專利名稱：鋁合金殼體壓鑄件的高致密度壓鑄成型方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬零部件的成形加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種鋁合金殼體壓鑄件的高致 密度壓鑄成型方法，它尤其適用于大型鋁合金殼體壓鑄件。
背景技術(shù)：
鋁合金零件的壓鑄成型是將熔融的液態(tài)鋁合金澆入壓鑄機(jī)的壓室中，通過壓射沖 頭的運(yùn)動(dòng)，在高壓作用下，以較高的速度填充入壓鑄模型腔內(nèi)，并使鋁合金在壓力下凝固成 型為鋁合金壓鑄件的方法。制得的壓鑄件尺寸精度高、表面光潔、輪廓清晰。鋁合金壓鑄產(chǎn) 品最大的市場是汽車工業(yè)，為了使汽車輕量化，實(shí)現(xiàn)高速、安全、節(jié)能、環(huán)保的生產(chǎn)，許多汽 車零件都由鋁合金取代了鑄鐵件，使汽車重量減輕30% -40%,明顯改善了汽車的加速和 減速性能，大大減少了油耗和廢氣排放。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的壓鑄零件，有一些零件尺寸較大，重量大于5kg，或壓鑄時(shí)澆 注鋁液的重量大于8kg。目前在汽車零部件、電子外殼零件、電動(dòng)工具等行業(yè)，這類大型鋁 合金壓鑄件有著許多的應(yīng)用。此類大型壓鑄零件一般形狀都比較復(fù)雜，而且大多為殼體類 壓鑄件。例如汽車上的變速箱殼體，長420mm左右，寬400mm左右，高420mm左右，澆注鋁液 重量達(dá)18kg左右。又如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，根據(jù)型號(hào)的不同，大約尺寸為長480mm，寬380mm， 高270mm，鑄件重量達(dá)30kg左右。再如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋罩，長490mm，寬90mm，高200mm，鑄件重 量為6kg左右。對于此類大型、復(fù)雜壓鑄件，由于金屬液在模具內(nèi)流動(dòng)行程較大，而且在這 些殼體件中的流動(dòng)不平穩(wěn)，充型過程中金屬液有嚴(yán)重的卷氣現(xiàn)象，尤其是在最后充型和最 后凝固的部位，形成了較多的氣孔，氣孔率達(dá)到了 5%以上。由于這些疏松、氣孔等缺陷，鑄 件在承受氣壓、液壓時(shí)將會(huì)發(fā)生滲漏現(xiàn)象，致使零件達(dá)不到使用要求而報(bào)廢。由此產(chǎn)生的工 時(shí)、材料、能源的浪費(fèi)是很大的，而且鑄件尺寸越大，加工工序越復(fù)雜，造成的浪費(fèi)就越大。專利文獻(xiàn)CN101758197A中公開了一種減少鋁合金壓鑄件卷入性氣孔的工藝方 法，通過設(shè)計(jì)壓鑄模具的排氣設(shè)施，在壓鑄前進(jìn)行排氣處理，降低壓鑄速度，從而減少鋁合 金壓鑄件中的氣孔。但是，針對大型鋁合金殼體零件，由于其形狀復(fù)雜，尺寸較大，只通過設(shè) 計(jì)排氣設(shè)施并不能很好的解決氣孔缺陷問題，因?yàn)榻饘僖涸谛颓粌?nèi)流動(dòng)很劇烈，不可避免 的卷入氣體。專利文獻(xiàn)CN201313168Y公開了一種變速箱殼體鋁合金壓鑄模具，該方法通過 改善模具的澆注系統(tǒng)，使金屬液在型腔中的流動(dòng)更加均勻，減少了壓鑄中形成的氣、縮孔。 專利文獻(xiàn)CN201061825公開了一種高真空壓鑄用的密封結(jié)構(gòu)，通過在壓鑄過程中抽取型腔 中的氣體，降低型腔中原始?xì)怏w量。但是，針對大型鋁合金殼體零件，在壓鑄工藝上還沒有 具體的優(yōu)化方法。對于已壓鑄出的有氣孔缺陷的零件，工廠中一般采用浸滲技術(shù)處理鑄件使之符合 使用要求，就是使液態(tài)的膠黏劑浸入鑄件的微孔中，通過固化聚合反應(yīng)，從而達(dá)到填充空 隙、密封堵漏和承壓的目的。張濤等(張濤，高永軍，馮再新.浸滲技術(shù)在大型薄壁鋁鑄件 上的應(yīng)用[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006，27 (4))詳細(xì)介紹了浸滲技術(shù)在大型薄 壁鋁鑄件上的應(yīng)用，通過滲漏技術(shù)，可以有效地彌補(bǔ)壓鑄中所產(chǎn)生的疏松、氣孔等缺陷，挽
