属件进行锻压和成型处理，具备压铸成型工序较少，且耗时较短的特性。但是，上述方法其锻造工艺都是在压铸和成型之后进行的，这样容易产生疏松、缩孔和气孔等缺陷，影响产品的致密性。
基于以上问题，本发明专利目的在于提供一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，可实现同一成型过程中连续完成高压铸造和波动高压锻造两种功能，同时实现对零件功能、形状和尺寸的精确控制，大幅减少产品疏松、缩孔和气孔等缺陷，提高产品的致密性。另外，在金属液凝固过程中施加波动高压锻击，打碎内部的粗大枝晶，细化组织，进一步提升产品的性能；最后可对成型后的产品进行热处理，再次提升铸件的力学性能；铸锻成型在极短时间内同时完成，不影响生产效率。
发明内容
本发明提出了一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法，具体通过以下工艺方案实现：
波动高压铸锻一次成型机，其原理是在压力铸造机的基础上附加波动高压锻造功能，两个大行程油缸完成合模和后模运动；锻压油缸及小行程氮气缸完成液态或半固态模锻；输送坯料油缸把液态金属输入至填充模腔，完成压力铸造及波动高压铸锻一次成型。采用加压锻造模具的结构包括与压铸模具类似的前后模、模框、模芯、滑块和流道外，还包括可以锻造的冲头。金属液态波动高压铸锻一次成型的工艺流程是把液态金属压射到模具型腔，压力铸造和波动高压锻造一次成型。
一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法具体工艺包括如下步骤：
A、压力铸造步骤
在波动高压铸锻一次成型机上，待金属在500-800℃完全溶化后，利用保温转液装置将熔料输送到模具入口，以8-40Mpa的压力，0.01-10m/s的填充速度将熔料输入到模腔内，完成压力铸造。以上压铸工艺参数的控制直接影响熔化的金属液是否能填满整个模具型腔，以及金属制品的气孔率。
B、波动高压锻造步骤
压力铸造待熔体充满型腔后0.01-2s，瞬时完成对所述液态或半固态金属的波动高压锻造，控制所述波动高压锻造的锻造压力为5-40Mpa，锻造模具的温度为200-400℃，锻造次数为1-5次，相邻两次锻造时间间隔为0.01-1s。
波动高压锻造动力为液压或气压***，或者两者组合，可以随时自由切换，气压***相对液压***锻造速度快。控制锻造压力为5-40Mpa，锻造压力***的速度和压力直接影响零部件的微观组织结构，从而影响零部件的质量。
控制锻造模具的温度为200-400℃，模具采用电加热，模具温度直接影响零部件的质量和模具的寿命。
控制锻造开始的时间是在液态金属填满整个模具型腔后0.01-2s，锻造开始时间直接影响熔体中的固液比例，锻造开始时间太短，熔体中还没有形成枝晶，锻击没有作用效果；锻造开始时间太长，熔体中枝晶已经完全固化，锻击破碎效果不明显。
控制锻造次数为1-5次，锻造次数直接影响零部件的质量和能耗，锻造次数少，零部件的性能达不到最佳值；锻造次数过多，对零部件的性能提升不起作用，增加能耗。
控制相邻两次锻造时间间隔为0.01-5s，两次锻造间隔的时间长短直接影响液态金属的凝固进程，从而影响锻造效果。
本发明提供的一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法与现有技术相比具有以下优点：
采用本发明提出的一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法，在同一生产周期中对液态或者半固态金属进行压力铸造和波动高压锻造一次成型，制备出的零部件相比压铸件在缩孔数量上明显减少，强度和延伸率能有效提高，特别适合生产形状复杂、强度要求高的精密机械零部件，制造成本低，且不影响生产效率。
附图说明
以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：
图1是本发明的一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法的工艺流程图。
具体实施例
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，在波动高压铸锻一次成型机上，采用压力把液态金属输入模腔内压力铸造和波动高压锻造一次成型，采用压力铸造待熔体充满型腔后0.01-2s，瞬时完成对所述液态或半固态金属的波动高压锻造。波动高压铸锻一次成型机是在普通压铸机基础上设计制造的，大部分结构和配件与压铸机相同，只是增加了锻压油缸及相关的构件。
请参阅图1是本发明的一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法的工艺流程图，具体的工艺参数及步骤如下：
A、压力铸造
