CN104475698A - 一种多点加压的液态模锻方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多点加压的液态模锻方法，包括以下步骤：S1，调整各补缩压头的位置和行程，使工件的每个热节位置都有一个与之相对应的补缩压头，各个补缩压头的行程大于相对应热节位置的密实压缩量；S2，将温度高于合金的液相线温度的合金液浇入模腔或与模腔连通的压室内；S3，迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧；S4，对合金液施压使其流动，充满整个模腔；S5，在工件的各个热节位置和压室位置，顺序或同时施加压力，使热节位置合金液加速凝固并流变补缩，直至完全凝固；S6，解除各个压力，打开模具，取出工件。该方法有效解决了大型复杂工件液锻的难题，具有投资小、工件内部无收缩缺陷、质量稳定、使用范围广的优点。

Description

一种多点加压的液态模锻方法
技术领域
本发明涉及一种液态模锻方法，尤其涉及一种多点加压的液态模锻方法，用于金属材料大型复杂件的液态模锻，属于金属材料液态模锻领域。
背景技术
液态模锻是一种正在推广应用的材料液态成形新技术，其特点是对浇入模腔的液态金属直接或间接加压，使其在压力作用下凝固成形。现有技术中的液态模锻，都假定液态金属象水一样，可以无限远地等值传递压力，因此，一般都只有一个加压位置。压力直接加在工件上的液态模锻称为直接液锻，压力首先加在工件外(一般是压室内)、间接地对工件进行加压的液态模锻称为间接液态模锻。无论间接液锻，还是直接液锻，都只有一个加压位置。因此，目前液态模锻只用于较简单零件的成形。对于大型复杂零件来说，其经常存在2个以上的热节位置，这些位置冷却较慢、凝固较晚，现有的液态模锻加压方式无法直接作用在这些热节位置上，导致这些位置的收缩难以补充，形成收缩缺陷。
事实上，液态金属是一种非牛顿流体，其流动过程会产生能量耗散，温度和压力会沿程降低，因此，对于大型复杂工件而言，只在一个位置加压，无法保证压力能够传递至工件的各个位置，特别是对于存在多个热节的复杂工件，一个位置加压无法实现各个热节位置都能得到补缩，成形工件内难免出现缩孔或缩松。
为了将现有液态模锻技术用于大型复杂零件成形，解决现有液态模锻技术不能解决具有多热节的复杂大型工件内部缩松和缩孔问题，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于针对现有液态模锻技术不能实现多点加压，难以生产具有多个热节位置的复杂工件的问题，提供一种多点加压的液态模锻方法。
本发明提出的一种多点加压的液态模锻方法，包括以下关键步骤：
(1)调整各补缩压头的位置和行程：调整补缩压头的位置和行程，使每个热节位置都有一个与之相对应的补缩压头，各个补缩压头的行程是各个热节位置的密实压缩量的2-10倍，各个补缩压头施压端面面积等于热节位置的横截面积0.5～1.0倍；
(2)浇注：将温度高于液锻合金的液相线温度30-60℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入模腔，或者将温度高于液锻合金的液相线温度50-100℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入与模腔连通的压室内；
(3)锁模充型：迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧；
(4)加压充型：对压室内的合金液直接施压一个压力使其向模腔内流动，直至充满整个模腔，或者对模腔内的合金液直接施加一个压力，使其向模腔的其他地方流动，直至充满整个模腔；合金液向模腔内流动的速度为100～500mm/s；
(5)热节位置加压凝固与流变补缩：在工件的各个热节位置和压室位置，通过补缩压头顺序或同时施加压力，保压一定时间，使热节位置合金液加速凝固，缩短热节与非热节位置的凝固时间差，实现工件各处的同时凝固，并使热节位置的凝固层发生流变，实现对这些位置因降温和凝固发生的体收缩的补充(即补缩)，直至完全凝固时，解除压力；所加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.2～1.5倍；进一步的保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.1～1.5倍；
(6)开模取件：首先解除各个热节位置的压力，再解除锁模力，打开模具，取出工件，进入后续的工序。
本发明具有如下优点：
