一種變形鋁合金工件鑄鍛合一成型工藝的製作方法

2024-02-20 19:11:15 1

本發明涉及鋁合金工件製造技術領域，尤其涉及一種變形鋁合金工件鑄鍛合一成型工藝。

背景技術：

鋁合金按照加工方式不同可以分為鑄造鋁合金和變形鋁合金。鑄造鋁合金可以通過鑄造成型，精密工件一般不採用鑄造鋁合金鑄造成型，而且鑄造鋁合金中矽的含量比變形鋁合金中的高，鑄造鋁合金較脆，因此鑄造鋁合金的強度和甦醒較差，鑄造鋁合金的優點在於直接鑄造成型，成型成本低；變形鋁合金各項力學性能均優於鑄造鋁合金，然而變形鋁合金需要通過熔煉、澆注、成錠、擠壓、鍛造等熱加工工序，生產出變形鋁合金半成品，然後再通過車床、銑床、切割、雕刻等加工製成工件成品，變形鋁合金製成的工件成品的力學性能優於鑄造鋁合金鑄造的工件。鋁合金還具有質量輕的特點，因此常用於航天航空領域。例如飛機上的座椅支架就是採用變形鋁合金製造，變形鋁合金製成板材，然後通過切割、雕刻機雕刻製成座椅支架，座椅支架各種力學性能均能滿足要求。

但是變形鋁合金需要先製造半成品，然後通過後續加工製成成品，生產效率比鑄造成型低很多，後續加工成本非常大；如果將變形鋁合金直接採用鑄造的方式直接成型，成型後的工件力學性能顯著下降，無法滿足強度需求。因此，如何提高變形鋁合金的成型效率、降低加工成本是一個重點和難點。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中的變形鋁合金加工效率低、加工成本高的問題，提供了一種變形鋁合金工件鑄鍛合一成型工藝，通過該工藝直接製造出滿足力學強度的完整的工件，省去了半成品製造及其後續加工工序，極大的提高了工件的製造效率同時降低加工成本。

為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種變形鋁合金工件鑄鍛合一成型工藝，其特徵是，包括以下步驟：a、模具合模，750℃以上的液態的變形鋁合金注入模腔；模具包括下模、上模，上模與下模合模後形成模腔，所述下模的底部設有進液流道，上模內設有模腔調節滑塊，模腔調節滑塊的外端與壓力機連接，上模與下模的連接處設有若干溢流孔，模具內設有加熱機構和溫度傳感器，溫度傳感器用於檢測模腔內壁處的溫度；b、模腔內的變形鋁合金第一次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為480℃-500℃時，壓力機通過模腔調節滑塊對變形鋁合金進行第一次擠壓成型，製成工件粗坯，模腔內多餘的變形鋁合金從溢流孔處擠出；c、模腔內的變形鋁合金第二次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為420℃-440℃時，壓力機保持不動，模具內的加熱機構加熱，溫度傳感器檢測到溫度達到500℃-520℃時，加熱機構停止加熱；d、模腔內的液態變形鋁合金第三次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為400℃-420℃時，壓力機通過推動模腔調節滑塊對變形鋁合金進行第二次擠壓成型，製成變形鋁合金工件；e、變形鋁合金工件自然冷卻至50℃以下時，模腔調節滑塊復位，上模、下模脫離，取出變形鋁合金工件。

液態的變形鋁合金注入模腔後，第一次自然冷卻溫度至480℃-500℃，該溫度為靠近模腔內壁處的溫度，變形鋁合金中間部位的溫度為530℃左右，變形鋁合金處於固液混合狀態，第一次擠壓成型，主要是對工件預定型，同時把多餘的原料擠掉；第二次自然冷卻至420℃-440℃時，變形鋁合金中間部位的溫度為470℃左右，然後對模具快速加熱，靠近模腔內壁處的變形鋁合金優先吸熱升溫，當溫度傳感器檢測到溫度為500℃-520℃，變形鋁合金中間部位的溫度為500℃左右，然後進行第三次自然冷卻至400℃-420℃，此時模腔內的變形鋁合金各個部位的溫度趨於均勻，然後進行第二次擠壓成型；二次擠壓成型製成的變形鋁合金工件內部力學性能穩定，能夠滿足力學要求，而且變形鋁合金工件精度高，無需後續加工，極大的提高了製造效率、降低製造成本。

作為優選，壓力機第一次擠壓成型壓力為50-60MPa，壓力機第二次擠壓成型壓力為70-75MPa。第二次擠壓時，變形了鋁合金溫度較低、壓力增大，從而提高變形鋁合金工件的精度。

作為優選，在步驟d中，二次成型製成變形鋁合金工件之後，變形鋁合金工件自然冷卻至300℃-320℃時，壓力機通過模腔調節滑塊對變形鋁合金工件進行第三次擠壓。第三次擠壓前，模腔內的變形鋁合金已經完全固化定性，通過第三次擠壓，使得變形鋁合金表面的尺寸精度提高。

