CN104841908A - 一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法 - Google Patents

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本发明涉及一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法,是针对铝合金圆环状零件铸造中的缩孔、缩松现象严重,金相组织结构致密性差的情况,采用复合挤压铸造的方法,先制造复合挤压铸造模具,经熔炼铝合金溶液、浇铸、复合挤压铸造,制成铝合金圆环,此制备方法工艺先进,数据精确翔实,复合挤压铸造的铝合金圆环形状精确,金相组织致密性好,无缩孔、缩松现象,抗拉强度达230MPa,硬度达75HB,针孔度等级为一级,是十分理想的铝合金圆环的复合挤压铸造方法,也可以用此方法制造其他铝合金零件。

Description

一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法,属铝合金异形零件的制备及应 用的技术领域。
背景技术
[0002] 铝合金制品的挤压铸造是一种液态成型工艺,是对浇入模具型腔内的液态合金施 加较高的机械压力,使其凝固成型,制成机械零件和制品。
[0003] 目前,直接挤压铸造是将液态金属直接浇入金属模具内,随后合模,实现金属液充 填流动,使金属液充填全部型腔,继续升压和保压使铸件凝固,冷却后脱模,完成铸造的全 过程;随着技术的发展,铝合金异形、复杂零件较多,液态金属在铸造充型过程中加压凝固 难度大,尤其是角部、边缘部位和异形结构部位,很难进行加压凝固,致使铸造中形成缩松 和缩孔,对铸件的质量造成很大的危害;还有的采用间接挤压铸造,用成型压头,将铝合金 液挤入型腔内,由压头和凹模组成的内浇道将压力传递到铸件上;但压头只是部分加压铸 件,铸件的金相组织结构的致密性较低,而且金属液注入模腔后,由于随着金属液充填流 动,金属液温度已经下降,浇道部分也已开始凝固,传递压力效果不好,因此铸件经常有缩 孔和缩松现象。
发明内容
[0004] 发明目的
[0005] 本发明的目的是针对背景技术的状况,在铝合金圆环零件的铸造中采用复合挤压 铸造的方法,经熔炼铝合金液、模具内浇铸、复合挤压,制成圆环形铝合金铸件,以消除圆环 铸件的缩孔、缩松现象,改善铸件的金相组织结构,提高铝合金铸件的力学性能。
[0006] 技术方案
[0007] 本发明使用的化学物质材料为:铝合金、KCl-NaCl基体精炼剂、无水乙醇、石墨润 滑油、硅藻土脱模剂,其准备用量如下:以克、毫升为计量单位
Figure CN104841908AD00041
[0009] 复合挤压铸造方法如下:
[0010] (1)制造复合挤压铸造模具
[0011] 复合挤压铸造模具用热作模具钢4Cr5M〇SiVl制造,凸模挤压表面、凹模型腔表面 粗糙度均为:RaO. 08-0. 16ym;
[0012] (2)熔炼铝合金液
[0013] 铝合金液的熔炼是在坩埚熔炼炉内进行的,是在加热过程中、精炼剂作用下完成 的;
[0014] ①清理熔炼坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚,使其表面清洁;
[0015] ②清洁熔炼坩埚内部,用无水乙醇清洗坩埚内表面,然后晾干;
[0016] ③切制错合金块,将错合金块用机械进行切制,成10mmX8_X12mm的金属块;
[0017]④预热铝合金块,将切制的铝合金块置于预热炉内,进行预热,预热温度为200°C, 备用;
[0018] ⑤预热熔炼坩埚,开启坩埚熔炼炉,预热坩埚,预热温度为250°C,备用;
[0019] ⑥熔炼铝合金液
[0020] 将预热后的铝合金块置于预热的熔炼坩埚内,开启坩埚熔炼炉加热器,加热熔炼 铝合金块,熔炼温度720°C±5°C,在此温度恒温保温15min,然后加入KCl-NaCl基体精炼剂 30g±lg,搅动铝合金液,使精炼剂与铝合金液充分混和;清理铝合金液中熔渣,将温度调至 700°C±5°C继续熔炼,恒温保温15min,备用;
[0021] (3)复合挤压铸造
[0022] 铝合金圆环的复合挤压铸造是在挤压铸造机上进行的,是在复合挤压铸造模具 内,铝合金液进行充填、保压、复合挤压、保压、脱模,成型为铝合金圆环;