1、可以进行大型复杂工件液锻成形。大型复杂工件通常都存在多个热节位置，如果不对各个热节位置分别加压补缩，则很难保证工件内部无收缩缺陷。本发明可以根据工件特点灵活调整加压位置和加压压力，并实现多点同时加压，使大型复杂工件液态模锻成为了现实。
2、使用范围广。该发明能够适用于多点同时加压、多点顺序加压等多种加压模式，适用于钢铁、铝合金、镁合金、钛合金等各种金属材料。
3、工件质量稳定可靠。由于在每个热节位置都有相应的压头加压液锻，工件内不会存在缩孔或缩松；同时，由于在热节位置直接加压，工件的热节凝固加快，整个工件趋于同时凝固，所以，液锻件内部的组织和性能均匀性好。
4、节约设备投资。对于大型工件来说，如果对工件整体施加一个大压力进行液锻来消除热节位置的缩松，则设备吨位会很大，相应地设备投资巨大。本发明采用多点加压，只对热节位置加压，因此液锻机吨位就可以显著减小，节约大量的设备投资。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是本发明实施例1提供的浇注和锁模完毕时的合模图；
图2是本发明实施例1提供的加压后合金液充满模腔时的合模图；
图3是本发明实施例1提供的加压凝固和补缩完成时的合模图。
其中，1-锁模压头，2-第一补缩压头，3-上模，4-第二补缩压头，5-第三补缩压头，6-第三热节位置，7-下模，8-充型压头，9-压室，10-第二热节位置，11-第一热节位置，12-工件。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实现本发明应用的模具的组成部分主要包含有锁模压头、补缩压头、上模、下模、模腔、压室、充型压头。本发明提供的以下实施例中根据液体模锻的工件确定各个热节位置，本发明提及的多点加压是指对各个热节位置和压室位置进行加压。其中，热节因待加工工件的形状不同而个数也各不相同，热节位置为待加工工件的热节在模具上对应的位置。
本发明一种多点加压液态模锻技术的技术方案是，包括如下关键步骤：
步骤s1:调整补缩压头的位置和行程；
具体为：调整各个补缩压头的位置和行程，使之各自对应一个热节位置，各个补缩压头的行程是各个热节位置的密实压缩量的2-10倍，各个补缩压头施压端面面积等于热节位置的横截面积的0.5～1.0倍；在液态模锻领域中，所述密实压缩量是指为来进行补缩、得到致密的工件所必须的压缩行程。
步骤s2:将合金液浇注到模腔或与模腔连通的压室内；
具体为：将温度高于液锻合金的液相线温度30-60℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入模腔，或者将温度高于液锻合金的液相线温度50-100℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入与模腔连通的压室内。
例如：要液锻加工的工件的材料为A356铝合金，A356铝合金的液相线温度为615℃，本步骤具体为，将温度取值在645～675℃范围的A356铝合金液浇入模腔，或者将温度取值在665～715℃范围的A356铝合金液浇入压室内。
步骤s3:锁模充型；
具体为：利用锁模压头迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧后，对压室内的合金液直接施压一个压力使其向模腔内流动，直至充满整个模腔；
或者对模腔内的合金液直接施加一个压力，使其向模腔的其他地方流动，直至充满整个模腔；
合金液向模腔内流动的速度为100～500mm/s；
步骤s4:热节位置加压凝固与流变补缩；
具体为：在各个热节位置和压室的位置，顺序或同时施加压力，保压一定时间，使热节位置的合金液加速凝固，缩短热节位置与非热节位置的凝固时间差，实现工件各处的同时凝固，并使热节位置的凝固层发生流变，实现对这些位置因降温和凝固发生的体收缩的补充(即补缩)，直至完全凝固时，解除压力；
所施加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.2～1.5倍；保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.1～1.5倍；
步骤s5:开模取件；
具体为：首先解除各个热节位置的压力，再解除锁模力，将模具的上模和下模打开，取出模腔内锻压好的金属工件，进入后续的工序。
实施例1
本发明实施例的工件具有3个热节位置，对该工件进行液态模锻(简称液锻)的模具至少包含有锁模压头、补缩压头、上模、下模、模腔、下压头、压室。本实施了提供了一种适用于该工件的4点加压液态模锻方法，包括如下五个关键步骤，并结合图1至图3所示液锻过程中各阶段的合模图，说明如下：