3回了一定的經(jīng)濟(jì)損失，但是這樣不僅增加了一道工序，也增加了零件的生產(chǎn)成本。以上解決壓鑄件缺陷的方法仍有不足之處，雖說可以通過浸滲技術(shù)彌補(bǔ)部分損 失，但是還不能從根本上解決大型鋁合金殼體壓鑄件本身出現(xiàn)的缺陷問題，仍需提出對壓 鑄工藝的新的改善方法，以便提高零件性能、減少零件缺陷、提高經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋁合金殼體壓鑄件的高致密度壓鑄成型方法，該方法可 以提高鑄件的致密度，不需要再對鑄件進(jìn)行進(jìn)一步的浸滲處理，使鑄件達(dá)到使用要求。本發(fā)明提供的一種鋁合金殼體壓鑄件的高致密度壓鑄成型方法，其步驟如下(1)在模具型腔靠近內(nèi)澆口的位置與遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的位置之間增加工藝性過橋結(jié) 構(gòu)，引導(dǎo)金屬液的流向；所述工藝性過橋結(jié)構(gòu)的寬度為20 40mm，厚度為2 4mm，與鑄件 結(jié)合處寬度為1 3mm ；(2)采用鋁液進(jìn)行低溫澆注，鋁液的含氣量彡0. 12cm7l00g，低溫澆注是指鋁液 澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度為鋁合金液相線溫度以上30 50°C，剛澆入時(shí)壓室的充滿度要求 彡 50% ； (3)按照下述過程進(jìn)行壓鑄成形(3. 1)首先進(jìn)行慢壓射，其速度為0. 3 0. 7m/s ；(3.2)當(dāng)壓射沖頭的行程為100 300mm時(shí)，開始進(jìn)行快壓射充型，壓射充型速度 ^ 5m/s ；(3. 3)然后進(jìn)行增壓補(bǔ)縮，使作用于鋁液的壓力》80MPa，最后得到鋁合金殼體壓 鑄件。通過上述發(fā)明內(nèi)容可以解大型鋁合金殼體壓鑄件經(jīng)常容易出現(xiàn)的氣孔、滲漏等缺 陷問題，從而提高鑄件的致密度，而不需要再對鑄件進(jìn)行進(jìn)一步的浸滲處理，使鑄件達(dá)到 使用要求。本發(fā)明方法通過對鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，改善壓鑄工藝，并加以真空壓鑄系統(tǒng)的 輔助工藝，對一個(gè)汽車變速箱殼體零件試壓鑄，零件長420mm，寬400mm，高420mm，最小厚 度4mm，壓鑄鋁合金材料選用YL112，澆注溫度選為660°C，在模具頂端溢流槽處安裝真空抽 氣閥。對壓鑄出的零件進(jìn)行分析，結(jié)果表明，得到的壓鑄件氣孔率< 5%，且含氣量為1 3cm7l00g，外觀質(zhì)量優(yōu)秀，尺寸精度也很高，完全符合零件的使用要求。


圖1為大型筒體類壓鑄件帶有澆注系統(tǒng)及過橋結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為過橋形狀及結(jié)構(gòu)的示意圖。圖3為圓盤類零件帶有澆注系統(tǒng)及添加了過橋結(jié)構(gòu)的示意圖。圖4為對框體類結(jié)構(gòu)零件添加了過橋結(jié)構(gòu)的示意圖。圖5為真空壓鑄成形方法的實(shí)例流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對本發(fā)明方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。1.實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的位置快速充填的方法及工藝結(jié)構(gòu)。
