專利名稱：一種制備半固態(tài)漿料的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半固態(tài)漿料的制備領(lǐng)域，具體為一種制備半固態(tài)漿料的模具。
背景技術(shù)：
半固態(tài)金屬技術(shù)是20世紀(jì)70年代提出的一種介于液態(tài)、固態(tài)成形的技術(shù)。它由于具有充型平穩(wěn)、制件致密性高、對模具的熱沖擊小、力學(xué)性能高、成形力低等特點(diǎn)，在汽車、航空、航天等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。其中，制備出具有均勻、細(xì)小的非枝晶組織的半固態(tài)金屬漿料，是半固態(tài)金屬成形技術(shù)中最重要的一個環(huán)節(jié)，是半固態(tài)金屬成形技術(shù)的關(guān)鍵及基礎(chǔ)。半固態(tài)漿料的質(zhì)量決定了后續(xù)加工手段以及最終成形工件的質(zhì)量。目前，半固態(tài)漿料的制備技術(shù)已達(dá)20多種，主要分為液態(tài)法、控制凝固法和固態(tài)法三種。其中，SIMA法(Strain Induced Melt Activation,應(yīng)變誘發(fā)熔化激活法)屬于固態(tài) 法，它不需要液態(tài)金屬的攪拌工序，因此制備的半固態(tài)漿料致密度高、無污染、適用范圍廣，尤其對制備較高熔點(diǎn)合金的半固態(tài)漿料具有獨(dú)特的優(yōu)越性。SIMA制漿法包括墩粗、擠壓等傳統(tǒng)方法與等徑角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等新方法。墩粗、擠壓等傳統(tǒng)方法制備半固態(tài)漿料時，具有變形量小、變形不均勻并最終導(dǎo)致制備的漿料球化率低、組織和性能不均勻等缺點(diǎn)。等徑角擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)等新的制漿方法，具有變形量大、模具復(fù)雜等特點(diǎn)，使得制備的漿料試樣小、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)。

實用新型內(nèi)容為了克服傳統(tǒng)SIMA制備半固態(tài)漿料的缺點(diǎn)，本實用新型提供一種制備半固態(tài)漿料的模具，模具結(jié)構(gòu)簡單，得到的半固態(tài)漿料組織和性能均勻，能夠有效解決現(xiàn)有技術(shù)中制備半固態(tài)漿料的質(zhì)量缺陷問題。本實用新型的技術(shù)方案是如圖I所示，制備半固態(tài)漿料的模具由一對凹模和夾具3組成，一對凹模分為上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夾具的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。如圖2和3所示，上凹模2是由一段半圓臺和一段半圓柱的型腔組成，半圓臺和半圓柱之間采用倒角連接，避免半固態(tài)坯料在拔長的過程中應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂，下凹模I與上凹模2結(jié)構(gòu)相同，型腔合并在一起組成一對凹模。夾具3是由一段圓弧和兩根平行的橫桿連接，圓弧和橫桿均為圓柱狀，截面直徑尺寸相同。所述模具的上凹模尺寸為(如圖3所示)H為(I. 1-1. 5) D1, D0為(2. 2-3. O) D1, D2為(O. 7-0. 9) D1, L0 為(2. 5-3. 4) D1, L1 為(I. 2-1. 6) D1, L2 為(I. 3-1. 8) D1, R1 為(I. 2-1. 8)D1，上凹模2的尺寸與下凹模I的相同。所述夾具尺寸為(如圖4所示)1為(9. 0-14. O) D1, b為(LO-Ij)D1, d為(O. 3-0. 6)01 r 為(I. 2-1. 8)D1Q上述式中 為上凹模的寬度，D1為未經(jīng)拔長的初始圓棒坯料的直徑，D2為半圓柱型腔的直徑，H為上凹模的高度，L0為上凹模的長度，L1為上凹模半圓臺的高度，L2為上凹模圓柱的高度，I為夾具平行橫桿的長度，r為夾具圓弧的半徑，R1為倒角的半徑，b為兩根平行橫桿截面圓心的距離，d為圓弧和橫桿截面的直徑。本實用新型依據(jù)的原理是采用一種新的SIMA法制備半固態(tài)漿料，此種方法是使用液壓機(jī)或者空氣錘中對坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長變形，使合金坯料的變形量達(dá)到
20-50%,然后將坯料加熱至液固區(qū)間并保溫一定時間，最終制備出一定固相率的半固態(tài)漿料。在實施此方法的過程中，多道次、多火的拔長變形可以依賴于此模具。本實用新型的有益效果是I、采用本實用新型，使合金坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長變形。在拔長過程中，坯料受到該模具的約束使其變形更均勻，而且坯料可以獲得較大的塑性變形，破碎坯料的初始枝晶，儲備大量的塑性變形能，晶粒內(nèi)部產(chǎn)生大量的位錯和大角度的亞晶界；2、本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，容易加工和實施。

