专利名称：一种制备半固态浆料的模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半固态浆料的制备领域，具体为一种制备半固态浆料的模具。
背景技术：
半固态金属技术是20世纪70年代提出的一种介于液态、固态成形的技术。它由于具有充型平稳、制件致密性高、对模具的热冲击小、力学性能高、成形力低等特点，在汽车、航空、航天等领域有广阔的应用前景。其中，制备出具有均匀、细小的非枝晶组织的半固态金属浆料，是半固态金属成形技术中最重要的一个环节，是半固态金属成形技术的关键及基础。半固态浆料的质量决定了后续加工手段以及最终成形工件的质量。目前，半固态浆料的制备技术已达20多种，主要分为液态法、控制凝固法和固态法三种。其中，SIMA法(Strain Induced Melt Activation,应变诱发熔化激活法)属于固态 法，它不需要液态金属的搅拌工序，因此制备的半固态浆料致密度高、无污染、适用范围广，尤其对制备较高熔点合金的半固态浆料具有独特的优越性。SIMA制浆法包括墩粗、挤压等传统方法与等径角挤压、高压扭转等新方法。墩粗、挤压等传统方法制备半固态浆料时，具有变形量小、变形不均匀并最终导致制备的浆料球化率低、组织和性能不均匀等缺点。等径角挤压、高压扭转等新的制浆方法，具有变形量大、模具复杂等特点，使得制备的浆料试样小、工艺复杂等缺点。
实用新型内容为了克服传统SIMA制备半固态浆料的缺点，本实用新型提供一种制备半固态浆料的模具，模具结构简单，得到的半固态浆料组织和性能均匀，能够有效解决现有技术中制备半固态浆料的质量缺陷问题。本实用新型的技术方案是如图I所示，制备半固态浆料的模具由一对凹模和夹具3组成，一对凹模分为上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夹具的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。如图2和3所示，上凹模2是由一段半圆台和一段半圆柱的型腔组成，半圆台和半圆柱之间采用倒角连接，避免半固态坯料在拔长的过程中应力集中，产生断裂，下凹模I与上凹模2结构相同，型腔合并在一起组成一对凹模。夹具3是由一段圆弧和两根平行的横杆连接，圆弧和横杆均为圆柱状，截面直径尺寸相同。所述模具的上凹模尺寸为(如图3所示)H为(I. 1-1. 5) D1, D0为(2. 2-3. O) D1, D2为(O. 7-0. 9) D1, L0 为(2. 5-3. 4) D1, L1 为(I. 2-1. 6) D1, L2 为(I. 3-1. 8) D1, R1 为(I. 2-1. 8)D1，上凹模2的尺寸与下凹模I的相同。所述夹具尺寸为(如图4所示)1为(9. 0-14. O) D1, b为(LO-Ij)D1, d为(O. 3-0. 6)01 r 为(I. 2-1. 8)D1Q上述式中 为上凹模的宽度，D1为未经拔长的初始圆棒坯料的直径，D2为半圆柱型腔的直径，H为上凹模的高度，L0为上凹模的长度，L1为上凹模半圆台的高度，L2为上凹模圆柱的高度，I为夹具平行横杆的长度，r为夹具圆弧的半径，R1为倒角的半径，b为两根平行横杆截面圆心的距离，d为圆弧和横杆截面的直径。本实用新型依据的原理是采用一种新的SIMA法制备半固态浆料，此种方法是使用液压机或者空气锤中对坯料进行多道次、多火的拔长变形，使合金坯料的变形量达到
20-50%,然后将坯料加热至液固区间并保温一定时间，最终制备出一定固相率的半固态浆料。在实施此方法的过程中，多道次、多火的拔长变形可以依赖于此模具。本实用新型的有益效果是I、采用本实用新型，使合金坯料进行多道次、多火的拔长变形。在拔长过程中，坯料受到该模具的约束使其变形更均匀，而且坯料可以获得较大的塑性变形，破碎坯料的初始枝晶，储备大量的塑性变形能，晶粒内部产生大量的位错和大角度的亚晶界；2、本实用新型结构简单，容易加工和实施。
