一种半固态流变成形低压铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种半固态流变成形低压铸造方法，属于低压铸造领域。本方法所用装置包括机架、保温炉和升液管；保温炉中设有用于盛放金属熔体的坩埚，在坩埚的外周侧由内至外同轴设有下冷却水管、下绝热管、坩埚加温器和下电磁搅拌器；坩埚内的液面上方设有与外界连通的进气管和出气管，坩埚内设有伸入液面下方的热电偶和升液管，升液管的另一端与模具型腔连通；位于坩埚外部的升液管的外周侧由内至外同轴设有上冷却水管、上绝热管、加热装置和上电磁搅拌器。本发明专利技术打破了传统低压铸造机的局限，生产的半固态成形件组织致密，内部气孔、偏析等缺陷少，力学性能高。力学性能高。力学性能高。

【技术实现步骤摘要】
一种半固态流变成形低压铸造方法


[0001]本专利技术属于低压铸造领域，具体涉及一种复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置和半固态流变成形低压铸造方法。

技术介绍

[0002]低压铸造是将压缩惰性气体作用在密封坩埚的熔融金属液上，使金属液克服重力沿着升液管上升，经过浇口从而充填模具型腔并在持续的气体压力作用下凝固成型的铸造方法。低压铸造克服了传统的重力铸造方法存在的材料利用率低、凝固过程补缩不足导致铸件容易产生缩孔缩松缺陷等问题，实现了浇注充填的自动化，充型平稳，提升了铸件产品性能，降低了残次品率。但是，传统的低压铸造方法由于要保证金属液的流动性和顺序凝固，浇注温度和模温一般都很高，因此凝固速度慢，铸造周期长，生产效率低，且浇注温度较高时，铸件收缩量增大，卷气增加，易出现气孔缺陷。
[0003]金属半固态加工技术是在金属冷却凝固过程中，通过剧烈搅拌或凝固过程的控制，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着近球形固相组分的半固态浆料，并将之加工成形的方法。半固态浆料具有很好的流动性，加工过程中充型平稳，无湍流和喷溅，因此铸件内部组织致密，气孔、偏析缺陷少，且半固态加工的凝固收缩小，成形温度低，凝固时间缩短，有效提高生产效率。半固态成形工艺主要有流变成形和触变成形两种。流变成形是将金属从液态冷却到半固态温度，对所得到的半固态浆料直接成形，如压铸、挤压或轧制；触变成形是将半固态浆料完全凝固，先制备成坯料，然后根据产品尺寸下料，再重新加热到半固态温度成形。对于触变成形，由于半固态坯料便于输送，易于实现自动化，因此在工业中较早得到了广泛应用。对于流变成形，将部分凝固的半固态浆料直接成形的方法具有节能、流程短、成本低、效率高、适用合金多等优点，近年来也得到发展。目前，流变压铸是流变成形的主要成形方式，还基本没有将流变成形应用在低压铸造上的成熟案例。
[0004]电磁搅拌是常用的用来生产半固态浆料的方法，经检索，申请号为201980003368.4的专利，公开了一种采用电磁搅拌技术的低压充型方法和装置，在金属熔体流过升液管时，对金属熔体进行电磁搅拌。该专利技术利用电磁搅拌将产生的树枝晶打散，增加新晶核，细化晶粒组织，从而能够采用较低的浇注温度，减少铸件吸气量与收缩量。但是，该专利技术未对具体的铸造工艺参数和电磁搅拌技术参数作出说明，且未对坩埚内的金属熔体进行除气处理，无法保证最终铸件质量，更重要的是，充型时模具型腔未作抽真空处理，当铸造薄壁件时由于低压铸造的压力较小，半固态浆料很可能未充满型腔就已经凝固，极易产生冷隔、浇不足等缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是如何将金属半固态流变成形技术应用在低压铸造方法上，克服现有的低压铸造方法生产效率低、浇注温度高导致缺陷不易控制等缺点，并实现高质量的、性能良好的薄壁铸件成形，本专利技术提供了一种半固态流变成形低压铸造方法。
[0006]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种半固态流变成形低压铸造方法，该方法通过复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置实现，所述复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置包括机架、保温炉和升液管；所述机架上平行设有上横板和下横板，上横板上设有升降装置，升降装置的升降端部位于上横板下方并用于与上模可拆卸式固定连接，下横板用于可拆卸式固定下模，上模和下模之间能通过升降装置压紧密封并构成模具型腔；所述下横板下方设有保温炉，保温炉中设有用于盛放金属熔体的坩埚，在坩埚的外周侧由内至外同轴设有下冷却水管、下绝热管、坩埚加温器和下电磁搅拌器；所述坩埚内的液面上方设有与外界连通的进气管和出气管，坩埚内设有伸入液面下方的热电偶和升液管，升液管的另一端与所述模具型腔连通；位于坩埚外部的升液管的外周侧由内至外同轴设有上冷却水管、上绝热管、加热装置和上电磁搅拌器；
[0008]所述半固态流变成形低压铸造方法具体如下：
[0009]S1：将预制好的金属熔体加入坩埚中；
[0010]S2：将上模固定于升降装置的升降端部，将下模固定于下横板上；利用加热器将上模和下模分别预热至第一设定温度，并在型腔表面喷涂涂料；随后通过升降装置将上模和下模配对压紧密封，利用加热器将上模和下模分别预热至第二设定温度；
