CN112548079B - 一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法和装置，其包括内浇道和直浇道，采用基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法成型铝合金支架，所述内浇道上设置有液压油缸和销套，所述液压油缸的活塞杆端连接有挤压销。本发明结构简单、使用方便、经本发明加工后的铝合金支架不仅可以取消工艺冒口，而且能消除现有技术存在的工艺出品率低，且壁厚大于30mm的热节点极易产生内部针孔及显微缩松、恶化铸件力学性能的技术问题。

Description

一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法和装置
技术领域
本发明涉及一种铝合金支架局部挤压方法和装置，属于重力铸造技术领域，尤其涉及一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法和装置。
背景技术
重力铸造是传统铸造工艺，具有设备投资小、设备布局占地面积小、模具成本低等优势，但产品局部厚大热节需工艺设计足够模数的工艺冒口，工艺冒口的利用率仅0.5％-2％，工艺出品率低，且壁厚大于30mm的热节点极易产生内部针孔及显微缩松，恶化铸件力学性能。车辆上铝合金支架产品现有工序如下：步骤1、铝液熔化；步骤2、铝液浇注；步骤3、自然冷却；步骤4、制造完成。
上述铝合金支架成形方法其存在的问题有，铸件厚大位置冷却慢，内部缩松、缩孔，铸件力学性能不符合要求。工艺出品率只有60％左右，合格率75％左右，原材料的浪费很严重，与工厂的成本要求不符合。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法和装置，其基于重力浇注机配合局部挤压(动力补缩)实现了铝合金零件的铸造，实现了铝合金零件上缩松区金属补充，从而获得组织致密的铝合金零件。
为解决上述技术问题，本发明采用了这样一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法，其包括以下步骤：
步骤一，利用CAE仿真软件对铝合金支架建模分析，获取铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置、挤压温度T、热节体积Vh；
步骤二，计算挤压量Va、挤压行程L和挤压销的截面积S，
Va＝Vh*ρ/k，
S：L＝7
Va＝S*L
ρ为挤压前后最后凝固工艺孔处的密度差，1≤k≤1.5；
步骤三，根据挤压行程L和挤压销的截面积S确定挤压压力D；
步骤四，利用重力浇铸系统成型铝合金支架，并在铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置成型与该工艺孔同轴的金属凸起，该金属凸起的体积为n*Va，1.2≤n≤1.3；
步骤五，在挤压温度T时，利用截面积S的挤压销对金属凸起进行挤压，挤压压力为D、挤压行程为L。
在本发明的一种优选实施方案中，挤压温度T为570-551℃。
在本发明的一种优选实施方案中，挤压压力D为70-100Mpa。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤四中，当20mm≥挤压行程L≥10mm时，采用分段挤压，第一段挤压行程为挤压行程L的50％-80％，第二段挤压行程为20％-50％之间。
在本发明的一种优选实施方案中，第一段挤压速度为1-2m/s，第一段挤压速度为0.5-1m/s之间。
在本发明的一种优选实施方案中，挤压时压力保持时间为0.3s-0.6s。
在本发明的一种优选实施方案中，步骤四中，当挤压行程L＞20mm时，采用多段挤压，每段挤压间隔停留2s。
在本发明的一种优选实施方案中，1.5≤铝合金挤压前后密度差ρ≤2。
在本发明的一种优选实施方案中，k＝1。
本发明还公开了一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压装置，包括内浇道和直浇道，采用基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法成型铝合金支架，所述内浇道上设置有液压油缸和销套，所述液压油缸的活塞杆端连接有挤压销。
