[0045] 所述外表面温度T0由设置在边缘的温度传感器监测,中心温度T1由设置在中心处的温度传感器监测,T40为35~45%液相率(35%≤x≤45%)中某一液相率对应的温度,T50为45~54%液相率(45%
[0046] 所述全功率的功率范围为60~100KW。所述采用的全功率大小与铸锭直径大小有关:铸锭直径150~200mm时,采用功率80~100KW;铸锭直径100~150mm时,采用功率60~80KW。
[0047] 优选地,步骤C中,所述半固态浆料压入型腔中的下油缸冲头压力为10~30MPa。进一步增大冲头压力将加大半固态合金成型时固液分离类缺陷形成的可能性。
[0048] 与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
[0049] (1)本发明技术方案半固态浆料传递过程热量损失小。本发明中,由于半固态浆料传递时间短,且与半固态浆料接触的模具与半固态浆料温差较小,能够有效的减少半固态浆料传递过程中的热量损失。以托板下行速率0.2m/s计算,从半固态浆料制备完成到开始半固态挤压铸造,整个时间间隔<2秒;在半固态浆料制备过程中,除半固态坯料外,上油缸冲头、托板、上模底部也同时被电
磁场加热,所以,在半固态浆料转移过程中,与半固态浆料接触的托板、上模底部都具有较高的温度,半固态浆料在传递过程中(托板下行的过程中)的热量损失非常小,有效的解决了半固态浆料制浆后转移过程中热量损失较大的行业性技术难题。
[0050] (2)本发明技术方案制备的半固态浆料的成型能力与工艺
稳定性优于传统方法。由于半固态浆料在传递过程中的热量损失得到了有效控制,与常规半固态成形过程相比,本发明成型方法中半固态浆料挤压铸造时,由冲头、压室
传热所导致的半固态浆料热量损失显著减小,半固态浆料挤压铸造前的温度下降很小,因此半固态浆料填充模具型腔的能力与充型后补缩能力都得到了有效的提高,且整个成型方法可重复性高。
[0051] (3)本发明技术方案采用外表面和中心双点控温的分段变功率加热法原位制备半固态浆料,所需要的时间在现有技术
基础上进一步缩短。“半固态金属坯料全自动连续式二次加热装置”(CN201310521522.1)公开的方法需要10分钟加热时间获得半固态浆料;采用本发明技术方案,直径为200mm-高度为150mm的A365.2铸锭6分钟即可获得液相率为55%的半固态浆料,半固态制浆时间缩短40%以上。
[0052] (4)本发明技术方案可有效降低挤压铸造设备的制造成本。由于半固态浆料在传递过程中的热量损失得到了有效控制,半固态浆料挤压铸造时,液相率较高且温度均匀,成型时
流动阻力较小,可以采用较小压力完成挤压铸造,因此,挤压铸造设备可以选用较小吨位的成型上油缸和铸造机
框架,显著降低了挤压铸造机的制造成本。
[0053] (5)本发明技术方案便于实现机械化,便于减少人工操作带来的工艺误差,能够显著降低铸件
制造过程中人工体力消耗,更有利于实现安全生产。
附图说明
[0054] 通过阅读参照以下附图对非限制性
实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0055] 图1为本发明采用的铝/镁合金半固态浆料原位加热制备与挤压铸造成型装置原理示意图;
[0056] 图2为铝/镁合金半固态浆料原位加热制备和挤压铸造成型原理示意图:其中图2(a)半固态坯料装载与原位加热;图2(b)半固态浆料制备后托板下行复位,半固态浆料运送至模具型腔中;图2(c)半固态浆料挤压铸造成型;
[0057] 图3为下油缸托板处示意图;
[0058] 其中,1-上油缸底座;2-开合模底座;3-电磁加热控制柜;4-侧油缸;5-下油缸底座;6-下油缸;7-下油缸冲头;8-半固态坯料/半固态浆料;9-上油缸冲头;10-上油缸;11-成型导杆;12-上模底座;13-工作平台;14-托板;15-
热电偶;16-硬质
石棉板;17-连接加热控制柜;18-上模;19-石棉层;20-电磁感应线圈;21-陶瓷纤维内胆;22-侧模;23-模具型腔;24-下模;25-托板槽。
具体实施方式
[0059] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0060] 实施例1
[0061] 本例为采用铝/镁合金半固态浆料原位加热制备和挤压铸造成型方法制备A356.2铝合金
