CN116237491A - 基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及压铸方法技术领域，尤其涉及一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，包括以下步骤：S1，将制备好的液态合金浆料或半固态合金浆料压入压铸机压室内；S2，通过在模具的充型近端到充型远端间隔布置的多个加热元件对模具进行加热，根据合金浆料的压铸温度要求，设定各加热元件的加热温度，使高温熔体在充型到达远端时的温度和在充型近端的温度差≤10℃；S3，在依次进行压铸充型、增压和保压时，控制加热元件和冷却元件来调节模具不同区域的冷却温度，从而实现铸件整体均匀凝固。本发明通过使模具形成由充型近端至模具充型远端逐步升温的梯度温度，在压铸充型过程中很好的弥补了充型阻力大而造成预结晶、冷隔以及薄壁件不能均匀凝固等缺陷。

Description

基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法

技术领域

本发明涉及压铸方法技术领域，尤其涉及一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法。

背景技术

随着新能源汽车、5G通信行业等迅速兴起，压铸件也向着大尺寸化、薄壁化方向发展。同时，新能源汽车用前车身、后地盘、减震塔和5G通信基站用散热片等大型复杂产品一体化压铸需求日益迫切，压铸技术是一种利用压射系统产生的高速推动作用，使金属熔体以高速方式压射至模具型腔，从而凝固成形工艺产品。该技术具有效率高、成本低和易成型复杂薄壁构件的显著优势，所以该工艺在大规模批量化制造过程中显示出很强的技术优势。

现有压铸技术在成形大尺寸、长流程薄壁复杂铸件产品（长度尺寸为700～3000mm）、薄壁（壁厚≤3mm）过程中，均设定均匀的压室温度和模具温度进行压射成形，温度一般设定为150~350℃，较低的模具温度导致熔体充型距离过长时降温较多，在这种急剧的温降影响下，充型过程中的温度梯度快速增大，容易发生激冷凝固，流动性变差，充型变得困难。同时，强烈的冷却作用在细化压铸合金显微组织的同时也会导致压铸件充型远端形成过早的凝固、冷隔和充不满等缺陷，同时铸件也不能实现均匀凝固，热应力和组织应力迅速提高，形成的铸坯会出现较大的应力集中，残余应力较大，常常导致铸坯产生表面裂纹和内部裂纹等缺陷。与气孔缺陷类似，冷隔类和充不满缺陷也会严重降低压铸件的力学性能和质量，特别是铝/镁合金薄壁压铸件的室温塑性和薄壁处的表面质量。同时，铸件不能均匀凝固会导致薄壁件各区域性能不同，降低薄壁件的使用寿命。减少大型薄壁件流动性差、充型不满和冷隔缺陷以及实现薄壁件均匀凝固有助于提升铝/镁合金压铸件的综合质量及其服役性能，是压铸技术的发展方向。但如何解决长度尺寸为700～3000mm、壁厚≤3mm的大尺寸、长流程薄壁复杂铸件的流动性差、充不满、冷隔等缺陷以及不同部位均匀凝固并没有特别有效的办法。

针对上述问题，本发明是要解决大型薄壁复杂构件在压铸成形过程时熔体流动性较差、冷隔和充不满等缺陷以及薄壁件不能均匀凝固的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有的大型薄壁复杂构件在压铸成形过程时熔体流动性较差、冷隔和充不满等缺陷以及不同部位薄壁件不能均匀凝固等问题。

为此，本发明提供一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，将已除气精炼后的熔体倒入压铸机压室后，通过多段控制模具温度，模具充型远端的部位在加热器或熔体作用下被加热至材料熔点温度的0.4～0.6倍，模具充型近端的部位在加热器和冷却器作用下被控制到材料熔点温度的0.3～0.5倍，使模具形成由模具充型近端至充型远端逐步升温的梯度温度，从而解决模具内的熔体充型过程中由于传热和流动作用导致的充型远端温降大而充型近端温降小的问题，在压铸充型过程中很好的弥补大型薄壁件型腔复杂狭窄远端充型阻力大而造成冷隔和充不满以及薄壁件充型温度不均匀，不能均匀凝固等缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，包括以下步骤：