本发明的有益效果是：本发明结构简单、使用方便、经本发明加工后的铝合金支架不仅可以取消工艺冒口，而且能消除现有技术存在的工艺出品率低，且壁厚大于30mm的热节点极易产生内部针孔及显微缩松、恶化铸件力学性能的技术问题；本发明通过铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置的确定、挤压温度、挤压量的合理设计，从而有效地；本发明通过在传统重力铸造机上增加挤压销，使得铸件的冷却时间减少30-45％左右，同时铸件合格率由75％提高到95％左右，工艺出品率由60％提升到85％左右，产品的制造成本达到要求。
附图说明
图1是本发明的利用CAE仿真软件对铝合金支架建模示意图；
图2是本发明铝合金支架挤压前的示意图；
图3是本发明铝合金支架挤压后的示意图；
图4是本发明一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方装置的示意图；
图中：1-铝合金支架；2-铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置；3-浇铸系统；4-金属凸起；5-挤压成型孔；6-内浇道；7-直浇道；8-液压油缸；9-挤压销；10-销套。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法，其包括以下步骤：
步骤一，利用CAE仿真软件对铝合金支架建模分析，获取铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置、挤压温度T、热节体积Vh；
步骤二，计算挤压量Va、挤压行程L和挤压销的截面积S，
Va＝Vh*ρ/k，
S：L＝7
Va＝S*L
ρ为挤压前后最后凝固工艺孔处的密度差，1≤k≤1.5；
步骤三，根据挤压行程L和挤压销的截面积S确定挤压压力D；
步骤四，利用重力浇铸系统成型铝合金支架，并在铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置成型与该工艺孔同轴的金属凸起，该金属凸起的体积为n*Va，1.2≤n≤1.3；
步骤五，在挤压温度T时，利用截面积S的挤压销对金属凸起进行挤压，挤压压力为D、挤压行程为L。
优选地，挤压温度T为570-551℃。
优选地，挤压压力D为70-100Mpa。
优选地，步骤四中，当20mm≥挤压行程L≥10mm时，采用分段挤压，第一段挤压行程为挤压行程L的50％-80％，第二段挤压行程为20％-50％之间。
优选地，第一段挤压速度为1-2m/s，第一段挤压速度为0.5-1m/s之间。
优选地，挤压时压力保持时间为0.3s-0.6s。
优选地，步骤四中，当挤压行程L＞20mm时，采用多段挤压，每段挤压间隔停留2s。
优选地，1.5≤铝合金挤压前后密度差ρ≤2。
优选地，k＝1。
本发明还公开了一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压装置，包括内浇道和直浇道，采用基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法成型铝合金支架，所述内浇道上设置有液压油缸和销套，所述液压油缸的活塞杆端连接有挤压销。
现代重力铸造机均采用PLC可编程控制器实现开、合模，抽芯动作等设备动作自动化控制，驱动动力采用液压驱动，系统压力可达160kN。同通过对热节区域的缩松概率体积计算，工艺上设计补充材料，并计算金属充型后的完全固相转变时间，利用系统液压油缸在固相转变前对预留金属进行挤压，实现缩松区金属补充，已获得组织致密的产品理论上是可行的。
本发明的目的是这样实现的：针对铝合金支架产品壁厚结构特点，设计重力铸造浇铸系统工艺，确定浇铸边界条件：材料规格、浇铸温度、模具温度、浇铸速度，采用CAE分析软件进行铸造模拟分析，计算出理论局部热节部位的缩孔体积，然后设计1.2-1.3倍缩孔体积的金属凸起，铸造模具上设计挤压油缸，将挤压油缸连接杆作用在金属凸起部位，铸造机控制系统将油缸启动设定在半固态时点作用于160KN以上的力对其进行挤压，以达到消除热节点内部缩松的目的，获得组织致密的产品。
下面结合本发明的附图所公开的一种具体实施例对本发明做出进一步解释：
下面对上图进行详细说明：
