CN103143695B - 一种铝碳化硅精密压铸成型工艺及其压铸装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝碳化硅精密压铸成型工艺及其压铸装置，包括成形模具、内模套及外模套，成形模具的装置于内模套的腔体内，带有成形模具的内模套装置于外模套的腔体内；外模套的底面与工作台连接，工作台的另一面通过铰链机构连接工作台底座。利用本发明所述的工艺及压铸装置可以将碳化硅之间形成的气团通过模具底板排出并进入外模腔的铝液中，内模腔内的碳化硅颗粒在不断的往复运动中受正压及负压作用而互相贴合，及时排气，使铝液渗透的致密性大大提高，使铝碳化硅成品具有较好的硬度及弹性模量。

Description

一种铝碳化硅精密压铸成型工艺及其压铸装置

技术领域

本发明涉及领域，尤其涉及一种铝碳化硅精密压铸成型工艺及其压铸装置。

背景技术

    铝碳化硅复合材料具有质量轻、刚度高、热膨胀系数小、热导率高、几何精度稳定性好、兼具一定韧性、机械强度适中等多种优点，成为各类多芯片组件和大电流功率模块（如IGBT模块）理想的基底材料，以及各类质量小、强度高的零配件（如航空零件）的理想材料。目前，利用压铸法制造铝碳化硅复合材料时，气孔率是铝碳化硅次品产生的主要原因，因此有效除气是压铸工艺的关键。

传统技术是将模具整体淹没在铝液中，利用高压将铝液压入碳化硅预制块中，然而，碳化硅预制块中的空气无法排出，在高压作用下形成高压气团，气团数量越多，制成铝碳化硅成品的热导性就会越来越差，因为气团间隔了热量在碳化硅与铝之间的有效传递，同时气团的出现影响了铝液渗透在碳化硅中的致密性，铝液渗透率差，影响铝碳化硅的硬度及弹性模量等物理性能，最后在铝碳化硅成品的退火处理中，集中在碳化硅表面的气团会形成凸面泡状薄壁或破裂产生气孔，影响产品表面的光洁度及后续工艺的实施。

发明内容

本申请人针对上述问题，进行了研究改进，提供一种结铝碳化硅复合材料精密压铸成型工艺及其压铸装置，在对碳化硅进行渗铝的过程中有效的清除了残留在碳化硅颗粒之间的气团，大大降低了次品率，同时提高了生产效率。

本发明所采用的技术方案如下：

一种用于铝碳化硅复合材料精密压铸成型工艺的压铸装置，包括成形模具、内模套及外模套，成形模具的装置于内模套的腔体内，带有成形模具的内模套装置于外模套的腔体内；外模套的底面与工作台连接，工作台的另一面通过铰链机构连接工作台底座。

其进一步技术方案在于：

所述外模套及内模套腔体内浇注铝液；

所述内模套及外模套均为一端具有开口的圆形筒体；

还包括对上述外模套及内模套内铝液进行复合压铸的液压复合压头，所述液压复合压头包括一级压头及二级压头，位于一级压头及二级压头之间装置弹簧钢板；

位于内模套的下端设置内模套底板，位于外模套的下端设置外模套底板；

位于工作台的下部设置垫块。

一种用于铝碳化硅复合材料精密压铸成型工艺，其特征在于包括以下步骤:第一步：将预处理过的粉末化碳化硅放入料筒中，使用搅拌装置搅拌；

第二步：将第一步中充份搅拌的粉末化碳化硅分次装入按产品特征设计的成形模具的腔体中，再将成形模具、内模套与外模套进行组装，然后将整个模具放入加热炉中预热；

第三步：在熔炼炉中放入铝锭，加热使铝锭完全融化；

第四步：将熔融的铝液浇入内模套与外模套的腔体中；

第五步：启动压机，压机的液压复合压头下行，一级压头与内模套腔体内的铝液接触，实现第一次压铸，铰链机构驱动工作台往复振动；液压复合压头在液压系统的作用下继续下行，二级压头与外模套腔体内上升的铝液接触，实现第二次压铸并实现保压；

第六步：压铸成型后，抬起压机的液压复合压头，待零件充分冷却后，零件脱模成型。

本发明的有益效果如下：

利用本发明所述的工艺及压铸装置可以将碳化硅之间形成的气团通过模具底板排出并进入外模腔的铝液中，通过铰链机构驱动工作台作上下往复运动，使在内模腔内的碳化硅颗粒在不断的往复运动中受正压及负压作用而互相贴合，及时排气，使铝液渗透的致密性大大提高，使铝碳化硅成品具有较好的硬度及弹性模量。

