CN103008610A

CN103008610A - 锌合金蜗轮的挤压铸造方法

Info

Publication number: CN103008610A
Application number: CN2012105536957A
Authority: CN
Inventors: 朱权利; 张先满; 汪桂龙; 陈家坚; 赵海东; 陈维平; 吴苑标
Original assignee: Guangdong Huajin Alloy & Advanced Material Industrial Co Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: Guangdong Guangdong Joaquin Polytron Technologies Inc; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: CN103008610B

Abstract

本发明公开了一种锌合金蜗轮的挤压铸造方法，包括以下步骤：（1）、确定合金配料；（2）、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，然后转入保温炉进行保温；（3）、合金液经浇注系统流入模腔；（4）、浇注结束后，浇注系统自动复位，退出模具，挤压铸造机的冲头下降向模腔平稳推进合金液，快速增压使合金液在高压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，开模时蜗轮坯留在上模，顶杆顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。本发明在资源和能源消耗较低的条件下，获得的产品与金属型重力铸造锌合金蜗轮相比，组织细小、无缩孔缩松，综合性能进一步提高。

Description

锌合金蜗轮的挤压铸造方法

技术领域

本发明涉及挤压铸造制备方法，具体涉及一种锌合金蜗轮的挤压铸造方法。

背景技术

由于具有良好的铸造性能、力学性能、摩擦磨损性能、加工性能及低廉的成本等优势，锌合金已作为耐磨材料被广泛应用于现代工业的较多领域，并部分代替青铜、黄铜及铸铁等结构材料。比如，随着电梯行业的整体发展，对电梯的舒适度、安全性能及其他机械性能的要求也不断提升，选用高性能、低成本的电梯配件将会带来明显的市场优势。传统的曳引机蜗轮，一般采用金属型重力铸造工艺，鉴于锌合金结晶温度范围宽和易产生底缩的凝固特性，制备的蜗轮晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔缩松，特别是蜗轮齿根部，塑性、韧性及耐磨性能较差，在工作过程中较早的产生过快磨损现象，机械噪音大，并带来安全隐患。同时，采用金属型重力铸造工艺，制备的蜗轮毛坯尺寸较大，需大量机加工成精坯，使得原材料和能源的利用率低，增加了生产成本。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种优质、高效、的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，在资源和能源消耗较低的条件下，获得的产品与金属型重力铸造锌合金蜗轮相比，组织细小、无缩孔缩松，综合性能进一步提高。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：本锌合金蜗轮的挤压铸造方法，包括以下步骤：

（1）、确定合金配料；

（2）、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，快速升温，低温熔炼，熔炼之后的合金液成分按照重量百分比为：22~32%Al，1.0~5.0%Cu，0.1~1.5%Mn，0.01~0.2%Mg，0.01~0.1%Ti，0.005~0.1%B，0.01~0.1%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，添加精炼剂，扒渣、除气，并对熔炼炉中的合金液进行炉前检验，合格后转入保温炉进行保温；

（3）、挤压铸造机下模座上设置有自动推送的浇注系统，当浇注系统的机械手料勺从保温炉内舀取定量的合金液后，浇注系统自动推进到模具中心位置，合金液经浇注系统流入模腔；

（4）、浇注结束后，浇注系统自动复位，退出模具，挤压铸造机的冲头下降向模腔平稳推进合金液，快速增压使合金液在高压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，开模时蜗轮坯留在上模，顶杆顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。

所述步骤（3）中，机械手料勺舀取合金液之前，模具和浇注系统皆加热至150~250℃，并在模具的模腔和浇注系统的流道上涂有锌合金脱模剂。

所述步骤（3）中，合金液流经浇注系统进行撇渣后流入模腔。

所述浇注系统在气缸的带动下自动推送和自动复位。

所述步骤（2）中，熔炼炉的最大功率为250KW~300KW，熔炼炉的最高温度为650℃~700℃，合金液的保温温度为570~630℃。

所述步骤（4）中，冲头的下降速度为0.1~15mm/s，比压为30~180MPa，保压时间为40~120s。

所述步骤（1）中，在合金配料中，铜、锰、钛、复合稀土分别以AlCu50、AlMn10、AlTi5B、AlRE10中间合金的形式加入，硼以AlTi5B及AlB3中间合金的形式加入。

