CN114130989A - 一种挤压铸造模具及工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种挤压铸造模具及工艺方法，其中模具包括上模和下模，下模的上侧设置有第一型腔面、第一内浇道面和储液槽；上模的下侧设置有第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头，第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头分别与第一型腔面、第一内浇道面和储液槽位置相对；上模与下模合模时，第二型腔面和第一型腔面上下围成型腔，第二内浇道面和第一内浇道面上下围成内浇道，内浇道的两端分别与型腔和储液槽相通，挤压冲头伸入储液槽内。该模具结构简单，利用该模具实施的挤压铸造工艺方法将间接挤压铸造、直接挤压铸造和双重挤压铸造的优点融为一体，可实现一模多件生产，提高生产效率，并实现多种成分的金属或合金的大型复杂复合材料铸件的生产。

Description

一种挤压铸造模具及工艺方法

技术领域

本发明涉及一种模具及工艺方法，具体是一种挤压铸造模具及工艺方法。

背景技术

挤压铸造，又称液态模锻，是一种新型金属成型工艺。挤压铸造可分为直接挤压铸造、间接挤压铸造和双重挤压铸造三种。

直接挤压铸造：液态或半固态金属直接浇入凹模(下模)中，挤压冲头直接挤压在液态或半固态金属上，使金属充填由冲头和凹模组成的型腔并在压力下凝固成铸件的工艺方式。直接挤压铸造生产的铸件组织致密、力学性能好，适于各种材料及合金的生产，但此种工艺方式只适于厚壁铸件，且易形成“异常挤压铸造偏析”和“直接挤压铸造冷隔”等缺陷。

间接挤压铸造：液态或半固态金属浇入压射供料***的储液槽(或料缸)中，在冲头的压力推动下，充填到已闭合锁型的型腔中，挤压冲头通过内浇道内的金属液将压力传递到铸件上的一种工艺方式。因内浇道有压力损失和堵塞，间接挤压铸造生产的铸件实际受力较小，因而铸件不够致密，且易产生裂纹、疏松缺陷，铸件力学性能较差，只适于铸造性能好的铸造合金生产薄壁和形状复杂零件，不宜生产铸造性能欠佳的变形合金零部件产品。

双重挤压铸造：下冲头上升挤压(即第一次挤压)，将浇入料缸中的液态或半固态金属充填到浮动闭合的型腔中后，上冲头再下行对铸件实施直接挤压(即第二次挤压)的工艺方式。此种工艺易成型致密(二次挤压部位)、复杂零件，但需要配备电脑精确控制的两次挤压(即双重挤压)专用设备，成本较高。且由于机械或液压设备的反应速度不及时，在实际应用有很大的局限性。

综上所述，开发一种简单、高效、低成本的挤压铸造工艺方法是行业发展的急需，而挤压铸造模具是挤压铸造最为关键的核心技术，鉴于此，本发明提出一种全新的挤压铸造模具及工艺方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种挤压铸造模具及工艺方法，该工艺方法将间接挤压铸造、直接挤压铸造和双重挤压铸造的优点融为一体，可实现一模多件生产，提高生产效率，并实现铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属等多种成分的金属或合金的大型复杂复合材料铸件的生产。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种挤压铸造模具，包括上模和下模，所述的下模的上侧设置有第一型腔面、第一内浇道面和储液槽；所述的上模的下侧设置有第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头，所述的第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头分别与所述的第一型腔面、第一内浇道面和储液槽位置相对；所述的上模与所述的下模合模时，所述的第二型腔面和所述的第一型腔面上下围成型腔，所述的第二内浇道面和所述的第一内浇道面上下围成内浇道，所述的内浇道的两端分别与所述的型腔和所述的储液槽相通，所述的挤压冲头伸入所述的储液槽内；安装后，所述的上模和所述的下模分别安装在液压机或立式挤压铸造机的上工作台和下工作台上。

作为优选，所述的第一型腔面、第一内浇道面、储液槽、第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头的数量分别为一个或多个，从而所述的型腔和所述的内浇道的数量分别为一个或多个。