汽车轮毂。采用的装置示意图如图1和图3所示,过程原理示意图如图2所示。
[0062] 所述铝/镁合金半固态浆料原位加热与挤压铸造成型装置,包括挤压铸造机和设置在挤压铸造机内的带有半固态浆料原位加热系统的模具,所述带有半固态浆料原位加热系统的模具包括上模18、下模24、侧模22和其形成的模具型腔23,所述上模18的中心处设置有连通模具型腔的半固态坯料原位加热腔,所述半固态坯料/浆料原位加热腔的外侧设置有原位加热系统;
[0063] 所述挤压铸造机包括上油缸10、下油缸6和侧油缸4,所述上油缸10连接有上油缸冲头9,下油缸6连接有下油缸冲头7,上油缸冲头9和下油缸冲头7分别设置在半固态坯料/浆料原位加热腔的上方和下方;所述侧油缸4与相应的侧模22连接。
[0064] 所述半固态坯料/浆料原位加热腔的下方设置有托板14,所述托板14与下油缸冲头7相连且两者之间设置有硬质石棉板16;所述下模24上设置有托板槽25,托板槽25内表面形状与托板14外表面形状相同。
[0065] 所述托板14的中心和边缘分别设置有温度传感器;所述边缘设置的温度传感器位于边缘10mm处。所述温度传感器使用前表面喷涂胶体石墨,且温度传感器位于后续成型过程中半固态浆料不流动的部位;所述温度传感器的直径为8mm、高度为8mm。
[0066] 所述原位加热系统包括从内到外依次设置的陶瓷纤维内胆21、电磁感应线圈20和石棉层19。
[0067] 所述陶瓷纤维内胆21、石棉层19通过定位环与上模18进行定位连接。
[0068] 所述挤压铸造机还包括平行设置支架上的上油缸底座1、开合模底座2、上模底座12、工作平台13、下油缸底座5,所述上油缸底座1与上油缸10连接,开合模底座2与上模底座
12之间设置有与支架平行的成型导杆11,下油缸底座5与下油缸6连接;
[0069] 所述上模18的上方连接上模底座12,上模底座12上设置有加热控制柜17,所述加热控制柜17与原位加热系统中的电磁感应线圈20连接,并随上模底座12同向同速运动;
[0070] 所述侧模22设置在工作平台13的两端,下模24设置在工作平台13上方;所述侧油缸4设置在侧模22的外侧,并通过成型导杆11与侧模22连接。
[0071] 所述半固态坯料8为直径200mm高150mm的A356.2铝
合金锭,其采用电磁搅拌半连续铸造制备,坯料底面距离外表面10mm处和中心处预留圆孔,用于对接温度传感器。所述温度传感器为热电偶15。
[0072] 采用上述装置制备A356.2铝合金汽
车轮毂的具体步骤如下:
[0073] 步骤1:半固态坯料的装载:16寸铝合金汽车轮毂模具在350吨挤压铸造机上油缸10和侧油缸4的作用下完成模具合模,轮毂模具由上下、左右模具组成,模具初始温度为250~300℃。模具合模后,托板14上行至其上表面与上模底座12上表面齐平,通过机械手放入事先预热的铝合金半固态坯料8(固态),坯料
质量为轮毂毛坯总质量的105±2%,坯料预热温度为550°±5℃,然后托板14下行至电磁感应线圈20下表面,同时上油缸冲头9运动到电磁感应线圈20上表面,至此,半固态坯料8(固态)处于电磁感应线圈20加热区域。
[0074] 步骤2:半固态浆料的制备:使用80KW中频感应加热(1~10KHZ)电源,对预热后的铝/镁合金半固态坯料(固态)进行加热;半固态坯料底面距离外表面10mm处和中心处预留的圆孔,用于对接托板14上的热电偶15 其中外表面的热电偶为主控温热电偶T0,中心处的热电偶为次控温热电偶T1;A356.2铝合金40%液相率温度T40为573℃,50%液相率温度T50为576℃,55%液相率温度T55为582℃。
[0075] 具体加热方法如下:
[0076] (1)当半固态坯料8外表面温度T0≤573℃时:当0582℃时,停止加热;
[0077] (2)当半固态坯料8外表面温度T0介于573℃~576℃之间时(573℃582℃时,停止加热;
[0078] (3)当半固态坯料8外表面温度T0介于576℃~582℃之间时(576℃582℃时,停止加热;
[0079] (4)当半固态坯料外表面温度T0>582℃时,停止加热;
[0080] (5)半固态坯料中心温度T1达到582±2℃的累积时间≥60秒即完成半固态浆料的制备工作,即得到液相率为55%的半固态浆料。