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由于大型鋁合金殼體壓鑄件體積尺寸較大，金屬液充型時(shí)間可達(dá)0. 5-0. 8秒，而 且液體流動(dòng)較為劇烈，在充型過程中極易產(chǎn)生較為嚴(yán)重的卷氣現(xiàn)象，特別是遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的 遠(yuǎn)端部位含氣量很高，產(chǎn)生嚴(yán)重氣孔及縮孔等缺陷。本發(fā)明的方法為通過在模具型腔靠近 內(nèi)澆口的近端位置與遠(yuǎn)端之間增加快速通道，即工藝性過橋結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)金屬液的流向，使鋁 液快速充填遠(yuǎn)端部位，以及進(jìn)行壓力迅速傳遞，達(dá)到減少氣孔及縮孔產(chǎn)生的效果。一般過橋 結(jié)構(gòu)的寬度為20 40mm，厚度為2 4mm，以便鑄件成型后去除澆注系統(tǒng)時(shí)過橋容易被清 理去除。(1)如圖1所示的大型筒體類壓鑄件，壓鑄時(shí)金屬液流動(dòng)到對岸A部位時(shí)，需要繞 過中間的型芯，距離很長，在遠(yuǎn)端的A部易生成氣孔及縮孔。根據(jù)本發(fā)明，在模具工藝設(shè)計(jì) 中，在模具的分型面上增加快速通道——過橋B，使金屬液快速充填遠(yuǎn)端。過橋B的設(shè)計(jì)方 法為寬度20 40mm，厚度為鑄件壁厚的1/2 2/3，通常為2 4mm厚。在過橋與鑄件結(jié) 合處的厚度減小為1 3mm。過橋的形狀及結(jié)構(gòu)如圖2所示。(2)如圖3所示的大型零件中的圓盤類結(jié)構(gòu)，中間有一型芯孔，阻礙了金屬液的流 動(dòng)，在繞流過型芯后在對岸的交匯處C部位，氣孔及縮孔缺陷很多，或產(chǎn)生冷隔。根據(jù)本發(fā) 明，在模具工藝設(shè)計(jì)中，增加快速通道——過橋D，使金屬液快速充填遠(yuǎn)端。過橋的形狀及結(jié) 構(gòu)亦如圖2所示。(3)如圖4所示的大型壓鑄件中的框體類結(jié)構(gòu)，若無快速通道——過橋F，金屬液 要繞過很長的距離才能到達(dá)遠(yuǎn)端E部，此時(shí)甚至產(chǎn)生澆不足的缺陷。根據(jù)本發(fā)明，在模具工 藝設(shè)計(jì)中，增加快速通道——過橋F，使金屬液快速充填遠(yuǎn)端，獲得無氣孔的高致密度鑄件。 過橋的形狀及結(jié)構(gòu)亦如圖2所示。2.特定的低溫澆注、高壓充型工藝，實(shí)現(xiàn)壓鑄件的高致密化(1)本發(fā)明采用鋁液低溫澆注，即鋁液澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度為鋁合金液相線溫 度以上30 50°C，比傳統(tǒng)的壓鑄澆注溫度低20 40°C。同時(shí)，剛澆入時(shí)壓室的充滿度要 求> 50%。由于鋁液澆注溫度下降，液態(tài)收縮減少，鑄件致密度提高。(2)采用高壓充型的三級(jí)壓射工藝根據(jù)壓室充滿度情況，慢壓射速度要求 0. 3 0. 7m/s,高速切換點(diǎn)的壓射沖頭行程為100 300mm ；快壓射速度彡5m/s，增壓壓力 彡80MPa,比傳統(tǒng)液態(tài)壓鑄的增壓壓力高20 40MPa。高壓充型提高鑄件致密度的原理是 加強(qiáng)了大型零件的補(bǔ)縮，同時(shí)也解決了澆注溫度降低可能引起的流動(dòng)性降低的問題。3.真空壓鑄系統(tǒng)輔助充填工藝及控制(1)對有滲漏試驗(yàn)要求的大型殼體壓鑄件，采用高真空壓鑄工藝(即型腔中的真 空度彡91kPa，或絕對壓力< lOkPa)。(2)真空壓鑄成形工藝流程的如圖5所示。真空壓鑄與普通壓鑄在流程上的不同 之處在于，真空壓鑄在慢速壓射至增壓過程中增加了對模具型腔抽真空，降低型腔中的氣 壓，減少液態(tài)金屬充型時(shí)的卷氣量。真空過程是從真空啟動(dòng)到真空結(jié)束，整個(gè)過程持續(xù)時(shí)間 為1秒左右。真空過程是伴隨著壓射過程完成的，因此真空壓鑄具有與普通壓鑄一樣的高 生產(chǎn)效率。(3)真空壓鑄工藝參數(shù)為真空啟動(dòng)時(shí)壓射沖頭行程為50 120mm，抽真空時(shí)間 0. 8 1. 5秒，真空停止時(shí)沖頭行程為300 800mm，型腔真空度91kPa以上。4.控制鋁液含氣量的低氣量熔體澆注工藝
