专利名称：液态模锻合金性能评价用模具型腔结构的制作方法
技术领域：
本实用新型属于金属液态模锻技术，具体涉及一种专用于对液态模锻合金的充型性能、热裂性能和力学性能进行系统评价的金属模具型腔结构。
背景技术：
液态模锻是一种介于铸造和锻造之间的成形方法，其集中了铸造和锻造的成形优势，是实现能源节约的有效途径。液态模锻与铸造相比，不用设置浇冒口或余块，金属液利用率高达95%-98%，制件组织致密，缩松缩孔等铸造缺陷大幅度减少，性能大幅度提高；与锻造相比，可以制造形状复杂的制件，并实现毛坯精化，使后续机械加工量小，节省了金属材料，特别是有色合金材料，可节省50%-70%。由于是液态金属充填，其变形力低，可以小设备实现大制件，降低了成形能。液态模锻既可以采用铸造合金成形也可以应用变形合金成形，因此其在合金适用范围上更广。但是不同的合金体系在液态模锻过程中的成形性能以及提高性能的机理和效果不尽相同。目前还没有针对液态模锻合金性能评价的通用标准，成为限制液态模锻用合金开发和液态模锻技术广泛应用的问题之一。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构，利用其可以解决现有缺乏通用的液态模锻合金性能评价方法的问题。为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案:一种液态模锻合金性能评价用金属模具型腔结构，由上模板、上模具、下模具、下模板和顶出杆合围而成:所述的下模板为两阶台式；中心处开有容置顶出杆的通孔，顶出杆容置该通孔中时与其平齐；所述的下模具位于下模板之上，下模具的中部区域开有由上、下阶槽构成的两阶台式通槽；所述的上模具由上台与下柱一体构成，该上模具置入下模具中部区域通槽时，两者间隙部分形成的结构体形状为被加工型腔结构零件的型体形状；所述的上模板扣压在上模具的上方。所述液态模锻合金性能评价用金属模具型腔结构中，所述下模具中部区域通槽的上阶槽和上模具的上台形状均为方台形状，两者紧密配合；所述下模具中部区域通槽的下阶槽形状为方形一侧加小方形凸起，上模具的下柱形状为方柱；上模具插入下模具的通槽时，上模具的上方台与下模具通槽内的阶台面间隙构成被加工液态模锻零件的上法兰面，上模具的下方柱插入下模具的下通槽时两者间隙部分构成被加工液态模锻零件的纵向外壁。所述液态模锻合金性能评价用金属模具型腔结构中，所述上模具的下方柱插入下模具的下通槽时两者间隙部分构成的被加工液态模锻零件的纵向外壁的四个壁尺寸分别是:5mm、10mm、15mm和20mm,壁厚5mm的侧壁分别与壁厚15mm和壁厚20mm的侧壁相邻，侧壁高度为100mm。所述壁厚为15mm和20mm的两个侧壁分别在距离壁厚5mm侧壁端的三分之一宽度处的壁厚突变到5mm的侧壁，过渡圆角为三度，型腔下底面和上法兰的厚度大于10mm 小于 1 5mm。所述的液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构中，所述壁厚为15mm和20mm的两个侧壁分别在距离壁厚5mm侧壁端的三分之一宽度处的壁厚突变到5mm的侧壁，过渡圆角为三度。本实用新型的优点是:1、利用本实用新型液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构，使成形该型腔结构的合金液可以采用定量浇包直接浇注入下模具的型腔，在上模具压力下直接流动充型，充型过程与常规液态模锻过程非常相似，可以有效模拟实际成形零部件的液态模锻充型过程;2、利用本实用新型液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构，可以使成形的被加工液态模锻零件的四个侧壁厚度各不相同，分别为5mm、10mm、15mm和20臟，且在上法兰处形成直角拐点，根据四个侧壁充型的完整程度可以系统评价不同合金液态模锻过程中的流动充型性能；3、利用本实用新型液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构成形的被加工液态模锻零件壁厚为15mm和20mm的侧壁，在距离壁厚5mm侧壁端的三分之一宽度处壁厚突变为5_，形成明显的壁厚差，根据壁厚突变处的裂纹形成情况可以系统评价不同合金液态模锻过程的热裂性能；4、利用本实用新型液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构成形的被加工液态模锻零件的上法兰和下底面在上模压力下直接凝固成形，受力最充分，组织最致密，力学性能最好；四个侧壁间接受力，与上法兰和下底面比受力明显降低，且随壁厚的减少受力迅速降低，组织致密程度下降，力学性能也相应降低。通过对型腔结构上法兰和下底面处力学性能的分析以及四个侧壁处力学性能的系统对比分析，可以系统评价液态模锻合金在不同受力状态下的力学性能。5、采用该型腔结构对不同液态模锻用合金在相同状态下充型，通过对不同合金充型情况及力学性能对比分析，可以有效评价不同系列合金的液态模锻性能。
图1是本实用新型液态模锻用合金性能评价金属模具型腔结构的组配示意图。图2是本实用新型的上部模具结构示意图。图3是本实用新型的下部模具图结构示意图。图4是本实用新型的上下模具合模形成型腔结构的剖面图。图5是本实用新型的该型腔结构示意图。图6是本实用新型的型腔结构四个侧壁剖面图。图7是本实用新型的型腔结构纵向剖面图。