[0081] 步骤3:半固态浆料8的挤压铸造成型:待A356.2半固态浆料8(半固态)完成制备后,托板14以0.4m/s的速率下行,延迟0.1秒后上油缸冲头9以同样的速率下行,待托板14下行至与托板槽25重合后停止下行,而上油缸冲头9继续下行,将半固态浆料8压入模具型腔23中,完成A356.2轮毂的半固态挤压铸造成型。从半固态浆料制备完成到开始半固态挤压铸造,整个时间周期<2秒。
[0082] 步骤4:待铸件完全凝固后,上油缸冲头回位,打开模具,托板上行,顶出铸件。
[0083] A356.2铝合金半固态坯料(固态)采用电磁搅拌半连续铸造制备,晶粒尺寸仅为100~150μm。制备得到的A356.2铝合金轮毂
轮辐中心处的晶粒尺寸仅为150~250μm,与常规低压铸造A356.2铝合金轮毂(轮辐中心处晶粒尺寸为700~1000μm)相比,晶粒尺寸显著细化,轮毂轮辐处的强塑性均得到显著提升。
[0084] 实施例2
[0085] 本例为采用铝/镁合金半固态浆料原位加热制备和挤压铸造成型方法制备AZ91D镁合金汽车轮毂。
[0086] 采用的设备与实施例1相同。AZ91D半固态坯料直径200mm高150mm,采用电磁搅拌半连续铸造制备。
[0087] 具体制备步骤如下:
[0088] 步骤1:半固态坯料的装载:16寸镁合金汽车轮毂模具在350吨挤压铸造机油缸的作用下完成模具合模,轮毂模具由上下、左右部分模具组成,模具初始温度为300~350℃。模具合模后,托板上行至其上表面与上模座板上表面齐平,通过机械手放入事先预热的镁合金半固态坯料(固态),坯料质量为轮毂毛坯总质量的105±2%,坯料预热温度为430±5℃,然后托板下行至电磁感应线圈下表面,同时上油缸冲头运动到电磁感应线圈上表面,至此,半固态坯料(固态)处于电磁感应线圈加热区域。
[0089] 步骤2:半固态浆料的制备:使用80KW中频感应加热(1~10KHZ)电源,将预热后的铝/镁合金半固态坯料(固态)进行加热;半固态坯料底面距离外表面10mm处和中心处预留的圆孔,用于对接托板上的热电偶 其中外表面热电偶为主控温热电偶T0,中心处热电偶为次控温热电偶T1;AZ91D镁合金40%液相率温度T40为556℃,
50%液相率温度T50为568℃,55%液相率温度T55为573℃。
[0090] 具体加热方法如下:
[0091] (1)当半固态坯料外表面温度T0≤556℃时:当0573℃时,停止加热;
[0092] (2)当半固态坯料外表面温度T0介于556℃~568℃之间时(556℃573℃时,停止加热;
[0093] (3)当半固态坯料外表面温度T0介于568℃~573℃之间时(568℃573℃时,停止加热;
[0094] (4)当半固态坯料外表面温度T0>573℃时,停止加热;
[0095] (5)半固态坯料中心温度T1达到573±2℃的累积时间≥60秒即完成半固态浆料的制备工作,即得到液相率为55%的半固态浆料。
[0096] 步骤3:半固态浆料的挤压铸造成型:待AZ91D半固态浆料(半固态)完成制备后,托板以0.4m/s的速率下行复位,延迟0.1秒后上油缸冲头以同样的速率下行,待下行至与托板槽重合后停止下行,而上油缸冲头继续下行,将半固态浆料压入模具型腔中,完成AZ91D轮毂的半固态挤压铸造成型。从半固态浆料制备完成到开始半固态挤压铸造,整个时间周期<2秒。
[0097] 步骤4:待铸件完全凝固后,上油缸冲头回位,打开模具,托板上行,顶出铸件。
[0098] AZ91D镁合金半固态坯料(固态)采用电磁搅拌半连续铸造制备,晶粒尺寸仅为50~100μm。制备AZ91D镁合金轮毂轮辐中心处的晶粒尺寸为100~200μm,与常规低压铸造AZ91D镁合金轮毂(轮辐中心处处晶粒尺寸为400~600μm)相比,晶粒尺寸显著细化,轮毂轮辐处的强塑性均得到显著提升。
[0099] 实施例3
[0100] 采用实施例1所示的设备和方法对直径为200mm-高度为150mm的A365.2铸锭进行半固态浆料的原位加热制备半固态浆料,6分钟即可获得液相率为55%的半固态浆料。而现有装置(CN201310521522.1中公开的半固态金属坯料全自动连续式二次加热装置)公开的半固态浆料 制备时间为10分钟,可见采用本发明设备的半固态浆料制浆时间缩短了40%以上。
[0101] 实施例4