作为优选，所述的储液槽设于所述的第一型腔面的外侧和/或内侧。

作为优选，所述的储液槽的数量为多个时，挤压铸造前，各个所述的储液槽内所装的液态或半固态金属的成份相同或不同。在各个储液槽内可同时浇注多种不同成分的金属或合金以生产复合材料铸件。

一种利用上述挤压铸造模具实施的挤压铸造工艺方法，包括以下步骤：

1)开模浇注

预热上模和下模，在开模状态下，将液态或半固态金属定量浇注至储液槽内；

2)合模挤压

启动液压机或立式挤压铸造机，令上模下行，并完成如下过程：

2.1)上模与下模进行合模；

2.2)挤压冲头快速下行，当挤压冲头接触储液槽内液态或半固态金属的上表面时，挤压冲头加压下行，推动储液槽内的液态或半固态金属经由内浇道充填到型腔中；

2.3)在液态或半固态金属充型后，挤压冲头继续加压下行，对型腔、内浇道和储液槽中的金属同时施加一定的机械压力并保压一定时间，使其在高压下同时成形、结晶和凝固成铸件；

3)开模取件

在开模状态下，将铸件取出后，切除型腔对应部分以外的多余部分，即得到挤压铸造产品。

作为优选，步骤1)中，上模和下模的预热温度为100～300℃，在上模的下侧表面和下模的上侧表面预先喷涂脱模剂并吹干，液态或半固态金属的浇注温度为金属的液相线温度±200℃。

作为优选，步骤2.2)中挤压冲头的快速下行速度为100～500mm/s，加压下行速度为10～500mm/s；步骤2.3)中挤压冲头的压射比压为40～500MPa，将保压时间记为t秒，铸件平均壁厚记为δ毫米，则t与δ的数值满足关系式：t＝δ×(0.1～10)。

作为优选，步骤1)中储液槽内浇注的金属为铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属中的一种金属或多种金属，步骤3)中得到的挤压铸造产品为铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属中的单一金属或多种金属复合的挤压铸件。

与现有技术相比，本发明挤压铸造模具结构简单，利用该挤压铸造模具实施的挤压铸造工艺方法将间接挤压铸造、直接挤压铸造和双重挤压铸造的优点融为一体，可实现如下优点：

一、本发明挤压铸造模具同间接挤压铸造一样设置储液槽和内浇道，可控制液态或半固态金属的充型速度，并将部分氧化皮、炉渣和结晶硬壳保留在料饼中，而不至流入铸件金属中，又可同直接挤压铸造一样，使铸件在直接压力下凝固，使铸件组织致密，不会产生铸造裂纹，从而铸造性能差的合金也可用本发明方法生产；本发明既能像间接挤压铸造一样生产薄壁、复杂铸件，又能像直接挤压铸造一样生产厚壁铸件，铸件组织致密，力学性能较好，后续可通过固溶热处理进一步提高铸件的力学性能，使铸件的力学性能接近或达到同种成份的锻件水平，得到的铸件产品还可进行钎焊加工；

二、本工艺方法对于变形合金等铸造性能和抗裂纹性能差的合金均可以生产；

三、本工艺方法可消除直接挤压铸造冷隔，减少挤压铸造异常偏析和夹杂缺陷；

四、设置多个型腔、多个储液槽和多个挤压冲头后，本工艺方法可实现一模多件生产，提高生产效率，并实现铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属等多种成分的金属或合金的大型复杂复合材料铸件的生产。

