CN114603101A - 一种高压充型直接挤压凝固复合压铸模具装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提及了一种真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，包括定模组件(1)、动模组件(2)和挤压组件(3)，述定模组件(1)包括定模固定板(11)、定模(12)、填料套筒(13)和高压充填装置(14)；所述动模组件(2)包括动模固定板(21)、动模(22)、顶出装置(23)、滑动型腔(24)，所述增压组件(3)包括增压油泵(31)、进油管(32)、出油管(33)；该模具不仅解决了大型复杂薄壁件的充型难问题，而且解决了高压压铸中铸件气孔、缩孔等传统设备无法避免的缺陷，进而实现铸件形状完整、组织致密，还可进行热处理，进一步增加铸件的力学性能，克服了高压铸件不能应用于结构件的壁垒，拓宽了高压压铸件的使用领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造技术，尤其涉及一种适用于高压真空铸造工艺用模具，该模具适合与卧式或立式高压铸造机配套使用。
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，然而随着机械工业的发展，普通压铸工艺已无法达到质量要求，高压铸造是一种先进的近净成型工艺，熔融金属在压铸活塞压力的作用下以10～80m/s的速度高速通过浇口，充型后的金属液在一定的压力下凝固形成零件，高压铸造具有生产效率高、成本低且适合生产薄壁复杂零部件而得到了广泛的运用。
然而现有的高压铸造零件也有不可避免的缺点：
(1)零件力学性能差，高压铸造零件延伸率一般不超过3％；
(2)零件内部有大量气孔导致零件无法进行热处理强化；
(3)高压铸造模具浇口面积非常小，导致浇口处金属液过早凝固使冲头压力无法传递到压铸型腔，型腔内金属液在无压力下自由凝固，进而导致高压铸造件无法用于结构承载件。
发明内容
为克服上述高压铸造产品力学性能缺陷，本发明提出一种型腔抽真空、高压充型、挤压压实的复合模具装置。
该装置结构简单，可实现对充型后未凝固的合金液进行再次挤压，使得型腔中未凝固的金属液在压力下凝固，进一步降低铸件中缩松缩孔，整体提升零件力学性能。
本发明要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现：一种真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，包括定模组件、动模组件和挤压组件，其特征在于：
所述定模组件包括定模固定板、定模、填料套筒和高压充填装置，所述定模固定板内部设有供填料套筒穿过的套筒固定孔，填料套筒和套筒固定孔之间为过盈连接，所述定模一侧通过定位销与定模固定板固定连接，另一侧开有铸件轮廓结构，所述高压充填装置包括液压推杆和冲头，液压推杆一端与挤压铸造机液压缸冲头固定连接，另一端与冲头固定连接，冲头与填料套筒间隙配合；
所述动模组件包括动模固定板、动模、顶出装置、滑动型腔，其中，所述动模的左侧通过销钉固定于动模固定板上，动模内部开有增压油室、增压顶杆通孔、顶针通孔及滑动型腔定位槽，所述顶出装置包括顶针固定板、顶针滑动轨道以及顶针，顶针固定板上开有通孔，顶针滑动轨道通过通孔与顶针固定板间隙配合，顶针左端通过卡扣与顶针固定板连接，顶针右端通过顶针通孔与动模间隙配合，所述滑动型腔上下两侧设有定位滑块，定位滑块与动模上的滑动型腔定位槽间隙配合，实现滑动型腔对熔体具有一定的锻压量h；
所述增压组件包括增压油泵、进油管、出油管、增压活塞、增压顶杆及缓冲块，所述进油管上设有油压传感器，所述增压活塞上方安装有位移传感器，油压传感器和位移传感器分别用于检测增压顶杆作用在滑动型腔上的挤压力F及滑动型腔的挤压量δ，所述缓冲块由橡胶材质制作，其左端与增压顶杆固定连接，右端紧挨滑动型腔；
液态金属通过注液口注入填料套筒后，液压推杆在挤压机中液压机的驱动下与冲头快速将填料套筒中液态金属喷射进定模和动模组成的充填型腔，完成高压充型过程；
在高压充型装置充型结束后，快速启动增压油泵，增压油泵启动后，液压油通过进油管压入增压油室，进油管侧增压油室压力增加，增压油室左侧液压油推动增压活塞向右运动，增压冲头带动增压顶杆以及缓冲块向右运动，缓冲块推动滑动型腔进一步压实尚未完全凝固的铸件制品，从而获得具有致密组织铸件，完成增压压实过程。
进一步地，所述填料套筒上部开有注液口，注液口为上大下小结构；冲头内部设有润滑管道，冲头顶部设有倒角。