以下结合附图级具体实施例对本发明做进一步的说明。
具体实施方式
首先参见图1，是组成该型腔结构上部模具、下部模具和顶出杆的整体模具结构示意图，具体是由上模板1、上模具2、下模具3、下模板4和顶出杆5合围而成。所述的上部模具的具体结构参见图2，其中上模具2由上台201与下柱202—体构成，该上模具置入下模具中部区域通槽时，两者间隙部分形成的结构体形状为被加工型腔结构零件的型体形状；上模具2通过上模板I与四柱液压机的上移动工作台固定连接。所述的下部模具的具体结构参见图3，其中下模板4为两阶台式，中心处开有容置顶出杆的通孔，顶出杆5容置该通孔中时与其平齐；下模具3位于下模板4之上，下模具3的中部区域开有由上、下阶槽构成的两阶台式通槽301，通过下模板4与四柱液压机的固定工作台固定连接。顶出杆5穿过下模具3与四柱液压机下顶出缸连接。模具合模后形成该型腔结构(亦即被加工液态模锻零件的构型)，参见图4和图5。上述模具型腔结构在液态模锻金属模具上的具体使用:在上模具和下模具处于开启状态下，将熔化到一定温度的液态金属直接浇入由下模具和顶出杆围成的压室，液压机移动滑块带动上模具下行闭合金属模型，使合金液在上模具的直接压力下充满型腔并在压力下补缩并结晶凝固。经过保压一定时间后，液压机移动滑块带动上模具上行开启金属模型，顶出杆在下顶出缸推动下上行将压制而成的液态模锻件顶出下模具，取出液态模锻件并清理型腔喷洒涂料，即完成一个工作循环。形成的液态模锻零件与设计的型腔结构相同，参见图5，为带法兰的开口异形立方壳体，其四个侧壁厚度各不相同，参见图6和图7，该液态模锻合金性能评价用金属模具型腔结构中，所述上模具的下方柱插入下模具的下通槽时两者间隙部分构成的被加工液态模锻零件的纵向外壁的四个壁尺寸分别是:5mm、10mm、15mm和20mm,壁厚5mm的侧壁分别与壁厚15mm和壁厚20mm的侧壁相邻，侧壁高度为100mm。通过对该零件的充型完整性、壁厚突变处的裂纹形成情况以及零件不同部位处的力学性能对比分析，即可系统评价液态模锻用合金的流动充型性能、热裂性能和力学性能。上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。
权利要求1.一种液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其特征在于由上模板、上模具、下模具、下模板和顶出杆合围而成: 所述的下模板为两阶台式；中心处开有容置顶出杆的通孔，顶出杆容置该通孔中时与其平齐； 所述的下模具位于下模板之上，下模具的中部区域开有由上、下阶槽构成的两阶台式通槽； 所述的上模具由上台与下柱一体构成，该上模具置入下模具中部区域通槽时，两者间隙部分形成的结构体形状为被加工型腔结构零件的型体形状； 所述的上模板扣压在上模具的上方。
2.根据权利要求1所述的液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其特征在于:所述下模具中部区域通槽的上阶槽和上模具的上台形状均为方台形状，两者紧密配合；所述下模具中部区域通槽的下阶槽形状为方形一侧加小方形凸起，上模具的下柱形状为方柱；上模具插入下模具的通槽时，上模具的上方台与下模具通槽内的阶台面间隙构成被加工液态模锻零件的上法兰面，上模具的下方柱插入下模具的下通槽时两者间隙部分构成被加工液态模锻零件的纵向外壁。
3.根据权利要求2所述的液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其特征在于:所述上模具的下方柱插入下模具的下通槽时两者间隙部分构成的被加工液态模锻零件的纵向外壁的四个壁尺寸分别是:5mm、10mm、15mm和20mm,壁厚5mm的侧壁分别与壁厚15mm和壁厚20mm的侧壁相邻，侧壁高度为100mm。
4.根据权利要求3所述的液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其特征在于:所述壁厚为15mm和20mm的两个侧壁分别在距离壁厚5mm侧壁端的三分之一宽度处的壁厚突变到5mm的侧壁,过渡圆角为三度。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其特征在于:型腔下底面和上法兰的厚度大于IOmm小于15mm。
专利摘要一种液态模锻合金性能评价用模具型腔结构，其由上模板、上模具、下模具、下模板和顶出杆合围而成所述的下模板为两阶台式；中心处开有容置顶出杆的通孔，顶出杆容置该通孔中时与其平齐；所述的下模具位于下模板之上，下模具的中部区域开有由上、下阶槽构成的两阶台式通槽；所述的上模具由上台与下柱一体构成，该上模具置入下模具中部区域通槽时，两者间隙部分形成的结构体形状为被加工型腔结构零件的型体形状；所述的上模板扣压在上模具的上方。利用其可以解决现有缺乏通用的液态模锻合金性能评价方法的问题。
文档编号B22D18/02GK202943237SQ20122060204
公开日2013年5月22日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者李大全, 刘建朝, 朱强, 徐骏, 王亚宝 申请人:北京有色金属研究总院