附图说明

图1为实施例1中浇注前的挤压铸造模具的开模状态图；

图2为实施例1中挤压铸造模具的合模状态图；

图3为图2中A处放大图；

图4为实施例1中取件时的挤压铸造模具的开模状态图；

图5为实施例2中浇注前的挤压铸造模具的开模状态图；

图6为实施例2中挤压铸造模具的合模状态图；

图7为实施例2中取件时的挤压铸造模具的开模状态图；

图8为实施例3中浇注前的挤压铸造模具的开模状态图；

图9为实施例3中挤压铸造模具的合模状态图；

图10为实施例3中取件时的挤压铸造模具的开模状态图；

图11为实施例4中浇注后的挤压铸造模具的开模状态图；

图12为实施例4中挤压冲头下行至与储液槽内金属液的上表面接触时的状态图；

图13为实施例4中挤压冲头加压下行至储液槽内部分金属液经由内浇道自上而上充填到型腔时的状态图；

图14为实施例4中挤压冲头加压下行至金属液充型后的状态图；

图15为实施例4中取件时的挤压铸造模具开模状态图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的挤压铸造模具，如图1～图4所示，包括上模1和下模2，下模2的上侧设置有第一型腔面21、第一内浇道面22和储液槽23；上模1的下侧设置有第二型腔面11、第二内浇道面12和挤压冲头13，第二型腔面11、第二内浇道面12和挤压冲头13分别与第一型腔面21、第一内浇道面22和储液槽23位置相对；上模1与下模2合模时，第二型腔面11和第一型腔面21上下围成型腔31，第二内浇道面12和第一内浇道面21上下围成内浇道32，内浇道32的两端分别与型腔31和储液槽23相通，挤压冲头伸入储液槽23内；安装后，上模1和下模2分别安装在液压机或立式挤压铸造机的上工作台和下工作台(图中均未示出)上。

利用实施例1的挤压铸造模具实施的挤压铸造工艺方法，包括以下步骤：

1)开模浇注

预热上模1和下模2至100～300℃，在上模1的下侧表面和下模2的上侧表面预先喷涂脱模剂并吹干；在开模状态下，将一定量的6063铝液通过浇包4在0.1～3s内快速、平顺浇注至储液槽23内，浇注温度为550～850℃，浇注过程中铝液必须流动平顺，不能翻滚；

2)合模挤压

启动液压机或立式挤压铸造机，令上模1下行，并完成如下过程：

2.1)上模1与下模2进行合模；

2.2)挤压冲头13以100～500mm/s的快速下行，当挤压冲头13接触储液槽23内铝液的上表面时，挤压冲头13快速切换至加压模式，以10～500mm/s的速度加压下行，推动储液槽23内的铝液经由内浇道32充填到型腔31中；

2.3)在铝液充型后，挤压冲头13继续加压下行，对型腔31、内浇道32和储液槽23中的铝液同时施加一定的机械压力(压射比压为40～500MPa)并保压一定时间，使其在高压下同时成形、结晶和凝固成铸件5，其中，将保压时间记为t秒，铸件平均壁厚记为δ毫米，则t与δ的数值满足关系式：t＝δ×(0.1～10)；

3)开模取件

在开模状态下，将铸件5取出后，切除型腔31对应部分以外的多余部分，即得到挤压铸造产品；在上模1的下侧表面和下模2的上侧表面再次喷涂脱模剂并吹干，即可开始又一个生产循环。

实施例2的挤压铸造模具，与实施例1的区别在于，实施例2中，如图5～图7所示，第一型腔面21、第二型腔面11的数量分别为一个，第一内浇道面22、第二内浇道面12、储液槽23和挤压冲头13的数量分别为两个，从而型腔31和内浇道32的数量分别为两个，储液槽23设于两个第一型腔面21的外侧。

实施例3的挤压铸造模具，与实施例1的区别在于，实施例3中，如图8～图10所示，第一型腔面21、第一内浇道面22、第二型腔面11和第二内浇道面12的数量分别为两个，储液槽23和挤压冲头13的数量分别为一个，从而型腔31和内浇道32的数量分别为两个，储液槽23设于两个第一型腔面21的内侧，即储液槽23设于两个第一型腔面21之间。

