金属挤压铸锻成形方法及其制品技术

本发明专利技术公开一种金属挤压铸锻成形方法及其制品，尤其是轻合金或轻合金复合材料在同一套模具内完成铸造、锻造的挤压铸锻成形方法及其制品。本发明专利技术是对挤压铸造、连铸连锻等技术的发展改进，主要是解决连铸连锻工件塑性变形量小于锻造临界变形量的问题。本发明专利技术的技术方案是在铸造阶段预留未充填型腔，其容积需大于工件锻造临界变形量所对应的体积；锻造阶段再通过柱塞挤压实现塑性变形或晶粒细化充填过程来充满型腔。本发明专利技术提供了一种新的金属热加工成形方法，是将铸造、锻造、半固态加工三者融合的一种方法，适用于高性能的承力零件、气密性零件如铝车轮、连杆等的制造。

Casting forming method and extrusion of metal products

Casting forming method and product of the invention discloses a metal extrusion, especially light alloy or composite light alloy casting, extrusion casting and forging forging complete forming method and its products in the same set of mold. The invention relates to the development and improvement of the technology of squeeze casting, continuous casting, continuous forging and the like, and mainly solves the problem that the plastic deformation quantity of the continuous casting continuous workpiece is less than the critical deformation amount of the forging. The technical scheme of the invention is not reserved for cavity filling in the casting stage, the volume must be greater than the critical deformation of forging workpiece corresponding volume; forging stage through the plunger extrusion to achieve plastic deformation or grain refinement to fill the cavity filling process. The present invention provides a method for forming a metal heat processing, is a method of casting, forging and semi-solid processing to the integration of the three parts, manufacturing air bearing parts, suitable for high performance such as aluminum wheels, connecting rod etc..

