一种成形复杂零件的半固态挤压成形工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种成形复杂零件的半固态灵活挤压成形工艺方法，属于挤压和半固态成形技术领域。所述方法含有：半固态浆料的制备，用于半固态浆料快速定量输送的装置设计，复杂零件半固态灵活挤压成形。对于半固态触变挤压成形，用感应加热炉二次加热得到具有半固态组织特征的坯料；对于半固态流变挤压成形，首先用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用合金铸锭，在达到完全熔化温度后，保温静置。本发明专利技术用半固态灵活挤压成形工艺进行多维变截面复杂零件的制备，扩大了半固态技术的应用领域，拓展了复杂零件的制造途径。该工艺不但可以实现复杂零件的短流程、近终形的成形制造，而且可以降低能源消耗，提高产品质量，并推进半固态成形技术的实用化进程。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种成形复杂零件的半固态灵活挤压成形方法，属于挤压和半固态成形

技术介绍
随着环境与能源问题的日益突出，我国可持续发展问题越来越受到重视，不断调整和改进工业企业增长方式和发展方向将逐步把我国从加工大国向加工强国推进，这对现代加工制造业提出了两个要求①不断地追求高效率、高质量，加强自主创新；②节省资源、能源与无公害化。与非金属材料相比，金属材料在价格、环保、性价比等方面都表现出明显的优势，所以在今后相当长时期内仍将是全球性的主要工业原材料，对经济发展和社会文明进步仍将起到重要的支撑作用。近几年来，我国金属材料加工通过自身努力和引进消化在生产能力上有了较大提高，但与发达国家相比，在工艺、装备、技术等方面还存在相当差距，如产品能耗高、成本高、质量差、环境污染严重、市场竞争力弱等，在生存与发展上面临着国际市场竞争的严峻挑战。为尽快扭转我国经济建设中占有重要地位的材料加工行业的高能耗、重污染和低性价比，提高产品质量，减轻环境污染，增强其国际竞争力，迫切需要从冶金材料科学发展前沿出发，突破传统的冶金及加工工艺理论和概念，利用高新技术对材料加工及控制技术进行新的工艺探索，实现生产过程的短流程、低能耗和高质量。长期以来探索多维变截面复杂零件的短流程、近终形生产方法、并能从实验上制备复杂零件以及研究其性能已成为广大现代高新技术加工企业的一种迫切需要。20世纪70年代初期半固态加工技术的出现无疑是材料加工行业近30多年来最重要的发现。所谓半固态加工是对具有一定液相组分的固液混合浆料进行压铸、挤压或模锻成形，是一种介于普通铸造(纯液态)和锻压(纯固态)之间的成形方法(M.C.Flemings.Behavior of Alloysin Semi-solid State.Metallurgical Transactions，1990，Vol.22B269-293)。与普通的加工方法相比，半固态金属加工具有如下优点①应用范围广泛，凡具有固液两相区的金属及合金均可实现半固态加工，如铝合金、镁合金和钢的压铸、挤压和锻压成形；②半固态合金已经部分释放出结晶潜热，因而减轻了对加工模具的热冲击，使其寿命大幅度提高；③半固态浆料具有流变性和触变性，变形抗力非常小，因而可以成形断面十分复杂的零件，实现近净成形，并且缩短了加工周期，提高了材料利用率，有利于节能节材；④半固态浆料充填平稳，无湍流和喷溅，加工温度相对较低，凝固收缩小，因而成形件表面平整光滑，内部组织致密，气孔、偏析等缺陷少，晶粒细小，力学性能好。可见半固态加工技术与传统的加工技术相比具有极大的优势(Simon Kleiner，Erhard Ogris，Oliver Beffort and Peter J.Uggowitzer.Semi-Solid MetalProcessing of Aluminum Alloy A356 and Magnesium Alloy AZ91Comparison Based on MetallurgicalConsiderations.Advanced Engi.Mater.2003，5(9)653-658)。20世纪70年代以来，该技术得到了美国、意大利、德国和日本等发达国家科技工作者的普遍重视，并已先后对铝、镁、铅、铜等合金在半固态工艺实验和理论等方面开展了广泛的研究，取得了重要进展，部分公司已进入规模生产(M.Fehlbier.Herstellung，Charakterisierungund Verarbeitung Teilfluessiger Metallischer Werkstoffe am Beispiel Verschiedener Aluminum-undMagnesiumlegierungen.Aachen，Techn.Hochsch.，Diss，2002.ISBN 3-8322-1064-4)。如美国的Alumax公司1997年的两座半固态铝合金成形汽车零件生产工厂的生产能力分别达到每年5000万件。意大利的Stampal SPA和Fiat Auto公司生产的半固态铝合金汽车零件质量达7kg，并且形状复杂；意大利的MM(Magneti Marelli)为汽车公司生产半固态铝合金成形的fuelinjection rail零件，在2000年达到日产7500件。