CN104014760A - 一种可以防止铸件缩孔的压铸模具及其压铸工艺 - Google Patents

Abstract

一种可以防止铸件缩孔的压铸模具及其压铸工艺。本发明公开了一种压铸模具，它包括有动模和定模，动模和定模在合模时形成了模腔，定模上开设有浇口、浇道和浇口套，浇道与模腔之间通过浇口相互连通，高温的液态金属在压室的压力作用下从浇口套中被压射入浇道，再由浇道进入到模腔中冷凝成形，普通的压铸模具由于液态金属在浇道里凝固速度很快，压室传递过来的压力无法维持最后，铸件最后凝固的部位即热节处经常有疏松出现，若在此处进行加工，内部的疏松组织就会暴露出来，难以满足铸件的耐压要求。而本发明的压铸模具，通过在模具上设置局部增压机构，由液压缸驱动压实销冲破金属表层硬壳，对热节内部半固态金属以很高的压力加压,使随后的凝固在持续高压下完成，从而得到高质量的压铸工件。

Description

一种可以防止铸件缩孔的压铸模具及其压铸工艺

技术领域

本发明涉及一种压铸模具，尤其是涉及一种可以防止铸件缩孔的压铸模具，以及使用该压铸模具进行压铸的工艺。 

背景技术

压铸是铸造液态模锻的一种方法，一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。 

压铸模具就是一种专门用于压铸的模具。它通常由定模和动模组成，定模固定在压铸机压室一方的定模座板上，是金属液开始进入压铸模模腔的部分，也是压铸模模腔的所在部分之一。定模上有直浇道直接与压铸机的喷嘴或压室连接。动模固定在压铸机的动模座板上，随动模座板向左、右移动与定模分开和合拢，一般抽芯和铸件顶出机构设在其内。 

在现有技术中，如专利号为201280022838.X的PCT发明专利公开说明书中记载了一种压铸模具的基本结构，该压铸模具通过向模腔压入熔融金属来铸造压铸产品。该发明的压铸模具具有：定模；动模，其能够相对于定模接近以及分离，并且与定模一起在它们之间的接合面形成模腔；溢流槽，其以借助溢流浇口与模腔相连通的方式形成于定模和动模中的至少一者；多孔的透气构件，其以与溢流槽相连接的方式设于定模和动模中的至少一者，该透气构件能够不使溢流槽内的熔融金属通过而使气体透过；以及排气通路，其一端与透气构件的与溢流槽相反一侧的表面相连通，并且其另一端与定模的外部或动模的外部相连通。 

但是，在实际的加工过程中，由于定模上的浇道较长，高温的液态金属的冷却凝固速度很快，在浇道中流动时，液态金属的温度已经明显降低，使得压室传递过来的压力无法维持到铸件的凝固终了,另外由于液态金属的外部是与模具表面发生接触的，这就使得外部的冷却速度要快于内部，铸件最后凝固的部位即热节处往往在内部，在铸件的热节处经常有疏松出现，如果预定是要在该部位加工孔或者凹槽的，往往会导致缩孔现象的发生，另外，若在此处进行机械加工,内部的疏松组织就会暴露出来,其致密度难以满足铸件的耐压要求。 

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种可以提高铸件内部致密度、防止铸件缩孔、满足铸件耐压要求的压铸模具。 

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种使用上述的压铸模具对铝材进行压铸加工的工艺方法。 

本发明为解决第一个技术问题所采用的技术方案为： 

一种可以防止铸件缩孔的压铸模具，包括有动模和定模，所述动模可相对于所述定模分离或合拢，当所述动模和所述定模合拢时，所述动模与所述定模的接合面上成形有模腔，所述定模上设置有浇口、浇口套和浇道，所述浇口开设在所述模腔上，所述浇道通过所述浇口与所述模腔连通，所述浇口套开设在所述定模表面且与所述浇道连通，该压铸模具还包括有局部增压机构，所述局部增压机构包括有可延伸至所述模腔内的压实销。

