CN105014045A - 一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法，是针对镁合金异形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，先制备复合挤压铸造模具，镁合金液全过程进行气体保护，经真空炉熔炼镁合金液、浇铸、复合挤压铸造，制成镁合金异形零件，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，复合挤压铸造的镁合金异形零件形状精确，金相组织致密性好，无缩孔、缩松现象，抗拉强度达180MPa，是先进的镁合金异形零件的复合挤压铸造方法。

Description

一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法

技术领域

本发明涉及一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法，属镁合金异形零件的制备及应用的技术领域。

背景技术

镁合金在汽车、电子通信、航空航天、和国防军事领域具有极其重要的应用价值和广阔的应用前景，被誉为21世纪绿色工程材料。

目前，镁合金深加工产品大多数是通过铸造方法获得，镁合金的铸造成型，可采用砂型铸造、金属型铸造及压力铸造，砂型铸造工艺成品率低、易产生显微缩松而降低力学性能，金属型铸造虽然克服了砂型铸造工艺的一些缺点，但生产效率低，不适合大批量生产。

压力铸造是液态或半液态金属在压力作用下，充填铸模型腔，在压力下快速凝固成型获得铸件，可以成型薄壁、形状复杂、轮廓清晰的铸件；由于压力铸造是镁合金液高速充填铸模型腔，弥散状态的金属流与型腔内的空气高度混合，在压铸件内形成弥散分布的气孔，严重影响铸件的性能，因此，压铸件一般不能进行热处理强化。

挤压铸造技术为镁合金的成型提供了一种有效的方法，它是对浇入铸型型腔内的液态金属施加较高的机械压力，并使其成型和凝固而获得铸件；目前，传统挤压铸造技术分为直接挤压铸造和间接挤压铸造，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；随着技术的发展，镁合金异形、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，致使铸件形成缩松和缩孔，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，将镁合金液挤入模具型腔内，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，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；镁合金是一种有色轻金属合金，比重小、易氧化、铸造过程中易蒸发，也严重影响了铸造质量。

发明内容

发明目的

本发明的目的是针对背景技术的状况，在镁合金异形零件的铸造中采用复合挤压铸造的方法，经真空炉熔炼镁合金液、模具内浇铸、复合挤压，制成镁合金异形零件，全过程用氩气进行保护，以消除铸件的缩孔、缩松现象，改善铸件的金相组织结构，提高镁合金铸件的力学性能。

技术方案

本发明使用的化学物质材料为：镁合金、无水乙醇、石墨润滑油、氧化镁脱模剂、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

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4Cr5MoSiV1制造，凸模挤压表面、凹模型腔表面粗糙度均为：Ra0.08-0.16μm；

(2)熔炼镁合金液

镁合金的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹中完成的；

①清理真空熔炼炉坩埚，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，使表面清洁；

②用无水乙醇清洗坩埚内表面，使其洁净，然后晾干；

③切制镁合金块，将镁合金块用机械进行切制，成20mm×20mm×10mm的金属块；

④预热镁合金块，将切制的镁合金块置于预热炉内，进行预热，预热温度为150℃，备用；

⑤熔炼镁合金液

将预热后的镁合金块置于真空熔炼炉的熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≦10Pa；

开启真空熔炼炉加热器，开始加热，加热温度250℃±5℃；

当温度升至250℃时，在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度2000cm³/min，使炉内压强保持在0.05Mpa，并由出气管阀调控；

继续加热熔炼，熔炼温度650℃±5℃，在此温度恒温保温15min；

(3)复合挤压铸造

镁合金异形零件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，镁合金液在氩气保护下进行充填、保压、复合挤压、保压、脱模，成型为镁合金异形零件；

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200℃，输料管预热温度为630℃；

③将石墨润滑油100mL注入料缸与顶杆之间的间隙中，进行润滑；

④将氧化镁脱模剂150mL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合模，当推板接触凹模时，通过推板上的进气孔向模具中注入氩气，氩气注入速度为50cm³/s，注入时间为20s，然后停止输入氩气；

⑥通过真空熔炼炉上的供料器将镁合金液注入到料缸的液腔内；

⑦挤压铸造机下部的压射杆、顶杆推动镁合金液进入凹模型腔，下部顶杆加压，压力为20Mpa，恒压保压时间5s；

⑧挤压铸造机上部的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，上部的主油缸进行保压，保压压力为70MPa，保压时间30s；