S1，将制备好的液态合金浆料或半固态合金浆料压入压铸机压室内；

S2，通过在模具的充型近端到充型远端间隔布置的多个加热元件对模具进行分区域加热，根据合金浆料的压铸温度要求，设定各个加热元件的加热温度，模具充型远端的部位被控制在材料熔点温度的0.4～0.6倍，模具充型近端的部位被控制到材料熔点温度的0.3～0.5倍，从而形成梯温模具，并使高温熔体在到达充型远端时的温度和在充型近端的温度差≤10℃；

S3，在依次进行压铸充型、增压和保压的同时，通过控制加热元件和冷却元件来调节模具不同区域的冷却温度，从而实现铸件整体均匀凝固；

S4，开模，制备出组织均匀、质量优异的大型复杂薄壁件。

本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，从充型近端的模具到远端的模具处于温度梯度升高状态，从而能够显著减少合金熔体充型时与模具接触导致的降温，进而减少压铸件中冷隔、充不满类铸造缺陷，显著提高铸件的内在品质。并且对充型远端进行了温度补偿，抵消了金属熔体在充型远端导致的温降效应，使得熔体充型温度更加均匀，有利于实现大型产品不同部位凝固组织的均匀性，进而有利于实现大型产品不同部位性能的均匀性，大幅降低残余应力。

进一步，步骤S1中，其中半固态合金浆料的制备方法包括机械搅拌、声振动、电磁搅拌或气冷搅拌，所述的半固态合金浆料的固相率为30%～50%。

进一步，步骤S2中，模具不同区域的加热温度由合金固液相温度和模具传热属性确定，实现由模具的充型近端到模具的充型远端温度递增。

进一步，步骤S2中，模具的多段控温由加热元件和冷却元件共同控制，压室内不同区域浆料温度由测温装置检测；模具多段控温段数为≥4。

进一步，步骤S2中，利用独立且分散的加热元件、冷却元件对模具进行分区域实时温度管理，在模具不同区域温度达到预定值后进行压铸充型，同时在压铸充型过程中控制加热元件和冷却元件通过测温装置在线温度反馈信号实时控制模具温度。

进一步，步骤S3中，液态合金浆料或半固态合金浆料的充型速度为3～6m/s，充型压力为80～110MPa，保压时间为3～6s；通过对模具不同区域的温度控制来实现由模具的充型近端到模具的充型远端的模具温度的上升，通过将冷却水通入冷却管实现均匀冷却，压铸模具内从充型远端到充型近端各区域的冷却速率差值≤1℃/s，进而实现铸件的均匀凝固。

进一步，梯度的冷却水温度分为8段，冷却水的温度梯度范围为10~60℃。

进一步，步骤S2和步骤S3中加热元件、冷却管、测温装置之间距离在模具的充型远端和模具的充型近端之间等距离设置。

进一步，所述测温装置为微型热电偶，微型热电偶紧贴型腔，加热元件为环状加热元件，冷却元件为冷却管和填充在冷却管内的冷却水，冷却管也为环状。

本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法具有的有益效果有：

1、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，从充型近端的模具到远端的模具处于温度梯度升高状态，从而能够显著减少合金熔体充型时与模具接触导致的降温，进而减少压铸件中充型不足、冷隔类铸造缺陷，显著提高铸件的内在品质。

2、对充型远端进行了温度补偿，抵消了金属熔体在充型远端导致的温降效应，使得熔体充型温度更加均匀，有利于实现大型产品不同部位凝固组织的均匀性，进而有利于实现大型产品不同部位性能的均匀性，大幅降低残余应力。

3、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，可以解决充型远端熔体温度降温过快的问题，有利于实现熔体充型的完整性，提高充型质量，同时可以实现充型完从远端到近端的均匀凝固，对提升大型薄壁压铸件品质具有重要现实意义，特别适合于熔体过25kg、长度尺寸为700～3000mm、薄壁（壁厚≤3mm）的大型薄壁件的压铸，铸件的均匀凝固能够有效消除材料的残余内应力，便于制备各种免热处理大型合金产品。

