铝合金盖体挤压铸造工艺与模具设计.pdf

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1、铝合金盖体挤压铸造工艺与模具设计田福祥（青岛理工大学）摘要铝合金盖体挤铸成型后，铸件留在上模，而通用液压机无上顶件机构。给出了挤压铸铝合金盖体的工艺参数和带上顶件装置的实用模具结构。该模具在上模设一个用于顶件的小型活塞式副油缸，油缸活塞杆同上模的顶出机构相连。油缸的上、下油孔分别通过高压软管与液压机的常压管路和控制管路连通，从而组成一个完整的上顶出装置，解决了通用液压机上挤压铸造铝合金盖体的上顶料问题。关键词挤压铸造；金属型铸造；液态模锻；模具设计；副油缸中图分类号!#$%&#；!()&#文献标志码*文章编号(+(,#$%（#+)）+$,+#-,+#收稿日期：#+),+(,#+作者简介：田福祥

2、，男，(%)(年出生，教授，青岛理工大学机械学院，山东青岛市抚顺路(号（#.+），电话：+)#,)+/(#/%，0,1234：56789:;5&?&=A图(是气动仪表中空气过滤器中盖体的挤压铸件，材料为铝镁合金 BC+(。此铸件呈带法兰的罩状，其正面有两层环形槽，内槽底部有一凸台，外槽的一边有鼓包，背面为有箭头图案的圆柱体，两边各有一个凸缘，背面带有箭头图案的凸起。图(盖体挤压铸件根据挤压铸造的工艺特点，此件的分模位置取于法兰的端面，外形全在下模（凹模）中成形。环形槽由上模（冲头）成形。此零件具有两层环形深槽，且内边缘!(.的凹面侧壁无起模斜度。由于铸件和型芯之间接触传热，热铸件降温收缩，冷型

3、芯升温而膨胀，凸模与铸件之间则产生迅速增大的过盈量；而铸件与凹模之间由于热传递产生间隙，开模后铸件粘在上模，因此挤铸模需设上顶件装置，而无须下顶件装置(挤压铸造模的结构和工作过程图#是盖体的挤压铸造模具的结构示意图，在#)+DE 或()+DE 通用液压机上使用。由于开模后，铸件粘在上模，而通用液压机无上顶件机构，故上模增设一个小型活塞式副油缸，顶出力约(+DE。油缸活塞杆同上模的顶出机构相连。油缸之上、下油孔分别通过高压软管与改装后的油压机的常压管路和控制管路（经操纵阀）连通，从而组成了一个完整的上顶出装置。图#模具结构(&顶杆#&垫板&模套$&下模体)&凹模.&垫板/&导柱-&导套%、(+&

4、型芯(&顶杆(#&顶板(&副油缸凹模与下模体采用锥面过盈配合，形成组合凹模。在连续生产时，液态金属的传热导致模具温升，会超过规定的温度。为了稳定工艺参数，保证产品质量，组合凹模设有冷却水道，通过调节水流大小把模具温度控制在一定的范围内。冲头由型芯、顶杆和模套组合而成，以形成铸件的复杂内腔。对图#所示模具，模套、顶杆和凹模采用 FG#H-I钢，热处理硬度 JKF$L$-；型芯采用 H(-FG$I。为了提高模具的使用寿命，模具的工作表面进行氮化处理。氮化层厚度一般为+&)11、+&$+11，氮化后硬度JKF).L.+。模具工作过程：调整好模具，模具工作表面充分润滑后，将熔化的合金液用浇勺浇入凹模，

5、下降上模进行模压，机床压力升至缺陷临界值压力时进行保压。保压完成后，上模抬起，组合冲头带着铸件升至一定高度以后，扳动副油缸控制管路上的操纵阀，使高压油进入油缸上部，通过活塞杆、顶板、顶杆和模套，将铸件推离组合模芯。将上下模工作部分润滑后，扳回控制阀手把，!压力铸造特种铸造及有色合金#+)年第#)卷第$期去除控制压力，使上顶出机构复位，然后进行下次工作循环。!工艺参数影响挤压铸件质量的工艺参数比较多，但主要是压力和温度两类参数。压力参数包括压力大小、开始加压时间、加压速度和保压时间；温度参数包括浇注温度和模具温度。!比压比压有两种：充型比压和缺陷临界值比压。液态铝镁合金#$%&的充型比压般不超过

