CN103934428B - 充氧-真空压铸模具装置和充氧-真空压铸工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种充氧-真空压铸模具装置和充氧-真空压铸工艺，所述充氧-真空压铸工艺包括以下步骤：合模并对型腔和压室持续充氧；合模完成后从浇料口对压室内注入金属液；注液完成后使冲头以第一预定速度压入压室并封闭所述浇料口，停止对所述型腔和所述压室充氧并对所述型腔和所述压室进行抽真空；当所述冲头以第一预定速度行进至所述压室内的预定位置时，使所述冲头以第二预定速度继续压入所述压室，开始充型过程；充型完毕后，停止抽真空，待铸件冷却后取出。根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺，克服了真空压铸工艺对型腔真空度要求较高的限制，同时，克服了单独采用充氧压铸工艺时有大量热量放出的问题。

Description

充氧-真空压铸模具装置和充氧-真空压铸工艺

技术领域

本发明涉及压铸技术领域，特别是涉及一种充氧-真空压铸模具装置和充氧-真空压铸工艺。

背景技术

真空压铸和充氧压铸是降低压铸件中气孔含量的两种常用压铸工艺。

真空压铸是在高压铸造过程中，通过抽真空装置抽取压室及型腔内空气，降低充型时型腔内的空气压力。与常规压铸工艺相比，真空压铸工艺可降低铸件气孔含量，从而提高铸件的力学性能、热处理性能及焊接性能。

充氧压铸是在高压铸造前，在压室及型腔内预先充入氧气，取代型腔中的空气及其它气体。在金属液充填型腔时，一部分氧气通过排气道排出，另一部分未及时排出的氧气与高速充型流动的金属液与发生化学反应而产生金属氧化物微颗粒，并分散于铸件内部，从而减少铸件内部的含气量，可以使铸件进行热处理及焊接等。

型腔真空压力是决定真空压铸工艺制备效果的一个重要工艺参数。现有研究是通过改进设备技术，如真空阀技术和模具密封工艺等，来提高型腔真空度。目前，型腔真空度可达到5kpa左右。但要达到如此高的真空度，对模具密封工艺要求很高。

充氧压铸工艺也存在一定的限制，为使型腔内空气被氧气充分取代，需要较高的充氧压力。金属液充型过程中与较高压力氧气反应，会放出大量热量，使压铸模具温度过高，将影响压铸效果并降低压铸模具的使用寿命。这些限制阻碍了真空压铸工艺和充氧压铸工艺的广泛使用。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、可以广泛使用的充氧-真空压铸模具装置。

本发明的另一目的在于提出一种新型压铸工艺来降低压铸件中气孔含量，解决现有压铸工艺所面临的问题。

根据本发明实施例的充氧-真空压铸模具装置，包括：模具本体，所述模具本体内具有型腔；压室，所述压室的第一端与所述型腔连通且所述压室的外周壁上具有浇料口；冲头，所述冲头可移动地设在所述压室内；气管，所述气管的第一端与所述型腔连通；充氧管，所述充氧管的第一端与所述气管的第二端连通；充氧装置，所述充氧装置与所述充氧管的第二端连通；第一阀，所述第一阀设在所述充氧管上；真空管，所述真空管的第一端与所述气管的第二端连通；抽真空装置，所述抽真空装置与所述真空管的第二端连通，和第二阀，所述第二阀设在所述真空管上。

根据本发明的一个示例，所述充氧-真空压铸模具装置还包括真空阀或排气块，所述真空阀或排气块设在所述型腔与所述气管的第一端之间。

根据本发明的一个示例，所述第一阀和所述第二阀均为电磁阀。

根据本发明的一个示例，所述充氧-真空压铸模具装置还包括三通，所述气管的第二端、所述充氧管的第一端以及所述真空管的第一端分别与所述三通相连。

根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺包括以下步骤：合模并对型腔和压室持续充氧；合模完成后从浇料口对压室内注入金属液；注液完成后使冲头以第一预定速度压入压室并封闭所述浇料口，停止对所述型腔和所述压室充氧并对所述型腔和所述压室进行抽真空；当所述冲头以第一预定速度行进至所述压室内的预定位置时，使所述冲头以第二预定速度继续压入所述压室，开始充型过程；充型完毕后，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