采用这种结构的压铸模具，是在模具上设置一个局部增压机构，该局部增压机构包括有压实销，压实销由驱动机构如液态缸等驱动，可以快速地伸入模腔的内部，对正在凝固中的半固态金属进行冲击，该压实销的尺寸被制造成与铸件上待加工的凹槽或者孔的尺寸相适配，当压实销快速冲击半固态金属时，可以使得半固态金属在压实销的冲击下凹陷（该过程类似冲压中的冲孔工艺），从而可以在铸件上成形有凹槽或孔。由于模腔的体积是有限的，当压实销进入到模腔在半固态金属表面冲击出一个凹槽时，原先凹槽位置的金属被挤压到了压实销旁边的位置（即凹槽的周圈），从而提高了致密度，也避免了缩孔现象的发生。 

作为本发明的优选，所述局部增压机构设置在所述动模或所述定模两者之中的任意一个上。 

作为本发明的改进，在所述动模和所述定模上均设置有局部增压机构。 

采用上述结构的压铸模具，在动模或定模其中一个上设置局部增压机构或者在两者上均设置局部增压机构是充分考虑到了各种加工产品的形状以及加工工艺的需要，如果该产品上的凹槽或孔都是设置在单向的，那就只需要在动模或定模中的其中一个上设置局部增压机构即可，一般优选地是将该局部增压机构设置在动模，这是由于定模上会开设浇道、冷凝水管等多种部件，有可能会导致局部增压机构与这些部件之间发生干涉，如果该产品需要两面加工凹槽或者孔，那就需要同时在定模和动模上设置局部增压机构。 

作为本发明的进一步改进，所述动模上开设有通孔，所述压实销可滑动地穿设在所述通孔中，当所述定模和所述动模分离时，或者当所述定模和所述动模刚刚合拢时，所述压实销的端部与所述模腔平齐且可将所述模腔密封。 

采用这种结构的压铸模具，是将压实销的端部的形状与尺寸设计成与通孔的尺寸相适配，可以堵住该通孔，并且在该压实销处于初始状态时，该压实销的端部与模腔的表面平齐，防止在液态金属进入模腔以后，进入到压实销与通孔之间的间隙，形成一些很窄的凸边，影响成形铸件的表面平整度。 

作为本发明的优选，所述局部增压机构包括有液压缸，所述液压缸固定在所述动模上，所述液压缸上设置有活塞杆，所述活塞杆穿设在所述通孔中且与所述压实销联动。 

采用这种结构的压铸模具，是将液压缸作为压实销的驱动机构，该液压缸为市购的普通液压缸，规格为8T，即最大可以提供8吨的推动力，所以该液压缸可以提供足够的驱动力驱动压实销快速冲击模腔中的金属。由于液压缸的活塞杆是与液压缸配套的标准件，其规格尺寸与铸件上待加工的凹槽或孔的尺寸无法适配，因此是无法直接将活塞杆作为压实销来使用。 

作为本发明的进一步优选，在所述通孔内设置有连接杆，所述连接杆一端与所述活塞杆固定，另一端通过螺纹连接与所述压实销固定。 

由于活塞杆与压实销之间的尺寸不同，为了实现更好的联动，在通孔内设置了一个连接杆，该连接杆一端被加工成与活塞杆的端部适配，通过螺纹连接或者其他可拆卸的固定方式固定在活塞杆上，另一端被加工成与压实销的尺寸相适配，并通过螺纹连接的方式与压实销固定。在这里，为了方便压实销在通孔中滑动，压实销是由截面径不同的端部和销身构成，销身的截面径要略小于通孔的半径，使得销身可以在通孔中滑动，另外销身是与连接杆连接的，这样在加工连接杆时也有可能使得连接杆的截面径小于通孔的半径，从而使得连接杆可以在通孔中滑动。 

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为： 

一种在压铸模具上进行铝材压铸的工艺，包括如下步骤：

1）使用合模压力机将定模和动模合拢，使得在所述的压铸模具内形成一个供铸件成形的模腔；

2）使用电感应加热装置对压铸模具进行预热，使得所述压铸模具的温度上升到180摄氏度；

3）将高温的液态铝以80-120MPa的压力从定模的浇口套中压射入浇道，然后持续对液态铝保持该压力，推动高温的液态铝以50m/s的冲填速度依次通过浇道和浇口填充到模腔中，直至液态铝充满模腔；