[0023] ①安装复合挤压铸造模具
[0024] 将复合挤压铸造模具的凹模置于挤压铸造机的下工作台上,并与挤压铸造机的料 缸、顶杆、压射杆垂直连接;
[0025] 将挤压铸造模具的凸模置于挤压铸造机的上部,通过凸模板将其固定在挤压铸造 机的活动型板上;
[0026] 将上部推杆连接在挤压铸造机的脱模用油压缸上;
[0027] 调整下部压射杆与上部推杆在同一中心线上;
[0028] ②预热料缸、挤压铸造模具
[0029] 开启挤压铸造机的加热器,预热料缸、挤压铸造模具,预热温度为230°C ;
[0030] ③将石墨润滑油100mL±5mL注入料缸与顶杆之间的间隙中,进行润滑;
[0031] ④将硅藻土脱模剂150mL±10mL均匀地喷涂在挤压铸造模具的凹模、凸模表面, 涂层厚度0. 02mm;
[0032] ⑤将铝合金液加入到料缸的液腔内;
[0033] ⑥合模,当推板接触凹模时,压射杆、顶杆推动铝合金液进入凹模型腔,下部顶杆 加压,压力为25Mpa,恒压保压时间6s;
[0034] ⑦脱模油压缸拉动上部推杆上移,推杆通过顶出板及连接导柱拉动推板上移,当 上顶出板接触上限位块后,脱模油压缸停止运动,挤压铸造机主油缸施压,推动凸模继续运 动与凹模进行合模,使凸模进入凹模,压紧,主油缸进行保压,保压压力为80MPa,保压时间 30s;
[0035] ⑧主油缸拉动凸模板开模,脱模油压缸顶压,推动推板顶出铝合金圆环;
[0036] ⑨冷却,铝合金圆环在空气中冷却至25°C,
[0037] (4)清理铸件
[0038] 将铝合金圆环置于钢质平板上,用机械清理铝合金圆环各部及周边;
[0039] (5)清洁铸件
[0040] 将清理后的铝合金圆环铸件置于钢质平板上,用砂纸打磨内孔及表面,然后用无 水乙醇洗涤,洗涤后晾干,即终产物铝合金圆环;
[0041] (6)检测、分析、表征
[0042] 对制备的铝合金圆环的形貌、色泽、金相组织结构、力学性能进行检测、分析、表 征;
[0043] 用金相分析仪进行金相组织分析;
[0044] 用微机控制的电子万能试验机进行抗拉强度分析;
[0045] 用布氏硬度计进行硬度分析;
[0046] 用图像自动分析仪进行针孔度分析;
[0047] 结论:铝合金圆环为圆孔型,金相组织致密性好,抗拉强度达230MPa,硬度达 75HB,针孔度等级为一级。
[0048] 有益效果
[0049] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性,是针对铝合金圆环铸造中的缩孔缩松 现象严重、金相组织结构致密性差的情况,采用复合挤压铸造的方法,先制备复合挤压铸造 模具,经熔炼铝合金熔液、浇铸、复合挤压铸造的方法,制成铝合金圆环,此制备方法工艺先 进,数据精确翔实,复合挤压铸造的铝合金圆环形状精确,金相组织致密性好,无缩孔、缩松 现象,抗拉强度达230MPa,硬度达75HB,针孔度等级为一级,是十分理想的铝合金圆环的复 合挤压铸造方法。
附图说明
[0050] 图1、铝合金圆环主视图;
[0051] 图2、铝合金圆环俯视图;
[0052] 图3、图2的A-A剖面图;
[0053] 图4、复合挤压铸造模具主视图;
[0054] 图5、图4的左侧视图;
[0055] 图6、图4的俯视图;
[0056] 图7、图5的B-B剖面图;
[0057] 图8、复合挤压铸造模具安装状态图;
[0058] 图9、复合挤压铸造注入铝合金液状态图;
[0059]图10、复合挤压铸造模具合模状态图;
[0060] 图11、铝合金液充填模具型腔保压状态图;
[0061] 图12、铝合金圆环复合挤压、保压状态图;
[0062] 图13、铝合金圆环复合挤压后开模状态图;
[0063] 图14、铝合金圆环复合挤压后脱模状态图;
[0064] 图15、铝合金圆环复合挤压铸造后的横切面金相组织图;
[0065] 图中所示,附图标记清单如下:
[0066] 1、圆环,2、圆环孔,3、凸模,4、凹模,5、推杆,6、凸模版,7、上限位块,8、下限位块, 9、模架,10、推板,11、上顶出板,12、下顶出板,13、左连接导柱,14、右连接导柱,15、左导柱, 16、右导柱,17、凸模框,18、电阻加热孔,19、螺栓,20、销轴,21、料缸加热保温套,22、凹模型 腔,23、料缸,24、铝合金液,25、顶杆,26、复合挤压间隙,27、液腔,28、主油缸,29、脱模油压 缸,30、活动型板,31、复合挤压铸造模具,32、测温装置,33、下工作台,34、压射杆,35、加热 槽。
