CN109622835B - 一种轴套类零件的铸锻复合形成装置 - Google Patents

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    • B21J5/00—Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/002—Hybrid process, e.g. forging following casting

Abstract

本发明涉及一种轴套类零件的铸锻复合形成装置，属于材料科学技术领域。该轴套类零件的铸锻复合形成装置，包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块、温度监测装置和挤压机工作台，挤压机工作台顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模、铸造模具下模和底注式液压机中的挤压冲头，锻造模块包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸，旋转装置包括特制型芯、旋转杆、减速传动箱和电动机，温度监测装置包括温度记录仪和测温热电偶。本装置实现铸锻一体化，而且拓展了铸锻复合成形技术的应用范围。

Description

一种轴套类零件的铸锻复合形成装置
技术领域
本发明涉及一种轴套类零件的铸锻复合形成装置，属于材料科学技术领域。
背景技术
传统的金属加工成形方法中，铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯可以实现免机械加工或少量加工，同时能够成形形状复杂的零件，但零件的组织致密度和力学性能不高，在应用方向受到很大的限制。锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的缩松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件，但锻造零件的形状复杂度受到很大的限制。因此，单一的铸造或锻造方法都很难满足一些形状要求较为复杂、力学性能又要求较高的零部件的生产。
金属材料复合成形技术是两种或者两种以上传统金属成形方法相结合而形成的金属成形技术。复合成形技术控制金属材料产生合理流动，获得复杂形状、精准尺寸和高性能的零件。
其中铸锻复合成形技术将铸造和锻造相结合，取长补短，可成形高性能复杂形状零件。此外，由于铸锻复合成形技术是铸造和锻造两种工艺在外部的结合，两道工序相互独立，这就大大降低了工艺的难度。同时，铸造和锻造两道工序又是紧密地结合在一起的，充分利用了铸造的制坯优势和锻造的改性效果，对于缩短工艺流程和节能减排意义极为突出，经济效益愈加显著。
铸锻复合成形技术的基础和应用研究在国外起步早，成果多，应用也广泛。例如日本开发出铝合金轮毂的铸锻复合工艺，产品机械性能指标与锻造铝合金相当，加工费用却降低了30％；而国内由王顺成等提出了一种新型金属复合成形技术——铸锻一体化，将铸造和锻造相结合，先采用压力铸造的方法将金属液低速注入模腔充型，然后在同一套模具内立即对凝固的金属进行闭模锻造。该技术兼有铸造和锻造的双重特点，通过铸造可成形较为复杂的零件，而通过锻造又能对凝固金属进行压力补缩和组织密实，提高零件的组织致密度和力学性能。另外，由于铸造和锻造是在同一套模具内进行，该技术还具有设备投入少、生产工序少、节能节材、生产效率高和生产成本相对较低等优点。但是该项技术主要针对轮毂类零件的局部薄壁单向挤压，应用范围较小。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种轴套类零件的铸锻复合形成装置。本装置实现铸锻一体化，而且拓展了铸锻复合成形技术的应用范围。本发明通过以下技术方案实现。
一种轴套类零件的铸锻复合形成装置，包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块1、温度监测装置和挤压机工作台14，挤压机工作台14顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模2、铸造模具下模11和底注式液压机中的挤压冲头13，锻造模块1包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸7，旋转装置包括特制型芯3、旋转杆4、减速传动箱5和电动机6，温度监测装置包括温度记录仪9和测温热电偶10；
所述铸造模块中铸造模具上模2设有升降结构，铸造模具上模2正下方设有铸造模具下模11，铸造模具下模11中间位置设有料筒，料筒内部从底部插入底注式液压机中的挤压冲头13；
所述铸造模块中铸造模具上模2和铸造模具下模11的中间位置的两侧均设有若干个锻造模块1的特制型芯3，每个特制型芯3通过旋转杆4连接减速传动箱5，减速传动箱5连接电动机6，电动机6均安装在旋转装置固定架8上，旋转装置固定架8连接压缩气缸7的活塞杆；
