一种铝合金锻件振动铸锻复合成形方法与流程

本发明属于铝合金锻件加工方法，具体涉及一种铝合金锻件振动铸锻复合成形方法。

背景技术：

铝合金锻件具有密度低、比强度和比刚度高、耐腐蚀性好、易于循环利用等优点，成为国内外轻量化制造的首选轻金属材料，广泛应用于汽车、飞机、船舶等领域。但由于铝合金塑性较差，流动阻力大，速度敏感性强，单道次许可变形程度小，复杂锻件成形往往需要多道工序，一般包括下料、多道次辊锻制坯、预锻、终锻等，工艺流程长，生产效率和材料利用率低。

近年来，出现了一种铝合金铸锻复合成形工艺，这种工艺利用铸造获得预制毛坯，然后利用锻造进行最终成形，具有工艺流程短、生产效率和材料利用率高的优点。

申请号为201410632333.6、名称为“一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法”的发明专利，成形步骤为“压力铸造→波动高压锻造”，其采用压力把液态金属输入模腔内压力铸造，待液态金属充满模腔后0.01～2s，瞬时完成对模腔内液态或半固态金属的波动高压锻造，完成压铸锻造一次成型。该方法是在金属为液态或半固态时进行锻造，该方法实际上仍为传统的液态模锻，存在的问题是锻造变形量非常小，难以大量消除铸造疏松、缩孔、气孔等缺陷，影响产品的致密度，且锻模使用寿命低。

专利号为200580012476.6、名称为“铝车轮的铸锻工艺”的专利，其成形步骤为“低压铸造或重力铸造制坯→加热→模锻”，通过铸造工艺制造一个轮辐铸件，将该轮辐铸件加热到塑性变形温度，然后放在锻模中进行高压锻造获得铝车轮锻件。专利号为200910024715.X、名称为“一种铝合金连杆铸/锻联合工艺”的专利，其成形步骤为“压力铸造或金属型重力铸造制坯→锻造”，将尚有铸造余热的预成形件直接进行模锻获得铝合金连杆锻件。专利号为201110283392.3、名称为“轮椅架结构件铸锻成型方法”的专利，其步骤为“铸造→锯切冒口→加热→油压机上模锻”，实现了铝合金轮椅架的成形制造。申请号为201510121047.8、名称为“一种铝质汽车部件制造用连续铸锻造装置及其的制造方法”的专利，其步骤为“铸造→冲切冒口→保温→锻造”，在尚有铸造余热的情况下直接切冒口、保温，然后再进行锻造成形获得所需产品。上述方法的锻造变形量较大，疏松、缩孔等铸造缺陷的消除有所提高，但由于锻造过程为一次加压完成，锻透性不佳，微观缺陷仍较多，影响力学性能。

技术实现要素：

本发明提供一种铝合金锻件振动铸锻复合成形方法，解决现有技术锻造过程一次加压造成的铸造预成形件锻透性不佳、微观缺陷压实效果差的问题，以消除锻件缺陷、提高锻件性能。

本发明所提供的一种铝合金锻件振动铸锻复合成形方法，包括合金熔炼、挤压铸造和振动模锻步骤，其特征在于：

(1)合金熔炼：

采用铝合金熔炼炉将铝合金原料加热至其液相线温度以上80℃～120℃，熔化冶炼形成铝合金熔体；

铝合金原料的液相线温度可利用差示扫描量热法测量确定，试样加热熔化时差热曲线上第一个吸热峰的外推起始点所对应的温度为液相线温度。

(2)挤压铸造：

待铝合金熔体温度降至液相线温度以上60℃～100℃时，将其浇入安装在挤压铸造压力机上的金属型挤压铸造模具型腔内，铝合金熔体随模冷却5s～10s后，通过挤压铸造压力机滑块带动模具冲头对凝固冷却中的铝合金熔体施加比压为100MPa～200MPa的压力，并保持10s～20s，冷却后获得铝合金挤压铸造预成形件；

(3)振动模锻：

将铝合金挤压铸造预成形件用电阻炉加热至其始锻温度，再放入安装在伺服锻造压力机上振动模锻模具的下模具型腔内，随后通过压力机滑块带动上模具以10次/s～40次/s的频率快速打击，使铝合金挤压铸造预成形件逐渐变形，单次打击变形进给量0.2mm～0.5mm，直至上模和下模闭合得到所需铝合金锻件为止。

