CN114160770A - 一种间接挤压铸造冲头装置及挤压铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种间接挤压铸造冲头装置，其中，一级冲头(2)和一级冲头推杆(3)的中心开设圆孔凹槽，二级冲头(7)与二级冲头内推杆(8)设置在一级冲头推杆(3)的圆孔凹槽中，二级冲头(7)的头部布设有电阻丝(9)，通过对二级冲头(7)局部加热，将合金液凝固形成的封闭壳层局部融化；二级冲头内推杆(8)的末端连接液压油缸(10)，进油管(11)和出油管(12)与液压油缸(10)连通，液压泵(13)驱动液压油进入液压油缸(10)，进而能够推动二级冲头(7)在中空结构中滑动。本发明避免了挤压铸造中因冲头和套筒间摩擦阻力和凝固壳层对冲头的塑性变形抗力而导致的比压损失，将挤压冲头上的压力真正作用于熔体。
Description
技术领域
本发明涉及一种冲头装置，尤其涉及间接挤压铸造冲头装置及挤压铸造方法。
背景技术
由于汽车轻量化的需求使得铝、镁合金等轻金属被广泛的运用到汽车零部件上，以及挤压铸造是一种先进的近净成型工艺，熔融金属在高压下凝固和塑性变形，其产品性能接近锻件，尤其近年来通过间接挤压铸造生产尺寸壁厚都较大的承力零件，但由于已凝固的结晶硬壳与铸型型壁之间存在“摩擦力”，使铸件上远离挤压头的部位实际上受到的挤压压力远低于挤压头压力，即存在较大的“压力损失”，使铸件上这样一些厚大部位易出现缩松、缩孔；当金属充型能力比较差时，这种缺陷更为明显。挤压铸造过程中，合金液在凝固过程中首先会形成封闭且致密的壳体，隔绝外部补缩的合金液，虽然压力在可以一定程度的减少缩松缩孔，缩松缩孔一般发生在合金液凝固末期，但对于壁厚较大的铸件，在合金液凝固末期形成的壳层较厚，产生很大的塑性变形抗力，起不到压力下补缩的效果，依然无法避免缩松缩孔的产生，传统的挤压铸造是对整个工件的整个水平投影面积范围内进行直接加压，对于大型结构件而言，凸模(或压头)的热膨胀量高达数毫米，使凹凸模之间的动作间隙经常处于过盈配合状态，大量的挤压力消耗在了克服这种过盈摩擦上，因而出现了名义比压高达150MPa，铝合金轮毂内部仍然存在缩松缺陷的“反常”现象。实验研究发现：在模腔壁面与冲头表面之间的摩擦阻力和凝固壳层的变形阻力作用下，型腔充满瞬间，实际作用在合金液上的压力峰值较冲头上施加压力损失高达40％，而且随着金属壳层的增厚，在10s～15s内作用在合金液上的压力迅速降至零。
发明内容
本发明方法的目的在于克服现行挤压铸造压力损失的缺陷，本发明提出一种高效率、低能耗的挤压铸造冲头装置。该装置结构简单，可实现对形成的凝固壳进行二级挤压，从而使冲头上压力更有效的传递到熔体上，进一步降低铸件中缩松缩孔，提升零件性能。
本发明要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：
一种间接挤压铸造冲头装置，包括一级冲头、一级冲头推杆、复位弹簧、限位块、二级冲头、二级冲头内推杆、电阻丝、液压油缸、进油管、出油管、液压泵，其特征在于：
一级冲头和一级冲头推杆的中心开设圆孔凹槽，二级冲头与二级冲头内推杆设置在一级冲头推杆的圆孔凹槽中，二级冲头的头部布设有电阻丝，通过对二级冲头局部加热，将合金液凝固形成的封闭壳层局部融化；二级冲头内推杆的末端连接液压油缸，进油管和出油管与液压油缸连通，液压泵驱动液压油进入液压油缸，进而能够推动二级冲头在中空结构中滑动，出油管上安装有泄压阀。
进一步地，一级冲头内部内部限位凹槽安装有复位弹簧和限位块；复位弹簧一端和限位块固定连接，复位弹簧另一端和一级冲头内部限位凹槽固定连接，
进一步地一级冲头推杆内靠近液压油缸处设有弹性密封圈。
进一步地，二级冲头具有弧形凸起结构
进一步地，一级冲头推杆和二级冲头内推杆之间设有不超过.mm间隙，液压装置可通过液压泵对二级冲头内推杆施加可调压力，从而压实合金液。
进一步地，液压油缸内设置液压油缸活塞板，进油管、出油管分别连通液压油缸活塞板两侧的腔体，一侧腔体进入液体，一侧腔体排除液体，从而能够推动二级冲头在中空结构中往复运动。
本发明还提供了一种间接挤压铸造冲头装置挤压铸造方法，包括以下步骤：
步骤1、清整动模和定模，上涂料、合模，形成型腔，一级冲头和一级冲头均复位；
