专利名称：锌合金蜗轮的挤压铸造模具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及挤压铸造制备技术，具体涉及一种锌合金蜗轮的挤压铸造模具。
背景技术：
由于具有良好的铸造性能、力学性能、摩擦磨损性能、加工性能及低廉的成本等优势，锌合金已作为耐磨材料被广泛应用于现代工业的较多领域，并部分代替青铜、黄铜及铸铁等结构材料。比如，随着电梯行业的整体发展，对电梯的舒适度、安全性能及其他机械性能的要求也不断提升，选用高性能、低成本的电梯配件将会带来明显的市场优势。传统的曳引机蜗轮，一般采用金属型重力铸造工艺，鉴于锌合金结晶温度范围宽和易产生底缩的凝固特性，制备的蜗轮晶粒粗大，组织疏松，易产生缩孔缩松，特别是蜗轮齿根部，塑性、韧性及耐磨性能较差，在工作过程中较早的产生过快磨损现象，机械噪音大，并带来安全隐患。同时，采用金属型重力铸造模具，制备的蜗轮毛坯尺寸较大，需大量机加工成精坯，使得原材料和能源的利用率低，增加了生产成本。
实用新型内容本实用新型为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种优质高效的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，在资源和能源消耗较低的条件下，获得的产品与金属型重力铸造模具生产的锌合金蜗轮相比，组织细小、无缩孔缩松，综合性能进一步提高。本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:锌合金蜗轮的挤压铸造模具，包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模镶嵌在上模套，下模镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，下模套中设置有加热棒，下模的上端面设置有溢流槽，下模内部开有冷却水管，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔。在合模状态下所述上模的下端面伸入下模的模腔内，下端面处于模腔的内径处。所述下模的模 腔为带多台阶的环形状。所述上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套。所述加热棒为电阻丝加热棒。所述下模的模腔的内模壁设置有3 10°的锥度。所述下模的模腔的各台阶过渡处设置有Rl 5的圆角。本锌合金蜗轮的挤压铸造模具的挤压铸造工艺，包括以下步骤:(I)、确定合金配料；(2)、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，快速升温，低温熔炼，熔炼之后的合金液成分按照重量百分比为:22 32%A1，1.0 5.0%Cu, 0.Γ .5%Μη，0.0Γ0.2%Mg，0.ΟΓΟ.1%Τ ,0.005^0.1%Β,0.0Γ0.1%RE,余量为Zn和不可避免的杂质，添加精炼剂，扒渣、除气，并对熔炼炉中的合金液进行炉前检验，合格后转入保温炉进行保温；(3)、挤压铸造机下模座上设置有自动推送的浇注系统，当浇注系统的机械手料勺从保温炉内S取定量的合金液后，浇注系统自动推进到模具中心位置，合金液经浇注系统流入模腔；(4)、浇注结束后，浇注系统自动复位，退出模具，挤压铸造机的冲头下降向模腔平稳推进合金液，快速增压使合金液在高压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，开模时蜗轮坯留在上模，顶杆顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。所述步骤(3)中，机械手料勺舀取合金液之前，模具和浇注系统皆加热至15(T250°C，并在模具的模腔和浇注系统的流道上涂有锌合金脱模剂。所述步骤(3)中，合金液流经浇注系统进行撇渣后流入模腔。所述浇注系统在气缸的带动下自动推送和自动复位。所述步骤(2)中，熔炼炉的最大功率为250KW 300KW，熔炼炉的最高温度为6500C 700°C，合金液的保温温度为57(T630°C。