铝合金挤压铸造预成形件的始锻温度可利用差示扫描量热法测量确定，试样冷却凝固时差热曲线上第一个放热峰的外推起始点所对应的温度减去30℃为始锻温度。

所述的铝合金锻件振动铸锻复合成形方法，其特征在于：

所述挤压铸造步骤中，所述金属型挤压铸造模具的预热温度为150℃～200℃；

所述振动模锻步骤中，所述振动模锻模具的上模具和下模具预热温度为200℃～250℃。

所述金属型挤压铸造模具型腔和模锻模具型腔的体积相等、形状相似，金属型挤压铸造模具型腔的投影轮廓的长、宽以及凹槽的长、宽尺寸较振动模锻模具型腔的对应尺寸减小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸台的相对位置尺寸保持不变；保证振动模锻时以镦粗变形为主，使金属发生较大的变形，有效细化晶粒、提高锻件密度。

本发明将铝合金在熔融状态下成形性能好和振动模锻可有效细化晶粒、提高锻件密度两种优点结合于一体；利用高压挤压铸造促进铸造过程的微观缺陷压实，利用高频振动加压产生冲击致热和应力波叠加效应，提高锻透性，促进锻造过程缺陷的压实焊合，解决了铝合金锻件铸锻复合成形中锻造过程一次加压造成的锻透性不佳、微观缺陷压实效果差的问题，提高了力学性能，且具有工艺流程短、材料利用率高、节约能源、设备投入小的优点，尤其适合于汽车转向节控制臂等复杂铝合金锻件的成形。

附图说明

图1(A)为铝合金连杆锻件剖视图；

图1(B)为铝合金连杆锻件俯视图；

图2(A)为铝合金连杆挤压铸造预成形件剖视图；

图2(B)为铝合金连杆挤压铸造预成形件俯视图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明进一步详细说明：

实施例1：包括合金熔炼、挤压铸造和振动模锻步骤，其特征在于：

(1)合金熔炼：

采用铝合金熔炼炉将6061铝合金原料加热至其液相线温度650℃以上80℃，即730℃，熔化冶炼形成铝合金熔体；

(2)挤压铸造：

待铝合金熔体温度降至液相线温度650℃以上60℃即710℃时，将其浇入安装在1000kN挤压铸造压力机上的金属型挤压铸造模具型腔内，铝合金熔体随模冷却10s后，通过挤压铸造压力机滑块带动模具冲头对凝固冷却中的铝合金熔体施加比压为200MPa的压力，并保持10s，冷却后获得铝合金连杆挤压铸造预成形件，如图2所示，图中，P1为连杆挤压铸造预成形件两端连皮中心之间距离，α+(5)为连杆挤压铸造预成形件两端凹槽拔模斜度，表示在α对应角度增加5°；P2为连杆挤压铸造预成形件中部凹槽两端圆弧中心之间距离，β+(8)为连杆挤压铸造预成形件中部凹槽拔模斜度，表示在β对应角度增加8°；L1-(5)为连杆挤压铸造预成形件长度，表示在L1对应尺寸减少5mm；W1-(5)为连杆挤压铸造预成形件端部圆台外径，表示在W1对应尺寸减少5mm；W2-(3)为连杆挤压铸造预成形件中部凹槽侧边厚度，表示在W2对应尺寸减少3mm；

所述金属型挤压铸造模具的预热温度为200℃；

(3)振动模锻：

将铝合金挤压铸造预成形件用电阻炉加热至始锻温度480℃，再放入安装在1100kN伺服锻造压力机上振动模锻模具的下模具型腔内，随后通过压力机滑块带动上模具以25次/s的频率快速打击，使铝合金挤压铸造预成形件逐渐变形，单次打击变形进给量0.3mm，直至上模和下模闭合为止，得到所需铝合金连杆锻件，如图1所示，图中，P1为连杆锻件两端连皮中心之间距离，α为连杆锻件两端凹槽拔模斜度，P2为连杆锻件中部凹槽两端圆弧中心之间距离，β为连杆锻件中部凹槽拔模斜度，L1为连杆锻件长度，W1为连杆锻件端部圆台外径，W2为连杆锻件中部凹槽侧边厚度；