进一步地，滑动型腔左侧与缓冲块固定连接，右侧与定模组成充型型腔，动模和定模上方闭合处安装有真空阀，真空阀在高压充型前启动，保证充型时型腔具有一定的真空度。
本发明还提供了一种利用真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具进行铸造的方法，其特征在于：
步骤1、清整定模和动模组成的型腔一侧，利用喷涂装置对型腔侧喷涂一定量的脱模剂，喷涂结束后，动模在挤压机液压油缸的带动下合模；
步骤2、合模完毕后真空系统启动，当型腔达到一定的真空度时，挤压机控制系统显示抽真空完毕；
步骤3、抽真空完毕后，自动汤勺取一定量的合金液通过注液口浇入填料套筒中，完成填浇铸料过程；
步骤4、填料结束后，铸造机压力系统启动，压力经过推杆传递至高压冲头，开始高压冲头缓慢推动液态金属至充型型腔浇口，随后铸造机控制系统快速增大挤压力进而传递至高压冲头，使金属液进入型腔，高压压头施加压力，当合金液冲入型腔0.2s～0.5s后，高压充型阶段结束；
步骤5、当型腔内部位移传感器检测充型为90％时，将信号传递给控制系统，控制系统启动挤压增压系统，液压机运转，通过液压油通过进油管流入增压油室，增压油室将压力传递给增压推杆，压推杆上作用力通过橡胶缓冲块均匀平顺的传递给滑动型腔，滑动型腔在其上下侧限位块的作用下向右运动一定的锻压量h，从而对未完全凝固的铸件进行进一步压实，完成挤压压实；
步骤6、滑动型腔在增压系统作用下实现一定锻压量h后，保压一段时间，关闭挤压增压系统的液压油泵，在开模过程中回程顶出机构顶出铸件。
进一步地，步骤4中，使金属液以10m/s～30m/s速度进入型腔，高压压头施加压力在40MPa～70MPa
本发明的有益效果在于：将本发明装置将高压压铸的快速充型和挤压压铸的压力下凝固压实完美的结合起来，不仅解决了大型复杂薄壁件的充型难问题，而且解决了高压压铸中铸件气孔、缩孔等传统设备无法避免的缺陷，进而实现铸件形状完整、组织致密，还可进行热处理，进一步增加铸件的力学性能，克服了高压铸件不能应用于结构件的壁垒，拓宽了高压压铸件的使用领域。
附图说明
图1是本发明高压充型挤压压铸复合真空辅助铸造模具的结构示意图；
图2是本发明挤压压实油缸及推杆连接结构示意图；
其中：定模组件1；动模组件2；挤压组件3；11-定模固定板；12-定模；13-填料套筒；131-注液口；141-高压推杆；142-高压冲头；21-动模固定板；221-滑动型腔限位槽；231-顶针固定板；232-顶针滑动轨道；233-顶针；24-滑动型腔；25-真空阀；31-增压油泵；32-进油管；33-出油管；34-增压活塞；35-增压顶杆；36-缓冲块；321-油压传感器；341-位移传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图1及实施案例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，该实施例提供了一种真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，包括定模组件1、动模组件2和挤压组件3。
其中，所述定模组件1包括定模固定板11、定模12、填料套筒13和高压充填装置14构成，所述定模固定板11内部设有填料套筒13穿过的圆形通孔称为套筒固定孔，填料套筒13和套筒固定孔之间为过盈连接，所述定模12一侧通过定位销与定模固定板11固定连接，另一侧开有铸件轮廓结构，所述填料套筒13上部开有注液口131，注液口131为上大下小结构，所述高压充填装置14由液压推杆141和冲头142构成，液压推杆141一端与挤压铸造机液压缸冲头固定连接，另一端与冲头142固定连接，冲头142内部设有润滑管道，冲头142顶部设有倒角，冲头142与填料套筒13间隙配合；
所述动模组件2包括动模固定板21、动模22、顶出装置23、滑动型腔24构成，其中，所述动模22的左侧通过销钉固定于动模固定板21上，动模22内部开有增压油室、增压顶杆通孔、顶针通孔及滑动型腔定位槽221，所述顶出装置23包括顶针固定板231、顶针滑动轨道232以及顶针233，顶针固定板231上开有通孔，顶针滑动轨道232通过通孔与顶针固定板间隙配合，顶针233左端通过卡扣与顶针固定板231连接，顶针233右端通过顶针通孔与动模22间隙配合，所述滑动型腔24上下两侧设有定位滑块241，定位滑块241与动模上的滑动型腔定位槽224间隙配合，可以实现滑动型腔对熔体具有一定的锻压量h，滑动型腔24左侧与缓冲块36固定连接，右侧与定模12组成充型型腔，动模22和定模12上方闭合处安装有真空阀25，真空阀25在高压充型前启动，保证充型时型腔具有一定的真空度；
