技术领域
[0001] 本
发明涉及近净形零件加工领域，特别涉及一种生产高强度近净形金属零件的方法。
背景技术
[0002] 很多复杂形状的金属，例如
铝合金，的复杂近净形零件是通过
铸造铝合金压铸成形。但这种方法受制于合金种类和工艺局限，传统压铸件的强度较低，大多在100-300MPa范围，而且压铸件容易存在气孔或者内部组织疏松，难以达到高端零部件的使用要求，其金
相图如图1所示。
[0003] 上世纪七十年代出现的金属
喷射成形技术可是金属液以一万度/秒数量级的速度超高速冷凝，可制备出传统压技术难以生产的组织细小均匀高合金材料，由此生产的某些7-系铝合金强度可达800MPa，其金相图如图2所示。但是正是由于金属喷射成形技术生成的产品的材质强度较高，所以其可塑性差，本领域一直都是用金属喷射成形技术来直接生产零件坯，之后通过切削、打磨工艺成形最终的零件。对于复杂的零件，喷射成形的技术尽管能做到精密的成形，但是零件结构越复杂、越精密，其层厚就越小，导致其成形的时间就越长。
[0004] 而且，如果把这些金属喷射成形的零件坯进行
重熔压铸，其组织和性能又会变回成很差
水平，其金相图如图3所示。
[0005] 半固态成形技术也是上世纪七十年代发明的一种新的金属成形技术。通过各种工艺手段把金属
凝固过程中生成的树枝晶(如图1所示)变成球团状晶后具有半固态触变特性和压
力下流变充型能力。与传统的压铸相比，半固态成形产品具有强度和致
密度高、收缩率低从而近净形零件的尺寸形状更精准、成形
温度较低使得模具寿命提高等优点。半固态温度是指固-液温度区间的温度。所述近净形零件，是指零件成形后，仅需少量加工或不再加工。
[0006] 目前制备半固态成形金属原料的办法主要有两种：1)凝固过程中实施
超声波震动法，其金相图如图4所示；2)凝固过程中实施热搅拌法，其金相图如图5所示。但它们的工艺复杂、成本高、效率低。而本领域技术人员花费大量的时间、精力去解决如何让树枝晶能更好、更均匀、更快地碎化的问题。
[0007] 金属喷射成形强度高，但重新熔铸后的组织和性能会显著变差，而且铸造工艺性能差。半固态成形的工艺流程中，又必须对材料进行重新熔铸，所以金属喷射成形和半固态成形技术两者是新兴的并行的技术，由于两者工艺流程本身就存在着相互抵触的情况，而各有各的优点，各有各的缺点。复杂零件成形来说，半固态成形的成形速度快，但是强度低，金属喷射成形的加工时间长，但是强度高。
[0008] 金属喷射成形工艺要制作高强度近净形金属零件的研究方向是加快每个层厚形成的速度，而半固态成形的研究方向是如何将树枝晶有效、快速地打碎从而提高其强度。两者的研究方向完全的不同。
发明内容
[0009] 本发明要解决的技术问题是：提供一种生产高强度近净形金属零件的方法。
[0010] 本发明解决其技术问题的解决方案是：
[0011] 一种生产高强度近净形金属零件的方法，包括如下步骤：
[0012] 步骤a)采用金属喷射成形工艺制作出金属锭坯；
[0013] 步骤c)对金属锭坯加热至半固态温度；
[0014] 步骤d)用
挤压工艺将具有半固态温度的金属锭坯用模具形成近净形金属零件。
[0015] 作为上述方案的进一步改进，在步骤c)和步骤d)之间还设有步骤c1)：对金属锭坯进行保温5秒至30秒。
[0016] 作为上述方案的进一步改进，步骤c)中，采用
电磁感应器对金属锭坯进行加热。
[0017] 作为上述方案的进一步改进，步骤d)中，近净形金属零件的成形过程是这样的：模具包括上模、下模，上模、下模上均设有依次相连的进料口段、流道段、型腔段，上模和下模的进料口段、流道段、型腔段拼合成依次连通的进料口、流道、型腔，将处于半固态温度的金属锭坯放入进料口，用与进料口的形状、大小适配的压棍挤压金属锭坯，压棍将处于半固态温度的金属锭坯从模具的进料口，经过狭小的流道进入到模具的型腔中并进行填充，从而形成近净形金属零件。