⑨挤压铸造机上部的主油缸拉动凸模板开模，脱模油压缸顶压，推动推板顶出镁合金异形零件；

⑩冷却，镁合金异形零件在氩气保护下冷却至25℃；

(4)清理铸件

将镁合金异形零件置于钢质平板上，用机械清理镁合金异形零件各部及周边；

(5)清洁铸件

将清理后的镁合金异形零件置于钢质平板上，用砂纸打磨内孔及表面，然后用无水乙醇洗涤，洗涤后晾干，即终产物镁合金异形零件；

(6)检测、分析、表征

对制备的镁合金异形零件的形貌、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；

结论：镁合金异形零件金相组织致密性好，抗拉强度达180MPa。

有益效果

本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对镁合金异形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，先制备复合挤压铸造模具，镁合金液全过程进行气体保护，经真空炉熔炼镁合金液、浇铸、复合挤压铸造，制成镁合金异形零件，此制备方法工艺先进，数据精确翔实，复合挤压铸造的镁合金异形零件形状精确，金相组织致密性好，无缩孔、缩松现象，抗拉强度达180MPa，是先进的的镁合金异形零件的复合挤压铸造方法。

附图说明

图1、镁合金异形零件主视图；

图2、镁合金异形零件侧视图；

图3、图1的A-A剖面图；

图4、复合挤压铸造模具主视图；

图5、图4的左侧视图；

图6、图4的俯视图；

图7、图5的B-B剖面图；

图8、推板结构图；

图9、图8的C-C剖面图

图10、复合挤压铸造模具安装状态图；

图11、复合挤压铸造模具开模状态图；

图12、复合挤压铸造模具合模、注入保护气体状态图；

图13、复合挤压铸造注入金属液状态图；

图14、镁合金液充填模具型腔保压状态图；

图15、镁合金异形零件复合挤压、保压状态图；

图16、镁合金异形零件复合挤压后开模状态图；

图17、镁合金异形零件复合挤压后脱模状态图；

图18、镁合金异形零件横切面金相组织形貌图；

图中所示，附图标记清单如下：

1、异形零件，2、圆环孔，3、凸模，4、凹模，5、推杆，6、凸模板，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、镁合金液，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，36、输料管加热保温套，37、输料管，38、排气孔，39、进气孔，40、氩气通道，41、氩气，42、氩气管，43、氩气阀，44、氩气瓶

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明：

图1、2、3所示，为镁合金异形零件结构图，零件1中部有圆形孔2，两边亦有圆形孔。

图4、5、6、7、8、9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；

凹模4通过左导柱15、右导柱16与凸模框17连接；

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；

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；

在凹模4上设有电阻加热孔18，凸模框17内设有加热槽35；

推板10上设有进气孔39，进气孔39连接氩气通道40，在推板10的另一端有排气孔38。

图10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，在料缸23的左部设有输料管37、输料管保温套36。

图11所示，为复合挤压铸造模具开模状态图，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，脱模油压缸29停止运动并锁死，下部凹模4连接料缸23，料缸23上连接输料管37，输料管37外部设有输料管加热保温套36。

图12所示，为复合挤压铸造模具合模、注入保护气体状态图，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，通过推板10上的氩气通道40、进气孔39向模具型腔中输入氩气41，氩气输入速度为50cm³/s，通入时间为20s，氩气通道40连接氩气管42、氩气阀43、氩气瓶44。

图13所示，为复合挤压铸造注入金属液状态图，通过镁合金熔炼保温炉上的供料器将镁合金液24通过输料管37注入到料缸23的液腔27内。

图14所示，为镁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，将镁合金液24顶入凹模4型腔内，输料管37中多余的镁合金液退回到镁合金熔炼保温炉中，当镁合金液24充满凹模型腔后，进行保压，保压压力20Mpa，保压时间5s。

图15所示，为镁合金异形零件复合挤压、保压状态图，挤压铸造机的脱模油压缸29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29停止运动，同时挤压铸造机主油缸28施压，推动凸模板6继续运动进行合模，使得凸模3对铸件进行复合挤压，最终凹模4、推板10、凸模框17压紧，主油缸28进行保压，保压压力为70MPa，保压时间30s。