所述增压组件3包括增压油泵31、进油管32、出油管33、增压活塞34、增压顶杆35及缓冲块36，所述进油管32上设有油压传感器321，所述增压活塞34上方安装有位移传感器341，油压传感器321和位移传感器341分别用于检测增压顶杆作用在滑动型腔上的挤压力F及滑动型腔的挤压量δ，所述缓冲块36由橡胶材质制作，其左端与增压顶杆35固定连接，右端紧挨滑动型腔24；
所述高压充型为液态金属通过注液口131注入填料套筒13后，液压推杆141在挤压机中液压机的驱动下与冲头142快速将填料套筒13中液态金属喷射进定模12和动模22组成的充填型腔过程；
所述增压压实为在高压充型装置充型结束后，快速启动增压油泵31，增压油泵启动后，液压油通过进油管32压入增压油室，导致进油管32侧增压油室压力增加，增压油室左侧液压油推动增压活塞34向右运动，同时增压活塞34右侧的液压油通过出油管33排出。增压冲头带动增压顶杆35以及缓冲块36向右运动，缓冲块36推动滑动型腔24进一步压实尚未完全凝固的铸件制品，从而获得具有致密组织铸件的过程。
该实施例还提供了利用真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具进行铸造的方法，具体包括以下步骤：
步骤1、清整定模12和动模22组成的型腔一侧，利用喷涂装置对型腔侧喷涂一定量的脱模剂，喷涂结束后，动模在挤压机液压油缸的带动下合模；
步骤2、合模完毕后真空系统启动，当型腔达到一定的真空度时，挤压机控制系统显示抽真空完毕；
步骤3、抽真空完毕后，自动汤勺取一定量的合金液通过注液口浇入填料套筒中，完成填浇铸料过程；
步骤4、填料结束后，铸造机压力系统启动，压力经过推杆传递至高压冲头，开始高压冲头缓慢推动液态金属至充型型腔浇口，随后铸造机控制系统快速增大挤压力进而传递至高压冲头，使金属液以10m/s～30m/s速度进入型腔，高压压头施加压力在40MPa～70MPa。当合金液冲入型腔0.2s～0.5s后，至此高压充型阶段结束。
步骤5、当型腔内部位移传感器检测充型为90％时，将信号传递给控制系统，控制系统启动挤压增压系统，液压机运转，通过液压油通过进油管流入增压油室，增压油室将压力传递给增压推杆，压推杆上作用力通过橡胶缓冲块均匀平顺的传递给滑动型腔，滑动型腔在其上下侧限位块的作用下向右运动一定的锻压量h，从而对未完全凝固的铸件进行进一步压实，完成挤压压实。
步骤6、滑动型腔在增压系统作用下实现一定锻压量h后，保压一段时间，关闭挤压增压系统的液压油泵，在开模过程中回程顶出机构顶出铸件。
增压油室直径设计
根据经验，挤压顶杆冲头上压力应为增压系统提供压力的3～5倍，因此根据P系统压力×A油缸截面＝P挤压销×A挤压销截面，通过公式可知：增压油缸的直径为：
挤压行程的设定
前人研究发现，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，根据公式d挤压销行程＝V挤压填充体积/S挤压销截面积，考虑到纯铝的体积收缩率为6％，所以d挤压销行程＝V’挤压填充体积/S挤压销截面积,其中V’＝V×0.06。因此利用挤压增压系统，能有效对高压铸件实现较好的补缩。增压油室直径和增压推杆直径设计示意图如图2所示。
虽然发明已经以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定发明的。在不脱离发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于发明之保护范围。因此发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (5)
1.一种真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，包括定模组件(1)、动模组件(2)和挤压组件(3)，其特征在于：
所述定模组件(1)包括定模固定板(11)、定模(12)、填料套筒(13)和高压充填装置(14)，所述定模固定板(11)内部设有供填料套筒(13)穿过的套筒固定孔，填料套筒(13)和套筒固定孔之间为过盈连接，所述定模(12)一侧通过定位销与定模固定板(11)固定连接，另一侧开有铸件轮廓结构，所述高压充填装置(14)包括液压推杆(141)和冲头(142)，液压推杆(141)一端与挤压铸造机液压缸冲头固定连接，另一端与冲头(142)固定连接，冲头(142)与填料套筒(13)间隙配合；