步骤2、开始浇注，将镁合金熔体通过压室侧定量浇注；
步骤3、开始充型，压室内的镁合金熔体在一级压头的作用下迅速进入型腔，一级压头施加挤压压力在80MPa～100MPa；当合金液冲入型腔2S后，启动液压泵，二级压头施加挤压压力在10MPa～50MPa；
步骤4、二级冲头启动同时，可对一级冲头进行缓慢卸压至50MPa～80MPa范围；
步骤5、当停止运动后，二级冲头内电涡流线圈对二级冲头处凝固壳进行加热，将冲头附近已凝固合金液重新融化，由于消除了冲头前方凝固壳造成的塑性变形阻力，二级冲头再次挤压合金液；
步骤6、开模取件：一级冲头和二级冲头充型完毕后，保压一段时间后，关闭液压泵，由于作用在二级冲头上的压力消失，二级冲头在复位装置的作用下回位，当二级冲头回位后，一级冲头在推杆的作用下下行。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过在内外推杆和压头界面处进行润滑，避免了一级压头侧壁和流道内壁间摩擦阻力，通过对二级冲头局部加热，将已凝固的封闭壳体变为由合金液连通的自由液面，消除了凝固壳层变形抗力导致的压力降；通过控制液压泵控制二级冲头对合金液施加的压力，具有调压铸造优势。
(2)通过控制电流，可以实现冲头区(流道区)最后凝固，减少了铸件内部成分偏析导致的性能不均匀；一般铸造工艺要求合金材料流动性好，结晶范围小的逐层凝固，Al-Si系合金很好的满足以上特性因此被大量应用。二级冲头截面积大大小于一级冲头截面积，采用二级冲头可以实现整个凝固过程在较高压力下进行，因此可以采用Al-Si系以外的合金材料，扩展挤压铸造用材料范围。
(3)将本发明装置能有效地解决镁合金挤压铸造过程中压力损失，可以对凝固后期铸件中缩松缩孔进一步补缩。如图3-5所示，由于二级冲头中内置于一级冲头内部所以二级冲头上的压力仅有一小部分用来其前方凝固壳体，剩余大部分压力便可直接施加到凝固壳内部的熔体上，巧妙的避免了传统挤压铸造中因冲头和套筒间摩擦阻力和凝固壳层对冲头的塑性变形抗力而导致的比压损失，实现将挤压冲头上的压力真正作用于熔体。
附图说明
图1是实施例1所述逇间接挤压铸造冲头装置示意图；
图2是实施例2所述逇间接挤压铸造冲头装置示意图；
图3是传统冲头挤压示意图；
图4是改进后冲头工作原理示意图；
图5是改进后冲头工作原理示意图。
其中：1-模具；2-一级冲头；3-一级冲头推杆；4-复位弹簧；5-限位块；6-弹性密封件；7-二级冲头；8-二级冲头推杆；9-电阻丝；10-液压油缸；11-出油管；12-进油管；13-液压泵；14-动模；15-熔体；16-型腔；17-定模；18-液压油缸活塞板、19-冲头与套筒摩擦阻力、20-凝固壳体塑性变形抗力、21-凝固壳与模具壁面摩擦阻力。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-5及实施案例对本发明作进一步的说明：
实施例1
如图1所示，该实施例提供了一种间接挤压铸造冲头装置，包括模具1、一级冲头2、一级冲头推杆3、复位弹簧4、限位块5、弹性密封件6、二级冲头7、二级冲头内推杆8、电阻丝9、液压油缸10、进油管11、出油管12、液压泵13、动模14、熔体15、型腔16、定模17；其中：
一级冲头2和一级冲头推杆3为中空结构，二级冲头7与二级冲头内推杆8设置在一级冲头推杆3的中空结构中，二级冲头7的头部布设有电阻丝9，二级冲头内推杆8的末端连接液压油缸10，进油管11和出油管12与液压油缸10连通，液压泵13驱动液压油进入液压油缸10，进而能够推动二级冲头7在中空结构中滑动。
一级冲头2内部中空部分安装有复位弹簧4和限位块5；
二级冲头内推杆8穿过复位弹簧4，当液压油驱动二级冲头内推杆8向前运动时，复位弹簧4被压缩，当液压油泵10关闭后，二级冲头7在复位弹簧4的作用下回复到初始位置。限位块5对二级冲头7的运动进行限位；
二级冲头7内部设有电阻丝9，通过对二级冲头7局部加热，将合金液凝固形成的封闭壳层局部融化。一级冲头推杆3内靠近液压油缸10处设有弹性密封圈6，以防止液压油通过一级冲头推杆3和二级冲头内推杆8之间发生间隙渗漏。一级冲头推杆3和二级冲头内推杆8之间设有不超过0.1mm间隙，以防止二级冲头7加热后膨胀造成卡死或合金液穿透间隙现象。所述液压装置设有泄压阀，防止压力过大损害设备。所述液压装置可通过液压泵13对二级冲头内推杆8施加可调压力，进一步压实合金液。