4）对模腔内部的液态铝进行持压，即在液态铝充满所述模腔后继续保持对模腔内液态铝施加80-120MPa的压力持续6秒。

5）在持压工序结束之后5秒时，启动局部增压机构中的液压缸，由液压缸驱动活塞杆运动，再由所述活塞杆带动压实销向模腔内运动，所述压实销挤压模腔内正在凝固的铝材，冲破金属表层的硬壳进入到铝材内部，并对铝材内部加压； 

6）保持加压1.5秒，随后停止加压；

7）15秒后，启动合模压力机将所述的动模和定模分开。

作为本发明的优选，在步骤3）中的压力为120MPa。这是由于在允许的范围内，压射压力越大，液态金属的填充速度越快，而充填速度越快，液态技术由于与模具之间的摩擦作用而升温的幅度越大，当采用120MPa的压射压力时，可以使得液态铝的充填速度达到40m/s,进而使得铝材在进入模腔时的温度比采用80MPa的压射压力时要高8℃，因此在硬件条件许可的情况下优选地将步骤3）中的压力设置为120MPa。 

作为本发明的改进，在步骤4）中的压力为80MPa。 

将步骤4)中的持压压力设置成允许的最小值80MPa,因为此时，液态铝已经充满了模腔，采用80MPa的压力使得可以在保证基本持压压力的情况下，不会因为压力过大对模腔中的液态铝产生冲击，在液态铝中产生紊流或气泡，进一步的提高了成形产品的质量和内部的致密度。 

与现有技术相比，本发明的优点在于：是在模具上设置一个局部增压机构，该局部增压机构通过液压缸驱动压实销在模腔中的金属处于半固态状态时进行冲压，并在冲压后持续加压，从而可以成形出具有高致密度、不会发生缩孔现象的高质量铸件。 

附图说明

图1为本发明实施例中可以防止铸件缩孔的压铸模具的结构示意图； 

图2为使用图1实施例中的压铸模具进行压铸成型后铸件的结构示意图。

附图标记： 

1、动模；2、定模；2.1、浇口；2.2、浇口套；2.3、浇道；3、模腔；4、局部增压机构；4.1、压实销；4.2、液压缸；4.2.1、活塞杆；5、连接杆；6、铸件；6.1、凹槽。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步的详细描述。 

如图1-图2所示，本实施例为一种可以防止铸件6缩孔的压铸模具，包括有动模1和定模2，所述动模1可以在外界的合模压力机（图中未示出）的作用下相对于所述定模分离或合拢，该合模压力机为市购的普通的合模压力机，其规格只要符合可以将动模锁紧在定模上即可。 

当所述动模1和所述定模2合拢即合模时，所述动模1与所述定模2的接合面上成形有模腔3，所述定模上设置有浇口2.1、浇口套2.2和浇道2.3，所述浇口2.1开设在所述模腔上，所述浇道2.3通过所述浇口2.1与所述模腔3连通，所述浇口套2.2开设在所述定模表面且与所述浇道连通，该压铸模具还包括有局部增压机构4，所述局部增压机构包括有可延伸至所述模腔内的压实销4.1以及驱动该压实销运动的驱动机构，该驱动机构可以为电机、液压缸或者气缸等，具体的视压实销所需的推动力而定，在本实施例中，由于压实销4.1所需的推动力较大，因此一般的气缸无法提供足够大的推动力，而如果采用一些大功率的伺服电机，则成本过高，所以在本实施中优选地采用一台液压缸4.2作为驱动机构，该液压缸4.2为一台市购的普通液压缸，该液压缸的规格为8T，即最大可以提供8吨的推动力推动压实销运动。 