根据本发明的一个示例，所述充氧-真空压铸工艺还包括在合模前对模具进行预热的步骤。

根据本发明的一个示例，所述第一预定速度为0.1m/s-0.3m/s。

根据本发明的一个示例，所述第二预定速度为5m/s。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的充氧-真空压铸模具装置的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的充氧-真空压铸工艺的流程图；

图3是采用根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺所压铸成型的铸件的一种金相图；

图4是采用根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺所压铸成型的铸件的另一金相图；

图5是采用根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺所压铸成型的铸件的又一金相图；

图6是采用真空压铸工艺所压铸成型的铸件的金相图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

相关技术中，真空压铸工艺对模具的密封性要求很高、充氧压铸工艺在金属液充型过程中会放出大量热而使模具温度过高，限制了真空压铸工艺和充氧压铸工艺的广泛使用。

本发明的申请人惊喜地发现，在压铸过程中，先进行充氧，使压室及型腔内空气被氧气取代，而后进行抽真空，使型腔内氧气压力降低，在充型过程中，型腔内残存的氧气将与金属液反应，可有效降低压铸件中的气孔含量。充型过程中型腔内残余气体为氧气，可与金属液反应，可以克服真空压铸工艺对型腔真空度要求较高的限制，同时，由于充型过程中型腔内残存氧气压力较低，与金属液反应时放出热量有限，可以克服单独采用充氧压铸工艺时有大量热量放出的问题。

下面参考附图来详细描述根据本发明实施例的充氧-真空压铸模具装置。

如图1所示，根据本发明实施例的充氧-真空压铸模具装置包括：模具本体，压室4，冲头6，气管13，充氧管7，充氧装置14，第一阀8，真空管9，抽真空装置15和第二阀10。

具体而言，所述模具本体内具有型腔1。这里需要说明的是，如图1所示，压铸模具的模具本体可以由动模2和静模3构成，动模2与静模3闭合后形成型腔1。这对于本领域技术人员来说，是可以理解的。

压室4的第一端（即如图6中所示的压室4的左端）与型腔1连通且压室4的外周壁上具有浇料口5。即，在压铸过程中，金属液由浇料口5经由压室4从而进入型腔1以成形。

冲头6可移动地设在压室4内。如图1所示，在压铸过程中，冲头6首先位于浇料口5的右侧，浇料完毕后，冲头6向左移动，开始低速压射，冲头6封闭浇料口5。

气管13的第一端（即如图1中所示的气管13的下端）与型腔1连通。

充氧管7的第一端（即如图1中所示的充氧管7的左端）与气管13的第二端（即如图1中所示的气管13的上端）连通。

诸如具有气泵的氧气瓶等的充氧装置14与充氧管7的第二端连通。第一阀8设在充氧管7上，以控制氧气的通断。

真空管9的第一端（即如图1中所示的真空管9的右端）与气管13的第二端连通。

诸如真空泵的抽真空装置15与真空管9的第二端连通。第二阀10设在真空管9上。

第一阀8和第二阀10可以均为电磁阀。

气管13的第二端与充氧管7的第一端和真空管9的第二端通过三通11连通。

气管13的第一端与型腔1之间还可以设置真空阀或排气块。

如图2所示，根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺包括以下步骤：

合模并对型腔1和压室4持续充氧。即，使动模2与静模3闭合以形成型腔1，在合模过程中，通过充氧管7对型腔1和压室4充氧，以置换出型腔1和压室4内的空气及其他气体。

合模完成后从浇料口5对压室4内注入金属液。

注液完成后使冲头6以第一预定速度压入压室4并封闭浇料口5，停止对型腔1和压室4充氧并对型腔1和压室4进行抽真空。

当冲头6以第一预定速度行进至压室4内的预定位置时，使冲头6以第二预定速度继续压入压室4，开始充型过程。

充型完毕后，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

压室4内的预定位置的设定依据是：当冲头6行进至该位置时，金属液即将充填型腔1。该位置的设定与金属液加入量和压室4尺寸有关，预设规则是当冲头6行进至该位置时，金属液即将充填型腔，例如，实例中设定值为距离压室4的右端往左245mm的位置。

