采用复合加载‑局部补缩消除金属制件裂纹的工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种采用复合加载‑局部补缩消除金属制件裂纹的工艺，包括：来料检查、清洗；电阻炉中450左右烘干；模具预热温度200至300℃，150℃左右喷石墨润滑剂；铝合金熔炼至720℃保温30分钟精炼；在负重轮直壁处充满金属的高度较零件设计尺寸高出S，继续加压，底部开始凝固，内冲头趋于静止，碟簧产生压缩变形，这时外冲头相对内冲头向下移动，压力机的总压力除克服碟簧力，剩余压力全部作用在制件正在凝固的直壁处，使其在压力下凝固，同时将压力传递到最后凝固区热节处，加压的同时，将充填时直壁多出S高度的金属补缩给直壁和热节处,通过对直壁和热节处的局部加载和补缩。

Using compound loading local feeding technology for eliminating the crack of metal objects

The invention relates to a local repair process including shrinkage crack elimination, metal parts with complex loading: incoming inspection, cleaning; resistance furnace 450 drying; mold temperature is 200 to 300 degrees Celsius, 150 degrees Celsius spray graphite lubricant; Aluminum Alloy melting to 720 DEG C for 30 full metal wheels in Zhong Jinglian; the vertical wall height is higher than the S size parts design, to pressure the bottom solidifies, inner punch tends to be static, disc spring deformation, then the outer punch relative inner punch moves downwards, the total pressure of the press in addition to overcome the spring force, residual pressure in the straight wall parts are all solidified, so the solidification under pressure, while the pressure delivered to the final solidification zone of hot spot, the pressure at the same time, when filling the straight wall more than S height of the metal feeding to the straight wall and the hot spot, the straight Local loading and contraction at the wall and heat nodes.

【技术实现步骤摘要】
采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺
本专利技术涉及一种采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺。
技术介绍
凝固成形过程中存在着不均匀性导致。由此推断，这种凝固的不均匀性也会对制件的组织和性能产生影响。负重轮简单加载液态模锻过程研究结果可知，由于制件形状和和液态金属的受力不均匀，导致成形过程中液态金属凝固不均匀，最后凝固区(直壁与底部的转角处)由于得不到补缩，性能最差，甚至产生裂纹等缺陷。底部先凝固的金属承载了冲头几乎全部的载荷而进入塑性变形，限制和减缓了冲头的继续下行，冲头不能充分对直壁部分施压，直壁部分的密度及性能也低于底部。这种简单加载方式造成了制件各部组织和性能的不均匀性。有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种制备综合性能良好的制件的采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺。本专利技术采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺，所述的负重轮利用成型模锻系统加工而成，所述的成型模锻系统包括：铝基复合材料的制备装置，负重轮成型模具，用于提供负重轮成型模具冲头压力的液压机；所述负重轮成型模具至少包括：下模，外冲头、内冲头组成的上模，内冲头与上模板之间设有碟簧，所述碟簧用于控制内冲头与上模板之间的距离；所述的负重轮成型工艺包括：来料检查、清洗；电阻炉中450左右烘干；模具预热温度200至300℃，150℃左右喷石墨润滑剂；铝合金熔炼至720℃保温30分钟精炼；将铝液倒入模具，合模，加压、保压；开模，顶出制件；将铝液倒入模具，合模，加压、保压，具体包括:加载前，调整碟簧的预紧量使内冲头离开上模垫板一定的距离S，S称为补缩量；在这种状态下进行加载成形，上模下行，内冲头碟簧力的作用下使金属充满型腔，在负重轮直壁处充满金属的高度较零件设计尺寸高出S，继续加压，底部开始凝固，内冲头趋于静止，碟簧产生压缩变形，这时外冲头相对内冲头向下移动，压力机的总压力除克服碟簧力，剩余压力全部作用在制件正在凝固的直壁处，使其在压力下凝固，同时将压力传递到最后凝固区热节处，加压的同时，将充填时直壁多出S高度的金属补缩给直壁和热节处,通过对直壁和热节处的局部加载和补缩，并产生塑性变形；将铝液倒入模具，合模，加压、保压工艺参数选择如下：金属液浇注温度选择浇注温度为720℃；模具预热温度:下模300℃，上模200℃。比压:40～60MPa；加压速度:15mm/s；开始加压时间:浇注完毕后立即开始加压；保压时间:25-30s。进一步地，还包括将触变模锻负重轮制件进行T6热处理，其热处理工艺为：在500℃固溶处理3小时，放入水中淬火20min，然后在160℃时效处理10小时，取出负重轮空冷至室温。进一步地，所述的模具工作零件材料均选用5CrNiMo热模具钢。进一步地，模具单边间隙为0.15mm；脱模斜度为2°～3°。进一步地，在冲头中心处开带有斜度的排气孔。进一步地，补缩量为8-10mm。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：通过采用复合加载方式对负重轮制件直壁进行局部加载补缩，得到了质量良好的制件。随补缩量的增大，制件直壁的密度值逐渐增大，底部的密度值变化不明显。当补缩量达到6mm时，制件整体的密度接近均匀，补缩量再增大，其密度变化不明显。随补缩量的增大，制件直壁的抗拉强度逐渐增大，底部的抗拉强度随补缩量的增大变化不大。当补缩量达到8-10mm时，制件的力学性能基本一致抗拉强度平均为352MPa，延伸率平均为8％。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术工艺流程图；图2是负重轮成形模具；1—上模板2—螺栓3—上模垫板4—外冲头5—内冲头6—下模外套17—下模8—螺栓9—顶杆10—拉杆螺栓11—碟簧12—导向套13—托盘14—螺栓15—下模外套216—定位销17—下模垫板具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。铝合金负重轮液态模锻成形过程的数值模拟有限元模型建立负重轮结构制件直径较大，外径为φ440mm，内径为φ418mm，各处壁厚不均匀，在制件直壁与底部的转角处壁厚最大。负重轮为轴对称制件，可以模拟负重轮的二分之一。用Pro/E软件对零件及其模具进行三维实体造型，并装配。在Pro/EMechanic中进行面网格划分，存为.ans文件；将.ans文件导入ProCAST，在MeshCAST中将模型面网格剖分为体网格，生成.mesh文件。负重轮及其模具的装配模型和划分体网格后的有限元模型。划分网格尺寸最大为5mm，网格总数为1286232。负重轮及其模具数值模拟模型材料性质负重轮材料为2A50铝合金，模具材料为5CrNiM。化学成分如表4-1和4-2所示。根据材料成分在ProCAST中自动生成材料的液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。表4-12A50的成分(wt％)表4-25CrNiMo的成分(wt％)Table4-2Composition(wt.％)of5CrNiMoalloy由差热分析(DTA)可知：2A50铝合金的固相线温度为521℃，液相线温度为615℃。根据差热分析结果对自动生成的2A50铝合金的液固相线进行了修正。负重轮凝固过程的温度场模拟凝固过程温度场的模拟对制件缩孔、缩松、热裂等缺陷的预测与消除，以及工艺方案和模具设计的优化均具有重要的指导意义。