4、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，控制方便，能够基于压铸的基础上实现充型完整，效率高且安全性高，具备成形良好的大型复杂薄壁件的能力。

为使本发明的上述特征和效果能够明显易懂，下文将通过具体实施例并结合附图进行清楚、完整的说明。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸装置的结构示意图。

图2为本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法的流程示意图。

图3为本发明实施例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具远端组织示意图。

图4为本发明实施例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具中间组织示意图。

图5为本发明实施例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具近端组织示意图。

图6为本发明实施例中Al-12Si合金5G通信基站散热壳体充型远端组织示意图。

图7为本发明实施例中Al-12Si合金5G通信基站散热壳体充型中间组织示意图。

图8为本发明实施例中Al-12Si合金5G通信基站散热壳体充型近端组织示意图。

图9为本发明对比例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具远端组织示意图。

图10为本发明对比例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具中间组织示意图。

图11为本发明对比例中 A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体充型模具近端组织示意图。

图中：1、测温装置；2、冷却管；3、加热元件；4、型腔；5、模具；6、浆料；7、冲头。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的数值不限制本发明的范围。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

以下实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定；若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、或相关企业提出的标准要求进行。除非另有说明，否则所有的份数为重量份，所有的百分比为重量百分比。

参照图1，本发明提供了一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸装置，包括模具5和冲头7，模具5内设有型腔，通过冲头7对型腔4中的浆料6进行压铸，浆料6为液态合金浆料或半固态合金浆料，模具5内设有多个加热元件3，距离浇注口最近处为充型近端，距离浇注口最远处为充型远端，多个加热元件3沿型腔4的充型近端到充型远端间隔布置，多个加热元件3的加热温度沿型腔4的充型近端到充型远端温度呈阶梯式递增，优选的，加热元件3为环状加热元件；每一个加热元件3的一侧均设有一个测温装置1，以对模具的温度进行测量，模具5内还设有多个冷却管，多个冷却管沿充型近端到充型远端排列设置，优选的，冷却管为环状冷却管。

参照图2，本发明还提供了一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将制备好的液态合金浆料或半固态合金浆料压入压铸机压室内，本实施例中，半固态合金浆料的制备方法包括机械搅拌、声振动、电磁搅拌或气冷搅拌，其中，半固态浆料的固相率为30%～50%；

S2，通过在模具的充型近端到充型远端间隔布置的多个加热元件对模具进行分区域加热，根据合金浆料的压铸温度要求，设定各个加热元件的加热温度，模具充型远端的部位被控制在材料熔点温度的0.4～0.6倍，模具充型近端的部位被控制到材料熔点温度的0.3～0.5倍，从而形成梯温模具，并使高温熔体在到达充型远端时的温度和在充型近端的温度差≤10℃，模具不同区域的加热温度由合金固液相温度和模具传热属性确定，实现由模具的充型近端到模具的充型远端温度递增；模具多段控温由加热元件和冷却元件共同控制，压室内不同区域浆料温度由测温装置检测；为了更加精确的调控模具不同部位的温度，模具多段控温段数为≥4；在模具不同区域温度达到预定值后进行压铸充型，同时在压铸充型过程中利用独立且分散的加热元件、冷却元件对模具进行分区域实时温度管理，在模具不同区域温度达到预定值后进行压铸充型，同时在压铸充型过程中控制加热元件和冷却元件通过测温装置在线温度反馈信号实时控制模具温度；

S3，在依次进行压铸充型、增压和保压的同时，通过控制加热元件和冷却元件来调节模具不同区域的冷却温度，从而实现铸件整体均匀凝固，液态合金浆料或半固态合金浆料的充型速度为3～6m/s，充型压力为80～110MPa，保压时间为3～6s；通过对不同区域的温度控制来实现由模具的充型近端到模具的充型远端的温度的上升，通过将冷却水通入冷却管实现均匀冷却，压铸模具内从充型远端到充型近端各区域的冷却速率差值≤1℃/s，进而实现铸件的均匀凝固，梯度的冷却水温度分为8段，冷却水的温度梯度为10~60℃；