图I为本实用新型的模具三维造型示意图；图2为本实用新型的上凹模或者下凹模结构示意图；图3为本实用新型的上凹模或者下凹模型腔结构示意图；图4为本实用新型的夹具造型示意图。图中各标号为1-下凹模，2-上凹模，3-夹具。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步描述，但本实用新型不限于以下所述范围。实施例I :如图I 3所示，本实用新型的制备半固态浆料的模具由一对凹模和夹具3组成，一对凹模分为上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夹具的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。如图2和3所示，上凹模2是由一段半圆台和一段半圆柱的型腔组成，半圆台和半圆柱之间采用倒角连接，避免半固态坯料在拔长的过程中应力集中，产生断裂，下凹模I与上凹模2结构相同，型腔合并在一起组成一对凹模。夹具3是由一段圆弧和两根平行的横杆连接，圆弧和横杆均为圆柱状，截面直径尺寸相同。所用的上凹模具体尺寸为模具高度H为35mm,宽度Dtl为70mm, D1为28mm, D2为24mm, L0为90mm,L1 为 40mm, L2 为 50mm, R1 为 40mm ;夹具尺寸为I 为 300mm, b 为 30mm, d 为 12mm, r 为 40mm。如图4所示。本实用新型成形工艺包括如下步骤(I)测量要制备半固态浆料合金的液固相线点；本实施例中，合金为ZCuSnlOPl锡青铜合金，尺寸为Φ28Χ IOOmm的圆柱，利用差示扫描量热法(DSC)测量该合金的固相线温度为833°C，液相线温度为1000°C。(2)将合金坯料加热至再结晶温度以上，利用开坯锻工艺，对坯料进行多道次、多火的拔长；将锡青铜加热至450°C，然后控制夹具使一对凹模分开将坯料沿轴向送入凹模型腔的大端，驱动空气锤让凹模压下，再控制夹具使上下凹模分开并再次送入坯料，如此重复此过程，最终得到Φ 24 X 136mm的试样。(3)将变形后的合金坯料加热至液固相线区间并保温一段时间，制备出一定固相率的半固态浆料；本实施例中，将变形后的锡青铜加热至900°C并保温5分钟，然后水淬，最终制备出锡青铜半固态坯料，其组织均匀，固相率为85%。实施例2 :如图I 3所示，本实用新型的制备半固态浆料的模具由一对凹模和夹具3组成，一对凹模分为上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夹具的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。如图2和3所示，上凹模2是由一段半圆台和一段半圆柱的型腔组成，半圆台和半圆柱之间采用倒角连接，避免半固态坯料在拔长的过程中应力集中，产生断裂，下凹模I与上凹模2结构相同，型腔合并在一起组成一对凹模。夹具3是由一段圆弧和两根平行的横杆连接，圆弧和横杆均为圆柱状，截面直径尺寸相同。所用的上凹模具体尺寸为模具高度H为30. 8mm,宽度Dtl为61. Bmm7D1为28mm, D2为19. 6mm, L0
为 70mm, L1 为 33. 6mm, L2 为 36. 4mm, R1 为 33. 6mm ;夹具尺寸为1 为 252mm, b 为 28mm, d 为
8.4mm, r为33. 6_。如图4所不。本实用新型成形工艺包括如下步骤(I)测量要制备半固态浆料合金的液固相线点；本实施例中，合金为ZCuSnlOPl锡青铜合金，尺寸为Φ28Χ IOOmm的圆柱，利用差示扫描量热法(DSC)测量该合金的固相线温度为833°C，液相线温度为1000°C。(2)将合金坯料加热至再结晶温度以上，利用开坯锻工艺，对坯料进行多道次、多火的拔长；将锡青铜加热至450°C，然后控制夹具使一对凹模分开将坯料沿轴向送入凹模型腔的大端，驱动空气锤让凹模压下，再控制夹具使上下凹模分开并再次送入坯料，如此重复此过程，最终得到Φ 19. 6 X 154mm的试样。(3)将变形后的合金坯料加热至液固相线区间并保温一段时间，制备出一定固相率的半固态浆料；本实施例中，将变形后的锡青铜加热至900°C并保温5分钟，然后水淬，最终制备出锡青铜半固态坯料，其组织均匀，固相率为85%。实施例3 :如图I 3所示，本实用新型的制备半固态浆料的模具由一对凹模和夹具3组成，一对凹模分为上凹模2和下凹模1，上凹模2和下凹模I合并在一起，夹具的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。如图2和3所示，上凹模2是由一段半圆台和一段半圆柱的型腔组成，半圆台和半圆柱之间采用倒角连接，避免半固态坯料在拔长的过程中应力集中，产生断裂，下凹模I与上凹模2结构相同，型腔合并在一起组成一对凹模。