图16所示，为镁合金圆环复合挤压后开模状态图，主油缸28拉动凸模板6上移开模，镁合金异形零件随凸模3上移。

图17所示，为镁合金异形零件复合挤压后脱模状态图，挤压铸造机的脱模油压缸29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顶出镁合金异形零件。

图18所示，为镁合金异形零件横切面金相组织形貌图，图中所示，金相组织结构致密性好。

Claims (2)

1.一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法，其特征在于：

使用的化学物质材料为：镁合金、无水乙醇、石墨润滑油、氧化镁脱模剂、氩气，其准备用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位

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4Cr5MoSiV1制造，凸模挤压表面、凹模型腔表面粗糙度均为：Ra0.08-0.16μm；

(2)熔炼镁合金液

镁合金的熔炼是在真空熔炼炉内进行的，是在中频感应加热、抽真空、氩气底吹中完成的；

①清理真空熔炼炉坩埚，用金属铲、金属刷清理熔炼坩埚，使表面清洁；

②用无水乙醇清洗坩埚内表面，使其洁净，然后晾干；

③切制镁合金块，将镁合金块用机械进行切制，成20mm×20mm×10mm的金属块；

④预热镁合金块，将切制的镁合金块置于预热炉内，进行预热，预热温度为150℃，备用；

⑤熔炼镁合金液

将预热后的镁合金块置于真空熔炼炉的熔炼坩埚内，关闭真空熔炼炉，并密闭；

开启真空泵，抽取炉内空气，使炉内压强≦10Pa；

开启真空熔炼炉加热器，开始加热，加热温度250℃±5℃；

当温度升至250℃时，在石墨坩埚底部通入氩气底吹管，向坩埚内输入氩气，氩气底吹速度2000cm³/min，使炉内压强保持在0.05Mpa，并由出气管阀调控；

继续加热熔炼，熔炼温度650℃±5℃，在此温度恒温保温15min；

(3)复合挤压铸造

镁合金异形零件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，镁合金液在氩气保护下进行充填、保压、复合挤压、保压、脱模，成型为镁合金异形零件；

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200℃，输料管预热温度为630℃；

③将石墨润滑油100mL注入料缸与顶杆之间的间隙中，进行润滑；

④将氧化镁脱模剂150mL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合模，当推板接触凹模时，通过推板上的进气孔向模具中注入氩气，氩气注入速度为50cm³/s，注入时间为20s，然后停止输入氩气；

⑥通过真空熔炼炉上的供料器将镁合金液注入到料缸的液腔内；

⑦挤压铸造机下部的压射杆、顶杆推动镁合金液进入凹模型腔，下部顶杆加压，压力为20Mpa，恒压保压时间5s；

⑧挤压铸造机上部的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，上部的主油缸进行保压，保压压力为70MPa，保压时间30s；

⑨挤压铸造机上部的主油缸拉动凸模板开模，脱模油压缸顶压，推动推板顶出镁合金异形零件；

⑩冷却，镁合金异形零件在氩气保护下冷却至25℃；

(4)清理铸件

将镁合金异形零件置于钢质平板上，用机械清理镁合金异形零件各部及周边；

(5)清洁铸件

将清理后的镁合金异形零件置于钢质平板上，用砂纸打磨内孔及表面，然后用无水乙醇洗涤，洗涤后晾干，即终产物镁合金异形零件；

(6)检测、分析、表征

对制备的镁合金异形零件的形貌、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；

结论：镁合金异形零件金相组织致密性好，抗拉强度达180MPa。

2.根据权利要求1所述的一种镁合金异形零件的复合挤压铸造方法，其特征在于：

所述的复合挤压铸造模具由凹模(4)、凸模(3)和复合挤压装置组成；

凹模(4)通过左导柱(15)、右导柱(16)与凸模框(17)连接；

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；

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；

在凹模(4)上设有电阻加热孔(18)，凸模框(17)内设有加热槽(35)；

推板(10)上设有进气孔(39)，进气孔(39)连接氩气通道(40)，在推板(10)的另一端有排气孔(38)。