所述振动模锻模具的上模具和下模具预热温度为250℃。

本实施例中，所述金属型挤压铸造模具型腔和模锻模具型腔的体积相等、形状相似，金属型挤压铸造模具型腔的投影轮廓的长、宽以及凹槽的长、宽尺寸较振动模锻模具型腔的对应尺寸减小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸台的相对位置尺寸保持不变；所述最终铝合金锻件如图1所示，铝合金挤压铸造预成形件如图2所示，连杆挤压铸造预成形件长度和端部圆台外径均比最终铝合金连杆锻件对应尺寸减小5mm，连杆挤压铸造预成形件中部凹槽侧边厚度比最终铝合金连杆锻件减小3mm，连杆挤压铸造预成形件两端凹槽拔模斜度及连杆挤压铸造预成形件中部凹槽拔模斜度比最终铝合金连杆锻件分别增大5°和8°，连杆挤压铸造预成形件两端连皮中心之间距离P1和连杆挤压铸造预成形件中部凹槽两端圆弧中心之间距离P2相对于最终铝合金连杆锻件保持不变。

实施例2：包括合金熔炼、挤压铸造和振动模锻步骤，其特征在于：

(1)合金熔炼：

采用铝合金熔炼炉将6061铝合金原料加热至其液相线温度650℃以上80℃，即730℃，熔化冶炼形成铝合金熔体；

(2)挤压铸造：

待铝合金熔体温度降至液相线温度650℃以上60℃即710℃时，将其浇入安装在1000kN挤压铸造压力机上的金属型挤压铸造模具型腔内，铝合金熔体随模冷却10s后，通过挤压铸造压力机滑块带动模具冲头对凝固冷却中的铝合金熔体施加比压为200MPa的压力，并保持10s，冷却后获得铝合金控制臂挤压铸造预成形件；

所述金属型挤压铸造模具的预热温度为200℃；

(3)振动模锻：

将铝合金挤压铸造预成形件用电阻炉加热至始锻温度480℃，再放入安装在3000kN伺服锻造压力机上振动模锻模具的下模具型腔内，随后通过压力机滑块带动上模具以10次/s的频率快速打击，使铝合金挤压铸造预成形件逐渐变形，单次打击变形进给量0.5mm，直至上模和下模闭合为止，得到所需铝合金控制臂锻件；

所述振动模锻模具的上模具和下模具预热温度为250℃。

实施例3：包括合金熔炼、挤压铸造和振动模锻步骤，其特征在于：

(1)合金熔炼：

采用铝合金熔炼炉将A390铝合金原料加热至其液相线温度650℃以上120℃，即770℃，熔化冶炼形成铝合金熔体；

(2)挤压铸造：

待铝合金熔体温度降至液相线温度650℃以上100℃即750℃时，将其浇入安装在1000kN挤压铸造压力机上的金属型挤压铸造模具型腔内，铝合金熔体随模冷却5s后，通过挤压铸造压力机滑块带动模具冲头对凝固冷却中的铝合金熔体施加比压为100MPa的压力，并保持20s，冷却后获得铝合金斜盘挤压铸造预成形件；

所述金属型挤压铸造模具的预热温度为150℃；

(3)振动模锻：

将铝合金挤压铸造预成形件用电阻炉加热至始锻温度500℃，再放入安装在1100kN伺服锻造压力机上振动模锻模具的下模具型腔内，随后通过压力机滑块带动上模具以40次/s的频率快速打击，使铝合金挤压铸造预成形件逐渐变形，单次打击变形进给量0.2mm，直至上模和下模闭合为止，得到所需铝合金斜盘锻件；

所述振动模锻模具的上模具和下模具预热温度为200℃。

上述实施例2和实施例3中，所述金属型挤压铸造模具型腔和模锻模具型腔的体积相等、形状相似，金属型挤压铸造模具型腔的投影轮廓的长、宽以及凹槽的长、宽尺寸较振动模锻模具型腔的对应尺寸减小3～5mm，拔模斜度增大5～8°，凹槽或凸台的相对位置尺寸保持不变。