具体实施方式
[0067] 以下结合附图对本发明做进一步说明:
[0068] 图1、2、3所示,为铝合金圆环结构图,圆环1外部有圆形台,圆环孔2内亦有圆形 台。
[0069] 图4、5、6、7所示,为复合挤压铸造模具结构图,模具由凹模4、凸模3和复合挤压装 置组成;
[0070] 凹模4通过左导柱15、右导柱16与凸模框17连接;
[0071] 凸模3与凸模框17、模架9、凸模板6固定连接,凸模3固定在凸模框17上,凸模 框17、模架9、凸模板6由螺栓19、销轴20固定;
[0072] 复合挤压装置由推板10、左连接导柱13、右连接导柱14、上顶出板11、下顶出板 12、 上限位块7、下限位块8、推杆5组成;推板10、上顶出板11、下顶出板12与左连接导柱 13、 右连接导柱14连接在一起,推杆5固定在上顶出板11、下顶出板12之间,上限位块7固 定在凸模板6下部,下限位块8固定在凸模框17上;当推动或拉动推杆5时,复合挤压装置 整体做上下运动,上下运动的距离由上限位块7和下限位块8限制;
[0073] 在凹模4上设有电阻加热孔18,凸模框17内设有加热槽35。
[0074]图8所示,为复合挤压铸造模具安装状态图,料缸23内部设有测温装置32、外部设 有料缸加热保温套21,料缸23安装在下工作台33上,顶杆25安装在压射杆34上,并与料 缸23同中心配合连接,复合挤压铸造模具31的凹模4安装在下工作台33上,并与料缸23 同中心配合连接,凸模3通过凸模板6固定在活动型板30上,复合挤压装置通过推杆5固 定在脱模油压缸29上,脱模用油压缸29安装在活动型板30上,挤压铸造机的主油缸28与 活动型板30固定连接。
[0075] 图9所示,为复合挤压铸造注入铝合金液状态图,脱模油压缸推动推杆5顶出,推 杆5通过上顶出板11、下顶出板12、左连接导柱13和右连接导柱14推动推板10顶出,当 下顶出板12接触下限位块8后,脱模用油压缸停止运动并锁死,下部凹模4连接料缸23,料 缸23内的液腔27内注入铝合金液24,并由顶杆25、压射杆34顶住。
[0076] 图10所示,为复合挤压铸造模具合模状态图,挤压铸造机上部主油缸推动凸模板 6合模,当推板10接触凹模4时,上部主油缸停止运动,完成合模。
[0077] 图11所示,为铝合金液充填模具型腔保压状态图,挤压铸造机的底部压射缸运 动,推动压射杆34和顶杆25向上运动,速度为35mm/s,将铝合金液顶入凹模型腔内,当铝合 金液24充满凹模型腔后,进行保压,保压压力25Mpa,保压时间6s。
[0078] 图12所示,为铝合金圆环复合挤压、保压状态图,挤压铸造机的脱模油压缸拉动 推杆5上移,推杆5通过上顶出板11、下顶出板12、左连接导柱13和右连接导柱14拉动推 板10上移,当上顶出板11接触上限位块7后,脱模油压缸停止运动,同时挤压铸造机主油 缸施压,推动凸模板6继续运动进行合模,压紧凹模4,推板10,凸模框17,主油缸进行保压, 保压压力为80MPa,保压时间30s。
[0079] 图13所示,为铝合金圆环复合挤压后开模状态图,主油缸拉动凸模板6上移开模, 铝合金圆环随凸模3上移。
[0080] 图14所示,为铝合金圆环复合挤压后脱模状态图,挤压铸造机的脱模油压缸推动 推杆5,推杆5通过上顶出板11、下顶出板12、左连接导柱13和右连接导柱14推动推板10 顶出铝合金圆环。
[0081] 图15所示,为铝合金圆环复合挤压铸造后的横切面金相形貌图,图中所示,金相 组织结构致密性好。

Claims (2)

1. 一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法,其特征在于: 使用的化学物质材料为:铝合金、KCl-NaCl基体精炼剂、无水乙醇、石墨润滑油、硅藻 土脱模剂,其准备用量如下:以克、毫升为计量单位
Figure CN104841908AC00021