圖I為本實用新型的模具三維造型示意圖；圖2為本實用新型的上凹?；蛘呦掳寄＝Y(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型的上凹?；蛘呦掳寄Ｐ颓唤Y(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型的夾具造型示意圖。圖中各標(biāo)號為1-下凹模，2-上凹模，3-夾具。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述，但本實用新型不限于以下所述范圍。實施例I :如圖I 3所示，本實用新型的制備半固態(tài)漿料的模具由一對凹模和夾具3組成，一對凹模分為上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夾具的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。如圖2和3所示，上凹模2是由一段半圓臺和一段半圓柱的型腔組成，半圓臺和半圓柱之間采用倒角連接，避免半固態(tài)坯料在拔長的過程中應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂，下凹模I與上凹模2結(jié)構(gòu)相同，型腔合并在一起組成一對凹模。夾具3是由一段圓弧和兩根平行的橫桿連接，圓弧和橫桿均為圓柱狀，截面直徑尺寸相同。所用的上凹模具體尺寸為模具高度H為35mm,寬度Dtl為70mm, D1為28mm, D2為24mm, L0為90mm,L1 為 40mm, L2 為 50mm, R1 為 40mm ;夾具尺寸為I 為 300mm, b 為 30mm, d 為 12mm, r 為 40mm。如圖4所示。本實用新型成形工藝包括如下步驟(I)測量要制備半固態(tài)漿料合金的液固相線點(diǎn)；本實施例中，合金為ZCuSnlOPl錫青銅合金，尺寸為Φ28Χ IOOmm的圓柱，利用差示掃描量熱法(DSC)測量該合金的固相線溫度為833°C，液相線溫度為1000°C。(2)將合金坯料加熱至再結(jié)晶溫度以上，利用開坯鍛工藝，對坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長；將錫青銅加熱至450°C，然后控制夾具使一對凹模分開將坯料沿軸向送入凹模型腔的大端，驅(qū)動空氣錘讓凹模壓下，再控制夾具使上下凹模分開并再次送入坯料，如此重復(fù)此過程，最終得到Φ 24 X 136mm的試樣。(3)將變形后的合金坯料加熱至液固相線區(qū)間并保溫一段時間，制備出一定固相率的半固態(tài)漿料；本實施例中，將變形后的錫青銅加熱至900°C并保溫5分鐘，然后水淬，最終制備出錫青銅半固態(tài)坯料，其組織均勻，固相率為85%。實施例2 :如圖I 3所示，本實用新型的制備半固態(tài)漿料的模具由一對凹模和夾具3組成，一對凹模分為上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夾具的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。如圖2和3所示，上凹模2是由一段半圓臺和一段半圓柱的型腔組成，半圓臺和半圓柱之間采用倒角連接，避免半固態(tài)坯料在拔長的過程中應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂，下凹模I與上凹模2結(jié)構(gòu)相同，型腔合并在一起組成一對凹模。夾具3是由一段圓弧和兩根平行的橫桿連接，圓弧和橫桿均為圓柱狀，截面直徑尺寸相同。所用的上凹模具體尺寸為模具高度H為30. 8mm,寬度Dtl為61. Bmm7D1為28mm, D2為19. 6mm, L0
為 70mm, L1 為 33. 6mm, L2 為 36. 4mm, R1 為 33. 6mm ;夾具尺寸為1 為 252mm, b 為 28mm, d 為
8.4mm, r為33. 6_。如圖4所不。本實用新型成形工藝包括如下步驟(I)測量要制備半固態(tài)漿料合金的液固相線點(diǎn)；本實施例中，合金為ZCuSnlOPl錫青銅合金，尺寸為Φ28Χ IOOmm的圓柱，利用差示掃描量熱法(DSC)測量該合金的固相線溫度為833°C，液相線溫度為1000°C。(2)將合金坯料加熱至再結(jié)晶溫度以上，利用開坯鍛工藝，對坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長；將錫青銅加熱至450°C，然后控制夾具使一對凹模分開將坯料沿軸向送入凹模型腔的大端，驅(qū)動空氣錘讓凹模壓下，再控制夾具使上下凹模分開并再次送入坯料，如此重復(fù)此過程，最終得到Φ 19. 6 X 154mm的試樣。(3)將變形后的合金坯料加熱至液固相線區(qū)間并保溫一段時間，制備出一定固相率的半固態(tài)漿料；本實施例中，將變形后的錫青銅加熱至900°C并保溫5分鐘，然后水淬，最終制備出錫青銅半固態(tài)坯料，其組織均勻，固相率為85%。實施例3 :如圖I 3所示，本實用新型的制備半固態(tài)漿料的模具由一對凹模和夾具3組成，一對凹模分為上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夾具的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。