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對于大型鋁合金殼體壓鑄件，由于零件大，壓鑄型腔大，鋁液流動(dòng)距離長，鋁液充 型過程中容易吸氣，增加了鑄件產(chǎn)生氣孔的可能性。因此，減少澆注前原始鋁液的含氣量將 有助于減少鑄件氣孔，提高鑄件致密度。對有滲漏試驗(yàn)要求的大型殼體壓鑄件，控制鋁液含氣量< 0. 12cm7l00g。采用鋁 液含氣量定量檢測技術(shù)，含氣量檢測點(diǎn)為壓鑄機(jī)前的保溫爐內(nèi)?？傊景l(fā)明方法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下1、在大型鋁合金殼體壓鑄件的靠近內(nèi)澆口的近端與遠(yuǎn)端之間增加快速通道，即工 藝性過橋結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)金屬液的流向，使鋁液快速充填遠(yuǎn)端部位，以及進(jìn)行壓力迅速傳遞，達(dá) 到減少氣孔及縮孔產(chǎn)生的效果。2、一般過橋結(jié)構(gòu)的寬度為20 40mm，厚度為2 4mm，以便鑄件成型后去除澆注 系統(tǒng)時(shí)過橋容易被清理去除。3、采用鋁液低溫澆注、高壓充型工藝，即鋁液澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度為鋁合金液 相線溫度以上30 50°C，比傳統(tǒng)的壓鑄澆注溫度低20 40°C。同時(shí)，剛澆入時(shí)壓室的充 滿度要求> 50%。通過鋁液澆注溫度下降，液態(tài)收縮減少，使鑄件致密度提高。4、大型殼體件的壓鑄工藝采用三級(jí)壓射根據(jù)壓室充滿度情況，慢壓射速度要求 0. 3 0. 7m/s，快壓射速度彡5m/s，增壓補(bǔ)縮壓力彡80MPa,比傳統(tǒng)液態(tài)壓鑄的增壓壓力高 20 40MPao5、采用真空壓鑄系統(tǒng)輔助充填工藝及控制。對有滲漏試驗(yàn)要求的大型殼體壓鑄 件，采用高真空壓鑄工藝(即型腔中的真空度彡91kPa，或絕對壓力< lOkPa)。6、控制抽真空時(shí)間為0. 8 1. 5s，真空啟動(dòng)時(shí)沖頭行程50 120mm，真空停止時(shí) 沖頭行程300 800mm，型腔真空度91kPa以上。7、控制鋁液含氣量的低氣量熔體澆注工藝，控制壓鑄鋁液含氣量 彡 0. 12cmVl00go實(shí)例實(shí)施例1如圖1所示的大型筒體類壓鑄件，零件長360mm，寬260mm，高280mm，最小壁厚 4mm，壓鑄鋁合金材料為YL112。根據(jù)本發(fā)明，在圖中的位置添加過橋B，寬40mm，厚度4mm， 與鑄件結(jié)合處寬度為3mm。澆注溫度選為660°C (為鋁合金液相線溫度以上50°C )，鋁液的 含氣量為0. 12cm3/100g ；澆注完時(shí)壓室的充滿度為50%，慢壓射速度為0. 7m/s,當(dāng)壓射沖 頭的行程為300mm時(shí)，開始進(jìn)行快壓射充型，壓射充型速度為5m/s ；增壓補(bǔ)縮階段的壓力為 80MPa。同時(shí)在零件頂端溢流槽處安裝真空抽氣閥，在壓射沖頭行程為120mm時(shí)開始抽真 空，控制抽真空時(shí)間為0. 8秒，壓射沖頭行程為800mm時(shí)停止抽真空，停止時(shí)型腔中的真空 度>91kPa。上述方法優(yōu)化了壓鑄工藝，改善了零件A處的性能，氣孔率達(dá)到5%以內(nèi)，無滲 漏現(xiàn)象。實(shí)施例2如圖3所示的圓盤結(jié)構(gòu)壓鑄件，圓盤部分尺寸為外徑340mm，內(nèi)徑240mm，壓鑄鋁 合金材料為YL112，。根據(jù)本發(fā)明，并在圖中的位置添加過橋D，寬20mm，厚度2mm，與鑄件 結(jié)合處寬度為1mm。澆注溫度選為640°C (為液相線溫度以上30°C )，鋁液的含氣量為 0. Ilcm7l00g;澆注完時(shí)壓室的充滿度為60%，慢壓射速度為0. 3m/s，當(dāng)壓射沖頭的行程為
6100mm時(shí)，開始進(jìn)行快壓射充型，壓射充型速度為5. 2m/s ；增壓補(bǔ)縮階段的壓力為lOOMPa。 工藝的優(yōu)化本零件C處氣孔明顯減少，符合了使用要求。