复合挤压铸造方法如下: (1) 制造复合挤压铸造模具 复合挤压铸造模具用热作模具钢4Cr5M〇SiVl制造,凸模挤压表面、凹模型腔表面粗糙 度均为:RaO. 08-0. 16ym; (2) 熔炼铝合金液 铝合金液的熔炼是在坩埚熔炼炉内进行的,是在加热过程中、精炼剂作用下完成的; ① 清理熔炼坩埚,用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚,使其表面清洁; ② 清洁熔炼坩埚内部,用无水乙醇清洗坩埚内表面,然后晾干; ③ 切制错合金块,将错合金块用机械进行切制,成l〇_X8_X12mm的金属块; ④ 预热铝合金块,将切制的铝合金块置于预热炉内,进行预热,预热温度为200°C,备 用; ⑤ 预热熔炼坩埚,开启坩埚熔炼炉,预热坩埚,预热温度为250°C,备用; ⑥ 熔炼铝合金液 将预热后的铝合金块置于预热的熔炼坩埚内,开启坩埚熔炼炉加热器,加热熔炼铝合 金块,熔炼温度720°C±5 °C,在此温度恒温保温15min,然后加入KCl-NaCl基体精炼剂 30g±lg,搅动铝合金液,使精炼剂与铝合金液充分混和;清理铝合金液中熔渣,将温度调至 700°C±5°C继续熔炼,恒温保温15min,备用; (3) 复合挤压铸造 铝合金圆环的复合挤压铸造是在挤压铸造机上进行的,是在复合挤压铸造模具内,铝 合金液进行充填、保压、复合挤压、保压、脱模,成型为铝合金圆环; ①安装复合挤压铸造模具 将复合挤压铸造模具的凹模置于挤压铸造机的下工作台上,并与挤压铸造机的料缸、 顶杆、压射杆垂直连接; 将挤压铸造模具的凸模置于挤压铸造机的上部,通过凸模板将其固定在挤压铸造机的 活动型板上; 将上部推杆连接在挤压铸造机的脱模用油压缸上; 调整下部压射杆与上部推杆在同一中心线上; ② 预热料缸、挤压铸造模具 开启挤压铸造机的加热器,预热料缸、挤压铸造模具,预热温度为230°C; ③ 将石墨润滑油100mL±5mL注入料缸与顶杆之间的间隙中,进行润滑; ④ 将硅藻土脱模剂150mL± 10mL均匀地喷涂在挤压铸造模具的凹模、凸模表面,涂层 厚度 0. 02mm; ⑤ 将铝合金液加入到料缸的液腔内; ⑥ 合模,当推板接触凹模时,压射杆、顶杆推动铝合金液进入凹模型腔,下部顶杆加压, 压力为25Mpa,恒压保压时间6s; ⑦ 脱模油压缸拉动上部推杆上移,推杆通过顶出板及连接导柱拉动推板上移,当上顶 出板接触上限位块后,脱模油压缸停止运动,挤压铸造机主油缸施压,推动凸模继续运动与 凹模进行合模,使凸模进入凹模,压紧,主油缸进行保压,保压压力为80MPa,保压时间30s; ⑧ 主油缸拉动凸模板开模,脱模油压缸顶压,推动推板顶出铝合金圆环; ⑨ 冷却,铝合金圆环在空气中冷却至25°C, (4) 清理铸件 将铝合金圆环置于钢质平板上,用机械清理铝合金圆环各部及周边; (5) 清洁铸件 将清理后的铝合金圆环铸件置于钢质平板上,用砂纸打磨内孔及表面,然后用无水乙 醇洗涤,洗涤后晾干,即终产物铝合金圆环; (6) 检测、分析、表征 对制备的铝合金圆环的形貌、色泽、金相组织结构、力学性能进行检测、分析、表征; 用金相分析仪进行金相组织分析; 用微机控制的电子万能试验机进行抗拉强度分析; 用布氏硬度计进行硬度分析; 用图像自动分析仪进行针孔度分析; 结论:铝合金圆环为圆孔型,金相组织致密性好,抗拉强度达230MPa,硬度达75HB,针 孔度等级为一级。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金圆环的复合挤压铸造方法,其特征在于: 模具由凹模(4)、凸模(3)和复合挤压装置组成; 凹模⑷通过左导柱(15)、右导柱(16)与凸模框(17)连接; 凸模⑶与凸模框(17)、模架(9)、凸模板(6)固定连接,凸模(3)固定在凸模框(17) 上,凸模框(17)、模架(9)、凸模板(6)由螺栓(19)、销轴(20)固定; 复合挤压装置由推板(10)、左连接导柱(13)、右连接导柱(14)、上顶出板(11)、下顶出 板(12)、上限位块(7)、下限位块(8)、推杆(5)组成;推板(10)、上顶出板(11)、下顶出板 (12)与左连接导柱(13)、右连接导柱(14)连接在一起,推杆(5)固定在上顶出板(11)、下 顶出板(12)之间,上限位块(7)固定在凸模板(6)下部,下限位块⑶固定在凸模框(17) 上;当推动或拉动推杆(5)时,复合挤压装置整体做上下运动,上下运动的距离由上限位块 (7)和下限位块⑶限制; 在凹模⑷上设有电阻加热孔(18),凸模框(17)内设有加热槽(35)。
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