[0102] 采用实施例1所示的设备和方法对直径为200mm-高度为150mm的A365.2铸锭进行半固态浆料的原位加热制备半固态浆料与轮毂挤压铸造成型,不同之处仅在于:本实施例中,采用A356.2铝合金35%液相率温度T40为573℃,46%液相率温度T50为575℃,54%液相率温度T55为581℃。
[0103] 本实施例制备的A356.2铝合金轮毂轮辐中心处的晶粒尺寸为150~250μm,与常规低压铸造相比,A356.2铝合金轮毂轮辐处晶粒尺寸显著细化,轮辐处的强塑性均得到显著提升。
[0104] 实施例5
[0105] 采用实施例1所示的设备和方法对直径为200mm-高度为150mm的A356.2铸锭进行半固态浆料的原位加热制备半固态浆料与轮毂挤压铸造成型,不同之处仅在于:本实施例中,采用A356.2铝合金45%液相率温度T40为573℃,53%液相率温度T50为579℃,60%液相率温度T55为586℃。
[0106] 本实施例制备的A356.2铝合金轮毂轮辐中心处的晶粒尺寸为150~250μm,与常规低压铸造相比,A356.2铝合金轮毂轮辐处晶粒尺寸显著细化,轮辐处的强塑性均得到显著提升。
[0107] 对比例1
[0108] 本对比例与实施例1的采用的装置及制备方法基本相同,不同之处仅在于减少控制温度数量,控制温度仅保留液相率50%对应温度T50和液相率55%对应温度T55,所述具体加热方法如下:
[0109] (1)当半固态坯料外表面温度T0≤576℃(T50)时:当0582℃时,停止加热;
[0110] (2)当半固态坯料外表面温度T0介于576℃~582℃之间(576℃582℃时,停止加热;
[0111] (2)当半固态坯料外表面温度T0>582℃时,停止加热;
[0112] (4)半固态坯料中心温度T1达到582±2℃的累积时间≥60秒即完成半固态浆料的制备工作,即得到液相率为55%的半固态浆料。
[0113] 采用减少控制温度数量的做法时,第一个控温点设置过高,如本实施例中的576℃(液相率50%),由于热电偶测温存在时间上的滞后,而电磁感应加热是一种非常高效的加热方法,当热电偶感检测到的温度为576℃时,铸锭表面的实际温度已经达到586~591℃,此时铸锭表面已经进入可以在重力下流动的高液相率阶段(液相率60~63%):液相率过高会导致挤压时固液分离现象的发生,形成宏观偏析,宏观偏析会导致轮毂性能的急剧下降,导致产品报废。
[0114] 对比例2
[0115] 本对比例与实施例1的采用的装置及制备方法基本相同,不同之处仅在于减少控制温度数量,控制温度仅保留液相率40%对应温度T40和液相率55%对应温度T55,所述具体加热方法如下:
[0116] (1)当半固态坯料外表面温度T0≤573℃(T40)时:当0582℃时,停止加热;
[0117] (2)当半固态坯料外表面温度T0介于573℃~582℃之间(573℃582℃时,停止加热;
[0118] (2)当半固态坯料外表面温度T0>582℃时,停止加热;
[0119] (4)半固态坯料中心温度T1达到582±2℃的累积时间≥60秒即完成半固态浆料的制备工作,即得到液相率为55%的半固态浆料。
[0120] 采用减少控制温度数量的做法时,第一个控温点设置在液相率35%~45%,第二个控温点设置在目标值(本实施例中的液相率55%)时,虽然进入高液相率(>60%)的
风险显著降低,但达到目标液相率所需要的时间显著增加。如本对比例中,半固态浆料加热所需时间由本专利
申请中的分段变功率控温法的5~6min提升到9~10min,加热效率显著下降,加热时间上与现有方法(“半固态金属坯料全自动连续式二次加热装置”(CN201310521522.1))相当,不具有显著的进步性。
[0121] 综上所述,与现有技术相比,本发明所提供的铝/镁合金半固态浆料原位加热制备和挤压铸造成型方法能够有效的减少半固态浆料传递过程的热量损失、提高半固态浆料成型性和工艺稳定性,缩短半固态浆料电磁感应加热制备所需要的时间,可以采用更小吨位的挤压铸造机从而显著降低设备成本,同时,本发明技术方案更利于实现机械化和安全生产。
[0122] 本发明具体应用途径很多,以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出,以上实施例仅用于说明本发明,而并不用于限制本发明的保护范围。对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。