S4，开模，制备出组织均匀、质量优异的大型复杂薄壁件。

步骤S2和步骤S3中加热元件、冷却管、测温装置之间距离在模具的充型远端和模具的充型近端之间等距离设置；测温装置为微型热电偶，微型热电偶紧贴型腔，加热元件为环状加热元件，冷却管也为环状。

下面结合具体实施例对本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法进行详细说明。

实施例1：参照图6至图8，提供一种Al-12Si合金5G通信基站散热壳体的制备方法，铸件最薄处壁厚0.4mm、长度420 mm，具体包括下述步骤：

S1，采用熔炼好的30kgAl-12Si合金熔体倒入锁模为4000吨的冷室压室内；

S2，将模具进行4段控温，从充型远端到充型近端的模具温度等距离分别设为320°C、280℃、240℃、180℃，通过加热元件调节各区域温度到达设定值，进行压铸充型；

S3，设定压铸充型速度为3.8m/s，充型压力为160 MPa，保压时间为15s，在充型1s后充型远端充型完整，停止加热，Al-12Si合金熔体充型远端和充型浇口附近的铸件温度差为8℃，然后进行均匀强制冷却，实现铸件的温度均匀降低，获得表面光滑、充型完整、内部致密，从充型远端、充型中间到充型近端组织均匀的等轴晶组织散热壳体件。:

实施例2：参照图3至图5，提供一种A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体的制备方法，铸件最薄处壁厚0.5 mm、长度200 mm，具体包括以下步骤：

S1、采用电磁搅拌法制备好质量为35kg、固相率48%的A356铝合金半固态浆料，半固态浆料温度为580℃，倒入锁模为4000吨的冷室压铸机内；

S2、将压铸模具进行5段控温，将充型远端模到充型近端的模具温度等距离依次设为320℃、300℃、280℃、260℃、200℃，通过加热元件调节各区域模具温度到达设定值并实时检测，将温度为580℃的A356半固态合金熔体进行压铸充型；

S3、设定流变压铸充型速度为3.5m/s，充型压力为65MPa,保压时间为5s，将半固态合金熔体充型远端充型完整，停止加热，充型完成后，A356铝合金熔体充型远端和充型浇口附近的铸件温度差为6℃，然后进行强制冷却，实现铸件的均匀凝固。从图3至图5可以看出铸件充型完整、内部致密，从充型远端、充型中间到充型近端组织均匀。

实施例3：本实施例提供一种AM60镁合金大型复杂薄壁电器面板的制备方法，铸件最薄壁厚为0.5 mm，长度450 mm，具体包括下述步骤：

S1、通过将融化的AM60镁合金浆料倒入锁模为4000吨的冷室压室内；

S2、将模具进行4段控温，根据该合金的固液相线温度设定模具温度分别为280℃、250℃、220℃、180℃，通过加热元件调节各区域温度达到设定值，然后进行压铸充型；

S3、流变压铸充型速度为10m/s，充型压力为85MPa,保压时间为8s，在充型1s后充型远端充型完整，停止加热，AM60镁合金熔体充型远端和充型浇口附近的铸件温度差为6℃，然后进行强制冷却，实现铸件的均匀凝固分段通入不同温度的冷却水调节型腔表面温度，使型腔各部分温度接近然后整体同时下降，冷却水的4段水温分别为20℃、60℃、60℃、20℃，实现铸件充型远端到充型近端温度的梯度升高，进而实现铸件的均匀凝固。

对比例2

参照图9至图11， A356铝合金复杂薄壁新能源电池传感器壳体传统直接压铸制备方法，铸件最薄处壁厚0.5 mm、长度200 mm，具体包括以下步骤：

S1、将A356铝合金加热熔化，熔化温度730℃，倒入锁模为4000吨的冷室压铸机内；

S2、将压铸模具进行加热，设定模具温度200℃，将温度为720℃的A356合金熔体进行压铸充型；

S3、设定流变压铸充型速度为3.5m/s，充型压力为65MPa,保压时间为5s，将合金熔体充型远端充型完整，停止加热，充型完成后，A356铝合金熔体充型远端和充型浇口附近的铸件温度差为50℃，然后进行强制冷却凝固，充型远端冷却速率快，液相多，形成的细小的树枝晶；充型近端固相多，凝固速率慢，形成粗大的树枝晶，组织均匀性差。