在所述动模1上开设有通孔1.1，所述压实销4.1穿设在所述通孔中，该压实销4.1一端是连接在液压缸4.2上的，从而使得压实销4.1可以在该液压缸4.2的驱动下在通孔1.1内滑动，该压实销的另一端的端部在所述定模和所述动模处于分离状态时，或者当所述定模和所述动模处于刚刚合拢的状态时，所述压实销4.1的端部与所述模腔平齐且可将所述模腔密封。这是为了防止压实销4.1的端部与模腔3平面之间形成了台阶面，导致在凝固后的铸件6表面也形成了与该台阶面形状一致的台阶状凸起或凹陷，该台阶状凸起或凹陷是不在原铸件6的加工要求范围内的，因此需要在将铸件6取出后，对其进行表面处理工序，增加了表面处理工序后，既浪费了时间，同时也影响了铸件6表面的平整度。 

当模腔的高温金属处于半固态状态时，由液压缸4.2驱动压实销4.1向半固态金属冲压，由于压实销的速度较快，可以冲破金属表面的硬壳进入到金属的内部，从而可以在金属表面冲压出一个凹槽6.1，同时，原先凹槽6.1部分的金属被挤压到凹槽6.1的附近，提高了凹槽6.1周圈的致密度。 

由于液压缸的活塞4.2.1的尺寸与压实销的尺寸是不能适配的，为了方便两者之间的联动，在液压缸的活塞杆4.2.1和压实销之间还设置了一根连接杆5，该连接杆一端通过螺纹连接、销接等方式与活塞杆可拆卸地固定，另一端通过螺纹连接、销接等方式与压实销可拆卸地固定。 

当使用上述的压铸模具对液态金属如铝材进行压铸成型时，其步骤如下： 

1）使用合模压力机将定模2和动模1合拢，使得在所述的压铸模具内形成一个供铸件6成形的模腔3；

2）使用电感应加热装置对压铸模具进行预热，使得所述压铸模具的温度上升到180摄氏度；采用这个步骤对压铸模具进行加热，它的目的在于减缓液态铝材在模具内的凝固速度，因为模腔3、浇道2.3和浇口2.1都是设置在定模2内部的，假如模具温度较低，那么由于两个温度不同之间的物体在接触时会导热，会使得液态铝材的温度迅速降低，使得铸件6不能成型，或即使成型，但是因激冷而增大线收缩，引起裂纹和开裂。因此，在本实施中，对压铸模进行了预热工序，使其温度上升至180℃；

 3）将高温的液态铝以80-120MPa的压力从定模的浇口套中压射入浇道，然后持续对液态铝保持该压力，推动高温的液态铝以50m/s的冲填速度依次通过浇道和浇口填充到模腔中，直至液态铝充满模腔；

4）对模腔内部的液态铝进行持压，即在液态铝充满所述模腔后继续保持对模腔内液态铝施加80-120MPa的压力持续6秒。

持压工序的作用是使得压室有足够的时间将压力传递给未凝固的液态铝材，保证铸件6在压力下结晶，加强补缩，以获得致密的组织。 

持压时间的长短取决于铸件6的材质，若持压时间不足，易造成缩松，但持压时间过长，起不到很大的效果，且易造成压铸机的切除预料困难。在本实施例中，经过多次实验之后，优选的将持压时间设置成6秒。 

5）在持压工序结束之后5秒时，启动局部增压机构中的液压缸，由液压缸驱动活塞杆运动，再由所述活塞杆带动压实销向模腔内运动，所述压实销挤压模腔内正在凝固的铝材，冲破金属表层的硬壳进入到铝材内部，使得铝材表面塌陷形成了凹槽6.1，该压实销进入铝材内部后保持该状态并由压实销后的液压缸驱动其对铝材内部加压； 

具体地，本实施例中的局部增压机构的设计参数如下：

一、增压比压Psq 增压比压的选择范围:15OMpa<Psq<25oMpa。 这里综合考虑了半固态铝材对压实销的阻力与模具对高压的承受能力两方面的因素。     二、增压室的体积(液态铝材被压缩的体积)Vmax 设热节处金属的质量为Q,局部增压以前的体积为V1,密度为ρ1;增压后的体积为V2,密度为ρ2。 因Q=ρ1 V1=ρ2 V2；