间接挤压铸造中流道和浇口都很大，挤压冲头直径一般可达100mm，为了实现更好的补缩，二级冲头7直径一般选择10mm＜D＜30mm。另外，根据经验，二级冲头7上压力应为增压系统提供压力的3～5倍，因此增压油缸的直径应在范围，即1.732×D冲头≤D油缸≤2.236×D冲头。
实施例2：
如图2所示，该实施例提供了另一种间接挤压铸造冲头装置，包括模具1、一级冲头2、一级冲头推杆3、弹性密封件6、二级冲头7、二级冲头内推杆8、电阻丝9、液压油缸10、进油管11、出油管12、液压油缸活塞板18，其中：
一级冲头2和一级冲头推杆3为中空结构，二级冲头7与二级冲头内推杆8设置在一级冲头推杆3的中空结构中，二级冲头7的头部布设有电阻丝9，二级冲头内推杆8的末端连接液压油缸10，液压油缸10内设置液压油缸活塞板18，进油管11、出油管12分别连通液压油缸活塞板18两侧的腔体，一侧腔体进入液体，一侧腔体排除液体，从而能够推动二级冲头7在中空结构中往复运动。
二级冲头7内部设有电阻丝9，通过对二级冲头7局部加热，将合金液凝固形成的封闭壳层局部融化。一级冲头推杆3内靠近液压油缸10处设有弹性密封圈6，以防止液压油通过一级冲头推杆3和二级冲头内推杆8之间发生间隙渗漏。一级冲头推杆3和二级冲头内推杆8之间设有不超过0.1mm间隙，以防止二级冲头7加热后膨胀造成卡死或合金液穿透间隙现象。所述液压装置设有泄压阀，防止压力过大损害设备。所述液压装置可通过液压泵对二级冲头内推杆8施加可调压力，进一步压实合金液。
实施例3：
该实施例以镁合金轮毂的挤压铸造为例，提供了一种间接挤压铸造冲头装置挤压铸造方法，不包括以下步骤：
步骤1、清整动模14和定模17，上涂料、合模，形成型腔16，一级冲头2和一级冲头2均复位；
步骤2、开始浇注，将镁合金熔体通过压室侧定量浇注；
步骤3、开始充型，压室内的镁合金熔体在一级压头的作用下迅速进入型腔，一级压头施加挤压压力在80MPa～100MPa；当合金液冲入型腔2s后，启动二级冲头油泵，二级压头施加挤压压力在10MPa～50MPa；
研究发现，金属在熔点附近的变形抗力一般不足1MPa，因此真正作用于熔体上的比压只需10MPa左右即可实现良好补缩，所以二级冲头比压设置在15MPa～50MPa即可，又二级冲头截面积远远小于一级冲头，因此较小的挤压力便可实现较大的比压，这些因素大大降低了对二级冲头提供动力液压泵的要求，降低了由于增加二级冲头而导致的设备复杂性。
另外，由于一级冲头在充型结束3s后，抵消冲头与套筒摩擦阻力和凝固壳层塑性变形抗力的压力损失已达80％，因此在启动二级冲头的同时，可较大幅度的降低一级冲头上施加的挤压力，从而降低铸造相同重量铸件所使用的挤压机的吨位，小马也能拉大车。由于二级冲头压力直接作用的熔体上，而熔体可以轻易地将压力传递到冲头远端，因此利用两级冲头装置，也能有效的对大型厚壁结构件实现较好的补缩。最大致密化的时滞必须随挤压压力而增加，并且当凝固过程中柱塞行程未达到挤压终点时，可以达到最佳挤压条件。
步骤4、二级冲头启动同时，可对一级冲头进行缓慢卸压至50MPa～80MPa范围；
步骤5、当停止运动后，二级冲头内电涡流线圈对二级冲头处凝固壳进行加热，将冲头附近已凝固合金液重新融化，由于消除了冲头前方凝固壳造成的塑性变形阻力，二级冲头再次挤压合金液。
根据已有的实验结论，电涡流线圈加热时间为10s～20s，在此过程中二级冲头上施加的压力仍然保持在10MPa～50MPa。
步骤6、开模取件：一级冲头和二级冲头冲头充型完毕后，保压一段时间后，关闭二级冲头液压油泵，由于作用在二级冲头上的压力消失，二级冲头在复位装置的作用下回位，当二级冲头回位后，一级冲头在推杆的作用下下行。
在上模上行的过程中回程顶出机构10顶出铸件；
但应理解的是，这本发明的些描述仅仅用具体的个例对原理以及实施方式进行阐述，并非用来限制本发明专利的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明专利保护范围和精神下针对发明专利所做的各种变性，改革及等效方案。
Claims (7)