[0011]S3：通过进气管向坩埚内吹入精炼剂进行喷粉精炼，同时开启下电磁搅拌器对金属熔体进行电磁搅拌，以促进熔体流动、细化熔体颗粒、对熔体进行除气；在电磁搅拌过程中，通过下冷却水管、热电偶和坩埚加温器的作用使坩埚中的金属熔体保持其液相线温度；
[0012]S4：开启上电磁搅拌器，向坩埚中通入干燥的压缩气体，使金属熔体在气体压力作用下沿升液管上升；金属熔体从坩埚经升液管进入模具型腔的过程中，在上电磁搅拌器的强剪切作用下迅速冷却至半固态温度，以流变状态充入模具型腔；在向坩埚中通入压缩气体的同时，开启与模具型腔相连的抽真空系统，以保持模具型腔内的真空度；
[0013]S5：待模具型腔中充满金属熔体后，关闭抽真空系统，继续向坩埚中通入干燥的压缩气体，待气体压力增大到所需值时保持恒定，使金属熔体在恒定压力作用下完全凝固，以得到组织致密的铸件；
[0014]S6：停止向坩埚中通入压缩气体，卸掉气体压力，使升液管和浇道中尚未凝固的金属熔体通过升液管重新回流至坩埚中；
[0015]S7：通过升降装置使上模和下模分开，取出铸件。
[0016]作为优选，所述升降装置与上模之间、下横板和下模之间均通过螺栓固定连接。
[0017]作为优选，所述升液管内部同轴集成有陶瓷管。
[0018]作为优选，所述上电磁搅拌器和下电磁搅拌器均为水平电磁搅拌器。
[0019]作为优选，所述步骤S2中，在型腔表面喷涂的涂料为668涂料；通过保持喷枪喷嘴与型腔表面距离20～30cm、均匀喷涂3～4层，使涂料厚度为0.2mm。
[0020]作为优选，所述加热器为筒状加热器，第一设定温度为300
±
50℃，第二设定温度为350℃。
[0021]作为优选，所述步骤S4中压缩气体为压力为0.08～0.1MPa的氩气。
[0022]作为优选，所述升降装置为液压升降装置。
[0023]作为优选，所述模具型腔内的真空度为0.02～0.03MPa。
[0024]作为优选，所述步骤S5中的气体压力为0.15MPa。
[0025]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0026]本专利技术将半固态流变成形技术应用在传统的低压铸造机上，开发出流变成形低压铸造装置，通过复合电磁搅拌技术破坏金属熔体凝固时产生的枝晶结构，从而控制固体颗粒尺寸，获得细小球状初生相颗粒分布均匀的理想半固态浆料，然后由升液管经浇口充入预抽真空的模具型腔，实现了高质量、性能稳定的薄壁铸件成形。
附图说明
[0027]图1为复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置的结构示意图；
[0028]图2为半固态流变成形低压铸造方法的流程图；
[0029]图中标号说明：1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半固态流变成形低压铸造方法，其特征在于，该方法通过复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置实现，所述复合电磁搅拌式的流变成形低压铸造装置包括机架(6)、保温炉(9)和升液管(15)；所述机架(6)上平行设有上横板(1)和下横板(8)，上横板(1)上设有升降装置(2)，升降装置(2)的升降端部位于上横板(1)下方并用于与上模(3)可拆卸式固定连接，下横板(8)用于可拆卸式固定下模(25)，上模(3)和下模(25)之间能通过升降装置(2)压紧密封并构成模具型腔(4)；所述下横板(8)下方设有保温炉(9)，保温炉(9)中设有用于盛放金属熔体(13)的坩埚(16)，在坩埚(16)的外周侧由内至外同轴设有下冷却水管(17)、下绝热管(18)、坩埚加温器(19)和下电磁搅拌器(11)；所述坩埚(16)内的液面上方设有与外界连通的进气管(10)和出气管(20)，坩埚(16)内设有伸入液面下方的热电偶(12)和升液管(15)，升液管(15)的另一端与所述模具型腔(4)连通；位于坩埚(16)外部的升液管(15)的外周侧由内至外同轴设有上冷却水管(24)、上绝热管(23)、加热装置(22)和上电磁搅拌器(21)；所述半固态流变成形低压铸造方法具体如下：S1：将预制好的金属熔体(13)加入坩埚(16)中；S2：将上模(3)固定于升降装置(2)的升降端部，将下模(25)固定于下横板(8)上；利用加热器(5)将上模(3)和下模(25)分别预热至第一设定温度，并在型腔表面喷涂涂料；随后通过升降装置(2)将上模(3)和下模(25)配对压紧密封，利用加热器(5)将上模(3)和下模(25)分别预热至第二设定温度；S3：通过进气管(10)向坩埚(16)内吹入精炼剂进行喷粉精炼，同时开启下电磁搅拌器(11)对金属熔体(13)进行电磁搅拌，以促进熔体流动、细化熔体颗粒、对熔体进行除气；在电磁搅拌过程中，通过下冷却水管(17)、热电偶(12)和坩埚加温器(19)的作用使坩埚(16)中的金属熔体(13)保持其液相线温度；S4：开启上电磁搅拌器(21)，向坩埚(16)中通入干燥的压缩气体，使金属熔体(13)在气体压力作用下沿升液管(15)上升；金属熔体(13)从坩埚(16)经升液管(15)进入模具型腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：童哲铭，李猛强，童水光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：