在波动高压铸锻一次成型机上，待金属在500-800℃完全溶化后，利用保温转液装置将熔料输送到模具入口，以8-40Mpa的压力，0.01-10m/s的填充速度将熔料压射到模具型腔内，完成压力铸造。以上压铸工艺参数的控制直接影响熔化的金属熔料是否能填满整个模具型腔，以及最终金属制品的气孔率。
B、波动高压锻造步骤
1)波动高压锻造动力***压力
波动高压锻造动力为液压或气压***，两者可以随时自由切换，气压***相对液压***锻造速度快。控制锻造压力为5-40Mpa，锻造压力***的速度和压力直接影响零部件的微观组织结构，从而影响零部件的质量。
2)波动高压锻造模具的温度
控制锻造模具的温度为200-400℃，模具采用电加热，模具温度直接影响零部件的质量和模具的寿命。
3)波动高压锻造开始时间
控制锻造开始的时间是在液态金属填满整个模具型腔后0.01-2s，锻造开始时间直接影响熔体中的固液比例。锻造开始时间太短，熔体中还没有形成枝晶，锻击没有作用效果；锻造开始时间太长，熔体中枝晶已经完全固化，锻击效果不明显。
4)波动高压锻造次数
控制锻造次数为1-5次，锻造次数直接影响零部件的质量和能耗，锻造次数少，零部件的性能达不到最佳值；锻造次数过多，对零部件的性能提升不起作用，增加能耗。
5)相邻两次加压锻造时间间隔
控制相邻两次锻造时间间隔为0.01-5s，两次锻造间隔的时间长短直接影响液态金属的凝固进程，从而影响锻造效果
所述方法进一步包括对波动高压锻造后的模件进行热处理，可再次提升所述模件的力学性能。
具体实施例一：一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法制备汽车零部件。
采用波动高压铸锻一次成型机，其原理是在压力铸造机的基础上附加波动锻造功能，其结构是两个大行程油缸完成合模和后模运动；锻压油缸及小行程氮气缸完成液态或半固态模锻；输送坯料油缸：把液态金属输入至填充模腔。
采用加压锻造模具的结构包括与压铸模具类似的前后模、模框、模芯、滑块和流道外，还包括可以锻造的冲头。
金属液态波动高压铸锻一次成型方法制备汽车零部件的工艺如下：
A、压力铸造
采用波动高压铸锻一次成型机上，金属在690℃完全溶化后，利用保温转液装置将熔料输送到模具入口，以8-14Mpa的压力，4m/s的填充速度将液态金属输入到模具型腔内，直至填充完毕，完成压力铸造成型。
B、波动高压锻造
波动高压锻造动力可选择氮气压力***或液压***，控制锻造压力为14Mpa；
控制锻造模具的温度为250℃，模具加热采用电加热的方式；
控制锻造开始的时间是在液态金属填满整个模具型腔后0.01s；
控制锻造次数为3次；
控制相邻两次锻造时间间隔为1.7s；
通过以上工艺方法制备的汽车零部件大幅减少了产品疏松、缩孔和气孔等缺陷，产品致密性好，比传统的压铸件在缩孔数量上有明显减少，强度和延伸率提高20％以上。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，在波动高压铸锻一次成型机上，采用保温转液装置将液态金属输送到模具入口，再采用压力把液态金属输入模腔内压力铸造，其特征在于，待液态金属充满模腔后0.01～2S，瞬时完成对模腔内液态或半固态金属的波动高压锻造，完成压铸锻造一次成型，具体包括以下步骤：
A、压力铸造步骤
在波动高压铸锻一次成型机上，采用保温转液装置将熔融金属输送到模具入口，再采用压力把液态金属输入模腔内进行高压铸造，控制所述液态金属熔体温度为500-800℃，铸造压力为8-40Mpa，填充速度为0.01-10m/s；
B、波动高压锻造步骤
压力铸造待液态金属充满模腔后0.01～2S，瞬时完成对模腔内液态或半固态金属的波动高压锻造，控制所述波动高压锻造的锻造压力为5-40Mpa，锻造模具的温度为200-400℃，锻造次数为1-5次，相邻两次锻造时间间隔为0.01-5s。
2.根据权利要求1所述的一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，其特征在于，所述波动高压锻造开始时间为0.01-2s，所述波动高压锻造开始时间为所述压力铸造金属熔体填满整个模腔后至第一次加压锻造开始之间的时间间隔。
3.根据权利要求1所述的一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，其特征在于，所述波动高压锻造为液压***锻造、气压***锻造或者两者组合。
4.根据权利要求1所述的一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，其特征在于，所述方法进一步包括对波动高压锻造后的铸件进行热处理，提升所述铸件的力学性能。
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