CN108246998B - 一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，属于半固态成形领域。本发明所述方法为：将长方形铸锭首先用感应加热炉加热至再结晶温度以上50‑100℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，切割后将其放入感应加热炉内加热至Tm以上10‑20℃并保温10‑15分钟，然后送至模具内进行半固态底注式挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形。本发明所述方法采用底注式挤压，挤压件三向受力，成形件机械性能好，而且操作简单、控制方便、流程短、可实现机械化控制。

Description

一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法

技术领域

本发明涉及一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，属于半固态成形领域。

背景技术

随着国家工业化发展，环境保护、节能降耗日益迫切，资源合理有效的利用，产品生产效率的提高愈发重要。金属半固态成形技术作为21世纪最具发展前景的成形技术之一，其短流程、高效率等优点，对于节约资源和保护环境有着重要的指导意义。

金属半固态成形技术是对处于固液两相温度区间的半固态金属浆料进行成形的方法。与传统铸造和锻造相比，金属半固态成形技术的材料综合利用率较高，且可以成形形状复杂且精度和性能质量要求较高的零件。半固态金属成形方式主要有流变成形和触变成形。其中，流变成形是利用在金属凝固过程中破碎枝晶后制得的半固态浆料直接进行成形加工，可实现快速成形。

轴套零件具有支撑回转轴、定位和导向等作用，常被用于汽车、高铁、航空航天等领域。传统轴套零件生产方法一般采用液态成形管状毛坯料，然后经过机械加工，将管状毛坯料车成所需轴套零件形状，采用这种方法成形的轴套零件，一方面由于液态成形组织不均匀，容易产生缩孔、缩松等缺陷；另一方面，材料利用率低，容易产生很多废料，造成资源浪费。

采用半固态金属成形技术挤压铸造轴套零件，成形温度低，挤压力小，可实现近终成形。传统挤压铸造半固态金属零件产品，通常采用由上往下正挤压工艺，在挤压过程中，发现固液两相容易分离，造成固液偏析现象，使成形轴套零件组织不均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，该方法可以提高材料利用率，扩宽轴套零件产品的深加工技术和方法，具体步骤是：将长方形铸锭首先用感应加热炉加热至再结晶温度以上50-100℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，切割后将其放入感应加热炉内加热至Tm （Tm为固相线和液相线温度的平均值）以上10-20℃并保温10-15分钟，然后送至模具内进行半固态底注式挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形。

本发明所述多向多道次热轧过程中：轧制速度为2-4m/min，轧制道次为2-4次，累积变形量为12-18%。

本发明所述多向多道次冷轧过程中：轧制速度为0.5-1m/min，轧制道次为2-6次，累积变形量为20-60%。

本发明所述侧向压力为5-10 MPa，侧向压力保压时间为5-20s。

本发明所述模具包括上模1、左凹模2、左液压控制系统3、下模5、送料杆6、右凹模7、右液压控制系统8；上模1与液压机顶端相连，液压机控制上模1上下移动；上模1的压头直径对应轴套零件4中间孔内径，压头长度对应轴套零件4高度；左凹模2与左液压控制系统3连接，右凹模7与右液压控制系统8连接，下模5中间有一个型腔，型腔直径对应轴套零件4法兰直径，送料杆6的底端与液压机相连，液压机控制送料杆6上下移动，送料杆6直径对应下模5的型腔内径，送料杆6和下模5间隙配合；上模1、左凹模2、右凹模7合模后形成的型腔与下模5型腔在一条直线上，上模1、左凹模2、右凹模7合模后形成的型腔与轴套零件形状4相对应。

本发明所述上模1通过T型板固定在液压机顶端位置，下模5通过T型板固定在液压机底端工作台面位置。

本发明所述上模1、左凹模2、下模5、送料杆6和右凹模7的外面设有陶瓷加热线圈。

本发明所述上模1、左凹模2、下模5、送料杆6和右凹模7模具材料选用H13模具钢。

本发明所述左凹模2和右凹模7下面设有固定滑道。

本发明的有益效果：

（1）本发明所述模具采用底注式挤压成形轴套零件，可以使充型更加平稳，挤压过程中，半固态浆料由下往上挤压成形，解决了半固态浆料在挤压铸造时因重力影响导致的液固分离问题，同时成形件组织均匀。

（2）本发明所述模具采用左、右液压控制系统控制左、右凹模开模与合模，一方面，在挤压过程中，半固态浆料三向受力，使充型更加完整，同时，解决了成形过程中固液相两相偏析问题；另一方面，挤压结束后，机械控制脱模，简单方便，解决了传统挤压铸造脱模困难的难题，对于挤压铸造小型轴套零件有一定指导意义。

（3）本发明所述模具中左、右液压控制系统控制左、右凹模在固定滑道上面移动，不发生偏移，可实现精准对接，提高了轴套零件成型精度，同时对于保护模具、提高产品质量有重要意义。

