[发明专利]一种集成低压充型和挤压凝固的铸造装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属铸造成形工艺及模具领域，特别涉及一种集成低压充型和挤压凝固的铸造装置及方法。

背景技术

低压铸造技术是利用气体压力将金属液从型腔底部压入铸型，并使铸件在一定压力下结晶凝固的一种铸造方法。该工艺浇注时压力和浇注速度可以调节，金属液充型平稳，可避免飞溅、紊流，减少卷气和氧化，能提高铸件的质量和合格率。特别是低压铸造技术在合金轮毂加工领域取得巨大成功，是国际上生产汽车轮毂的主流工艺，利用该技术生产的汽车轮毂占总产量的绝大部分，其余采用金属型铸造、挤压铸造和锻造等工艺生产。

挤压铸造(也称液态模锻)，其特点是液态金属在较高的外加压力作用下凝固成形，所获得的铸件内部致密、机械性能优良。该工艺适合于生产力学性能要求高的受力结构件。目前，挤压铸造已成为汽车、航天、航空等工业领域生产高档有色金属零件的重要手段，具有良好的发展前景。

相比于低压铸造技术，挤压铸造技术在补缩和克服缩孔和疏松的产生以及细化铸件晶粒、提高铸件机械性能方面的优势更为明显。而采用低压充型可以解决挤压铸造因液态金属的转移造成的浇注难度大、合金熔体易于氧化等问题。许多研究人员进行过将低压充型与挤压铸造相结合的尝试。

美国专利US5211216^[i]公开了一种利用气压将金属液经过斜的浇注管道和挤压室注入模具充型，随后利用挤压冲头上行封堵斜升液管与及挤压室的连接口并完成挤压充型和保压凝固的工艺及装置。类似地，中国专利200310110903.7^[ii]公开了一种利用活塞将金属液经过斜的浇注管道和挤压室注入模具充型，随后利用挤压冲头上行封堵斜的浇注管道与及挤压室的连接口并完成挤压充型和保压凝固的工艺及装置；200910041401.0^[iii]公开了一种利用电磁力将金属液经过传输管道和挤压室注入模具充型，随后利用挤压冲头上行封锁堵传输管道与及挤压室的连接口并完成挤压充型和保压凝固的工艺及装置。此类工艺由于浇注管道或传输管道在封锁后其与挤压室连接处为密闭状态，在保温炉中大气压力的作用下，剩余的金属液难于回到保温炉中而在管道中出现结壳，影响工艺过程的循环进行。专利US5906235^[iv]公开了一种底注式充型后利用封口刀封堵浇口，随后进行水平挤压的方式。该工艺利用封口刀将浇口封堵之后，同样会存在由于封口刀下端的浇道无通气而造成金属液难以回流进而出现结壳的问题。专利US2007/0215308^[v]公开了一种在底注式充型结束后利用竖直塞棒封锁浇口，随后利用塞棒外周活块挤压的方式。该工艺由于塞棒被金属包裹部分较长，容易造成脱模时塞棒和铸件分离困难。因此，需要结合低压充型和挤压凝固各自的特点，采用科学合理的模具结构，制定出稳定的生产工艺和能保证工艺过程循环进行的可靠装置。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种集成低压充型和挤压凝固的铸造装置及方法，实现了低压充型和挤压凝固的结合，发挥了两者的长处，并根据挤压压力大小提出了两种锁模方式，尽最大可能实现了成本与性能的平衡，具有较好的应用前景。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：