在德国，世界著名的亚琛工业大学金属成形所(IBF der RWTH-Aachen)在Reiner Kopp教授和EFU公司前总裁Gerhalt Hirt教授领导下正进行着一项规模宏大、水平很高的半固态研究项目SFB289(Sonderforschungsbereich，为德国的中长期发展规划项目)，该项目从1996年起连续12年从德国科研联合会DFG(Deutsche Forschungsgemeinschaft)获得资助，对半固态技术进行了全面、深入和系统的基础研究和工业开发(M.Kiuchi，R.Kopp.Mushy/Semi-solid metal formingtechnology-Present and future.Annals of the CIRP.2002，51(2)1-18)。日本的Speed Star Wheel公司已经用半固态加工技术生产铝合金轮毂(重5kg)。另外，在日本一些公司已用半固态镁合金触变成形技术生产出移动通讯手机外壳和笔记本电脑外壳等。在全世界范围内已先后召开了9次半固态国际学术会议(S2P)，取得了重要学术成果。我国从80年代后期开始，在国家自然科学基金、863和973等计划的支持下，先后有不少高校和科研单位开展了这方面的研究，如北京有色金属研究总院(张景新，张奎，徐俊，石力开.Semi-solid Processing of AZ91D Alloy.中国第二届半固态年会论文集.北京，2002204-208)、重庆大学(左宏志，刘昌明，邹茂华，谷忠明，范增，李德全，吴均，邱孝祥.ZL112Y压铸铝合金半固态重熔工艺及摩托车零件的半固态压铸成形.中国第二届半固态年会论文集.北京，2002102-109)等。在半固态加工成形技术的基础理论研究方面取得了可喜进展，并自形设计和开发了不同类型的试验设备，甚至与企业合作进行试验生产。如重庆大学与中国嘉陵集团重庆九方铸造有限公司合作研制的JH70型摩托车发电机镁合金半固态支架；北京有色金属研究总院与东风汽车公司合作，采用半固态压铸生产的铝合金汽车空调器零件。通过对以上国内外研究分析可以发现，目前国内外所做的研究工作大部分都是通过采用半固态触变成形、特别是触变压铸成形对材料成形过程进行研究。并基于这样的“假设”半固态浆料在模腔充填过程中被认为是无紊流流动(非牛顿流动行为)。理论上，这种无紊流浆料充填可以避免在常规铸造成形中常出现的气孔汽泡缺陷，形成具有高力学性能的产品，并且层流中具有封闭的流动前沿，以降低氧化物等夹杂。然而，在实际试验过程中经常发现开裂、材料重叠形成的折痕以及局部材料冷缩形成的缩孔等缺陷，这可能是半固态技术难于实现大规模工业化生产的重要原因。因而，必须对半固态浆料流动、特别是流动前沿行为进行系统深入的研究，找出产生以上各种缺陷的原因，并提出新的半固态成形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种成形复杂零件的半固态灵活挤压成形工艺方法，其特征在于，所述工艺方法含有以下各步骤：（１）半固态浆料的制备对于半固态触变挤压成形，首先用感应加热炉二次加热得到具有半固态组织特征的坯料，使原毛坯变成具有一定固相分数的半固态坯 料；或者对于半固态流变挤压成形，首先用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用合金铸锭，在达到完全熔化温度后，保温静置；（２）用于半固态浆料快速定量输送的装置设计对于半固态流变挤压成形，其步骤为：（ａ）设计可对半开的 不锈钢坩埚一个，坩埚体积大小与目标零件体积大小相等；（ｂ）用电热装置将坩埚预热到２５０℃－２８０℃，将上述步骤（１）中经静置后的合金熔液倒入坩埚，并控制冷却，其间可进行弱搅拌以减小浆料内外温差，并细化晶粒；（ｃ）当浆料温度下 降到设定的半固态温度后，即得到一定固相分数的半固态坯料，所述灵活挤压用坯料固相分数通常控制在７０％－９０％；（３）复杂零件半固态灵活挤压成形设计用于灵活挤压成形复杂零件的模具，包括模具预热和温度控制系统的建立，将由感应加热或 半固态浆料制备得到的具有一定固相分数的挤压坯料迅速放入模具中挤压成形得到目标零件。...

【技术特征摘要】
1.一种成形复杂零件的半固态灵活挤压成形工艺方法，其特征在于，所述工艺方法含有以下各步骤(1)半固态浆料的制备对于半固态触变挤压成形，首先用感应加热炉二次加热得到具有半固态组织特征的坯料，使原毛坯变成具有一定固相分数的半固态坯料；或者对于半固态流变挤压成形，首先用电阻炉加热经过干燥处理的块状商用合金铸锭，在达到完全熔化温度后，保温静置；(2)用于半固态浆料快速定量输送的装置设计对于半固态流变挤压成形，其步骤为(a)设计可对半开的不锈钢坩埚一个，坩埚体积大小与目标零件体积大小相等；(b)用电热装置将坩埚预热到250℃-280℃，将上述步骤(1)中经静置后的合金熔液倒入坩埚，并控制冷却，其间可进行弱搅拌以减小浆料内外温差，并细化晶粒；(c)当浆料温度下降到设定的半固态温度后，即得到一定固相分数的半固态坯料，所述灵活挤压用坯料固相分数通常控制在70％-90％；(3)复杂零件半固态灵活挤压成形设计用于灵活挤压成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王开坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]