所述动模组件(2)包括动模固定板(21)、动模(22)、顶出装置(23)、滑动型腔(24)，其中，所述动模(22)的左侧通过销钉固定于动模固定板(21)上，动模(22)内部开有增压油室、增压顶杆通孔、顶针通孔及滑动型腔定位槽(221)，所述顶出装置(23)包括顶针固定板(231)、顶针滑动轨道(232)以及顶针(233)，顶针固定板(231)上开有通孔，顶针滑动轨道(232)通过通孔与顶针固定板间隙配合，顶针(233)左端通过卡扣与顶针固定板(231)连接，顶针(233)右端通过顶针通孔与动模(22)间隙配合，所述滑动型腔(24)上下两侧设有定位滑块(241)，定位滑块(241)与动模上的滑动型腔定位槽(224)间隙配合，实现滑动型腔对熔体具有一定的锻压量h；
所述增压组件(3)包括增压油泵(31)、进油管(32)、增压活塞(34)、增压顶杆(35)及缓冲块(36)，所述进油管(32)上设有油压传感器(321)，所述增压活塞(34)上方安装有位移传感器(341)，油压传感器(321)和位移传感器(341)分别用于检测增压顶杆作用在滑动型腔上的挤压力F及滑动型腔的挤压量δ，所述缓冲块(36)由橡胶材质制作，其左端与增压顶杆(35)固定连接，右端紧挨滑动型腔(24)；
液态金属通过注液口(131)注入填料套筒(13)后，液压推杆(141)在挤压机中液压机的驱动下与冲头(142)快速将填料套筒(13)中液态金属喷射进定模(12)和动模(22)组成的充填型腔，完成高压充型过程；
在高压充型装置充型结束后，快速启动增压油泵(31)，增压油泵启动后，液压油通过进油管(32)压入增压油室，进油管(32)侧增压油室压力增加，增压油室左侧液压油推动增压活塞(34)向右运动，增压冲头带动增压顶杆(35)以及缓冲块(36)向右运动，缓冲块(36)推动滑动型腔(24)进一步压实尚未完全凝固的铸件制品，从而获得具有致密组织铸件，完成增压压实过程。
2.根据权利要求1所述的真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，其特征在于：所述填料套筒(13)上部开有注液口(131)，注液口(131)为上大下小结构；冲头(142)内部设有润滑管道，冲头(142)顶部设有倒角。
3.根据权利要求(1)所述的真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具，其特征在于：滑动型腔(24)左侧与缓冲块(36)固定连接，右侧与定模(12)组成充型型腔，动模(22)和定模(12)上方闭合处安装有真空阀(25)，真空阀(25)在高压充型前启动，保证充型时型腔具有一定的真空度。
4.一种利用权利要求1所述的真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具进行铸造的方法，其特征在于：
步骤1、清整定模(12)和动模(22)组成的型腔一侧，利用喷涂装置对型腔侧喷涂一定量的脱模剂，喷涂结束后，动模在挤压机液压油缸的带动下合模；
步骤2、合模完毕后真空系统启动，当型腔达到一定的真空度时，挤压机控制系统显示抽真空完毕；
步骤3、抽真空完毕后，自动汤勺取一定量的合金液通过注液口浇入填料套筒中，完成填浇铸料过程；
步骤4、填料结束后，铸造机压力系统启动，压力经过推杆传递至高压冲头，开始高压冲头缓慢推动液态金属至充型型腔浇口，随后铸造机控制系统快速增大挤压力进而传递至高压冲头，使金属液进入型腔，高压压头施加压力，当合金液冲入型腔0.2s～0.5s后，高压充型阶段结束；
步骤5、当型腔内部位移传感器检测充型为90％时，将信号传递给控制系统，控制系统启动挤压增压系统，液压机运转，通过液压油通过进油管流入增压油室，增压油室将压力传递给增压推杆，压推杆上作用力通过橡胶缓冲块均匀平顺的传递给滑动型腔，滑动型腔在其上下侧限位块的作用下向右运动一定的锻压量h，从而对未完全凝固的铸件进行进一步压实，完成挤压压实；
步骤6、滑动型腔在增压系统作用下实现一定锻压量h后，保压一段时间，关闭挤压增压系统的液压油泵，在开模过程中回程顶出机构顶出铸件。
5.根据权利要求4所述的真空辅助高压充型挤压压铸复合铸造模具进行铸造的方法，其特征在于：步骤4中，使金属液以10m/s～30m/s速度进入型腔，高压压头施加压力在40MPa～70MPa。
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