实施例4的挤压铸造模具，与实施例1的区别在于，实施例4中，如图11～图15所示，第一型腔面21和第二型腔面11的数量分别为两个，第一内浇道面22和第二内浇道面12的数量分别为四个，储液槽23和挤压冲头13的数量分别为三个，从而型腔31的数量为两个、内浇道32的数量为四个，两个第一型腔面21的内侧设有一个储液槽23，两个第一型腔面21的外侧设有两个储液槽23。

利用实施例4的挤压铸造模具实施的挤压铸造工艺方法，在开模浇注步骤中，在两个第一型腔面21内侧的储液槽23中浇注一定量的铜合金，而在两个第一型腔面21外侧的两个储液槽23中均浇注所需用量的铝合金，且铜合金和铝合金的浇注操作同时进行，最终挤压铸造得到由铜合金和铝合金组成的双金属复合材料铸件6。

Claims (8)

1.一种挤压铸造模具，其特征在于，包括上模和下模，所述的下模的上侧设置有第一型腔面、第一内浇道面和储液槽；所述的上模的下侧设置有第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头，所述的第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头分别与所述的第一型腔面、第一内浇道面和储液槽位置相对；所述的上模与所述的下模合模时，所述的第二型腔面和所述的第一型腔面上下围成型腔，所述的第二内浇道面和所述的第一内浇道面上下围成内浇道，所述的内浇道的两端分别与所述的型腔和所述的储液槽相通，所述的挤压冲头伸入所述的储液槽内；安装后，所述的上模和所述的下模分别安装在液压机或立式挤压铸造机的上工作台和下工作台上。

2.根据权利要求1所述的一种挤压铸造模具，其特征在于，所述的第一型腔面、第一内浇道面、储液槽、第二型腔面、第二内浇道面和挤压冲头的数量分别为一个或多个，从而所述的型腔和所述的内浇道的数量分别为一个或多个。

3.根据权利要求2所述的一种挤压铸造模具，其特征在于，所述的储液槽设于所述的第一型腔面的外侧和/或内侧。

4.根据权利要求3所述的一种挤压铸造模具，其特征在于，所述的储液槽的数量为多个时，挤压铸造前，各个所述的储液槽内所装的液态或半固态金属的成份相同或不同。

5.一种利用权利要求1-4中任一项所述的挤压铸造模具实施的挤压铸造工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)开模浇注

预热上模和下模，在开模状态下，将液态或半固态金属定量浇注至储液槽内；

2)合模挤压

启动液压机或立式挤压铸造机，令上模下行，并完成如下过程：

2.1)上模与下模进行合模；

2.2)挤压冲头快速下行，当挤压冲头接触储液槽内液态或半固态金属的上表面时，挤压冲头加压下行，推动储液槽内的液态或半固态金属经由内浇道充填到型腔中；

2.3)在液态或半固态金属充型后，挤压冲头继续加压下行，对型腔、内浇道和储液槽中的金属同时施加一定的机械压力并保压一定时间，使其在高压下同时成形、结晶和凝固成铸件；

3)开模取件

在开模状态下，将铸件取出后，切除型腔对应部分以外的多余部分，即得到挤压铸造产品。

6.根据权利要求5所述的挤压铸造工艺方法，其特征在于，步骤1)中，上模和下模的预热温度为100～300℃，在上模的下侧表面和下模的上侧表面预先喷涂脱模剂并吹干，液态或半固态金属的浇注温度为金属的液相线温度±200℃。

7.根据权利要求5所述的挤压铸造工艺方法，其特征在于，步骤2.2)中挤压冲头的快速下行速度为100～500mm/s，加压下行速度为10～500mm/s；步骤2.3)中挤压冲头的压射比压为40～500MPa，将保压时间记为t秒，铸件平均壁厚记为δ毫米，则t与δ的数值满足关系式：t＝δ×(0.1～10)。

8.根据权利要求5所述的挤压铸造工艺方法，其特征在于，步骤1)中储液槽内浇注的金属为铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属中的一种金属或多种金属，步骤3)中得到的挤压铸造产品为铝合金、镁合金、锌合金、铜合金及黑色金属中的单一金属或多种金属复合的挤压铸件。

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