铸件的挤压铸造方法与流程

本发明涉及挤压铸造技术领域，特别涉及一种铸件的挤压铸造方法。

背景技术：

挤压铸造是将一定量熔融金属液直接注入金属模膛，随后合模实现金属液充填流动，并在机械静压力作用下发生高压凝固和少量塑性变形，从而获得毛坯或零件的一种金属加工方法。铸件一般通过一次直接挤压成形，但在压制结构复杂的铸件时，这一压力并不能均匀地分布在挤压面上，无法保证整个铸件在有效挤压比压下凝固。特别是当铸件的不同部位在垂直方向上的厚度相差较大时：在直接挤压铸造过程中，厚度较小部位先于厚度较大部位凝固，从而导致挤压压力主要分布在厚度较小处，而需要在持续高压下凝固的厚大部位只能分配到较少压力，这种情况不利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高，特别随着铸件厚度差的增大，这一不利因素将更加明显。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种铸件的挤压铸造方法，能够改善压力分布状态，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高。

为实现本发明的目的，采取的技术方案是：

一种铸件的挤压铸造方法，针对厚薄不均的铸件可实现同方向二次直接挤压,该铸件包括第一部位和第二部位，第一部位的厚度比第二部位的厚度小，该方法包括以下步骤:

(1)、预热模具，将熔体浇入模具型腔中；

(2)、上模向下移动至与下模进行合模，模具的第一挤压冲头对第一部位的熔体进行挤压，模具的第二挤压冲头对第二部位的熔体进行挤压；

(3)、第一挤压冲头和第二挤压冲头继续向下移动，并使第一挤压冲头和第二挤压冲头对熔体的挤压力增压至f1并保压时间t1；

(4)、第二挤压冲头继续向下移动，并使第二挤压冲头对第二部位的熔体继续增压，第二挤压冲头对熔体的挤压力增压至f2并保压时间t2，其中f2＞f1；

(5)、开模，顶出铸件。

该方法通过对铸件在竖直同方向的二次直接挤压，在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布，改善压力分布状态，提高局部挤压比压和压力有效作用时间，有效地解决了厚度大的部位不及厚度小的部位的组织致密和晶粒粗大等问题，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高，提高产品质量和成品率。

下面对技术方案进一步说明：

进一步的是，在步骤(4)中，第一挤压冲头对第一部位的挤压力保持为f1。使第一挤压冲头继续对第一部件的熔体施压，防止因第二挤压冲头的加压而发生变形，保证产品质量。

进一步的是，在步骤(2)和步骤(3)中，通过主液压缸带动第一挤压冲头和第二挤压冲头对熔体进行挤压。

进一步的是，在步骤(4)中，通过副液压缸带动第二挤压冲头继续对第二部位的熔体进行加压。

进一步的是，在步骤(5)中，开模前，副液压缸先泄压，主液压缸再泄压。

进一步的是，在步骤(3)中，模具对第一部位和第二部位的熔体进行第一次挤压，第一挤压比压为50-150MPa。

进一步的是，在步骤(4)中，第二挤压冲头对第二部位的熔体进行第二次挤压，第二次挤压比压为60-150MPa。

进一步的是，保压时间t1为30-80s，保压时间t2为30-70s。

进一步的是，在步骤(1)中，预热温度为150-250℃。

进一步的是，该铸件为涡轮，第一部位为肋板，第二部位涡轮轮缘，第一挤压冲头为上模芯，第二挤压冲头为围绕上模芯布置的上模环。肋板位置的厚度要比涡轮轮缘位置的厚度要薄，第一次挤压时，上模环对涡轮轮缘位置进行挤压，上模芯的肋板位置进行挤压，当肋板凝固完成后，使上模环继续向下移动对涡轮轮缘位置继续加压，进行二次挤压，从而达到提高压力利用效率和增大涡轮外圈挤压比压的效果，使涡轮外圈厚大部位在足够大的挤压压力下凝固成型，进一步提高蜗轮的品质和使用寿命。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明通过对铸件在竖直同方向的二次直接挤压，在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布，改善压力分布状态，提高局部挤压比压和压力有效作用时间，有效地解决了厚度大的部位不及厚度小的部位的组织致密和晶粒粗大等问题，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高，提高产品质量和成品率。

附图说明

图1是本发明实施例铸件的挤压铸造方法的流程示意图；

图2是本发明实施例立式挤压铸造机的结构示意图；

图3是本发明实施例模具的结构示意图。

附图标记说明：

10.第一模板，20.动模板，30.第二模板，40.主驱动缸，50.副驱动缸，510.顶板，610.上模，611.第一挤压冲头，612.第二挤压冲头，613.上模架，620.下模，621.下模套，622.下模芯，623.型腔，70.导柱，80.驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明：