本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法具有的有益效果有：

1、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，从充型近端的模具到远端的模具处于温度梯度升高状态，从而能够显著减少合金熔体充型时与模具接触导致的降温，进而减少压铸件中充型不足、冷隔类铸造缺陷，显著提高铸件的内在品质。

2、对充型远端进行了温度补偿，抵消了金属熔体在充型远端导致的温降效应，使得熔体充型温度更加均匀，有利于实现大型产品不同部位凝固组织的均匀性，进而有利于实现大型产品不同部位性能的均匀性，大幅降低残余应力。

3、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，可以解决充型远端熔体温度降温过快的问题，有利于实现熔体充型的完整性，提高充型质量，同时可以实现充型完从远端到近端的均匀凝固，对提升大型薄壁压铸件品质具有重要现实意义，特别适合于熔体过25kg、长度尺寸为700～3000mm、薄壁（壁厚≤3mm）的大型薄壁件的压铸，铸件的均匀凝固能够有效消除材料的残余内应力，便于制备各种免热处理大型合金产品。

4、本发明的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，控制方便，能够基于压铸的基础上实现充型完整，效率高且安全性高，具备成形良好的大型复杂薄壁件的能力。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将制备好的液态合金浆料或半固态合金浆料压入压铸机压室内；

S2，通过在模具的充型近端到充型远端间隔布置的多个加热元件对模具进行分区域加热，根据合金浆料的压铸温度要求，设定各个加热元件的加热温度，模具充型远端的部位被控制在材料熔点温度的0.4～0.6倍，模具充型近端的部位被控制到材料熔点温度的0.3～0.5倍，从而形成梯温模具，并使高温熔体在到达充型远端时的温度和在充型近端的温度差≤10℃；

S3，在依次进行压铸充型、增压和保压的同时，通过控制加热元件和冷却元件来调节模具不同区域的冷却温度，从而实现铸件整体均匀凝固；

S4，开模，制备出组织均匀、质量优异的大型复杂薄壁件。

2.如权利要求1所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S1中，其中半固态合金浆料的制备方法包括机械搅拌、声振动、电磁搅拌或气冷搅拌，所述的半固态合金浆料的固相率为30%～50%。

3.如权利要求1所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S2中，模具不同区域的加热温度由合金固液相温度和模具传热属性确定，实现由模具的充型近端到模具的充型远端温度递增。

4.如权利要求1所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S2中，模具的多段控温由加热元件和冷却元件共同控制，压室内不同区域浆料温度由测温装置检测；模具多段控温段数为≥4。

5.如权利要求4所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S2中，利用独立且分散的加热元件、冷却元件对模具进行分区域实时温度管理，在模具不同区域温度达到预定值后进行压铸充型，同时在压铸充型过程中控制加热元件和冷却元件通过测温装置在线温度反馈信号实时控制模具温度。

6.如权利要求5所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S3中，液态合金浆料或半固态合金浆料的充型速度为3～6m/s，充型压力为80～110MPa，保压时间为3～6s；通过对模具不同区域的温度控制来实现由模具的充型近端到模具的充型远端的模具温度的上升，通过将冷却水通入冷却管实现均匀冷却，压铸模具内从充型远端到充型近端各区域的冷却速率差值≤1℃/s，进而实现铸件的均匀凝固。

7.如权利要求6所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：梯度的冷却水温度分为8段，冷却水的温度梯度范围为10~60℃。

8.如权利要求4所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：步骤S2和步骤S3中加热元件、冷却管、测温装置之间距离在模具的充型远端和模具的充型近端之间等距离设置。

9.如权利要求4所述的基于温度补偿的大型复杂结构件压铸方法，其特征在于：所述测温装置为微型热电偶，微型热电偶紧贴型腔，加热元件为环状加热元件，冷却元件为冷却管和填充在冷却管内的冷却水，冷却管也为环状。

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