所述步骤（2）中，熔炼炉及保温炉均为中频感应电炉。

所述模具包括上模套、下模套、上模和下模，上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，下模套中设置有利用电阻丝加热的加热棒，下模的上端面设置有溢流槽，下模内部开有冷却水管，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，模腔为带多台阶的环形状。

所述模腔的内模壁设置有3~10°的锥度，模腔的各台阶过渡处设置有R1~5的圆角。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：

一、本锌合金蜗轮的挤压铸造方法优化了熔炼工艺，采用快速升温、低温熔炼的措施，熔炼炉的最大功率为250KW~300KW，熔炼炉的最高温度为650℃~700℃，有效地减小了锌合金液的氧化和吸气，降低了合金液的烧损，同时，采用中频感应电炉，也保证了合金液成分的均匀性。

二、提高了合金液的清洁度。一方面，采用中频感应电炉作为保温炉，杜绝了合金液与铁器的直接接触，降低了合金液带入铁等有害杂质的可能性；另一方面，合金液经自制的浇注系统的撇渣后，表层的氧化物及夹杂被除尽。

三、铸件的综合性能大幅提高。本发明采用挤压铸造工艺制造的锌合金蜗轮，在充分的压力下结晶，并发生强行补缩而凝固，树枝晶在压力下破碎，晶粒细小，消除了缩孔缩松等铸造缺陷，组织更加致密，故综合性能优异，其中，齿根部抗拉强度提高到350~450MPa，并无缩松，耐腐蚀性及耐磨性也大幅度提高。挤压铸造克服了锌合金塑性、韧性及高温强度低等缺点，明显提高了铸态锌合金的性能，大大扩大了其应用领域。

四、本发明中应用的模具，开模时利用合金液的凝固收缩在台阶处产生的摩擦力使蜗轮坯留在上模，而后由顶杆顶出，故简化了挤压铸造机的结构；采用模芯与模套的组合结构，使得在生产不同尺寸的蜗轮坯时，只需更换模芯，从而节约了生产成本。

五、本发明利用挤压铸造工艺制造而成的锌合金蜗轮，能提高毛坯尺寸精度，减少了加工余量，实现资源与能源的低消耗，降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明的锌合金蜗轮的挤压铸造方法的模具结构示意图。

附图标记说明：

1-冲头；2-顶杆；3-上模套；4-上模；5-溢流槽；6-模腔；7-冷却水管；8-下模；9-下模套；10-螺母；11-加热棒；12-通孔；13-排气孔；14-浇注系统。

图2为本发明的工艺成形过程示意图。

图3为实施例1的合金成分在金属型重力铸造工艺下的显微组织。

图4为实施例1的合金成分在挤压铸造工艺下的显微组织。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，模具包括上模套、下模套、上模和下模，上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，排气孔可排出合模后上下模中心位置封闭的气体，防止蜗轮坯产生气孔；下模套中设置有利用电阻丝加热的加热棒，加热棒方便对模具进行加热至所需温度；下模的上端面设置有溢流槽，溢流槽可防止过量浇注时产生批缝以致压力损失，下模内部开有冷却水管，冷却水管可保证模腔温度；用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，模腔为带多台阶的环形状。模腔的内模壁设置有8°的锥度，模腔的各台阶过渡处设置有R1~5的圆角。

如图2所示的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，包括以下步骤：

（1）、确定合金配料；

在合金配料中，铜、锰、钛、复合稀土分别以AlCu50、AlMn10、AlTi5B、AlRE10中间合金的形式加入，硼以AlTi5B及AlB3中间合金的形式加入。

（2）、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，快速升温，低温熔炼，熔炼之后的合金液成分按照重量百分比为：27%Al，1.0%Cu，0.2%Mn，0.05%Mg，0.03%Ti，0.005%B，0.05%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，添加精炼剂，扒渣、除气，并对熔炼炉中的合金液进行炉前检验，合格后转入保温炉进行保温；