如图1所示，一种铸件的挤压铸造方法，针对厚薄不均的铸件可实现同方向二次直接挤压,该铸件包括第一部位和第二部位，第一部位的厚度比第二部位的厚度小，该方法包括以下步骤:

(1)、预热模具，将熔体浇入模具型腔中；

(2)、上模向下移动至与下模进行合模，模具的第一挤压冲头对第一部位的熔体进行挤压，模具的第二挤压冲头对第二部位的熔体进行挤压；

(3)、第一挤压冲头和第二挤压冲头继续向下移动，并使第一挤压冲头和第二挤压冲头对熔体的挤压力增压至f1并保压时间t1；

(4)、第二挤压冲头继续向下移动，并使第二挤压冲头对第二部位的熔体继续增压，第二挤压冲头对熔体的挤压力增压至f2并保压时间t2，其中f2＞f1；

(5)、开模，顶出铸件。

该方法通过对铸件在竖直同方向的二次直接挤压，在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布，改善压力分布状态，提高局部挤压比压和压力有效作用时间，有效地解决了厚度大的部位不及厚度小的部位的组织致密和晶粒粗大等问题，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高，提高产品质量和成品率。

在本实施例中，该铸件为涡轮，第一部位为肋板，第二部位涡轮轮缘，第一挤压冲头为上模芯，第二挤压冲头为围绕上模芯布置的上模环。肋板位置的厚度要比涡轮轮缘位置的厚度要薄，第一次挤压时，上模环对涡轮轮缘位置进行挤压，上模芯的肋板位置进行挤压，当肋板凝固完成后，使上模环继续向下移动对涡轮轮缘位置继续加压，进行二次挤压，从而达到提高压力利用效率和增大涡轮外圈挤压比压的效果，使涡轮外圈厚大部位在足够大的挤压压力下凝固成型，进一步提高蜗轮的品质和使用寿命。

在步骤(1)中，模具型腔的预热温度为150-250℃。

在步骤(2)中，通过主液压缸带动第一挤压冲头和第二挤压冲头对熔体进行挤压。

在步骤(3)中，主液压缸增压到一定压力并保压30-80s，通过第一挤压冲头和第二挤压冲头对熔体进行第一次挤压，第一次挤压比压为50-150MPa。

在步骤(4)中，副液压缸增压到一定压力并保压30-70s，通过第二挤压冲头对第二部位的熔体进行第二次挤压，第二次挤压比压为60-150MPa；在这过程中，主液压缸继续在第一次挤压比压的压力保压至保压至第二挤压完成，使第一挤压冲头继续对第一部件的熔体施压，防止因第二挤压冲头的加压而发生变形，保证产品质量。

在步骤(5)中，当铸件的熔体完全凝固后，副液压缸先泄压，主液压缸再泄压，然后通过升降液压缸驱动上模向上运动开模，副液压缸顶出铸件并回位。

在本实施例中，该铸件为涡轮，第一部位为肋板，第二部位涡轮轮缘，第一挤压冲头为上模芯，第二挤压冲头为围绕上模芯布置的上模环。肋板位置的厚度要比涡轮轮缘位置的厚度要薄，第一次挤压时，上模环对涡轮轮缘位置进行挤压，上模芯的肋板位置进行挤压，当肋板凝固完成后，使上模环继续向下移动对涡轮轮缘位置继续加压，进行二次挤压，从而达到提高压力利用效率和增大涡轮外圈挤压比压的效果，使涡轮外圈厚大部位在足够大的挤压压力下凝固成型，进一步提高蜗轮的品质和使用寿命。

以铸造涡轮为例，该挤压铸造方法具体包括以下步骤：

(1)、ZA27合金熔炼，打渣、除气，保温温度为630℃；

(2)、预热模具型腔至200℃；

(3)、将30Kg合金熔体注入模具型腔；

(4)、主液压缸驱动上模芯和上模环向下合模，下降速度为8mm/s；

(5)、合模后主液压缸增压并保压，对整个蜗轮进行第一次挤压，蜗轮在压力下凝固，挤压比压为65MPa；

(6)、主液压缸保压50s后，副液压缸增压驱动上模环向下挤压，蜗轮轮缘的挤压比压为90MPa，保压时间为60s；

(7)、副液压缸保压结束后卸压，然后主液缸卸压；

(8)、升降液压缸驱动上模向上运动开模；

(9)、副液压缸顶出铸件并回位。

相对于锌合金蜗轮一般采用的金属型重力铸造方法，通过本发明方法生产的蜗轮毛坯具有组织致密、力学性能优良、加工余量小等优点，同时本发明方法自动化程度高、原材料利用率高，提高铸件品质的同时降低了生产成本，适用于大批量生产，具有积极的技术应用和推广价值。