[0018] 作为上述方案的进一步改进，流道的横截面面积不大于压棍横截面积的十分之一。
[0019] 作为上述方案的进一步改进，步骤d)中，金属锭坯的体积>型腔的体积+流道的体积，压棍对金属锭坯
冲压成形的压力称为第一压力，在完成模具的型腔填充后，压棍用第二压力对近净形金属零件进行保压。
[0020] 作为上述方案的进一步改进，第二压力一般大于第一压力，保压时间不小于3秒[0021] 作为上述方案的进一步改进，步骤d)近净形金属零件的成形过程是这样的：所述模具为
锻造模具，所述模具包括上模和下模，将金属锭坯放在上模和下模之间，用
模锻设备让上模和下模进行合模，从而形成近净形金属零件。
[0022] 作为上述方案的进一步改进，步骤a)和步骤c)之间还设有步骤b)：用压力加工工艺把金属锭坯加工成具有单一截面的金属锭坯。
[0023] 作为上述方案的进一步改进，步骤b)中所述的压力加工工艺包括
热挤压、
热轧中的任意一种。
[0024] 本发明的有益效果是：由于本发明的金属锭坯是采用金属喷射成形工艺制成的，其内部组织非常的细小均匀，不存在着枝晶。把这样的金属锭坯加热至半固态温度不至于产生晶枝，而且流动性好，从而将金属锭坯进行压力成形，将其直接用来生产半固态成形高强度复杂近净形零件，具有设备和工艺流程成本低、效率高、
质量更稳定可靠的特点。本发明利用金属喷射成形超高冷凝速度获取细小圆整金相组织的金属特点，直接将其作为半固态成形坯料生产高强度近净形金属零件，取代传统搅拌等繁琐制备半固态成形坯料的技术，具有工艺流程简短、质量高、综合技术经济效益高的有点。本发明用于金属零件成形。
附图说明
[0025] 为了更清楚地说明本发明
实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。
[0026] 图1是铸造A390铝合金的金相图；
[0027] 图2是喷射成形A390铝合金的金相图；
[0028] 图3是金喷射成形A390铝合金重新进行熔铸冷却后的金相图；
[0029] 图4是A390铝合金液采用
超声波振动法制备的金属锭坯料的金相图；
[0030] 图5是A390铝合金液采用热拌法制备的金属锭坯料的金相图；
[0031] 图6是A390铝合金采用本发明制备的近净形金属零件的金相图。
具体实施方式
[0032] 以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
[0033] 参照图6，这是本发明的应用于A390铝合金的实施例，具体地：
[0034] 一种生产高强度近净形金属零件的方法，包括如下步骤：
[0035] 步骤a)采用金属喷射成形工艺制作出金属锭坯；
[0036] 步骤c)对金属锭坯加热至半固态温度；
[0037] 步骤d)用模具压力成形将具有半固态温度的金属锭坯用模具形成近净形金属零件。
[0038] 本发明的方法利用喷射成形的超高速凝固能直接制成具有细小均匀球团状组织的半固态成形原料，比传统方法制成的原料具有更好的半固态触变成形特性，将其直接用来生产半固态成形高强度复杂形状的近净形零件，具有设备和工艺流程成本低、效率高、质量更稳定可靠的特点。对比图2、图6可知，本发明不但能让近净形金属零件的内部组件结构更加致密，而且基本保持了喷射成形金属细小球状晶粒结构，具有较高的半固态
触变性和流动充型能力，从而实现复杂形状零件的模压成形，而且结构更加致密，所以本发明还能保留金属喷射成形的高强度的特性，而本身强度和可塑性本身就是一对矛盾体，但是通过本发明正是将这两个矛盾体结合在一起。亦即，本发明的半固态成形的工艺避免对喷射成形的金属材料进行重新熔铸，保持其优越的组织和性能，进而成形复杂形状的高强度近净形零件。传统的半固态成形原料的晶粒转变为球形的过程是在搅拌、振动时实现的。而本发明的半固态成形原料通