根据铝合金支架铸件进行工艺设计铝合金支架的内浇道和直浇道的工艺结构。
将铝合金支架铸件，铝合金支架内浇道和直浇道技术处理导入铸造CAE分析软件，设定边界条件计算出铝合金支架的最后凝固工艺孔的位置、挤压温度T、热节体积Vh。通过CAE分析的表1可以看出，当温度在570-551℃之间时，铸件刚好处于液固两相区，此时挤压最为合适，挤压的速度在0.2m/s-2m/s之间。
Figure BDA0002638059400000071
表1
通过计算热节体积为11cm3，挤压前后的密度差为(ρ2-ρ1)为2，k值为1，通过补缩挤压量计算公式：Va＝Vh*(ρ2-ρ1)/k计算挤压量为22cm3。
本铸件的挤压行程为L为10mm，通过公式S:L＝7计算挤压销的截面积为70mm2。
铝合金的挤压压力在70-100Mpa之间。
本件采用的是分段式挤压，当温度在565℃左右时，挤压速度在1-1.5m/s间，挤压量5-8m左右，停留2s开始第二段挤压；二段挤压温度在555℃左右，挤压速度在0.5-1m/s间，挤压量为2mm-5mm之间。二段挤压速度低于一段挤压，铝液温度也低于一段的挤压温度。
工艺流程：
1.将支架产品进行CAE模拟，找出最后凝固的工艺孔的位置，确定凝固工艺孔的温度/热节体积及挤压量。
2.根据模拟结果，铝合金挤压前后密度差在1.5-2之间，通过补缩挤压量的计算公式计算出挤压量跟挤压销的截面积。
3.根据挤压量和挤压销的截面积确定挤压压力，一般铝合金挤压压力在70-100Mpa间。
4.确定挤压工艺，一般挤压量大于10mm的我们采用分段式挤压，第一段挤压量在总的挤压量的50％-80％之间，速度在1-2m/s之间是大于第二段挤压速度的；第二段挤压量在20％-50％之间，速度在0.5-1m/s之间。如果说一个产品的挤压量超过20mm，也可以考虑多段挤压。每段挤压间隔需停留2s。
根据部件工艺挤压量结合铸造模具结构在模具上设计具体的位置和方向，依据部件工艺挤压量的位置结构设计部件挤压销和部件销套，然后在铸造模具上固定部件液压油缸。
通过上述发明的工艺和机构在浇铸机上设定部件液压油缸的作用时间，以实现对部件工艺挤压量进行挤压，进而获得高致密度的铝合金铸件毛坯。挤压时压力保持时间在0.5s左右。
该局部挤压工艺是根据浇铸铝合金部件的具体结构和所设计的浇铸工艺以及所选择的铸造边界条件进行适应设计：
一：部件工艺挤压量，根据产品结构适应调整设计。
二：部件挤压销，根据部件工艺挤压量适应调整设计。
采用本工艺后，工艺流程为：步骤1、铝液熔化；步骤2、铝液浇注；步骤3、局部积压；步骤4、自然冷却；步骤5、制造完成。本发明通过挤压销的加入，铸件的冷却时间减少30-45％左右，铸件合格率由75％提高到95％左右，工艺出品率由60％提升到85％左右，产品的制造成本达到要求。
应当理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于重力铸造的铝合金支架局部挤压方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一，利用CAE仿真软件对铝合金支架建模分析，获取铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置、挤压温度T、热节体积Vh；
步骤二，计算挤压量Va、挤压行程L和挤压销的截面积S，
Va＝Vh*ρ/k，
S:L＝7
Va＝S*L
ρ为挤压前后最后凝固工艺孔处的密度差，1≤k≤1.5；
步骤三，根据挤压行程L和挤压销的截面积S确定挤压压力D；
步骤四，利用重力浇铸系统成型铝合金支架，并在铝合金支架上最后凝固工艺孔的位置成型与该工艺孔同轴的金属凸起，该金属凸起的体积为n*Va，1.2≤n≤1.3；
步骤五，在挤压温度T时，利用截面积S的挤压销对金属凸起进行挤压，挤压压力为D、挤压行程为L；挤压温度T为551-570℃；挤压压力D为70-100Mpa；
步骤四中，当20mm≥挤压行程L≥10mm时，采用分段挤压，第一段挤压行程为挤压行程L的50％-80％，第二段挤压行程为挤压行程L的20％-50％之间；第一段挤压速度为1-2m/s，第二段挤压速度为0.5-1m/s之间；挤压时压力保持时间为0.3s-0.6s；1.5≤ρ≤2；k＝1。
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