熔炼炉的最大功率为250KW，熔炼炉的最高温度为680℃，合金液的保温温度为600℃。

熔炼炉及保温炉均为中频感应电炉。

机械手料勺舀取合金液之前，模具和浇注系统皆加热至200℃，并在模具的模腔和浇注系统的流道上涂有锌合金脱模剂。

合金液流经浇注系统进行撇渣后流入模腔。

浇注系统在气缸的带动下自动推送和自动复位。

冲头的下降速率为0.1mm/s，比压为60MPa，保压时间为60s。

（5）对取下的蜗轮坯，经机加工成精坯后，滚齿成蜗轮。

在挤压铸造过程中，由于合金液在高压下结晶，并发生强行补缩而凝固，故显著细化了晶粒，消除了缩孔缩松，提高了合金的致密度，从而使得锌合金制品的综合性能大幅度提高。压力的作用，一方面提高了形核率，也升高了合金的熔点，导致凝固速度加快，从而细化了晶粒，另一方面，也增大了铝和铜等在锌中的固溶度，起到了固溶强化和弥散强化的作用。

对制备的蜗轮轮缘实体心部进行取样，进行力学性能及显微组织对比分析。金属型重力铸造的显微组织如图3所示，挤压铸造的显微组织如图4所示，发现，同样的合金成分，挤压铸造工艺下，树枝晶明显破碎，晶粒细小，无缩孔缩松，从而提高了合金的机械性能，尤其是塑性得到明显改善，见下表：

工艺	抗拉强度(MPa)	延伸率(%)
			金属型重力铸造	231	0.8
挤压铸造	365	5.2

实施例2：

将锌合金液浇注到预热到150℃的浇注系统中，同时模具预热到150℃。在浇注之前，浇注系统和模具均涂上锌合金脱模剂。锌合金液的浇注温度为600℃，合金液成分按照重量百分比为：22%Al，5.0%Cu，0.2%Mn，0.01%Mg，0.01%Ti，0.02%B，0.01%RE，余量为Zn和不可避免的杂质。然后将挤压冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压使合金液在高的压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，并顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。压头的下降速率为7mm/s，比压为120MPa，保压时间为110s。

实施例3：

将锌合金液浇注到预热到250℃的浇注系统中，同时模具预热到250℃。在浇注之前，浇注系统和模具均涂上锌合金脱模剂。锌合金液的浇注温度为630℃，合金液成分按照重量百分比为：32%Al，3.0%Cu，2.0%Mn，0.05%Mg，0.1%Ti，0.02%B，0.05%RE，余量为Zn和不可避免的杂质。然后将挤压冲头向模具型腔平稳推进合金液、快速增压使合金液在高的压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，并顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。压头的下降速率为14mm/s，比压为30MPa，保压时间为120s。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）、确定合金配料；

（2）、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，熔炼之后的合金液成分按照重量百分比为：22~32%Al，1.0~5.0%Cu，0.1~1.5%Mn，0.01~0.2%Mg，0.01~0.1%Ti，0.005~0.1%B，0.01~0.1%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，添加精炼剂，扒渣、除气，并对熔炼炉中的合金液进行炉前检验，合格后转入保温炉进行保温；

2.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（3）中，机械手料勺舀取合金液之前，模具和浇注系统皆加热至150~250℃，并在模具的模腔和浇注系统的流道上涂有锌合金脱模剂。

3.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（3）中，合金液流经浇注系统进行撇渣后流入模腔。

4.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述浇注系统在气缸的带动下自动推送和自动复位。

5.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（2）中，熔炼炉的最大功率为250KW~300KW，熔炼炉的最高温度为650℃~700℃，合金液的保温温度为570~630℃。

6.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（4）中，冲头的下降速度为0.1~15mm/s，比压为30~180MPa，保压时间为40~120s。

7.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（1）中，在合金配料中，铜、锰、钛、复合稀土分别以AlCu50、AlMn10、AlTi5B、AlRE10中间合金的形式加入，硼以AlTi5B及AlB3中间合金的形式加入。

8.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述步骤（2）中，熔炼炉及保温炉均为中频感应电炉。

9.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述模具包括上模套、下模套、上模和下模，上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，下模套中设置有利用电阻丝加热的加热棒，下模的上端面设置有溢流槽，下模内部开有冷却水管，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，模腔为带多台阶的环形状。

10.根据权利要求9所述的锌合金蜗轮的挤压铸造方法，其特征在于：所述模腔的内模壁设置有3~10°的锥度，模腔的各台阶过渡处设置有R1~5的圆角。