6、%&()*。挤压铸造铝镁合金#$%&的缺陷临界比压为+&,-&()*，盖体挤压铸造成型的最高比压在.&,&()*范围内便可以满足产品要求。挤压铸造盖体的总压力为 -+,!-/0，选择公称压力!1&/0 或%1&/0 的通用液压机。!加压开始时间由于现行的液压机空行程（合模行程）较长、速度较慢、金属液不可能有较大的过热、模具与金属液温差较大（致使金属液降温较快）等因素影响，加压只可能过迟，而不会过早。因此应当在金属液浇入模具型腔后立即加压。即浇注完后立即启动机器，冲头下行至接触金属液后即开始施压。!#加压速度由于现今使用的油压机工作进给速度较慢，故利用设备工作行程的速度进行压制。例如 234%5

7、%1 型液压机，其空载合模速度为&6678，凸模接触金属液面后加压速度转为 9&6678，金属液充满型腔后（比压大约升至!1()*时）加压速度进一步减慢为+,-6678，最大工作压力时活动横梁速度为%,1 6678。在合模动作基本停止后，压力在!,%8 内急骤升到所定的最大压力，以达到保压时的压力要求。!$保压时间在保证制件成形密致和完全结晶凝固条件下，保压时间愈短愈好。一般挤压铸造的保压时间大约是金属模重力浇注的 7%。保压时间与铸件的断面最大厚度有关，一般为&+,8766。例如制件最大壁厚为!&66，最大保压时间不超过!&8，最小保压时间不低于!8。按图 铸件的最大壁厚计算，此件需保压%1

8、,91 8。!%浇注温度通常根据金属的液相线温度和凝固范围确定合适的浇注温度。在挤压铸造铝镁合金#$%&时，浇注温度选择在+1&,:&;较合适。!&可能的缺陷及防止措施!挤压铸造铝合金盖体可能出现以下几类缺陷：!铸件内部以渣的形式存在夹杂；铸件内部的气孔（扁形）；#出现在铸件型腔底角附近或最后凝固区的热裂纹。避免以上缺陷的措施：一是模具设计要合理；二是熔炼时金属液成分要符合要求；三是控制好挤压铸造工艺参数。%实施效果挤压铸造的铝合金盖体经淬火5时效后，测得抗拉强度平均值!:%!，布氏硬度平均值?为&-，接近锻件水平。生产实践证明，盖体的挤压铸造工艺简便可靠，工序少，生产效率高；挤压铸造件形状接

9、近零件，加工余量少，材料利用率高，是一种先进有效的工艺方法。参考文献AB$?，?CD E EFG8G*HIJ CK)HGLBIMBCK CN MJG)HCIG88BKO)*H*6GMGH8 CN$BPDBLQRMHD8BCK S)0GMTCH/ECDHK*U CN(*MGHB*U8)HCIG88BKO 2GIJKCUCOS，.，.1（!）：!%!,!%:!田福祥，王名涌散热器零件压铸模设计特种铸造及有色合金，!&9（）：11,1+（编辑：袁振国）更正!&1 年第!期第&1 页图 9 有印刷错误，现予更正并向作者致歉。（*）%&H76BK（）!%!H76BK（I）&H76BK图 9浇注温度为+9

10、&;、室温石墨坩埚、不同输送管转速下的合金微观组织!铝合金盖体挤压铸造工艺与模具设计田福祥铝合金盖体挤压铸造工艺与模具设计铝合金盖体挤压铸造工艺与模具设计作者：田福祥，Tian Fuxina作者单位：青岛理工大学刊名：特种铸造及有色合金英文刊名：SPECIAL CASTING&NONFERROUS ALLOYS年，卷(期)：2005，25(4)被引用次数：5次 参考文献(2条)参考文献(2条)1.Qi L H.Hou J J Research on Prediction of the Processing Parameters of Liquid Extrusion by BP Network

