[发明专利]一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料液态成型技术领域，具体地说本发明涉及一种金属材料从液态到高性能零部件的金属液态波动高压铸锻一次成型的方法。

背景技术

液态金属压力铸造因成本低，效率高，可制备复杂形状的产品，而被广泛应用，但液态金属熔体在高压、高速下射入模具型腔，容易导致型腔中的气体难以排除以及紊流导致铸件内形成气孔、缩孔和疏松等缺陷，特别是压铸形状复杂、性能要求高的精密机械零部件成品率低，影响其性能，如汽车用结构件。因此，国内外研究人员纷纷研究新的铸造方法及成型设备。目前已有的成型技术如半固态射铸、真空压铸和挤压铸造技术应运而生。半固态射铸成型设备投资大，工艺控制困难；真空压铸成型的系统密封复杂，真空度难以控制，真空阀极易堵塞，清理频繁；挤压铸造成型充型速度太慢，影响生产效率。基于以上原因，上述成型方法均难以实现产业化。

已公开的专利文献(公开号为CN103834836A)提供了一种压铸锻造铝合金的制造方法，采用压铸和一次锻造、二次锻造及后续热处理和机械处理工艺，制备一种新型压铸铝合金。专利文献(公开号为CN103418771A)揭示一种金属件的铸锻成型方法，使熔融状态的金属原料降温形成金属件，然后再对金属件进行锻压和成型处理，具备压铸成型工序较少，且耗时较短的特性。但是，上述方法其锻造工艺都是在压铸和成型之后进行的，这样容易产生疏松、缩孔和气孔等缺陷，影响产品的致密性。

基于以上问题，本发明专利目的在于提供一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法，可实现同一成型过程中连续完成高压铸造和波动高压锻造两种功能，同时实现对零件功能、形状和尺寸的精确控制，大幅减少产品疏松、缩孔和气孔等缺陷，提高产品的致密性。另外，在金属液凝固过程中施加波动高压锻击，打碎内部的粗大枝晶，细化组织，进一步提升产品的性能；最后可对成型后的产品进行热处理，再次提升铸件的力学性能；铸锻成型在极短时间内同时完成，不影响生产效率。

发明内容

本发明提出了一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法，具体通过以下工艺方案实现：

波动高压铸锻一次成型机，其原理是在压力铸造机的基础上附加波动高压锻造功能，两个大行程油缸完成合模和后模运动；锻压油缸及小行程氮气缸完成液态或半固态模锻；输送坯料油缸把液态金属输入至填充模腔，完成压力铸造及波动高压铸锻一次成型。采用加压锻造模具的结构包括与压铸模具类似的前后模、模框、模芯、滑块和流道外，还包括可以锻造的冲头。金属液态波动高压铸锻一次成型的工艺流程是把液态金属压射到模具型腔，压力铸造和波动高压锻造一次成型。

一种金属液态波动高压铸锻一次成型方法具体工艺包括如下步骤：

A、压力铸造步骤

在波动高压铸锻一次成型机上，待金属在500-800℃完全溶化后，利用保温转液装置将熔料输送到模具入口，以8-40Mpa的压力，0.01-10m/s的填充速度将熔料输入到模腔内，完成压力铸造。以上压铸工艺参数的控制直接影响熔化的金属液是否能填满整个模具型腔，以及金属制品的气孔率。

B、波动高压锻造步骤

压力铸造待熔体充满型腔后0.01-2s，瞬时完成对所述液态或半固态金属的波动高压锻造，控制所述波动高压锻造的锻造压力为5-40Mpa，锻造模具的温度为200-400℃，锻造次数为1-5次，相邻两次锻造时间间隔为0.01-1s。

波动高压锻造动力为液压或气压系统，或者两者组合，可以随时自由切换，气压系统相对液压系统锻造速度快。控制锻造压力为5-40Mpa，锻造压力系统的速度和压力直接影响零部件的微观组织结构，从而影响零部件的质量。

控制锻造模具的温度为200-400℃，模具采用电加热，模具温度直接影响零部件的质量和模具的寿命。

控制锻造开始的时间是在液态金属填满整个模具型腔后0.01-2s，锻造开始时间直接影响熔体中的固液比例，锻造开始时间太短，熔体中还没有形成枝晶，锻击没有作用效果；锻造开始时间太长，熔体中枝晶已经完全固化，锻击破碎效果不明显。

控制锻造次数为1-5次，锻造次数直接影响零部件的质量和能耗，锻造次数少，零部件的性能达不到最佳值；锻造次数过多，对零部件的性能提升不起作用，增加能耗。

控制相邻两次锻造时间间隔为0.01-5s，两次锻造间隔的时间长短直接影响液态金属的凝固进程，从而影响锻造效果。

本发明提供的一种金属液态波动高压铸锻一次成型的方法与现有技术相比具有以下优点：