过喷射成形超高速凝固直接生成更好的品质，大大简化工艺流程、降低成本、提供零件性能。
[0039] 本实施例的步骤a)和步骤c)之间还设有步骤b)：用压力加工工艺把金属锭坯加工成具有单一截面的金属锭坯。这样便于金属锭坯进行精准地截段，每一段的金属锭坯均作为步骤c)中的金属锭坯。
[0040] 本实施例的步骤b)是将金属锭坯
压实成棒状，在实际生产加工时，可以将冷却后的棒状的金属锭坯截段，然后将截段后的金属锭坯进行步骤c)。
[0041] 步骤b)中所述的压力加工等工艺包括热挤压、热轧中的任意一种。这样能提高金属锭坯的塑性，能很好地将金属锭坯内的孔隙进行消除，并有利于制备合适形状和重量的半固态成形原料坯。
[0042] 金属喷射成形的金属锭坯内部存在少量(约1％体积)的孔隙经过步骤b)、d)后能将得以有效地消除，能有效保障金属近净形零件的强度。
[0043] 为了让金属锭坯的内外温度较为一致，在步骤c)和步骤d)之间还设有步骤c1)：对金属锭坯进行保温5秒至30秒。
[0044] 本实施例的步骤c)中，采用电磁感应器对金属锭坯进行加热，这样能通过调整
频率和功率很好地对金属整体同时地加热，避免传统的外部加热法让金属锭坯的外部先热甚至
熔化，内部才能达到半固态温度，有效地减少加热时间，实现很好的整体温度的控制，同时让金属锭坯的内部和外部均不会再次出现树枝晶，在确保生产效率的前提下，避免了本发明在背景技术中记载的“喷射成形材料重熔压铸，其组织和性能又会变回成很差水平”的问题。
[0045] 步骤d)中，近净形金属零件的成形过程是这样的：模具包括上模、下模，上模、下模上均设有依次相连的进料口段、流道段、型腔段，上模和下模的进料口段、流道段、型腔段拼合成依次连通的进料口、流道、型腔，将处于半固态温度的金属锭坯放入进料口，用与进料口的形状、大小适配的压棍挤压金属锭坯，压棍将处于半固态温度的金属锭坯从模具的进料口，经过狭小的流道进入到模具的型腔中并进行填充，从而形成近净形金属零件。由于流道的横截面积较小，所以在充型时，金属锭坯在流道中受到的压力会非常的大，这样能让近净形金属零件的内部结构会更加的致密。本实施例的进料口、压棍、金属锭坯的形状和大小均相同，这样能最大限度地防止气体进入近净形金属零件的内部，也能防止金属锭坯表面发生塑性
变形从而包住气体，将气体带入到近净形金属零件的内部。
[0046] 流道的横截面面积通常被设置成不大于压棍横截面积的十分之一。流道的横截面面积小，能加大晶粒融合、磨圆的作用。
[0047] 步骤d)中，金属锭坯的体积>型腔的体积+流道的体积，压棍对金属锭坯的压力称为第一压力，在完成模具的型腔填充后，压棍用第二压力对近净形金属零件进行保压，以避免气体析出和形成疏松。本实施例的第二压力大于第一压力，保压时间不小于3秒，由于有保压的设置，能很好地保障近净形金属零件的致密度。
[0048] 当然，也可以在步骤b)中，将金属锭坯用压力加工工艺将金属锭坯压成整体形状接近近净形金属零件然后再进行如下的步骤b)。
[0049] 步骤d)所述模具为锻造模具，所述模具包括上模和下模，将金属锭坯放在上模和下模之间，用模锻设备让上模和下模进行合模，从而形成近净形金属零件。
[0050] 在完成近净形零件坯的加工后，可进一步地进行机加工，从而去除
飞边、流道余料，还可以进一步地进行
热处理。
[0051] 以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本
申请权利要求所限定的范围内。