根据本发明的一个示例，所述充氧-真空压铸工艺还包括在合模前对模具进行预热的步骤。例如，模具预热至180℃。

第一预定速度（即慢压射速度）可以为0.1m/s-0.3m/s，第二预定速度（即快压射速度）可以为5m/s。

实施例1充氧-真空压铸，第一预定速度（即慢压射速度）为0.1m/s。

采用东洋350吨冷室压铸机，在真空阀12顶部连接有充氧管7和真空管9，分别进行充氧和抽真空操作，充氧管7和真空管9上分别安装有电磁阀，分别控制充氧和抽真空的通断。采用片形压铸件模具，选用的压铸材料为AZ91D镁合金。

具体步骤如下：模具预热至180℃，合模过程中打开充氧管7上的第一阀8开始充氧，合模后从浇料口5加入温度为680℃的金属液。加料完毕后，冲头6以0.1m/s的慢压射速度压入，冲头6封闭浇料口5时，关闭充氧管7的第一阀8并打开真空管9的第二阀10，停止充氧且开始抽真空。冲头6行进至压室4内的245mm处，型腔1真空压力为10.6kPa，冲头6开始以5m/s的快压射速度压入。充型完毕后，关闭真空管9上的第二阀10，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

图3是实施例1所得铸件中厚度为3.75mm片状样品中部金相图。可以看出，所得铸件中只有微量气孔存在，通过图像分析软件进行定量分析，图中气孔面积分数为0.011%。

实施例2充氧-真空压铸，第一预定速度（即慢压射速度）为0.2m/s，实验装置和实验材料与实施例1相同。

具体步骤如下：模具预热至180℃，合模过程中打开充氧管7上的第一阀8开始充氧，合模后从浇料口5加入温度为680℃的金属液。加料完毕后，冲头6以0.2m/s的慢压射速度压入，冲头6封闭浇料口5时，关闭充氧管7的第一阀8并打开真空管9的第二阀10，停止充氧且开始抽真空。冲头6行进至压室4内的245mm处，型腔1真空压力为37.2kPa，冲头6开始以5m/s的快压射速度压入。充型完毕后，关闭真空管9上的第二阀10，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

图4是实施例1所得铸件中厚度为3.75mm片状样品中部金相图。可以看出，所得铸件中只有微量气孔存在，通过图像分析软件进行定量分析，图中气孔面积分数为0.008%，与实施例1相近。

实施例3充氧-真空压铸，第一预定速度（即慢压射速度）为0.3m/s，实验装置和实验材料与实施例1相同。

具体步骤如下：模具预热至180℃，合模过程中打开充氧管7上的第一阀8开始充氧，合模后从浇料口5加入温度为680℃的金属液。加料完毕后，冲头6以0.3m/s的慢压射速度压入，冲头6封闭浇料口5时，关闭充氧管7的第一阀8并打开真空管9的第二阀10，停止充氧且开始抽真空。冲头6行进至压室4内的245mm处，型腔1真空压力为57.2kPa，冲头6开始以5m/s的快压射速度压入。充型完毕后，关闭真空管9上的第二阀10，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

图5是实施例2所得铸件中厚度为3.75mm片状样品中部金相图。可以看出，所得铸件中只有少量气孔存在，通过图像分析软件进行定量分析，图中气孔面积分数为0.045%，略高于实施例1和实施例2。