【技术实现步骤摘要】
金属挤压铸锻成形方法及其制品
本专利技术涉及金属或金属基复合材料的成形方法及其制品，尤其是轻合金或轻合金复合材料在同一套模具内完成铸造、锻造的成形方法及其制品。
技术介绍
挤压铸造和模锻都属现有的金属热加工成形方法。挤压铸造是将液态金属材料在重力或机械力作用下充满铸模型腔，然后使金属液在较高压力下结晶凝固。不足之处是，挤压比压虽高于其他铸造方法，但仍不能使工件产生明显的塑性变形。模锻是对固态金属坯料加热，然后放入锻模，锻压机加压后，固态金属坯料产生塑性变形充满锻模型腔。模锻主要适用于形状简单的工件；对于形状复杂的工件，锻件的机加工切削量比铸件大得多，因此模锻零件的生产成本比挤压铸造高。现有金属半固态成形方法是先通过机械、电磁搅拌或超声波等处理，制备球状或近球状晶粒的半固态浆料或将半固态坯料重熔，再控制固相分数在固液混合体中占35％～65％，然后加压将半固态浆料注满模具型腔，并在压力下完全凝固。半固态成形技术的特点是：充填型腔前必须有一个制备球状或近球状晶粒半固态浆料的过程。现有铸-锻联合工艺是先用铸模制得铸坯，再将铸坯重新加热后放入锻模进行锻造；需要两套模具、两套设备，两次加热，生产成本高。可参考中国专利“铝车轮的铸锻工艺”(申请号200580012476.6)、“连杆的铸锻联合工艺”(申请号85106018)。现有连铸连锻技术是对挤压铸造、铸-锻联合工艺等的发展，其特点是：金属材料在液态下充满模具型腔，待其凝固后，立刻对同一套模具内的固态金属材料进行锻造；因其锻造量是基于填补工件的缩孔、缩松、气孔和凝固收缩等形成，故锻造量偏小，一般小于锻造临界变形量，以致工件塑性变形量比模锻小。此技术可参考《连铸连锻技术》，陈炳光、陈昆编著，机械工业出版社2004年4月第一版；中国专利“金属液态压铸锻造双控一次成形的方法”(申请号200410052493.X)。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种金属挤压铸锻成形方法，以克服连铸连锻工件塑性变形量小于锻造临界变形量的不足；本专利技术另一目的是提供由所述金属挤压铸锻成形方法制备的金属或金属基复合材料制品。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是这样的，一种金属挤压铸锻成形方法，包括在同一套模具内完成铸造、锻造，其特征是，包含以下步骤及工艺条件：步骤一，设备准备、模具准备、金属液准备；所述金属液的浇注温度不得高于该材料在挤压铸造或重力铸造中的浇注温度；步骤二，合模、锁模；步骤三，铸造；采用重力浇注或低压铸造或冲头压射或电磁浇注方式，将定量金属液注入模具的型腔、浇道或挤压室，但型腔不能全部充满，而是留待步骤四再充满；所述未充填型腔的容积需大于工件锻造临界变形量所对应的体积；步骤四，锻造；通过一个或一个以上的柱塞对同一模具中的金属材料施加一次或一次以上的挤压，直至将型腔充满；所述挤压的挤压比压需大于金属材料在终锻温度时的高温强度极限，挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数达35％以上；步骤五，保压；型腔充满后继续保持挤压力；保压时间视工件的不同，在1-1800秒内选取；步骤六，解除锁模、开模，顶出取件。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，其特征在于：步骤一所述的金属液的浇注温度比该材料在挤压铸造或重力铸造中的浇注温度低5％～15％。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，其特征在于：步骤四所述的挤压比压大于金属材料在室温时的抗压屈服极限。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，其特征在于：步骤四所述的挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数超过65％。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，步骤四所述的挤压比压大于金属材料在室温时的抗压屈服极限，其特征在于：步骤四所述的挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数超过65％。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，其特征在于：步骤四所述的挤压开始条件为型腔中金属材料已经全部凝固且温度区间低于固相线温度、高于终锻温度。进一步，所述金属挤压铸锻成形方法，步骤四所述的挤压比压大于金属材料在室温时的抗压屈服极限，其特征在于：步骤四所述的挤压开始条件为型腔中金属材料已经全部凝固且温度区间低于固相线温度、高于终锻温度。优选地，所述金属挤压铸锻成形方法，工件材料为ZL101A铝合金，其特征是：还包括以下工艺条件，铝液浇注温度为615～685℃，步骤三所述未充填型腔的容积需大于15％，步骤四所述挤压比压为150～350MPa，挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数超过50％或65％。由上述金属挤压铸锻成形方法中任意一种方法制备的金属或金属基复合材料制品。优选地，由前述金属挤压铸锻成形方法制备的ZL101A铝合金车轮、承力零件。有益效果：采用本专利技术的技术方案，能实现工件塑性变形量大于锻造临界变形量，而且成本接近铸件、性能达到或接近锻件之效果。浇注温度低则工件性能好；而低温可能导致的浇不足铸造缺陷，可以通过锻造的塑性变形充填来消除。在金属材料处于固液混合体状态下开始挤压，则可兼有部分半固态加工的效果，但本专利技术并不需要复杂的半固态浆料制备过程。本专利技术也没有预先制作模锻用铸坯、二次加热的工序。本专利技术是在同一套模具中，将铸造、锻造、半固态加工三者融合的创新。附图说明附图用来与实施例一起便于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。图1是金属挤压铸锻成形方法的原理示意图。图中：1-挤压缸，20-柱塞，21-柱塞套，3-挤压室，4-浇口，50-未充填型腔，51-浇注后的金属材料，52-锻造后的工件，61-下模，62-侧模，63-上模，7-顶杆，8-侧模缸，9-底板。具体实施方式下面结合一个优选实施例及其附图，对本专利技术作进一步说明。本实施例提供一种金属挤压铸锻成形方法及其制品，是一种牌号为ZL101A(美国牌号A356.2、日本牌号AC4CH)的铝合金车轮，其包括以下步骤：步骤一，设备、模具、铝液等准备；设备可以是专用的挤压铸锻设备或改装过的液态模锻挤压机、压铸机等；模具包括下模(61)、侧模(62)、上模(63)、柱塞(20)、柱塞套(21)等，也可以没有侧模；允许一模多件；模具安装在底板(9)上，需要清理、喷涂料，预热至150-300℃左右，连续生产时可启用模具冷却装置；精炼除气后的铝液浇注温度控制在615～685℃，越接近液相线温度越好；而ZL101A在挤压铸造、重力铸造或低压铸造中的浇注温度则一般为690～720℃；步骤二，合模、锁模；先合模再浇注优先；若是先浇注再合模、充填及锻造的方式，对制品的尺寸一致性不利，同时，整个上模作挤压冲头，则所需设备吨位大大增加；根据常识，锁模力需大于胀型力，可用侧模缸(8)或其它锁模机构等实现锁模；步骤三，铸造；采用重力浇注或其它浇注方式，将定量铝液注入模具的型腔、浇道或挤压室(3)，但型腔不能全部充满，而是留待步骤四再充满，即预留未充填型腔(50)；所述未充填型腔的容积需大于工件锻造临界变形量所对应的体积，以待后续塑性变形过程所需，可通过控制柱塞直径等来达到目的；也可以设计工艺性附加腔室作为未充填型腔的一部分；挤压室内的金属材料需略多于未充填型腔的容积；对于铝合金，锻造临界变形量一般在12％～15％；浇口(4)可以是一个或多个，浇注位置可以是顶注、底注或侧注，或几个浇口同时浇注；浇口中可放置过滤物件；步骤四，锻造；用设备上的挤压缸(1)通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属挤压铸锻成形方法，包括在同一套模具内完成铸造、锻造，其特征是，包含以下步骤及工艺条件：步骤一，设备准备、模具准备、金属液准备；所述金属液的浇注温度不得高于该金属液材料在挤压铸造或重力铸造中的浇注温度；步骤二，合模、锁模；步骤三，铸造；采用重力浇注或低压铸造或冲头压射或电磁浇注方式，将定量金属液注入模具的型腔、浇道或挤压室，但型腔不能全部充满，而是留待步骤四再充满；所述未充填型腔的容积需大于工件锻造临界变形量所对应的体积；步骤四，锻造；通过一个或两个以上的柱塞对同一模具中的金属材料施加一次或两次以上的挤压，以塑性变形的充填过程直至将型腔充满；所述挤压的挤压比压需大于金属材料在终锻温度时的高温强度极限，挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数达35％以上；所述挤压比压是指加在柱塞上的挤压力与柱塞面积的比值；步骤五，保压；型腔充满后继续保持挤压力；保压时间视工件的不同，在1‑1800秒内选取；步骤六，解除锁模、开模，顶出取件。

