形成液锻物品的方法和装置制造方法及图纸

一种形成液锻物品的方法。该方法包括：将熔化物引入模腔；相对于所述模腔移动冲头，使得熔化物进入所述冲头中的至少一个高纵横比腔，并且气体经由所述冲头中的至少一个排气口插件释放；以及当熔化物在所述高纵横比腔中凝固时，在熔化物上施加成型压力。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及形成液锻(liquid-forged)物品的方法和装置，具体但不限于涉及形成具有高纵横比(aspect ratio)特征的近似网状的液锻物品。
技术介绍
具有高纵横比特征的物品通常采用对金属(例如铝Al)进行机加工、挤压、锻造或铸造等方法来形成。机加工是生成具有高度公差控制和良好表面处理的物品的工艺。然而该工艺耗时且昂贵，导致大量的材料浪费，不适于大规模生产。挤压和锻造是生成具有良好结构完整性的物品的工艺。然而传统的挤压和锻造不能形成要求高密度的高纵横比特征的物品，例如图1和2所示的具有紧密相邻的散热片和销的散热器。压模铸造(高低压)是工业中广泛采用的具有竞争力的技术，该技术在材料凝固期间具有某种形式的间接压力。重力或压模铸造允许物品在压力极小或没有压力时凝固。 然而，通过重力或压模铸造方法得到的物品通常具有局限性，例如由于高压压模铸造中内浇口的高度扰动而在物品结构中产生气孔，或重力铸造中的气体残留，使得机械性能很差。 压模铸造也无法形成没有变形且具有高纵横比特征的近似网状物品，例如图1所示的具有高纵横比散热片10的圆形散热器，其每个散热片10的高度(h)与厚度(t)之比大于40比 1，即h t>40 1。此外，材料的选择自然只限于铸造合金，但是对于作为热管理部件(例如散热器)的物品来说，由于其加强了散热性能，需要用低硅锻铝(low silicon wrought Al)合金或纯铝制作。然而，由于铸造过程中产生的收缩缺陷，不能成功地铸造这些材料。挤压铸造或液态锻造在凹凸模机组座中使用直接压力下的至少部分熔融金属来形成物品。可以获得改善的物品公差以及最小化的材料变形和收缩缺陷。然而，仍然存在由于气体残留而形成的气孔组织和不完整部分的问题，在形成具有高纵横比特征的物品时尤其如此。当高纵横比特征被要求具有相对较小的尺寸时这种问题更加严重，例如特征厚度为2mm或2mm以下的情况，因为在这种较小特征中气孔可以占据该特征的很大部分，从而导致材料破裂和/或部件故障。
技术实现思路
根据第一示例性实施方式，提供一种形成液锻物品的方法。该方法包括将熔化物引入模腔；相对于所述模腔移动冲头，使得熔化物进入所述冲头中的至少一个高纵横比腔， 并且气体经由所述冲头中的至少一个排气口插件释放；以及当熔化物在所述高纵横比腔中凝固时，在熔化物上施加成型压力。该方法还可包括在将物品保持在所述模腔内时，相对于所述模腔移走所述冲头。 优选通过在凹槽内形成物品的保持部而将物品保持在所述模腔内，其中所述凹槽设置在位于模具中的保持销中，所述模具包括所述模腔。根据第二示例性方面，提供一种形成液锻物品的装置。该装置包括模腔，所述模腔用于接收熔化物；以及冲头，所述冲头被构造用以在熔化物上施加成型压力，所述冲头包4括用于接收熔化物的至少一个高纵横比腔和允许从所述高纵横比腔释放气体的至少一个排气口插件。对两个方面，优选通过具有所述高纵横比腔的排气口插件限定的排气通道释放气体。还可通过设置在所述排气口插件内的与所述排气通道流体连通的至少一个气体出口进一步释放气体。所述排气口插件优选包括头部和插入部，所述头部被构造用以相对于所述高纵横比腔定位所述排气口插件，而所述插入部被构造用以延伸到所述高纵横比腔内。所述插入部可为截面积在其向所述高纵横比腔内延伸时递减的锥形。所述排气口插件可设置与所述排气通道流体连通的至少一个气体出口。所述至少一个气体出口优选设置在所述头部中。所述排气通道的尺寸优选设计成防止过量的熔化物在其中流动以避免所述排气通道被凝固的熔化物阻塞。