（4）本发明所属模具适用于多种金属半固态浆料，成形温度低，成形所需挤压力小，提高了模具使用寿命，而且，成形件组织均匀，力学性能良好。

（5）本发明所述模具结构合理，操作简单方便，可实现机械化控制，降低了人工成本，可实现连续化生产，节约了成本，提高了效率。

（6）本发明所述模具挤压成形得到的轴套零件近终成形，不需要太多的后期机械加工处理，生产效率和材料利用率大幅度提高，流程短，适用于大批量生产，对于节约资源和保护环境有一定指导意义。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

图2是本发明所述模具的结构示意图。

图3是本发明所述模具左半部的三维结构示意图。

图4是本发明所述成形轴套零件结构示意图。

图5是本发明所述实施例1成形半固态ZCuSn10P1轴套零件微观组织。

图2中：1-上模；2-左凹模；3-左液压控制系统；4-成形轴套零件；5-下模；6-送料杆；7-右凹模；8-右液压控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

本发明实施例所用模具结构如图2~3所示，包括上模1、左凹模2、左液压控制系统3、下模5、送料杆6、右凹模7、右液压控制系统8；上模1与液压机顶端相连，液压机控制上模1上下移动；上模1的压头直径对应轴套零件4中间孔内径，压头长度对应轴套零件4高度；左凹模2与左液压控制系统3连接，右凹模7与右液压控制系统8连接，下模5中间有一个型腔，型腔直径对应轴套零件4法兰直径，送料杆6的底端与液压机相连，液压机控制送料杆6上下移动，送料杆6直径对应下模5的型腔内径，送料杆6和下模5间隙配合；上模1、左凹模2、右凹模7合模后形成的型腔与下模5型腔在一条直线上，上模1、左凹模2、右凹模7合模后形成的型腔与轴套零件形状4相对应；所述上模1通过T型板固定在液压机顶端位置，下模5通过T型板固定在液压机底端工作台面位置；所述上模1、左凹模2、下模5、送料杆6和右凹模7的外面设有陶瓷加热线圈；所述上模1、左凹模2、下模5、送料杆6和右凹模7模具材料选用H13模具钢；所述左凹模2和右凹模7下面设有固定滑道。

本发明所述模具的使用过程：挤压铸造轴套零件前，液压机控制送料杆6退至底端但不超过下模5最底端位置，送料杆6与下模5形成的型腔空间足够放置成形零件所需的半固态浆料，左、右液压控制系统控制左、右凹模分开，同时，液压机控制上模1退至液压机最顶端；在挤压铸造轴套零件之前，对模具整体预热，预热温度为350~400℃，同时，对上模1、左凹模2、下模5、送料杆6和右凹模7的内表面喷涂石墨脱模剂；将经过加热保温的半固态浆料定量倒入下模5型腔，然后左、右液压控制系统控制左、右凹模合模，液压机控制上模1向下运动，直至上模1底端与左、右凹模顶端紧密接触；随后，液压机控制送料杆6向上运动，送料杆6带动半固态浆料向上运动，将半固态浆料挤入左、右凹模与上模1形成的型腔，直至浆料充满型腔为止，挤压成形轴套零件；最后，液压机控制上模1退回至液压机最顶端，然后，左、右液压控制系统控制左、右凹模分开，完成脱模过程。整个挤压铸造过程，操作简单，实现了机械化控制，可连续化生产，大大提高了生产效率，同时，挤压得到的轴套零件组织均匀，性能良好。

本发明实施例1~3所述多向多道次冷轧和热轧的具体过程为：首先沿着正向轧制第一道次，然后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次，然后再旋转90°正向轧制，如此反复轧制。

实施例1

本实施例所述一种挤压铸造半固态ZCuSn10P1铜合金轴套零件的制备方法，制备选用模具如图2~3所示，制备方法如图1所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为ZCuSn10P1铜合金，测量ZCuSn10P1铜合金的固液相线温度，采用差式扫描量热法（DSC）测量该合金固相线温度为876.1℃，液相线温度为1024.2℃。

（2）将长方形ZCuSn10P1铜合金铸锭加热至500℃，其中长方形铸锭尺寸为25×25×150mm。

（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为4m/min，轧制道次为2次，累积变形量为16%。

（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为1m/min，轧制道次为2次，累积变形量为20%。

（5）将冷轧后的长方形铸锭根据轴套零件质量定尺、定量切割，切割成25×25×25mm的方形铸锭，将下料切割后铸锭在感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内到离开感应加热炉的时间为15分钟；感应加热炉内温度900℃，制备得到半固态ZCuSn10P1铜合金浆料。

（6）将制备得到的半固态ZCuSn10P1铜合金浆料送至模具内进行半固态挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，侧向压力为10 MPa；侧向压力保压时间为15 s，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形；本实施例制备得到的铜合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

图5 为本实施例成形半固态ZCuSn10P1铜合金轴套零件显微组织，可以看出，采用该制备方法可以得到组织均匀的半固态组织，其中，近球状晶粒为α-Cu固相，球状晶粒之间的黑色组织为(α+δ+Cu₃P)共析体，在高温时表现为液相。经计算，其液相率为18.4%，平均晶粒直径为86.4 μm，形状因子为1.54，固相晶粒分布均匀，半固态球化效果较好。