【技术特征摘要】
1.一种金属挤压铸锻成形方法，包括在同一套模具内完成铸造、锻造，其特征是，包含以下步骤及工艺条件：步骤一，设备准备、模具准备、金属液准备；所述金属液的浇注温度不得高于该金属液材料在挤压铸造或重力铸造中的浇注温度；步骤二，合模、锁模；步骤三，铸造；采用重力浇注或低压铸造或冲头压射或电磁浇注方式，将定量金属液注入模具的型腔、浇道或挤压室，但型腔不能全部充满，而是留待步骤四再充满；所述未充填型腔的容积需大于工件锻造临界变形量所对应的体积；步骤四，锻造；通过一个或两个以上的柱塞对同一模具中的金属材料施加一次或两次以上的挤压，以塑性变形的充填过程直至将型腔充满；所述挤压的挤压比压需大于金属材料在终锻温度时的高温强度极限，挤压开始条件为型腔中固液混合体的固相分数达35％以上；所述挤压比压是指加在柱塞上的挤压力与柱塞面积的比值；步骤五，保压；型腔充满后继续保持挤压力；保压时间视工件的不同，在1-1800秒内选取；步骤六，解除锁模、开模，顶出取件。2.根据权利要求1所述的金属挤压铸锻成形方法，其特征在于：步骤一所述的金属液的浇注温度比该金属液材料在挤压铸造或重力铸造中的浇注温度低5％～15％。3.根据权利要求1或2所述的金属挤压铸锻成形方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：支前明，
申请(专利权)人：支前明，
类型：发明
国别省市：广东,44