附图说明

图1为本发明中压机进行第一级压铸的工作过程示意图。

图2为本发明中压机进行第二级压铸的工作过程示意图。

图3为工作台振幅前，内模套腔体内的碳化硅颗粒的受力状态示意图。

图4为工作台振幅中，内模套腔体内的碳化硅颗粒的受力状态示意图。

图5为工作台振幅后，内模套腔体内的碳化硅颗粒的受力状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，一种用于铝碳化硅复合材料精密压铸成型工艺的压铸装置，包括按产品特征设计的成形模具1、内模套2及外模套3，内模套2及外模套3均为一端具有开口的圆形筒体。成形模具1装置于内模套2的腔体并与内模套2一端的内模套底板202连接，带有成形模具1的内模套2装置于外模套3的腔体内，并与外模套3一端的外模套底板203连接；外模套3的底面与工作台6连接，工作台6的另一面通过铰链机构7连接工作台底座8，位于工作台6的下部还设置垫块9，用以承受压机压力，实现保压压铸。

外模套3及内模套2腔体内浇注铝液4，如图1所示，位于内模套2及外模套3的上方，还设置对上述外模套3及内模套2内铝液4进行复合压铸的液压复合压头，液压复合压头包括一级压头1101及二级压头1102，一级压头1101的直径小于二级压头1102，二级压头1102为扣盖式，位于一级压头1101及二级压头1102之间装置弹簧钢板10。

压机的液压复合压头及铰链机构的结构及工作原理属于已有公知技术。

利用压铸装置实现铝碳化硅精密压铸成型的工艺包括以下步骤:

第一步：将粒度200目～400目的粉末化碳化硅5放入内料筒内，使用搅拌装置搅拌，搅拌时间为2h，料筒转速为25r/min，搅拌装置的转速为1200r/min；

 第二步：将第一步中充分搅拌的粉末化碳化硅5分三次装填在按产品特征设计的成形模具1中，装填间隔时间为20s，第一次装填的粉末化碳化硅5的体积占内模套2总体积的1/3，第二次装填的粉末化碳化硅5的体积占内模套2总体积的2/3，第三次将粉末化碳化硅5装填满，通过铰链机构7驱动工作台6作往复振动，振动频率为90hz,振动幅度为150mm，振动时间为1min，使粉末化的碳化硅5充满按产品特征设计的成形模具1的腔体内；（图1中序号5为粉末化的碳化硅）

第三步：在熔炼炉中放入铝锭，加热至550~600℃保温，然后继续加热至700~780℃保温，待铝锭完全融化；

第四步：将熔融的铝液4浇入内模套2与外模套3的腔体中；

第五步：启动压机，进行第一次压铸，液压复合压头以1mm/s下行（如图中箭头方向），压力为7.5mpa，在铰链机构的高频作用下实现液压复合压头的高频微幅往复运动，下行过程中液压复合压头的一级压头1101与内模套2腔体内的铝液4接触，如图3所示，此时气团13存在于各碳化硅颗粒12之间，使铝液4无法渗透。当铰连机构7驱动工作台6高频往复振动，振动频率为50HZ，振幅为60mm；在相对压缩的过程中，按产品特征设计的成形模具1腔体内的碳化硅颗粒12承受正压，各碳化硅颗粒12受工作台6的振幅影响进行翻转并调整位置，如图4所示，使得气团13与碳化硅颗粒12分离，此时液压复合压头的一级压头1101继续与铝液4接触，当相对分离的时候，铝液4中的碳化硅颗粒12承受的是负压，在熔融的铝液4中，如图5所示，气团13在压力和拉力的作用下被导通并通过内模套2底部的空隙排入外模套3腔体内的铝液4中，从而使内模套2腔体内形成的碳化硅粉末5更细化，分散均匀，同时使铝液4不断冲击碳化硅颗粒12，使碳化硅颗粒12之间铝液4的渗透性更致密。如图2所示，液压复合压头在液压系统的作用下继续下行，常温的液压复合压头的二级压头1102与外模套3腔体内上升的铝液4接触，凝固为固体，封住了外模套3的出口，禁止了铝液4流动，起到了保压的作用，保压时间为5min，同时通过手动操作垫块9，使其沿插槽伸入工作台6下方，垫块9承载压机压力，并实现保压。