11、1999(02)2.田福祥.王名涌 散热器零件压铸模设计期刊论文-特种铸造及有色合金 2004(01)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 田福祥.王明涌 锻模模块的挤压铸造模具设计-特种铸造及有色合金2004,(4)挤压铸造近年来得到较大的发展,正在成为制造模块的有效方法.给出了挤压铸造锻模模块的实用模具结构、工艺参数和应用效果.该模具的凸模和凹模均采用组合结构,设有冷却水道.为适用于无下顶料装置的通用液压机,模具设置了自动复位的下顶料装置.模具寿命满足生产要求.挤压铸造的模块内部无空洞.试验表明,对4Cr5W2SiV,5CrMnMo,5CrNiMo,3Cr2W8V等模具钢的挤压

12、铸造,压力超过150 MPa即可消除挤压铸造缺陷,并获得完全的细晶组织,挤铸钢的力学性能基本达到锻钢水平.2.会议论文 周绍荣.周正田.邓文海 摩托车前减震器套管的挤压铸造 1998 通过对前减震器套管铸件结构的分析，铸造及合金材料的选择，组织及性能的对比，表明挤压铸造优于金属型铸造、低压铸造及压铸，挤压铸造件力学性能比它们分别提高（延仲率）和（强度），和及和。3.期刊论文 郭国文.陈维平.李元元.罗宗强 新型高强韧铝铜系合金的挤压铸造-特种铸造及有色合金2003,(z1)为实现某种重载车辆负重轮的以铸代锻,进行了负重轮简约化缩小模型挤压铸造的试验研究.采用自行研制的一种新型铝铜合金,结合挤压

13、铸造工艺,制得了负重轮模型铸件.挤压铸造工艺参数为:比压50 MPa,浇注温度720730,摸具温度250350,开始加压时间710 s,保压时间815 s.热处理后铸件的组织、性能和断口形貌的检测结果表明,挤压铸件的晶粒更为细小,组织更加致密,T5和T6热处理的力学性能分别为抗拉强度428、440 MPa,屈服强度360、395 MPa,伸长率13.1%、11.3%.与重力金属型铸造相比,挤压铸造使铸件的力学性能得到明显提高.4.期刊论文 周绍荣.周正田.邓文海.Zhou Shaorong.Zhou Zhentian.Deng Wenhai 摩托车前减震器套管的挤压铸造-特种铸造及有色合金1

14、998,(1)通过对前减震器套管铸件结构的分析,铸造方法及合金材料的选择,组织及性能的对比,表明挤压铸造优于金属型铸造、低压铸造及压铸.挤压铸造件力学性能比它们分别提高39%(延伸率)和118.4%(强度),31%和53.8%及49%和73%.5.学位论文 段华伟 挤压铸造铝铜合金强韧化机理的研究 2005 本试验以高速机床主轴轴承保持架为对象,采用铝铜合金挤压铸造方式成形,研究了挤压铸造工艺参数、元素含量、热处理工艺等因素对铸件力学性能和显微组织的影响.试验结果表明,工艺参数对挤压铸造铝铜合金抗拉强度影响的主次顺序为:比压、铸型温度、浇注温度、保压时间;对伸长率影响的主次顺序为:比压、保压时

15、间、浇注温度、铸型温度.最佳工艺参数为比压140MPa,保压时间24s,浇注温度775,铸型温度210左右.比压是对铸件力学性能和显微组织最为显著的因素,其取值超过40MPa时,能有效减少缩松等缺陷,当比压超过120MPa时,除了能减轻铸造缺陷外,还对液态金属的结晶性能产生显著影响,在铸件断面上得到致密、细小且均匀的等轴晶.比压还增加了铜在铝基体中的溶解度,和金属型铸造时铜对铸件的最大强化作用发生在含量为5时不同,挤压铸造时铜对铸件强化最大的含量为8,强化效果较金属型铸造时更佳.挤压铸造使铸件中原子的扩散速度加快、缩短热处理时间,固溶处理在525530下保温4h就已经进行得很充分,增加保温时间