温度场模拟的主要工艺参数液态模锻主要工艺参数：(1)金属液浇注温度浇注温度直接影响着加压开始时自由凝固层的厚度和凝固过程中液态金属总热量的散失，进而影响凝固时间和凝固速度。温度过高，容易产生缩孔；温度过低，会因合金凝固过快产生冷隔等缺陷。2A50铝合金选择720℃。(2)模具预热温度模具温度过高，容易发生粘模，脱模困难，降低模具寿命；模具温度过低，则铸件质量难以得到保证，产生冷隔和表面裂纹等缺陷。铝合金液态模锻模具预热温度在200℃-300℃。(3)开始加压时间开始加压时间是指合金浇入凹模至开始加压的时间间隔。开始加压时间过晚，金属自由结壳厚度大，增加变形抗力，降低加压效果，影响制件质量。一般情形，金属液浇入型腔后立即加压。(4)比压单位面积上的压力。压力作用是使金属液在等静压的作用下，及时消除制件的气孔、缩孔和疏松等缺陷，并产生压力下结晶的凝固机理，从而获得较好的内部组织和较高的力学性能。铝合金液态模锻比压为40～60MPa(5)保压时间指从金属液在压力作用下充满型腔后开始，到液压机撤消压力为止的时间段，这段时间实际上是金属液在压力下凝固、结晶和补缩的时间。保压时间取决于制件断面的最大壁厚，一般取0.5-1sec/mm。负重轮凝固过程的数值模拟工艺参数选择如表4-3所示。表4-3模拟的主要工艺参数温度场模拟结果制件首先在与模具接触处开始凝固，制件的直壁与底部的转角处和底部中心处最后凝固，金属液充满型腔后，制件完全凝固需要的时间大概为23s。在制件的直壁与底部的转角处存在金属液的最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用复合加载‑局部补缩消除金属制件裂纹的工艺，其特征在于，所述的负重轮利用成型模锻系统加工而成，所述的成型模锻系统包括：铝基复合材料的制备装置，负重轮成型模具，用于提供负重轮成型模具冲头压力的液压机；所述负重轮成型模具至少包括：下模，外冲头、内冲头组成的上模，内冲头与上模板之间设有碟簧，所述碟簧用于控制内冲头与上模板之间的距离；所述的负重轮成型工艺包括：来料检查、清洗；电阻炉中450左右烘干；模具预热温度200至300℃，150℃左右喷石墨润滑剂；铝合金熔炼至720℃保温30分钟精炼；将铝液倒入模具，合模，加压、保压；开模，顶出制件；将铝液倒入模具，合模，加压、保压，具体包括:加载前，调整碟簧的预紧量使内冲头离开上模垫板一定的距离S，S称为补缩量；在这种状态下进行加载成形，上模下行，内冲头碟簧力的作用下使金属充满型腔，在负重轮直壁处充满金属的高度较零件设计尺寸高出S，继续加压，底部开始凝固，内冲头趋于静止，碟簧产生压缩变形，这时外冲头相对内冲头向下移动，压力机的总压力除克服碟簧力，剩余压力全部作用在制件正在凝固的直壁处，使其在压力下凝固，同时将压力传递到最后凝固区热节处，加压的同时，将充填时直壁多出S高度的金属补缩给直壁和热节处,通过对直壁和热节处的局部加载和补缩，并产生塑性变形；将铝液倒入模具，合模，加压、保压工艺参数选择如下：金属液浇注温度选择浇注温度为720℃；模具预热温度:下模300℃，上模200℃。比压:40～60MPa；加压速度:15mm/s；开始加压时间:浇注完毕后立即开始加压；保压时间:25‑30s。...

【技术特征摘要】
2017.04.13 CN 20171023969901.一种采用复合加载-局部补缩消除金属制件裂纹的工艺，其特征在于，所述的负重轮利用成型模锻系统加工而成，所述的成型模锻系统包括：铝基复合材料的制备装置，负重轮成型模具，用于提供负重轮成型模具冲头压力的液压机；所述负重轮成型模具至少包括：下模，外冲头、内冲头组成的上模，内冲头与上模板之间设有碟簧，所述碟簧用于控制内冲头与上模板之间的距离；所述的负重轮成型工艺包括：来料检查、清洗；电阻炉中450左右烘干；模具预热温度200至300℃，150℃左右喷石墨润滑剂；铝合金熔炼至720℃保温30分钟精炼；将铝液倒入模具，合模，加压、保压；开模，顶出制件；将铝液倒入模具，合模，加压、保压，具体包括:加载前，调整碟簧的预紧量使内冲头离开上模垫板一定的距离S，S称为补缩量；在这种状态下进行加载成形，上模下行，内冲头碟簧力的作用下使金属充满型腔，在负重轮直壁处充满金属的高度较零件设计尺寸高出S，继续加压，底部开始凝固，内冲头趋于静止，碟簧产生压缩变形，这时外冲头相对内冲头向下移动，压力机的总压力除克服碟簧力，剩余压力全部作用在制件正在凝固的直壁处，使其在压力下凝固，同时将压力传递到最后凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宏，石阳，张新，毛红奎，张国伟，任霁萍，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14