所述步骤(4)中，冲头的下降速度为0.ri5mm/s,比压为3(Tl80MPa，保压时间为4(Tl20s。所述步骤(I)中，在合金配料中，铜、猛、钛、复合稀土分别以AlCu50、AlMnlO、AlTi5B、AlRElO中间合金的形式加入，硼以Α1 5Β及A1B3中间合金的形式加入。所述步骤(2 )中，熔炼炉及保温炉均为中频感应电炉。本实用新型相对于现有技术具有如下的优点:一、本实用新型的模具，开模时利用合金液的凝固收缩在上模下端面台阶处产生的摩擦力使蜗轮坯留在上模，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，而后蜗轮坯由顶杆顶出，故简化了挤压铸造模具的结构。
二、采用模芯与模套的组合结构，使得在生产不同尺寸的蜗轮坯时，只需更换模芯，从而节约了生产成本。三、本锌合金蜗轮的挤压铸造优化了熔炼工艺，采用快速升温、低温熔炼的措施，熔炼炉的最大功率为250KW 300KW，熔炼炉的最高温度为650°C 700°C，有效地减小了锌合金液的氧化和吸气，降低了合金液的烧损，同时，采用中频感应电炉，也保证了合金液成分的均匀性。四、提高了合金液的清洁度。一方面，采用中频感应电炉作为保温炉，杜绝了合金液与铁器的直接接触，降低了合金液带入铁等有害杂质的可能性；另一方面，合金液经自制的浇注系统的撇渣后，表层的氧化物及夹杂被除尽。五、铸件的综合性能大幅提高。采用本挤压铸造模具制造的锌合金蜗轮，在充分的压力下结晶，并发生强行补缩而凝固，树枝晶在压力下破碎，晶粒细小，消除了缩孔缩松等铸造缺陷，组织更加致密，故综合性能优异，其中，齿根部抗拉强度提高到35(T450MPa，并无缩松，耐腐蚀性及耐磨性也大幅度提高。挤压铸造克服了锌合金塑性、韧性及高温强度低等缺点，明显提高了铸态锌合金的性能，大大扩大了其应用领域。六、利用本挤压铸造模具制造而成的锌合金蜗轮，能提高毛坯尺寸精度，减少了加工余量，实现资源与能源的低消耗，降低了生产成本。
图1是本实用新型的锌合金蜗轮的挤压铸造模具的结构示意图。附图标记说明:[0032]1-冲头；2-顶杆；3-上模套；4-上模；5-溢流槽；6_模腔；7_冷却水管；8_下模；9-下模套；10-螺母；11-加热棒；12_通孔；13_排气孔；14_烧注系统；15_下端面；A_维度。图2为本实用新型的工艺成形过程示意图。图3为实施例1的合金成分在金属型重力铸造工艺下的显微组织。图4为实施例1的合金成分在挤压铸造工艺下的显微组织。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。实施例1:如图1所示，模具包括上模套、下模套、上模和下模，上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，排气孔可排出合模后上下模中心位置封闭的气体，防止蜗轮坯产生气孔；下模套中设置有利用电阻丝加热的加热棒，加热棒方便对模具进行加热至所需温度；下模的上端面设置有溢流槽，溢流槽可防止过量浇注时产生批缝以致压力损失，下模内部开有冷却水管，冷却水管可保证模腔温度；用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，模腔为带多台阶的环形状。模腔的内模壁设置有8°的锥度A，模腔的各台阶过渡处设置有Rl飞的圆角。在合模状态下上模的下端面伸入下模的模腔内，下端面处于模腔的内径处。如图2所示的锌合金蜗轮的挤压铸造工艺，包括以下步骤:(I)、确定 合金配料；在合金配料中，铜、锰、钛、复合稀土分别以AlCu50、AlMnlO, AlTi5B、AlRElO中间合金的形式加入，硼以Α1 5Β及A1B3中间合金的形式加入。(2)、合金配料在熔炼炉进行熔炼成合金液，快速升温，低温熔炼，熔炼之后的合金液成分按照重量百分比为:27%A1,1.0%Cu,0.2%Μη，0.05%Mg,0.03%Ti,0.005%B,0.05%RE,余量为Zn和不可避免的杂质，添加精炼剂，扒渣、除气，并对熔炼炉中的合金液进行炉前检验，合格后转入保温炉进行保温；熔炼炉的最大功率为250KW，熔炼炉的最高温度为680°C，合金液的保温温度为600。。。