(1)调整补缩压头的位置和行程：调整第一补缩压头2、第二补缩压头4、第三补缩压头5的位置和行程，使第一热节位置11、第二热节位置10、第三热节位置6都有一个与之相对应的补缩压头，各个补缩压头的行程是各个热节位置的密实压缩量的2倍，各个补缩压头的施压端面面积等于与其相对应热节位置的横截面积的0.5倍；
(2)浇注：将温度高于液锻合金的液相线温度30℃或60℃或45℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入模腔的中央空腔内；
(3)锁模充型：利用锁模压头1迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧后，利用充型压头8对模腔内的合金液直接施加一个压力，使其向模腔的其他地方流动，直至充满模腔；合金液向模腔内流动的最大速度为100mm/s；
(4)热节位置加压凝固与流变补缩：在工件的3个热节位置6、10、11和压室9位置，同时施加压力，使热节位置合金液加速凝固，缩短热节与非热节位置的凝固时间差，实现工件各处的同时凝固，并使热节位置的凝固层发生流变，实现对这些位置因降温和凝固发生的体收缩的补充(即补缩)，直至完全凝固时，解除压力；所加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.2倍；保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.2倍；
例如：要加工的工件为A356铝合金轮形件，其等效壁厚为10mm，A356铝合金的固相线温度为575℃，固相线温度以下50℃即525℃时变形抗力为25MPa，则施加压力为30MPa，该工件根据平方根定律计算的凝固时间为8秒(凝固系数为2.8cm/min1/2)，则其保压时间为9.6秒。
(5)开模取件：首先解除各个热节位置的压力，再解除锁模力，打开模具的上模3和下模7，取出工件12，进入后续的工序。
实施例2
本发明实施例的工件是一个具有6个热节位置的框架类零件，对该工件进行液锻的模具至少包含有锁模压头、补缩压头、上模、下模、模腔、下压头、压室。本实施了提供了一种适用于该工件的7点加压液态模锻方法，包括如下五个关键步骤，说明如下：
(1)调整补缩压头的位置和行程：调整6个补缩压头的位置和行程，使每个热节位置都有一个与之相对应的补缩压头，各个补缩压头的行程是各个热节位置的密实压缩量的6倍，各个补缩压头的施压端面面积等于相对应热节位置的横截面积的0.75倍；
(2)浇注：将温度高于液锻合金的液相线温度75℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入与模腔连通的压室内。
进一步的，也可以是浇注高于液锻合金的液相线温度50℃的合金液。
(3)锁模充型：利用锁模压头迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧后，对压室内的合金液施压一个压力使其向模腔内流动，直至充满，合金液向模腔内流动的速度为300mm/s；
(4)热节位置加压凝固与流变补缩：在工件的6个热节位置和压室位置，按照凝固顺序依次施加压力，使热节位置合金液加速凝固，缩短热节与非热节位置的凝固时间差，实现工件各处的同时凝固，并使热节位置的凝固层发生流变，实现对这些位置因降温和凝固发生的体收缩的补充(即补缩)，直至完全凝固时，解除压力；所加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.35倍；保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.35倍；
例如：液锻加工的工件为A356铝合金轮形件，其等效壁厚为10mm，A356铝合金的固相线温度为555℃，固相线温度以下50℃即505℃时变形抗力为25MPa，计算施加压力为33.8MPa，该工件根据平方根定律计算的凝固时间为8秒(凝固系数为2.8cm/min1/2)，则其保压时间为10.8秒。
(5)开模取件：首先解除各个热节位置的压力，再解除锁模力，打开模具，取出工件，进入后续的工序。
实施例3
本发明实施例的工件是一个具有7个热节位置的杆类零件，对该工件进行液锻的模具至少包含有锁模压头、补缩压头、上模、下模、模腔、下压头、压室。本实施了提供了一种适用于该工件的8点加压液态模锻方法，包括如下五个关键步骤，说明如下：
(1)调整补缩压头的位置和行程：调整7个补缩压头的位置和行程，使每个热节位置都有一个与之相对应的补缩压头，各个补缩压头的行程是各个热节位置的密实压缩量的10倍，各个补缩压头的施压端面面积等于相对应热节位置的横截面积的1倍；