所述排气通道可具有2mm-6mm的长度，并且其中在所述排气口插件和所述高纵横比腔的壁之间可具有至少20mm的间隙公差。该装置还包括保持销，所述保持销用于当相对于所述模腔移走所述冲头时，将物品保持在所述模腔内，所述保持销设置在包含所述模腔的模具内。所述保持销优选包括用于凝固其中的熔化物的凹槽，以在所述凹槽内形成物品的保持部。该装置还可包括多个高纵横比腔和相应的多个排气口插件。所述多个排气口插件可独立设置。根据第三示例性方面，提供一种采用如第一方面所述的方法形成的具有高纵横比特征的液锻物品。根据第四示例性方面，提供一种使用如第二方面所述的装置形成的具有高纵横比特征的液锻物品。附图说明为使本专利技术能被充分理解并且易于实施，现通过本专利技术的示例性实施方式的非限制性实例并且参照附图进行描述。其中图1 (a)是具有高纵横比特征的物品(即具有锥形散热片的圆形散热器)的侧视图；图1 (b)是图1 (a)的散热器的俯视图；图2是具有高纵横比特征的典型物品实例(即具有锥形散热片、销和径向散热片的散热器)的透视图；图3是形成液锻物品的示例性方法的流程图；图4是在将熔化物引入模腔的形成步骤中的形成液锻物品的示例性装置的横截面侧视图；图5是在将冲头移入模腔的形成步骤中的如图4所示的装置；图6是如图4所示的装置的冲头中的排气口插件的横截面侧视图；图7是如图6所示的排气口插件的局部放大图；图8是在将冲头相对于模腔远离移动的形成步骤中的如图4所示的装置；图9是在从模腔中进行成品脱模的形成步骤中的如图4所示的装置；图10是移除一部分成品的侧视图；图11是形成有毛边(flash)的高纵横比特征的侧视图；图12是采用本专利技术的示例性方法和装置形成的示例性物品的透视图；图13 (a)是通过传统铸造获得的材料晶粒尺寸的显微照片；以及图13(b)是通过本专利技术获得的材料晶粒尺寸的显微照片。具体实施例方式如图3-10所示，提供一种形成液锻物品的示例性方法100和装置20，该液锻物品具有至少一个高纵横比特征，其高度与宽度之比优选大于40 1。装置20包括冲头22，冲头22具有至少一个用于在液锻物品30中形成高纵横比特征34的高纵横比腔M。针对具有多个高纵横比特征34的物品，相应地在冲头22中设置多个高纵横比腔M。每个高纵横比腔M具有与待形成在物品30中的所需特征(例如图2 所示散热器中的销或散热片)相对应的内腔形状。高纵横比腔M可由设置在冲头22中的相应的高纵横比特征25限定。装置20还包括设置在模具42中用于部件保持和脱模的底部拨具或保持销44。在示例性实施方式中，底部拨具或保持销44设有采用榫接配合(dovetail fit)来保持成品的梯形凹槽46。冲头22和模具42优选定向和设置为顶部冲头22和底部模具42。如图4所示，在示例性方法100的第一步骤中，将包括用于形成物品30的、至少部分熔融的材料的熔化物52，例如通过流槽50，引入到模具42、102的模腔41。融化温度的范围为710V _750°C，取决于材料的选择。接着，如图5所示，冲头22相对于模腔41移动以接触模腔41、104中的熔化物52， 以使得熔化物52进入保持销44中的凹槽46，从而在液锻物品30中形成保持部36。还使得熔化物52流动并进入冲头22的高纵横比腔M，优选通过使冲头22按照箭头60所示朝向模腔41来实现。冲头22和模腔41之间的下冲(ram down)速度或相对速度优选小于 0. 5ms-l以允许熔化物52彻底填满腔M。实质上没有气泡在进入并填充高纵横比腔M的熔化物52内或由进入并填充高纵横比腔M的熔化物52形成，这是因为气体通过设置在冲头22、10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡明华，何明光，王湕恺，林姁莹，苏淳伟，
申请(专利权)人：新加坡科技研究局，
类型：发明
国别省市：