熔炼炉及保温炉均为中频感应电炉。(3)、挤压铸造机下模座上设置有自动推送的浇注系统，当浇注系统的机械手料勺从保温炉内S取定量的合金液后，浇注系统自动推进到模具中心位置，合金液经浇注系统流入模腔；机械手料勺S取合金液之前，模具和浇注系统皆加热至200°C，并在模具的模腔和浇注系统的流道上涂有锌合金脱模剂。合金液流经浇注系统进行撇渣后流入模腔。浇注系统在气缸的带动下自动推送和自动复位。(4)、浇注结束后，浇注系统自动复位，退出模具，挤压铸造机的冲头下降向模腔平稳推进合金液，快速增压使合金液在高压力作用下结晶，并在强行补缩下凝固，经保压后冲头上行开模，开模时蜗轮坯留在上模，顶杆顶出蜗轮坯，由接料装置将蜗轮坯取出。[0050]冲头的下降速率为0.lmm/s,比压为60MPa，保压时间为60s。(5)对取下的蜗轮坯，经机加工成精坯后，滚齿成蜗轮。在挤压铸造过程中，由于合金液在高压下结晶，并发生强行补缩而凝固，故显著细化了晶粒，消除了缩孔缩松，提高了合金的致密度，从而使得锌合金制品的综合性能大幅度提高。压力的作用，一方面提高了形核率，也升高了合金的熔点，导致凝固速度加快，从而细化了晶粒，另一方面，也增大了铝和铜等在锌中的固溶度，起到了固溶强化和弥散强化的作用。对制备的蜗轮轮缘实体心部进行取样，进行力学性能及显微组织对比分析。金属型重力铸造的显微组织如图3所示，挤压铸造的显微组织如图4所示，发现，同样的合金成分，挤压铸造工艺下，树枝晶明显破碎，晶粒细小，无缩孔缩松，从而提高了合金的机械性能，尤其是塑性得到明显改善，见下表:
权利要求1.锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模镶嵌在上模套，下模镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，下模套中设置有加热棒，下模的上端面设置有溢流槽，下模内部开有冷却水管，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔。
2.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:在合模状态下所述上模的下端面伸入下模的模腔内，下端面处于模腔的内径处。
3.根据权利要求2所述的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:所述下模的模腔为带多台阶的环形状。
4.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:所述上模通过螺母镶嵌在上模套，下模通过螺母镶嵌在下模套。
5.根据权利要求1所述的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:所述加热棒为电阻丝加热棒。
6.根据权利要求2所述的锌合金蜗轮的挤压铸造模具，其特征在于:所述下模的模腔的内模壁设置有3 10°的锥度。
专利摘要本实用新型公开了一种锌合金蜗轮的挤压铸造模具，锌合金蜗轮的挤压铸造模具，包括上模套、下模套、上模和下模，所述上模镶嵌在上模套，下模镶嵌在下模套，上模和上模套中心设置有排气孔，下模套中设置有加热棒，下模的上端面设置有溢流槽，下模内部开有冷却水管，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔。本实用新型的模具，开模时利用合金液的凝固收缩在上模下端面台阶处产生的摩擦力使蜗轮坯留在上模，用于将蜗轮坯顶出的顶杆设置在冲头上，顶杆穿过上模套和上模的通孔，而后蜗轮坯由顶杆顶出，故简化了挤压铸造模具的结构。
文档编号B22D18/02GK203076563SQ201220704999
公开日2013年7月24日 申请日期2012年12月18日 优先权日2012年12月18日
发明者朱权利, 张先满, 汪桂龙, 陈家坚, 赵海东, 陈维平, 吴苑标 申请人:华南理工大学, 广东华金合金材料实业有限公司