实施例2

本实施例所述一种挤压铸造半固态7075铝合金轴套零件的制备方法，制备方法如图1所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为7075铝合金，测量7075铝合金的固液相线温度，采用差式扫描量热法（DSC）测量该合金固液相线温度区间为540~638℃。

（2）将长方形7075铝合金铸锭加热至320℃，其中长方形铸锭尺寸为25×25×150mm。

（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为2m/min，轧制道次为2次，累积变形量为12%。

（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为0.5m/min，轧制道次为2次，累积变形量为20%。

（5）将冷轧后的长方形铸锭根据轴套零件质量定尺、定量切割，切割成25×25×25mm的方形铸锭，将下料切割后铸锭在感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内到离开感应加热炉的时间为15分钟；感应加热炉内温度580℃，制备得到半固态7075铝合金浆料。

（6）将制备得到的半固态7075铝合金浆料送至模具内进行半固态挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，侧向压力为5 MPa；侧向压力保压时间为5 s，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形。

本实施例制备得到的铝合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

实施例3

本实施例所述一种挤压铸造半固态AZ91D镁合金轴套零件的制备方法，制备方法如图1所示，具体步骤如下：

（1）本实施例材料为AZ91D镁合金，测量AZ91D镁合金的固液相线温度，采用差式扫描量热法（DSC）测量该合金固液相线温度区间为470~595℃。

（2）将长方形AZ91D镁合金铸锭加热至240℃，其中长方形铸锭尺寸为25×25×150mm。

（3）将加热后的长方形铸锭热轧，热轧工艺为：轧制速率为3m/min，轧制道次为3次，累积变形量为18%。

（4）将热轧后的长方形铸锭冷却至室温，然后冷轧，冷轧工艺为：轧制速度为1m/min，轧制道次为6次，累积变形量为60%。

（5）将冷轧后的长方形铸锭根据轴套零件质量定尺、定量切割，切割成25×25×25的方形铸锭，将下料切割后铸锭在感应加热炉加热，铸锭从进入感应加热炉内到离开感应加热炉的时间为15分钟；感应加热炉内温度540℃，制备得到半固态AZ91D镁合金浆料。

（6）将制备得到的半固态AZ91D镁合金浆料送至模具内进行半固态挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，侧向压力为8 MPa；侧向压力保压时间为10 s，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形。

本实施例制备得到的镁合金轴套零件表面光洁、尺寸精确、无划痕及裂纹等缺陷，力学性能良好。

Claims (7)

1.一种半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于，具体步骤是：将长方形铸锭首先用感应加热炉加热至再结晶温度以上50-100℃，然后进行多向多道次热轧，冷却至室温后进行多向多道次冷轧，切割后将其放入感应加热炉内加热至Tm以上10-20℃并保温10-15分钟，然后送至模具内进行半固态底注式挤压铸造，挤压结束后再控制左右凹模对轴套施加侧向压力并保压，最后卸除模具，取出轴套零件，并进行下一个零件的成形；

多向多道次热轧过程中：轧制速度为2-4m/min，轧制道次为2-4次，累积变形量为12-18%；

多向多道次冷轧过程中：轧制速度为0.5-1m/min，轧制道次为2-6次，累积变形量为20-60%；

所述Tm为固相线和液相线温度的平均值；所述多道次冷轧和热轧的具体过程为：首先沿着正向轧制第一道次，然后将坯料沿着长度方向旋转90°并逆向轧制第二道次，然后再旋转90°正向轧制，如此反复轧制。

2.根据权利要求1所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：侧向压力为5-10 MPa，侧向压力保压时间为5-20s。

3.权利要求1~2任意一项所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：所述模具包括上模（1）、左凹模（2）、左液压控制系统（3）、下模（5）、送料杆（6）、右凹模（7）、右液压控制系统（8）；上模（1）与液压机顶端相连，液压机控制上模（1）上下移动；上模（1）的压头直径对应轴套零件（4）中间孔内径，压头长度对应轴套零件（4）高度；左凹模（2）与左液压控制系统（3）连接，右凹模（7）与右液压控制系统（8）连接，下模（5）中间有一个型腔，型腔直径对应轴套零件（4）法兰直径，送料杆（6）的底端与液压机相连，液压机控制送料杆（6）上下移动，送料杆（6）直径对应下模（5）的型腔内径，送料杆（6）和下模（5）间隙配合；上模（1）、左凹模（2）、右凹模（7）合模后形成的型腔与下模（5）型腔在一条直线上，上模（1）、左凹模（2）、右凹模（7）合模后形成的型腔与轴套零件形状（4）相对应。

4.根据权利要求3所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：上模（1）通过T型板固定在液压机顶端位置，下模（5）通过T型板固定在液压机底端工作台面位置。

5.根据权利要求3所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：上模（1）、左凹模（2）、下模（5）、送料杆（6）和右凹模（7）的外面设有陶瓷加热线圈。

6.根据权利要求3所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：上模（1）、左凹模（2）、下模（5）、送料杆（6）和右凹模（7）模具材料选用H13模具钢。

7.根据权利要求3所述半固态挤压铸造轴套零件的制备方法，其特征在于：左凹模（2）和右凹模（7）下面设有固定滑道。

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