实施例2的对比例真空压铸，第一预定速度（即慢压射速度）为0.2m/s，实验装置和实验材料与实施例1相同，充氧管7上的第一阀8始终关闭。

具体步骤如下：模具预热至180℃，合模后从浇料口5加入温度为680℃的金属液。加料完毕后，冲头6以0.2m/s的慢压射速度压入，冲头6封闭浇料口5时，打开真空管9的第二阀10，开始抽真空。冲头6行进至压室4内的245mm处，型腔1真空压力为26.1kPa，冲头6开始以5m/s的快压射速度压入。充型完毕后，关闭真空管9上的第二阀10，停止抽真空，待铸件冷却后取出。

对比例中快压射过程开始时刻型腔1的真空压力低于实施例2中快压射过程开始时刻型腔1的真空压力，这是由于开始抽真空时，对比例中型腔1内空气压力低于实施例2中型腔1内氧气压力，抽真空时间相同时，实施例2中型腔1内氧气残余量更多。

图6是对比例所得铸件中厚度为3.75mm片状样品中部金相组织。可以看出，所得铸件中气孔含量较高，通过图像分析软件进行定量分析，图中气孔面积分数为0.19%，远高于实施例2。

根据本发明实施例的充氧-真空压铸工艺，将真空压铸工艺和充氧压铸工艺结合起来，先进行充氧，使压室及型腔内空气被氧气取代，而后进行抽真空，使型腔内氧气压力降低，在充型过程中，型腔内残存的氧气将与金属液反应，可有效降低压铸件中的气孔含量。与单独采用真空压铸工艺和充氧压铸工艺相比，本发明充型过程中型腔内残余气体为氧气，可与金属液反应，克服了真空压铸工艺对型腔真空度要求较高的限制，同时，由于充型过程中型腔内残存氧气压力较低，与金属液反应时放出热量有限，克服了单独采用充氧压铸工艺时有大量热量放出的问题。

本发明的有益效果是：克服了采用真空压铸工艺和充氧压铸工艺时所面临的问题，有效降低压铸件中的气孔含量。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种采用充氧-真空压铸模具装置进行充氧-真空压铸的工艺，充氧-真空压铸模具装置包括：

模具本体，所述模具本体内具有型腔；

压室，所述压室的第一端与所述型腔连通且所述压室的外周壁上具有浇料口；

冲头，所述冲头可移动地设在所述压室内；

气管，所述气管的第一端与所述型腔连通；

充氧管，所述充氧管的第一端与所述气管的第二端连通；

充氧装置，所述充氧装置与所述充氧管的第二端连通；

第一阀，所述第一阀设在所述充氧管上；

真空管，所述真空管的第一端与所述气管的第二端连通；

抽真空装置，所述抽真空装置与所述真空管的第二端连通，和

第二阀，所述第二阀设在所述真空管上；

其特征在于，包括以下步骤：

合模并对型腔和压室持续充氧；

合模完成后从浇料口对压室内注入金属液；

注液完成后使冲头以第一预定速度压入压室并封闭所述浇料口，停止对所述型腔和所述压室充氧并对所述型腔和所述压室进行抽真空；

当所述冲头以第一预定速度行进至所述压室内的预定位置时，使所述冲头以第二预定速度继续压入所述压室，开始充型过程；

充型完毕后，停止抽真空，待铸件冷却后取出；

还包括在合模前对模具进行预热的步骤；

所述第一预定速度为0.1m/s-0.3m/s；

所述第二预定速度为5m/s。

2.根据权利要求1所述的采用充氧-真空压铸模具装置进行充氧-真空压铸的工艺，其特征在于，还包括真空阀或排气块，所述真空阀或排气块设在所述型腔与所述气管的第一端之间。

3.根据权利要求1或2所述的采用充氧-真空压铸模具装置进行充氧-真空压铸的工艺，其特征在于，所述第一阀和所述第二阀均为电磁阀。

4.根据权利要求1所述的采用充氧-真空压铸模具装置进行充氧-真空压铸的工艺，其特征在于，还包括三通，所述气管的第二端、所述充氧管的第一端以及所述真空管的第一端分别与所述三通相连。