 第六步：压铸成型后，抬起压机的液压复合压头，待零件充分冷却后，零件脱模成型。

以下是本发明的一个实施例。

将粒度为纯300目的粉末化碳化硅放入内料筒内，使用搅拌装置搅拌，搅拌时间为2h，料筒转速为25r/min，搅拌装置的转速为1200r/min；将搅拌后的粉末化碳化硅分三次装入涂有脱模剂的按产品特征设计的成形模具的腔体中，成型模具放置在内模套的腔体中，内模套的内径为100mm，壁厚为30mm，高度为200mm，外模套的内径为200mm，高度和壁厚与内模套2相同，第一次装填的粉末化碳化硅的体积占内模套总体积的1/3，铰链机构驱动工作台往复振动，振动频率为90hz，振动幅度为150mm，振动时间为1min，使粉末化的碳化硅充满内模套2的腔体内，第二次装填的粉末化碳化硅的体积占内模套总体积的2/3，第三次将粉末化碳化硅装满，工作台在第二次、第三次振动的参数均与第一次均相同。在熔炼炉加热炉中放入3～4个体积为50×20×15mm铝锭，加热到580℃保温，然后继续加热到750℃保温，使铝锭完全融化。此时启动压机，液压复合压头1以1mm/s下行，压力为7.5mpa，液压复合压头1往复运动，铰链机构7驱动工作台6往复运动，振动频率为50HZ，振幅为60mm，待各碳化硅颗粒之间的气团排入外模套3腔体内的铝液4中，压机继续以1mm/s下行，压力为7.5mpa，铰链机构7驱动工作台6往复运动，振动频率为50HZ，振幅为60mm，保证铝液渗透的同时，实现保压，零件成型后，冷却，脱模，并进行后续磨削等加工。利用本发明所述的工艺及压铸装置可以将碳化硅之间形成的气团通过模具底板排出并进入外模腔的铝液中，通过铰链机构驱动工作台作上下往复运动，使在内模腔内的碳化硅颗粒在不断的往复运动中受正压及负压作用而互相贴合，使铝液渗透的致密性大大提高，使铝碳化硅成品具有较好的硬度及弹性模量，有效的清除了残留在碳化硅颗粒之间的气团，大大降低了次品率，同时提高了生产效率。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。 

Claims (5)

1.一种铝碳化硅精密压铸成型的压铸装置，其特征在于：包括成形模具（1）、内模套（2）及外模套（3），所述成形模具（1）的装置于内模套（2)的腔体内，带有成形模具(1)的内模套(2)装置于外模套(3)的腔体内；所述外模套（3）的底面与工作台（6）连接，工作台（6）的另一面通过铰链机构（7）连接工作台底座（8）；所述外模套（3）及内模套（2）腔体内浇注铝液（4）；还包括对上述外模套（3）及内模套（2）内铝液（4）进行复合压铸的液压复合压头，所述液压复合压头包括一级压头（1101）及二级压头（1102），位于一级压头（1101）及二级压头（1102）之间装置弹簧钢板（10）。

2.如权利要求1所述的一种用于铝碳化硅精密压铸成型的压铸装置，其特征在于：所述内模套（2）及外模套（3）均为一端具有开口的圆形筒体。

3.如权利要求1所述的一种铝碳化硅精密压铸成型的压铸装置，其特征在于：位于内模套（2）的下端设置内模套底板（202），位于外模套（3）的下端设置外模套底板（203）。

4.如权利要求1所述的一种用于铝碳化硅精密压铸成型的压铸装置，其特征在于：位于工作台（6）的下部设置垫块（9）。

5.一种铝碳化硅精密压铸成型工艺，其特征在于包括以下步骤:

     第一步：将预处理过的粉末化碳化硅放入料筒中，使用搅拌装置搅拌；

     第二步：将第一步中充分搅拌的粉末化碳化硅分次装入按产品特征设计的成形模具的腔体中，振动压实,再将成形模具、内模套与外模套进行组装，然后将整个模具放入加热炉中预热；

     第三步：在熔炼炉中放入铝锭，加热使铝锭完全融化；

     第四步：将熔融的铝液浇入内模套与外模套的腔体中；

     第五步：启动压机，压机的液压复合压头下行，一级压头与内模套腔体内的铝液接触，实现第一次压铸，铰链机构驱动工作台往复振动；液压复合压头在液压系统的作用下继续下行，二级压头与外模套腔体内上升的铝液接触，垫块沿插槽伸入工作台下，承载压机压力，实现第二次压铸及保压；

     第六步：压铸成型后，抬起压机的液压复合压头，待零件充分冷却后，零件脱模成型。