所以Vmax=V1-V2=V1（1-ρ1/ρ2） 

三、增压室的长度L与增压头的直径D1 根据L与D1的关系

L=4 Vmax/ΠD1²，

其中L/D1<1.5，这反映了增压室的形状系数对增压效果的影响。 四、活塞直径D3 据增压头上的力平衡关系：

D3=D1*(P_3q/P₀) 式中Po为压铸机的系统压力 五、增压时间τ 在高速充填以后.液态金属形成一定厚度的硬壳后,合适的增压时间为: τ= 0.8-2S。

针对于本实施例需要加工的是液态铝材，将本实施中的局部增压机构参数选取如下:压铸机系统压力P0=9MPa,增压比压Psq选为220MPa。经计算后,D1=Φ18mm,L=12mm,Ds=Φ100mm。 

6）保持加压1.5秒，随后停止加压； 

7）15秒后，启动合模压力机将所述的动模和定模分开，然后将成形后的铸件6产品取出。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。 

Claims (9)

1.一种可以防止铸件缩孔的压铸模具，包括有动模和定模，所述动模可相对于所述定模分离或合拢，当所述动模和所述定模合拢时，所述动模与所述定模的接合面上成形有模腔，所述定模上设置有浇口、浇口套和浇道，所述浇口开设在所述模腔上，所述浇道通过所述浇口与所述模腔连通，所述浇口套开设在所述定模表面且与所述浇道连通，

其特征在于：还包括有局部增压机构，所述局部增压机构包括有可延伸至所述模腔内的压实销。

2.根据权利要求1所述的压铸模具，其特征在于：所述局部增压机构设置在所述动模或所述定模两者之中的任意一个上。

3.根据权利要求1所述的压铸模具，其特征在于：在所述动模和所述定模上均设置有局部增压机构。

4.根据权利要求2或3所述的压铸模具，其特征在于：所述动模上开设有通孔，所述压实销可滑动地穿设在所述通孔中，当所述定模和所述动模分离时，或者当所述定模和所述动模刚刚合拢时，所述压实销的端部与所述模腔平齐且可将所述模腔密封。

5.根据权利要求4所述的压铸模具，其特征在于：所述局部增压机构包括有液压缸，所述液压缸固定在所述动模上，所述液压缸上设置有活塞杆，所述活塞杆穿设在所述通孔中且与所述压实销联动。

6.根据权利要求5所述的压铸模具，其特征在于：在所述通孔内设置有连接杆，所述连接杆一端与所述活塞杆固定，另一端通过螺纹连接与所述压实销固定。

7.一种使用根据权利要求1中所述的压铸模具进行压铸的工艺，包括如下步骤：

1）使用合模压力机将定模和动模合拢，使得在所述的压铸模具内形成一个供铸件成形的模腔；

2）使用电感应加热装置对压铸模具进行预热，使得所述压铸模具的温度上升到180摄氏度；

3）将高温的液态铝以80-120MPa的压力从定模的浇口套中压射入浇道，然后持续对液态铝保持该压力，推动高温的液态铝以50m/s的冲填速度依次通过浇道和浇口填充到模腔中，直至液态铝充满模腔；

4）对模腔内部的液态铝进行持压，即在液态铝充满所述模腔后继续保持对模腔内液态铝施加80-120MPa的压力持续6秒；

5）在持压工序结束之后5秒时，启动局部增压机构中的液压缸，由液压缸驱动活塞杆运动，再由所述活塞杆带动压实销向模腔内运动，所述压实销挤压模腔内正在凝固的铝材，冲破金属表层的硬壳进入到铝材内部，并对铝材内部加压；

6）保持加压1.5秒，随后停止加压；

7）15秒后，启动合模压力机将所述的动模和定模分开。

8.根据权利要求7所述的压铸工艺，其特征在于：在步骤3）中的压力为120MPa。

9.根据权利要求8所述的压铸工艺，其特征在于：在步骤4）中的压力为80MPa。