作為優選，壓力機第三次擠壓壓力為80-100MPa。

作為優選，在步驟a中，模具合模後進行預熱處理，預熱溫度為220℃-250℃，預熱時間為30s-50s。將模具預熱處理，防止液態的變形鋁合金進入模腔後快速與模具熱交換，導致變形鋁合金靠近模腔內壁處與中間部位的溫差過大。

作為優選，在液態變形鋁合金中加入質量比為0.3%-0.5%的晶粒細化劑。晶粒細化劑在變形鋁合金冷卻凝固過程中使晶粒細化，能提高組織緻密性、提高力學性能。

作為優選，所述的晶粒細化劑為AlTi。AlTi與液態的變形鋁合金中的鋁發生反應形成TiAl3粒子，TiAl3粒子在合金溶液的對流作用下分散到整個合金溶液中，從而起到顯著的細化晶粒作用。

作為優選，模具外側設有超聲波發生器，整個模具置於超聲波中。超聲波為變形鋁合金溶液提供能量，使得變形鋁合金中的晶粒運動更加劇烈，晶粒分布更加均勻，成型後的變形鋁合金工件的力學性能、機械性能更加穩定。

因此，本發明鑄鍛合一的工藝直接製造出的完整的變形鋁合金工件，省去了半成品環節，省去了後續機械加工環節，極大的提高了變形鋁合金產品的製造效率，降低了製造成本，通過本工藝製得的變形鋁合金工件的力學性能達到傳統工藝製造的變形鋁合金工件的性能。

附圖說明

圖1為本發明中模具的結構示意圖。

圖中：下模1、上模2、模腔3、進液流道4、模腔調節滑塊5、壓力機6、溢流孔7、加熱機構8、溫度傳感器9。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步描述：

實施例1：一種變形鋁合金工件鑄鍛合一成型工藝，包括以下步驟：

a、模具合模，模具合模後進行預熱處理，預熱溫度為220℃-250℃，預熱時間為30s-50s，750℃以上的液態的變形鋁合金注入模腔；如圖1所示，模具包括下模1、上模2，上模與下模合模後形成模腔3，下模的底部設有進液流道4，上模內設有模腔調節滑塊5，模腔調節滑塊的外端與壓力機6連接，上模與下模的連接處設有若干溢流孔7，模具內設有加熱機構8和溫度傳感器9，溫度傳感器用於檢測模腔內壁處的溫度；

b、模腔內的變形鋁合金第一次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為480℃-500℃時，此時模腔中心部位的變形鋁合金的溫度為530℃左右，壓力機通過模腔調節滑塊對變形鋁合金進行第一次擠壓成型，製成工件粗坯，壓力機第一次擠壓成型壓力為50-60MPa，模腔內多餘的變形鋁合金從溢流孔處擠出；c、模腔內的變形鋁合金第二次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為420℃-440℃時，此時模腔中心部位的變形鋁合金的溫度為470℃左右，壓力機保持不動，模具內的加熱機構加熱，溫度傳感器檢測到溫度達到500℃-520℃時，加熱機構停止加熱，此時模腔中心部位的變形鋁合金的溫度為500℃左右；d、模腔內的液態變形鋁合金第三次自然冷卻，溫度傳感器檢測到溫度為400℃-420℃時，此時模腔中心部位的變形鋁合金的溫度為410℃左右，腔內的變形鋁合金各個部位的溫度趨於均勻，壓力機通過推動模腔調節滑塊對變形鋁合金進行第二次擠壓成型，製成變形鋁合金工件，壓力機第二次擠壓成型壓力為70-75MPa；二次成型製成變形鋁合金工件之後，變形鋁合金工件自然冷卻至300℃-320℃時，壓力機通過模腔調節滑塊對變形鋁合金工件進行第三次擠壓，壓力機第三次擠壓壓力為80-100MPa；e、變形鋁合金工件自然冷卻至50℃以下時，模腔調節滑塊復位，上模、下模脫離，取出變形鋁合金工件。

實施例2：在熔化爐內的液態變形鋁合金中加入質量比為0.3%-0.5%的晶粒細化劑，晶粒細化劑為AlTi，並在模具外側設置超聲波發生器，整個模具置於超聲波中；將含有晶粒細化劑的液態變形鋁合金注入模腔，其餘步驟與實施例1相同。

本發明鑄鍛合一的工藝直接製造出的完整的變形鋁合金工件，省去了半成品環節，省去了後續機械加工環節，極大的提高了變形鋁合金產品的製造效率，降低了製造成本，通過本工藝製得的變形鋁合金工件的力學性能達到傳統工藝製造的變形鋁合金工件的性能。