1.一种间接挤压铸造冲头装置，包括一级冲头(2)、一级冲头推杆(3)、复位弹簧(4)、限位块(5)、二级冲头(7)、二级冲头内推杆(8)、电阻丝(9)、液压油缸(10)、进油管(11)、出油管(12)、液压泵(13)，其特征在于：
一级冲头(2)和一级冲头推杆(3)的中心开设圆孔凹槽，二级冲头(7)与二级冲头内推杆(8)设置在一级冲头推杆(3)的圆孔凹槽中，二级冲头(7)的头部布设有电阻丝(9)，通过对二级冲头(7)局部加热，将合金液凝固形成的封闭壳层局部融化；二级冲头内推杆(8)的末端连接液压油缸(10)，进油管(11)和出油管(12)与液压油缸(10)连通，液压泵(13)驱动液压油进入液压油缸(10)，进而能够推动二级冲头(7)在中空结构中滑动，出油管上安装有泄压阀。
2.根据权利要求1所述间接挤压铸造冲头装置，其特征在于：
一级冲头(2)内部内部限位凹槽安装有复位弹簧(4)和限位块(5)；复位弹簧(4)一端和限位块固定连接，复位弹簧(4)另一端和一级冲头(2)内部限位凹槽固定连接。
3.根据权利要求1所述间接挤压铸造冲头装置，其特征在于：一级冲头推杆(3)内靠近液压油缸(10)处设有弹性密封圈(6)。
4.根据权利要求1所述间接挤压铸造冲头装置，其特征在于：二级冲头(7)具有弧形凸起结构。
5.根据权利要求(1)所述间接挤压铸造冲头装置，其特征在于：一级冲头推杆(3)和二级冲头内推杆(8)之间设有不超过(0).(1)mm间隙，液压装置可通过液压泵(13)对二级冲头内推杆(8)施加可调压力，从而压实合金液。
6.根据权利要求1所述间接挤压铸造冲头装置，其特征在于：液压油缸(10)内设置液压油缸活塞板(18)，进油管(11)、出油管(12)分别连通液压油缸活塞板(18)两侧的腔体，一侧腔体进入液体，一侧腔体排除液体，从而能够推动二级冲头(7)在中空结构中往复运动。
7.一种间接挤压铸造冲头装置挤压铸造方法，不包括以下步骤：
步骤1、清整动模(14)和定模(17)，上涂料、合模，形成型腔(16)，一级冲头(2)和一级冲头(2)均复位；
步骤2、开始浇注，将镁合金熔体通过压室侧定量浇注；
步骤3、开始充型，压室内的镁合金熔体在一级压头的作用下迅速进入型腔，一级压头施加挤压压力在80MPa～100MPa；当合金液冲入型腔2秒后，启动液压泵(13)，二级压头(7)施加挤压压力在10MPa～50MPa；
步骤4、二级冲头(7)启动同时，可对一级冲头(2)进行缓慢卸压至50MPa～80MPa范围；
步骤5、当停止运动后，二级冲头(7)内电涡流线圈对二级冲头处凝固壳进行加热，将冲头附近已凝固合金液重新融化，由于消除了冲头前方凝固壳造成的塑性变形阻力，二级冲头(7)再次挤压合金液；
步骤6、开模取件：一级冲头(2)和二级冲头(7)充型完毕后，保压一段时间后，关闭液压泵(13)，由于作用在二级冲头(7)上的压力消失，二级冲头(7)在复位装置的作用下回位，当二级冲头(7)回位后，一级冲头在推杆的作用下下行。
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| CN202111404740.8A Pending CN114160770A (zh) | 2021-11-24 | 2021-11-24 | 一种间接挤压铸造冲头装置及挤压铸造方法 |
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| CN (1) | CN114160770A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114815621A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-07-29 | 电子科技大学 | 一种基于t-s模糊的具有时滞的凝固过程有限时间自适应控制方法 |
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-
2021
- 2021-11-24 CN CN202111404740.8A patent/CN114160770A/zh active Pending
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