夹具3是由一段圆弧和两根平行的横杆连接，圆弧和横杆均为圆柱状，截面直径尺寸相同。所用的上凹模具体尺寸为模具高度H为42mm，宽度Dtl为84mm，D1为28mm，D2为25. 2mm, L0为84mm, L1 为 44. 8mm, L2 为 50. 4mm, R1 为 50. 4mm ;夹具尺寸为1 为 392mm, b 为 39. 2mm, d 为16. 8mm, r 为 50. 4_。如图 4 所不。本实用新型成形工艺包括如下步骤(I)测量要制备半固态浆料合金的液固相线点；本实施例中，合金为ZCuSnlOPl锡青铜合金，尺寸为Φ28Χ IOOmm的圆柱，利用差示扫描量热法(DSC)测量该合金的固相线温度为833°C，液相线温度为1000°C。(2)将合金坯料加热至再结晶温度以上，利用开坯锻工艺，对坯料进行多道次、多火的拔长；将锡青铜加热至450°C，然后控制夹具使一对凹模分开将坯料沿轴向送入凹模型腔的大端，驱动空气锤让凹模压下，再控制夹具使上下凹模分开并再次送入坯料，如此重复此过程，最终得到Φ25. 2 X 146mm的试样。[0035](3)将变形后的合金坯料加热至液固相线区间并保温一段时间，制备出一定固相率的半固态浆料；本实施例中，将变形后的锡青铜加热至900°C并保温5分钟，然后水淬，最终制备出锡青铜半固态坯料，其组织均匀，固相率为85%。结果表明本实用新型具有操作简单、控制方便等优点，制备得到的半固态浆 料球化率高、组织均匀，可以应用于高熔点合金半固态坯料的制备。
权利要求1.一种制备半固态衆料的模具，模具由一对凹模和夹具组成，其特征在于一对凹模分为上凹模(2)和下凹模(1)，上凹模(2)和下凹模(I)合并在一起，夹具(3)的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。
2.根据权利要求I所述的制备半固态浆料的模具，其特征在于上凹模(2)是由一段半圆台和一段半圆柱的型腔组成，半圆台和半圆柱之间采用倒角连接，下凹模(I)与上凹模(2)结构相同，型腔合并在一起组成一对凹模。
3.根据权利要求I所述的制备半固态浆料的模具，其特征在于夹具(3)是由一段圆弧和两根平行的横杆连接，圆弧和横杆均为圆柱状，截面直径尺寸相同。
4.根据权利要求I或2所述的制备半固态浆料的模具，其特征在于上凹模(2)尺寸为H 为(I. 1-1. 5) D1, D0 为(2. 2-3. O) D1, D2 为(O. 7-0. 9) D1, L0 为(2. 5-3. ^D17L1 为(I. 2-1. 6)D1, L2为(I. 3-1. 8) D1, R1为(I. 2-1. 8) D1，上凹模(2)的尺寸与下凹模(I)的相同，式中D0为上凹模的宽度，D1为未经拔长的初始圆棒坯料的直径，D2为半圆柱型腔的直径，H为上凹模的高度，L0为上凹模的长度，L1为上凹模半圆台的高度，L2为上凹模圆柱的高度，R1为倒角的半径。
5.根据权利要求I或3所述的制备半固态浆料的模具，其特征在于夹具(3)尺寸为1为(9. 0-14. O)D1, b 为(I. 0-1. 4)D1, d 为(O. 3-0. 6)D1, r 为(I. 2-1. 8)D1，式中 D1 为未经拔长的初始圆棒坯料的直径，I为夹具平行横杆的长度，r为夹具圆弧的半径，b为两根平行横杆截面圆心的距离，d为圆弧和横杆截面的直径。
专利摘要本实用新型具体为一种制备半固态浆料的模具，涉及半固态浆料制备领域，解决现有技术中半固态浆料制备中产生的质量缺陷问题。一对凹模分为上凹模(2)和下凹模(1)，上凹模(2)和下凹模(1)合并在一起，夹具(3)的两端分别固定在上凹模和下凹模的侧边。将模具其放置在液压机或者空气锤中对坯料进行多道次、多火的拔长变形，然后将锻造坯料加热至液固区间并保温一定时间，最终制备出一定固相率的半固态浆料。本实用新型可以制备多种合金的半固态浆料，具有操作简单、控制方便、球化率高、固相率控制准确、组织均匀等优点。
文档编号B22C9/00GK202606790SQ20122022039
公开日2012年12月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者肖寒, 王佳, 周荣, 卢德宏, 蒋业华, 周荣峰, 吴龙彪 申请人:昆明理工大学