如圖2和3所示，上凹模2是由一段半圓臺和一段半圓柱的型腔組成，半圓臺和半圓柱之間采用倒角連接，避免半固態(tài)坯料在拔長的過程中應(yīng)力集中，產(chǎn)生斷裂，下凹模I與上凹模2結(jié)構(gòu)相同，型腔合并在一起組成一對凹模。夾具3是由一段圓弧和兩根平行的橫桿連接，圓弧和橫桿均為圓柱狀，截面直徑尺寸相同。所用的上凹模具體尺寸為模具高度H為42mm，寬度Dtl為84mm，D1為28mm，D2為25. 2mm, L0為84mm, L1 為 44. 8mm, L2 為 50. 4mm, R1 為 50. 4mm ;夾具尺寸為1 為 392mm, b 為 39. 2mm, d 為16. 8mm, r 為 50. 4_。如圖 4 所不。本實用新型成形工藝包括如下步驟(I)測量要制備半固態(tài)漿料合金的液固相線點(diǎn)；本實施例中，合金為ZCuSnlOPl錫青銅合金，尺寸為Φ28Χ IOOmm的圓柱，利用差示掃描量熱法(DSC)測量該合金的固相線溫度為833°C，液相線溫度為1000°C。(2)將合金坯料加熱至再結(jié)晶溫度以上，利用開坯鍛工藝，對坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長；將錫青銅加熱至450°C，然后控制夾具使一對凹模分開將坯料沿軸向送入凹模型腔的大端，驅(qū)動空氣錘讓凹模壓下，再控制夾具使上下凹模分開并再次送入坯料，如此重復(fù)此過程，最終得到Φ25. 2 X 146mm的試樣。[0035](3)將變形后的合金坯料加熱至液固相線區(qū)間并保溫一段時間，制備出一定固相率的半固態(tài)漿料；本實施例中，將變形后的錫青銅加熱至900°C并保溫5分鐘，然后水淬，最終制備出錫青銅半固態(tài)坯料，其組織均勻，固相率為85%。結(jié)果表明本實用新型具有操作簡單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，制備得到的半固態(tài)漿 料球化率高、組織均勻，可以應(yīng)用于高熔點(diǎn)合金半固態(tài)坯料的制備。
權(quán)利要求1.一種制備半固態(tài)衆(zhòng)料的模具，模具由一對凹模和夾具組成，其特征在于一對凹模分為上凹模(2)和下凹模(1)，上凹模(2)和下凹模(I)合并在一起，夾具(3)的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備半固態(tài)漿料的模具，其特征在于上凹模(2)是由一段半圓臺和一段半圓柱的型腔組成，半圓臺和半圓柱之間采用倒角連接，下凹模(I)與上凹模(2)結(jié)構(gòu)相同，型腔合并在一起組成一對凹模。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備半固態(tài)漿料的模具，其特征在于夾具(3)是由一段圓弧和兩根平行的橫桿連接，圓弧和橫桿均為圓柱狀，截面直徑尺寸相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的制備半固態(tài)漿料的模具，其特征在于上凹模(2)尺寸為H 為(I. 1-1. 5) D1, D0 為(2. 2-3. O) D1, D2 為(O. 7-0. 9) D1, L0 為(2. 5-3. ^D17L1 為(I. 2-1. 6)D1, L2為(I. 3-1. 8) D1, R1為(I. 2-1. 8) D1，上凹模(2)的尺寸與下凹模(I)的相同，式中D0為上凹模的寬度，D1為未經(jīng)拔長的初始圓棒坯料的直徑，D2為半圓柱型腔的直徑，H為上凹模的高度，L0為上凹模的長度，L1為上凹模半圓臺的高度，L2為上凹模圓柱的高度，R1為倒角的半徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的制備半固態(tài)漿料的模具，其特征在于夾具(3)尺寸為1為(9. 0-14. O)D1, b 為(I. 0-1. 4)D1, d 為(O. 3-0. 6)D1, r 為(I. 2-1. 8)D1，式中 D1 為未經(jīng)拔長的初始圓棒坯料的直徑，I為夾具平行橫桿的長度，r為夾具圓弧的半徑，b為兩根平行橫桿截面圓心的距離，d為圓弧和橫桿截面的直徑。
專利摘要本實用新型具體為一種制備半固態(tài)漿料的模具，涉及半固態(tài)漿料制備領(lǐng)域，解決現(xiàn)有技術(shù)中半固態(tài)漿料制備中產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷問題。一對凹模分為上凹模(2)和下凹模(1)，上凹模(2)和下凹模(1)合并在一起，夾具(3)的兩端分別固定在上凹模和下凹模的側(cè)邊。將模具其放置在液壓機(jī)或者空氣錘中對坯料進(jìn)行多道次、多火的拔長變形，然后將鍛造坯料加熱至液固區(qū)間并保溫一定時間，最終制備出一定固相率的半固態(tài)漿料。本實用新型可以制備多種合金的半固態(tài)漿料，具有操作簡單、控制方便、球化率高、固相率控制準(zhǔn)確、組織均勻等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B22C9/00GK202606790SQ20122022039
公開日2012年12月19日 申請日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月17日
發(fā)明者肖寒, 王佳, 周榮, 盧德宏, 蔣業(yè)華, 周榮峰, 吳龍彪 申請人:昆明理工大學(xué)