所述铸造模具下模11内部设有测温热电偶10，测温热电偶10与温度记录仪9连接。
所述铸造模块中底注式液压机设有挤压机控制器15。
所述锻造模块1中的电动机6和压缩气缸7均连接锻造模块控制器12。
所述特制型芯3前端的截面为椭圆形，椭圆形半长轴比短半轴长5～200μm。
该轴套类零件的铸锻复合形成装置的工作原理为：
加工开始时，首先将金属液浇注至铸造模具下模11料筒内，将铸造模具上模2下降使铸造模具上模2和铸造模具下模11合成模具腔室，在合模的同时，压缩气缸7快速推动旋转装置固定架8使型芯3插入铸造模块中，靠压缩气缸7自锁力固定。随后底注式液压机中挤压冲头13对金属液进行挤压，使金属液在铸造模具上下模间成形。在零件成形后，挤压冲头13进行保压的同时，电动机6工作使型芯3转动，从而对零件进行锻造。保压结束，锻造完成，压缩气缸7退回完成抽芯，开模取出零件。
本发明的有益效果是：
（1）本装置可以实现铸锻一体化生产，先采用挤压铸造的方法将金属液注入模腔充型，然后在同一套模具内立即对凝固的金属进行闭模锻造。利用铸坯余热模锻，省去了传统模锻工艺锻前毛坯准备、切断及加热等工序，减少了设备的占用，缩短工艺流程，提高了工作效率。
（2）本装置针对轴套类零件的铸锻复合成形工艺，实现对轴套类零件的壁厚方向进行锻压。
（3）本装置中的旋转速度可以调节，可以根据实验过程中具体的实验条件来选择更加合理的参数。
（4）本装置结构简单、成本低、效率高，而且与铸造挤压设备相结合后，可以快速获得轴套零件，提高生产效率。
附图说明
图1是本发明结构示意图；
图2是本发明局部示意图；
图3是本发明铸造模块剖视示意图；
图4是本发明锻造模块剖视示意图；
图5是本发明减速传动箱结构示意图；
图6是本发明实施例1制备得到的CuSn10P1合金显微组织图；
图7是本发明实施例2制备得到的Al-25Si-2Fe-2Mn合金显微组织图。
图中：1-锻造模块，2-铸造模具上模，3-特制型芯，4-旋转杆，5-减速传动箱，6-电动机，7-压缩气缸，8-旋转装置固定架，9-温度记录仪，10-测温热电偶，11-铸造模具下模，12-锻造模块控制器，13-挤压冲头，14-挤压机工作台，15-挤压机控制器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1至5所示，该轴套类零件的铸锻复合形成装置，包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块1、温度监测装置和挤压机工作台14，挤压机工作台14顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模2、铸造模具下模11和底注式液压机中的挤压冲头13，锻造模块1包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸7，旋转装置包括特制型芯3、旋转杆4、减速传动箱5和电动机6，温度监测装置包括温度记录仪9和测温热电偶10；
所述铸造模块中铸造模具上模2设有升降结构，铸造模具上模2正下方设有铸造模具下模11，铸造模具下模11中间位置设有料筒，料筒内部从底部插入底注式液压机中的挤压冲头13；
所述铸造模块中铸造模具上模2和铸造模具下模11的中间位置的两侧均设有若干个锻造模块1的特制型芯3，每个特制型芯3通过旋转杆4连接减速传动箱5，减速传动箱5连接电动机6，电动机6均安装在旋转装置固定架8上，旋转装置固定架8连接压缩气缸7的活塞杆；
所述铸造模具下模11内部设有测温热电偶10，测温热电偶10与温度记录仪9连接。
其中铸造模块中底注式液压机设有挤压机控制器15；锻造模块1中的电动机6和压缩气缸7均连接锻造模块控制器12；特制型芯3前端的截面为椭圆形，椭圆形半长轴比短半轴长5μm。
将本实施例的轴套类零件的铸锻复合形成装置用于制备CuSn10P1合金轴套零件，包括如下步骤：
（1）将采用中频炉熔炼制备的CuSn10P1合金于1080℃混合均匀。
（2）设定好工艺参数：旋转杆4扭转轴转速为3r/min。将上述金属液正对铸造模具下模11的料筒以恒定速度浇注，合模后在挤压冲头13作用下成形，随后利用特制型芯3前端的旋转进行拓孔，使轴套零件在壁厚方向上实现锻压变形。所得显微组织如图6。从图6可以看出，经过铸锻复合成形的零件显微组织晶粒圆整，组织均匀。
实施例2
如图1至5所示，该轴套类零件的铸锻复合形成装置，包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块1、温度监测装置和挤压机工作台14，挤压机工作台14顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模2、铸造模具下模11和底注式液压机中的挤压冲头13，锻造模块1包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸7，旋转装置包括特制型芯3、旋转杆4、减速传动箱5和电动机6，温度监测装置包括温度记录仪9和测温热电偶10；