實(shí)施例3 如圖4所示的框體結(jié)構(gòu)壓鑄件，零件長350mm，寬300mm，高310mm，壓鑄鋁合金材料 為YL113。為保證零件頂端部位符合使用要求，根據(jù)本發(fā)明，在圖中F處添加過橋，寬25mm， 厚度3mm，與鑄件結(jié)合處寬度為1.5mm，引導(dǎo)金屬流向。采用低氣量熔體澆注工藝，控制鋁液 含氣量為0. 10cm3/100g ；澆注溫度選為650°C (為液相線溫度以上40°C )；澆注完時(shí)壓室 的充滿度為65%，慢壓射速度為0. 5m/s,當(dāng)壓射沖頭的行程為200mm時(shí)，開始進(jìn)行快壓射充 型，壓射充型速度為5m/s ；增壓補(bǔ)縮階段的壓力為90MPa。同時(shí)在零件頂端溢流槽處安裝真 空抽氣閥，在壓射沖頭行程為50mm時(shí)開始抽真空，控制抽真空時(shí)間為1. 5秒，壓射沖頭行程 為300mm時(shí)停止抽真空，停止時(shí)型腔中的真空度為lOOkPa。由于優(yōu)化了零件的壓鑄工藝，減 少了零件的氣孔含量，致密度提高。 以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所 公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保 護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種鋁合金殼體壓鑄件的高致密度壓鑄成型方法，其步驟如下(1)在模具型腔靠近內(nèi)澆口的位置與遠(yuǎn)離內(nèi)澆口的位置之間增加工藝性過橋結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)金屬液的流向；所述工藝性過橋結(jié)構(gòu)的寬度為20～40mm，厚度為2～4mm，與鑄件結(jié)合處寬度為1～3mm；(2)采用鋁液進(jìn)行低溫澆注，鋁液的含氣量≤0.12cm3/100g，低溫澆注是指鋁液澆入壓鑄機(jī)壓室的溫度為鋁合金液相線溫度以上30～50℃，剛澆入時(shí)壓室的充滿度要求≥50％；(3)按照下述過程進(jìn)行壓鑄成形(3.1)首先進(jìn)行慢壓射，其速度為0.3～0.7m/s；(3.2)當(dāng)壓射沖頭的行程為100～300mm時(shí)，開始進(jìn)行快壓射充型，壓射充型速度≥5m/s；(3.3)然后進(jìn)行增壓補(bǔ)縮，使作用于鋁液的壓力≥80MPa，最后得到鋁合金殼體壓鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高致密度壓鑄成型方法，其特征在于，在步驟(3)中，壓射沖頭行程為50 120mm時(shí)開始抽真空，控制抽真空時(shí)間為0. 8秒 1. 5秒，壓射沖頭行程為300 800mm時(shí)停止抽真空，停止時(shí)型腔中的真空度彡91kPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋁合金殼體壓鑄件的高致密度壓鑄成型方法，該方法能夠有效解決大型鋁合金壓鑄件經(jīng)常容易出現(xiàn)的氣孔、滲漏等缺陷問題。發(fā)明的主要內(nèi)容為(1)在模具設(shè)計(jì)中添加工藝性過橋結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)壓鑄件遠(yuǎn)端的快速充填；(2)采用特定的低溫澆注、高壓充型壓鑄工藝，實(shí)現(xiàn)壓鑄件的高致密化；(3)在壓鑄模具上可以增設(shè)真空壓鑄，輔助壓鑄充填工藝；(4)控制較低的鋁液含氣量，實(shí)現(xiàn)低氣量熔體的澆注工藝。采用本發(fā)明可使大型、復(fù)雜壓鑄件的氣孔率＜5％，且含氣量為1～3cm3/(100g Al)，外觀質(zhì)量及尺寸精度高。
文檔編號(hào)B22D17/00GK101905305SQ20101026250
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者萬里, 吳樹森, 安萍, 李世釗, 毛有武 申請人:華中科技大學(xué)