16、时力学性能还能小幅上升,15h时最佳.固溶处理后铝铜合金具有很强的自然时效性,在自然环境中铜原子容易析出形成具有很强强化效果且能稳定存在的GP区和相,铸件处于固溶加自然时效状态下较T6状态下具备更好的力学性能.6.期刊论文 赵玉华.刘越.黄震威.孙旭东.ZHAO Yu-hua.LIU Yue.HUANG Zhen-wei.SUN Xu-dong 挤压铸造2A70合金及热处理工艺研究-铸造2006,55(5)通过与金属型铸造对比试验,研究了挤压铸造工艺对2A70合金及热处理工艺的影响.结果表明:2A70合金在压力下凝固,增加了液相过冷度和晶体生长速度,减轻了S(Al2CuMg)相、Al9FeNi

17、相等中间相的偏析程度,并在一定程度上细化了合金的胞晶组织,使时效相在晶内细小、弥散析出,Al9FeNi相在晶界处分布更加均匀细小.同时,消除了铸件的气孔和疏松等缺陷,提高铸件的致密度;挤压铸造铸件的组织不存在明显的方向性,力学性能达到了2A70变形铝合金的水平;挤压铸造2A70合金热处理工艺为:固溶处理加热530、保温3 h;时效处理加热190、保温12 h.7.会议论文 黄宏军.范亮亮.李凯.袁晓光.李荣德 CT机大同步带轮铸造工艺的优化 2007 大同步带轮是医用CT机上重要的部件之一,目前多采用砂型铸造,产品合格率低.为解决这一问题,本课题采用了金属型和砂芯联合使用的铸造方案,使用Pro

18、/E软件完成对铸件的实体造型,根据金属型铸造特点。利用Z-CAST铸造工艺数值模拟软件,研究大同步带轮铸造充型及凝固过程,分析了铸造工艺的合理性,最终提出了优化后的铸造工艺方案。8.会议论文 王公平.张建群.李举刚.胡家旺.冉燕 摩托车手把座铸造工艺实践 2007 通过手把座的4种铸造方法的介绍和分析,指出了各种方法的优点和不足,提出了较好的铸造方法,对该类铸件的铸造工艺有较好的借鉴作用。9.期刊论文 李元东.郝远.陈体军 AZ91D镁合金半固态挤压铸造的研究-热加工工艺2004,(1)研究了AZ91D镁合金在不同半固态温度下的挤压铸造.结果表明:半固态等温热处理可以将金属型铸造的AZ91D镁

19、合金锭中的枝晶组织转变为球形晶粒组织,并能进行半固态挤压成形.AZ91D镁合金半固态挤压成形所需的最佳工艺条件是加热温度570左右,保温时间2535 min,或加热温度580左右,保温时间1020 min.10.期刊论文 李元东.郝远.陈体军.阎峰云 等温热处理对AZ91D半固态挤压铸造成形的影响-特种铸造及有色合金2003,(z1)研究了等温热处理温度和保温时间等工艺对AZ91D镁合金半固态挤压成形的影响.结果表明:半固态等温热处理可以将普通金属型铸造的AZ91D镁合金锭中的枝晶组织转变为球形晶粒组织,并能进行半固态挤压成形.AZ91D镁合金半固态挤压成形所需的最佳工艺条件是加热温度570

20、左右,保温时间2535 min,或加热温度580左右,保温时间1020 min.引证文献(5条)引证文献(5条)1.王家宣.诸葛跃.李文杰.姜丽红 6082合金法兰盘挤压铸造工艺及模具设计期刊论文-铸造技术 2009(12)2.杜之明.张晓华.崔云涛.蒋鹏 铝合金薄壁壳体件挤压铸造成形工艺的初步研究期刊论文-特种铸造及有色合金 2007(3)3.罗静.胡红军.代兵 JY110摩托车箱体压铸件气孔缩松缺陷分析与解决对策期刊论文-铸造技术 2006(5)4.胡红军.代兵.杨明波.曾英 JY110摩托车箱体压铸件的气孔分析及解决对策期刊论文-兵器材料科学与工程 2006(5)5.谢少庆 挤压铸造模具结构的系列化研究学位论文硕士 2006 本文链接：http:/