所述铸造模块中铸造模具上模2设有升降结构，铸造模具上模2正下方设有铸造模具下模11，铸造模具下模11中间位置设有料筒，料筒内部从底部插入底注式液压机中的挤压冲头13；
所述铸造模块中铸造模具上模2和铸造模具下模11的中间位置的两侧均设有若干个锻造模块1的特制型芯3，每个特制型芯3通过旋转杆4连接减速传动箱5，减速传动箱5连接电动机6，电动机6均安装在旋转装置固定架8上，旋转装置固定架8连接压缩气缸7的活塞杆；
所述铸造模具下模11内部设有测温热电偶10，测温热电偶10与温度记录仪9连接。
其中铸造模块中底注式液压机设有挤压机控制器15；锻造模块1中的电动机6和压缩气缸7均连接锻造模块控制器12；特制型芯3前端的截面为椭圆形，椭圆形半长轴比短半轴长200μm。
将本实施例的轴套类零件的铸锻复合形成装置用于制备Al-25Si-2Fe-2Mn合金轴套零件，包括如下步骤：
（1）采用中频炉熔炼制备的Al-25Si-2Fe-2Mn合金于790℃采用薄缝式倾斜板进行半固态浆料制备.
（2）设定好工艺参数：旋转杆4扭转轴转速为6r/min。将上述金属液正对铸造模具下模11的料筒以恒定速度浇注，合模后在挤压冲头13作用下成形，随后利用特制型芯3前端的旋转进行拓孔，使轴套零件在壁厚方向上实现锻压变形。所得金相组织如图7。从图7可以看出，Al-25Si-2Fe-2Mn合金中的初生Si相分布相对均匀，其余组织细小致密。
实施例3
如图1至5所示，该轴套类零件的铸锻复合形成装置，包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块1、温度监测装置和挤压机工作台14，挤压机工作台14顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模2、铸造模具下模11和底注式液压机中的挤压冲头13，锻造模块1包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸7，旋转装置包括特制型芯3、旋转杆4、减速传动箱5和电动机6，温度监测装置包括温度记录仪9和测温热电偶10；
所述铸造模块中铸造模具上模2设有升降结构，铸造模具上模2正下方设有铸造模具下模11，铸造模具下模11中间位置设有料筒，料筒内部从底部插入底注式液压机中的挤压冲头13；
所述铸造模块中铸造模具上模2和铸造模具下模11的中间位置的两侧均设有若干个锻造模块1的特制型芯3，每个特制型芯3通过旋转杆4连接减速传动箱5，减速传动箱5连接电动机6，电动机6均安装在旋转装置固定架8上，旋转装置固定架8连接压缩气缸7的活塞杆；
所述铸造模具下模11内部设有测温热电偶10，测温热电偶10与温度记录仪9连接。
其中铸造模块中底注式液压机设有挤压机控制器15；锻造模块1中的电动机6和压缩气缸7均连接锻造模块控制器12；特制型芯3前端的截面为椭圆形，椭圆形半长轴比短半轴长100μm。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种轴套类零件的铸锻复合形成装置，其特征在于：包括位于中间位置的铸造模块、位于两侧的锻造模块（1）、温度监测装置和挤压机工作台（14），挤压机工作台（14）顶部设有铸造模块，铸造模块包括铸造模具上模（2）、铸造模具下模（11）和底注式液压机中的挤压冲头（13），锻造模块（1）包括推拉装置、旋转装置和特制型芯，推拉装置包括压缩气缸（7），旋转装置包括特制型芯（3）、旋转杆（4）、减速传动箱（5）和电动机（6），温度监测装置包括温度记录仪（9）和测温热电偶（10）；
所述铸造模块中铸造模具上模（2）设有升降结构，铸造模具上模（2）正下方设有铸造模具下模（11），铸造模具下模（11）中间位置设有料筒，料筒内部从底部插入底注式液压机中的挤压冲头（13）；
所述铸造模块中铸造模具上模（2）和铸造模具下模（11）的中间位置的两侧均设有若干个锻造模块（1）的特制型芯（3），每个特制型芯（3）通过旋转杆（4）连接减速传动箱（5），减速传动箱（5）连接电动机（6），电动机（6）均安装在旋转装置固定架（8）上，旋转装置固定架（8）连接压缩气缸（7）的活塞杆；
所述铸造模具下模（11）内部设有测温热电偶（10），测温热电偶（10）与温度记录仪（9）连接。
2.根据权利要求1所述的轴套类零件的铸锻复合形成装置，其特征在于：所述铸造模块中底注式液压机设有挤压机控制器（15）。
3.根据权利要求1所述的轴套类零件的铸锻复合形成装置，其特征在于：所述锻造模块（1）中的电动机（6）和压缩气缸（7）均连接锻造模块控制器（12）。
4.根据权利要求1所述的轴套类零件的铸锻复合形成装置，其特征在于：所述特制型芯（3）前端的截面为椭圆形，椭圆形半长轴比短半轴长5～200μm。
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