(2)浇注：将温度高于液锻合金的液相线温度100℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入与模腔连通的压室内。
(3)锁模充型：利用锁模压头迅速将模具闭合，并施加一个锁模力，使模具锁紧后，对压室内的合金液直接施压一个压力使其向模腔内流动，直至充满；合金液向模腔内流动的最大速度为500mm/s；
(4)热节位置加压凝固与流变补缩：在工件的7个热节位置和压室位置，同时施加压力，使热节位置金属液加速凝固，缩短热节与非热节位置的凝固时间差，实现工件各处的同时凝固，并使热节位置的凝固层发生流变，实现对这些位置因降温和凝固发生的体收缩的补充(即补缩)，直至完全凝固时，解除压力；所加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.5倍；保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.5倍；
例如：要液锻加工的工件为A356铝合金轮形件，其等效壁厚为10mm，A356铝合金的固相线温度为555℃，固相线以下50℃即505℃时变形抗力为25MPa，计算施加压力为38MPa，该工件根据平方根定律计算的凝固时间为8秒(凝固系数为2.8cm/min1/2)，其保压时间为12秒。
(5)开模取件：首先解除各个热节位置的压力，再解除锁模力，打开模具，取出工件，进入后续的工序。
以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种多点加压的液态模锻方法，其特征在于：
步骤s1:根据工件的热节位置调整模具上的补缩压头的位置和行程；
步骤s2:将温度高于液锻合金的液相线温度的合金液浇入模具上的模腔或与模腔连通的压室内；
步骤s3:在模具的锁模压头上施加锁模力将模具锁紧，利用充型压头向所述模腔或所述压室内的合金液施加压力使其流动充满整个模腔；
步骤s4:在所述热节或所述压室的位置，顺序或同时施加压力，使热节位置的合金液加速凝固，直至完全凝固；
步骤s5:解除在所述热节位置或压室位置施加的压力，解除锁模压头上施加的锁模力，打开模具取出工件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s1具体为，调整各个补缩压头的位置使之各自对应一个热节位置，调整各个补缩压头的行程使各个补缩压头的行程是各个与之对应的热节位置的密实压缩量的2～10倍，各个补缩压头的施压端面面积等于热节位置的横截面积的0.5～1.0倍。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s2具体为，将温度高于液锻合金的液相线温度30-60℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入模腔。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s2具体为，将温度高于液锻合金的液相线温度50-100℃的合金液在重力或附加压力作用下浇入与模腔连通的压室内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s3中所述合金液向所述模腔内流动的速度为100～500mm/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤s4所述顺序或同时施加压力具体为，所施加压力为液锻合金的固相线温度以下50℃时变形抗力的1.2～1.5倍。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s4所述直至完全凝固所需的保压时间为根据平方根定律计算的工件完全凝固时间的1.1～1.5倍。
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Assignee: Hebei Jusheng Hongxin Mold Technology Co.,Ltd.

Assignor: Beijing Jiaotong University

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Denomination of invention: A Liquid Die Forging Method with Multipoint Pressurization

Granted publication date: 20160824

License type: Common License

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