如图2和图3所示，本发明还提供一种使用上述方法进行铸造的立式挤压铸造机，该立式挤压铸造机包括模具、由上往下依次相对布置的第一模板10、动模板20和第二模板30、及固定于第一模板10上的主驱动缸40和固定于动模板20上的副驱动缸50，模具包括上模610、与第二模板30连接的下模620，上模610包括与动模板20连接的第一挤压冲头611、及与副驱动缸50的活塞杆连接的第二挤压冲头612，主驱动缸40的活塞杆与动模板20连接。

模具的第一挤压冲头611对应铸件厚度较薄的位置，第二挤压冲头612对应铸件的厚度较厚的位置，在铸造时，将合金熔体浇入模具内，主驱动缸40通过活塞杆带动动模板20向下运动，同时带动上模610向下移动与下模620合模，上模610的第一挤压冲头611和第二挤压冲头612同时挤压铸件，合模后主驱动缸40增压并保压，使铸件整体在高压下凝固，实现对铸件的第一次挤压；主驱动缸40保压一定时间后，副驱动缸50通过活塞杆带动第二挤压冲头612向下挤压铸件厚度较厚的位置，副驱动缸50增压并保压，使铸件厚度较厚的凝固部位仍在高压下凝固，实现对铸件的第二次挤压。该立式挤压铸造机实现竖直同方向二次大压力直接挤压铸造，以确保厚度不均铸件在有效挤压比压作用下实现顺序凝固，从而提高产品质量和成品率。同时，由于采用两个大压力挤压驱动缸采用串联联动的方式，使铸造机整体结构紧凑、体积小，制造成本低、便于安装和维护。同理，当铸件厚度差异较大部分有n个，该利是挤压铸造机则根据实际需要设置n个驱动缸，动模板20根据实际需要设置n-1个，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段依次进行挤压。

在本实施例中，如图3所示，第一挤压冲头611为上模芯，第二挤压冲头612为围绕上模芯布置的上模环，上模610还包括上模架613，上模架613与动模板20连接，上模芯固定于上模架613上，下模620包括固定于第二模板30上的下模套621、及固定于下模套621上的下模芯622，下模芯622设有与上模芯和上模环配合的型腔623，使适应于中心厚度小，外圈厚度大的铸件的铸造，特别适用于涡轮的铸造，解决涡轮的外圈部位不及肋板部位的组织致密和晶粒粗大的问题。模具还可以根据铸件的形状设置为其他形式。

如图2所示，立式挤压铸造机还包括顶板510，顶板510与副驱动缸50的活塞杆连接，第二挤压冲头612与顶板510连接。副驱动缸50的活塞杆通过顶板510与第二挤压冲头612连接，便于安装和维护。

如图2所示，第一模板10和第二模板30之间连接有导柱70，动模板20设有与导柱70配合的导向孔(附图未标识)。导柱70对动模板20的移动起导向作用，使动模板20在上下移动过程中更稳定，避免发生偏移，也使合模精度更高。

在本实施例中，导柱70有两组，两组导柱前后布置，每组导柱包括有两根导柱70，使动模板20在上下移动过程中更平衡稳定。

如图2所示，立式挤压铸造机还包括驱动动模板20上下移动的驱动机构80，驱动机构80设于第一模板10上。开模时，驱动机构80驱动动模板20向上运动开模，副驱动缸50带动顶板510顶出铸件，使开模更方便，且使立式挤压铸造机的整体结构更紧凑。

在本实施例中，驱动机构80为升降液压缸，升降液压缸的活塞杆与动模板20连接。主驱动缸40和副驱动缸50也为液压缸，主驱动缸40、副驱动缸50和驱动机构80还可以根据实际需要采用其他驱动形式。

主驱动缸40的最大挤压力大于副驱动缸50的最大挤压力，在本实施例中，主驱动缸40的最大挤压力为1000吨，副驱动缸50的最大挤压力为800吨。

本发明通过该立式挤压铸造机实现对铸件在竖直同方向的二次挤压，在铸件凝固过程中，根据铸件不同部位的凝固先后顺序，分阶段进行二次挤压，使挤压压力在合金凝固的过程中合理分布，提高了局部挤压比压和压力有效作用时间，有效地解决了厚度大的部位不及厚度小的部位的组织致密和晶粒粗大等问题，有利于厚度大的部位的成型和铸件整体性能的提高，提高产品质量和成品率；且该铸造机的驱动缸采用串联联动的方式，使整体体积小、结构更紧凑。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。